金属切削加工中不同材料的切削特性及 ISO 标准分类解析
在金属切削加工中，工件材料有多种多样，不同的材料有不同的切削形成和去除特性，如何掌握不同材料的特性呢？ISO标准金属材料分为6种不同的类型，每种类型在切削加工性方面都有独特的特性，本文将分别进行总结。
金属材料分为6类：
（1）P钢
（2）M-不锈钢
（3）K型铸铁
（4）N-有色金属
（5）S—耐热合金
（6）H型硬化钢
不同材料的切削特性
01-P 钢
什么是钢铁？
- 钢材是金属切削领域最大的材料组。
- 钢材可以是非硬化钢或调质钢（硬度高达400HB）。
- 钢是以铁（Fe）为主要元素的合金，通过冶炼工艺制成。
- 非合金钢的碳含量低于0.8%，且仅含Fe，不含其他合金元素。
- 合金钢的含碳量低于1.7%，并添加Ni、Cr、Mo、V、W等合金元素。
在金属切削领域，P 组是最大的材料组，因为它涵盖了几个不同的工业部门。
该材料通常为长切屑，形成连续、相对均匀的切屑。确切的切屑形状通常取决于碳含量。
– 碳含量低 = 坚韧、粘性的材料。
– 碳含量高 = 脆性材料。
加工特点：
- 长切屑材料。
- 切屑控制相对容易且顺畅。
- 低碳钢具有粘性，需要锋利的切削刃。
- 单位切削力 kc：1500–3100 N/mm2
- 加工 ISO P 材料所需的切削力和功率在有限的范围内。
02-M 不锈钢
什么是不锈钢？
- 不锈钢是一种含铬量至少为 11–12% 的合金材料。
- 碳含量通常较低（最多可达 0.01%）。
- 合金主要有Ni（镍）、Mo（钼）、Ti（钛）。
- 在钢表面形成一层致密的 Cr2O3 层，使其具有耐腐蚀性。
在M组中，大多数应用是在石油和天然气、管件、法兰、过程工业和制药工业中。
这种材料会形成不规则的片状切屑，因此需要比普通钢材更高的切削力。不锈钢有很多种。断屑性能（从容易到几乎不可能）因合金特性和热处理而异。
加工特点：
- 长切屑材料。
- 在铁素体中切屑控制相对平稳，而在奥氏体和双相钢中切屑控制则比较困难。
- 单位切削力：1800-2850 N/mm2
- 机械加工会产生较高的切削力、积屑瘤、热量和加工硬化。
03-K 铸铁
什么是铸铁？
- 铸铁主要有 3 种类型：灰铸铁 (GCI)、球墨铸铁 (NCI) 和蠕墨铸铁 (CGI)。
- 铸铁主要由 Fe-C 组成，硅含量相对较高（1-3%）。
- 碳含量超过2％，这是C在奥氏体相中的最大溶解度。
- 添加Cr（铬）、Mo（钼）和V（钒）形成碳化物，可提高强度和硬度，但会降低可加工性。
K族主要用于汽车零部件、机械制造和钢铁工业。
材料的切屑形状各异，从近似粉状的切屑到长切屑不等。加工此类材料所需的功率通常较低。
请注意，灰铸铁（通常具有粉状切屑）和球墨铸铁（通常更像钢一样断裂）之间存在很大差异。
加工特点：
- 短切屑材料。
- 在所有操作条件下均具有良好的切屑控制。
- 特定切削力：790-1350 N/mm2
- 较高速度下加工会产生磨粒磨损。
- 中等切削力。
04-N 有色金属
什么是有色金属材料？
- 此类别包括有色金属、硬度低于 130 HB 的软金属。
- 含硅（Si）量接近22%的有色金属（Al）合金占最大份额。
- 铜、青铜、黄铜。
飞机制造和铝合金汽车车轮制造占据N集团主导地位。
虽然每mm3（立方英寸）所需的功率较低，但仍然需要计算实现高金属去除率所需的最大功率。
加工特点：
- 长切屑材料。
- 如果是合金，切屑控制相对容易。
- 有色金属（铝）具有粘性，需要锋利的切削刃。
- 特定切削力：350-700 N/mm2
- 加工 ISO N 材料所需的切削力和功率在有限的范围内。
05-S耐热合金
什么是耐热合金？
- 耐热合金 (HRSA) 包括许多高合金铁、镍、钴或钛基材料。
组: 铁基、镍基、钴基
工作条件：退火、固溶热处理、时效处理、轧制、锻造、铸造。
特征：
- 更高的合金含量（钴高于镍）确保更好的耐热性、更高的抗拉强度和更高的耐腐蚀性。
难以加工的S组材料主要应用于航空航天、燃气轮机和发电机行业。
范围很广，但通常切削力较大。
加工特点：
- 长切屑材料。
- 切屑控制困难（锯齿状切屑）。
- 陶瓷需要负前角，硬质合金需要正前角。
- 特定切削力：
- 需要较高的切削力和功率。
06-H 硬化钢
什么是硬化钢？
- 从加工角度来看，硬化钢是最小的分组。
- 该组包含硬度 > 45–65 HRC 的调质钢。
- 通常，被车削的硬部件的硬度在 55–68 HRC 范围内。
H 组硬化钢用于各种行业，例如汽车行业及其分包商，以及机械制造业和模具行业。
通常是连续的、炽热的切屑。这种高温有助于降低 kc1 值，对解决应用问题非常重要。
加工特点：
- 长切屑材料。
- 相对较好的切屑控制。
- 需要负前角。
- 单位切削力：2550-4870 N/mm2
- 需要较高的切削力和功率。
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