碳结钢 C40 宝钢

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易切钢的被削性良好、与相应的基础钢相比、易切钢在切削加工过程中刀具寿命长、切削抗力小、加工表面光洁度高、排除切削容易[4]。一般钢中残余的铅很少、但在易切钢中加入质量分数为0.2%左右的铅并以极微小的颗粒存在时、能在不显著影响其他性能的前提下、显著改善其切削性能[2]。加入铅的易切钢主要用于一般机械零件、如轴、销、仪表的精密小件等。但铅的加入量应严格控制、加入过多将引起严重的铅偏析、形成粗粒的铅夹杂、从而降低有利作用。因此、快速、准确地测定易切钢中的铅是十分必要的。

钢铁中铅分析的国家标准方法是在硫酸介质中、以锶为载体沉淀分离铅、用碳酸钾转化为碳酸盐、再用盐酸溶解、然后用二甲酚橙光度法测定铅[3]。此方法其样品处理复杂、流程长、操作繁琐、干扰元素多、分析速度慢、所用试剂多。本文采用电感耦合等离子原子发射光谱仪对易切钢中的铅进行了测定、可以克服化学法的一些弊端。试验表明采用ICP-OES法能够得到较高的分析准确度、精密度和灵敏度、分析速度快、操作简便、结果理想。

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非调质易切削钢是在钢材中加入一定质量分数的一种(或多种)易切削元素(如硫、磷、铅、钙、硒、碲、钛等)、以降低机械加工成本、提高切削质量、减小切削力或在机械加工过程中改善切屑处理性能为目的的合金钢。由于易切削钢中加入的易切削元素使切削力减小、同时利用易切削元素本身的特性以及所形成的化合物在切削过程中的润滑作用、使切屑形态较好、容易断屑、且可明显减轻刀具磨损、从而能够降低工件表面粗糙度、提高刀具使用寿命。在机械加工过程中、还可以大幅提高切削用量、从而提高生产效率。根据加入的易切削元素的不同、易切削钢可分为硫系易切削钢、铅系易切削钢、钙系易切削钢、碲系易切削钢、硒系易切削钢、钛系易切削钢以及复合易切削钢。

根据用途的不同、易切削钢又分为自动机用易切削钢、结构用易切削钢和特殊易切削钢(耐热钢、不锈钢、工具钢等)。根据易切削性能的不同、还可分为一般易切削钢和超易切削钢等[1-4]。20世纪20年代、美国率先研发成功硫系低碳易切削钢、并投入批量生产。日本、前苏联、英国、法国等国家紧随其后、相继研发和生产了各种易切削钢新牌号。历经80多年后的今天、易切削钢的品种不断推陈出新、获得了迅速发展。据统计数据显示、全球易切削钢的年消耗量已超过400万吨、且主要集中在发达国家、仅美国和日本就占总消耗量的一半以上。大多数工业化国家经过多年努力、易切削钢产品已标准化、系列化。例如、在美国ASTMA29/A29M-1991标准和SAEJ405-1989标准系列中、易切削钢有31种(其中易切削低碳钢18种、易切削不锈钢9种)。在日本JISG4808-1983标准中、以碳钢为基础的易切削钢有15种。

近年来、经过各国不断研究、还开发出了适应环保要求和具有优良切削性能的新型易切削钢。例如、美国一家钢铁公司和日本神户制钢公司研制出了以铋代铅的新型易切削钢。日本神户制钢公司对以铋代铅易切削钢进行系统研究后发现、铋的加入量不到铅加入量的一半、却能达到同样的切削加工性。日本爱知制钢公司依靠其独创的精炼工艺和连铸技术、并配合以锻造技术、成功生产出了添加镁元素的镁系易切削钢、该钢种不仅不含会造成环境污染的铅元素、而且价格也有所降低、现已批量生产并投放市场。这种环保钢材首先被丰田汽车公司用于制造小型汽车的曲轴。

我国从20世纪50年代开始研制生产硫系易切削钢、1975年审订了易切削钢的国家标准(GBl91-75)、并开始试制生产钙系、钛系易切削钢和含稀土易切削钢。随着机械加工业的迅速发展、尤其是汽车工业的发展、我国对易切削钢的需求量快速增加。经过先后几次修订、我国于1988年制定了易切削钢国家新标准(GB8731-1988)、该标准包括9种型号的易切削钢、一直沿用至今。*近十多年来、我国易切削钢已有相当大的发展、又先后开发了多个新钢种、如用于制造汽车发动机连杆和前轴的40CrCaS、53CaS；用于制造齿轮的16MnCr、20MnCr；用于制造汽车曲轴、花键轴、万向接叉等零件的40VS、35MnVS等。考虑到铅系易切削钢对环境的污染、开展了以锡代铅易切削钢的研究工作、研究结果表明、以锡代铅能提高钢的易切削性能；当锡含量小于005%时、对钢的力学性能无影响。

易切削钢成分设计的原则是在确保钢的机械性能基本不变的条件下、改善其切削性能。硫是重要的易切削元素之一、硫易切削钢中硫含量直接决定钢材的切削性能。因硫熔点低、极易氧化、造成硫的回收率低且不稳定、因此需要特别考虑硫的加入方式、现常用硫的加入方式一般是在钢包中加入硫铁或喂入硫线、同时附加一定量的顶渣以稳定硫的收得率。为了消除因钢中高硫带来的不利影响、钢中需要合适的Ｍｎ/Ｓ、一般认为Ｍｎ/Ｓ在4以上、个别厂家生产的易切削钢中的Ｍｎ/Ｓ达到了10以上。由于对硫含量的特殊要求、脱氧过程控制不当极易造成硫含量超出规定范围、或使硫夹杂物偏高、故需改进脱氧方式。同时也要考虑钢中夹杂物的范围以及形态。为保持良好的切削性能、脱氧过程不能充分、要保持钢中有一定的氧含量。

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