5.3. Стали с повышенной обрабатываемостью резанием

Обрабатываемость резанием является важнейшей технологической характеристикой стали. Улучшение обрабатываемости резанием повышает производительность механической обработки и зачастую открывает возможность применения высокопрочных сталей, использование которых тормозилось этим технологическим критерием. Преимуществом способа придания формы путем снятия стружки является возможность получения готовых поверхностей, лежащих в допустимых пределах размеров, а также сложных форм деталей и экономичность производства сравнительно малых партий.

К сталям повышенной обрабатываемости резанием (эти стали называют автоматными) относят стали с высоким содержанием серы и фосфора, а также стали, специально легированные селеном, теллуром или свинцом. Их обозначают буквой «А» (автоматные стали) перед написанием марки стали. В селенсодержащих сталях после наименования марки ставится дополнительно буква «Е», а в свинецсодержащих сталях буква «С» ставится после буквы «А». В сталях с повышенным содержанием серы или фосфора, кроме буквы «А», другие обозначения не предусмотрены. Стали повышенной и высокой обрабатываемости регламентируются ГОСТ 1414-75.

Автоматные сернистыестали А11, А12, А20, А30, А35, А40Г являются углеродистыми, содержат 0,08-0,30 %Sи 0,05-0,15 % Р. Для того чтобы не проявлялась красноломкость, в них увеличено количество марганца (0,70-1,55 %).

Сера образует большое количество сульфидов марганца, вытянутых в направлении прокатки. Сульфиды оказывают смазывающее действие. Кроме того, нарушая сплошность металла, они вместе с фосфором, повышающим хрупкость феррита, облегчают отделение и измельчение стружки. Отсутствие налипания металла на инструмент способствует получению гладкой блестящей поверхности резания. Вместе с тем повышенное количество серы и фосфора снижает качество стали. Автоматным сернистым сталям свойственна анизотропия механических свойств – пониженные вязкость, пластичность и особенно сопротивление усталости в поперечном направлении прокатки. Это обстоятельство, а также низкая коррозионная стойкость ограничивают их применение для изготовления ответственных деталей машин. Стали A11, А12, А20 используют для крепежных деталей, а также малонагруженных деталей сложной формы, к которым предъявляются требования высокой точности размеров и чистоты поверхности. Стали А30, А40Г предназначены для деталей, испытывающих более высокие напряжения.

Автоматные селеносодержащиестали подразделяют на углеродистые (А35Е, А45Е) и хромистую (А40ХЕ). Они содержат 0,04-0,10 %Seи 0,06-0,12 %S. Повышение обрабатываемости связано с образованием селенидов и сульфоселенидов. Они обволакивают твердые оксидные включения и, тем самым, устраняют их истирающее действие. Кроме того, селен обеспечивает глобуляризацию сульфидных включений. Глобулярные включения не оказывают отрицательного влияния на свойства стали. Поэтому селенсодержащие и серосодержащие стали по контролируемым свойствам обычно не уступают аналогичным исходным сталям. Стали сSeзначительно превосходят чисто сернистые стали по пластическим и вязким свойствам.Seне ухудшает хладостойкости стали. АналогичноSeвлияет на свойства стали теллур (Те), однако он значительно дорожеSe. Теллуровые добавки составляют обычно около десятых долей соответствующего содержанияS, но заметное действие различимо уже при существенно меньших количествах.

Автоматные свинцовосодержащие(0,15-0,35 % Рb) стали подразделяют на углеродистые с повышенным содержанием серы (АС14, АС40, АС35Г2, АС45Г2) и легированные, среди которых имеются низкоуглеродистые(АС12ХН, АС14ХГН, АС20ХГНМ) и среднеуглеродистые (АС30ХМ, АС38ХГМ, АС40ХГНМ). По обрабатываемости эти стали заметно превосходят сернистые. Свинец не растворяется в стали и находится в виде дисперсных частиц, которые вместе с сульфидами действуют как энергичные измельчители стружки. Кроме того, от теплоты резания свинец плавится, «выпотевает» - растекается в виде пленки по обрабатываемой поверхности, эффективно снижая трение между инструментом и деталью.

Введение свинца повышает скорость резания на 30-40 % без снижения стойкости инструмента и в 2-7 раз увеличивает стойкость инструмента при сохранении принятой скорости резания.

Свинец не ухудшает прочностных свойств, вызывая некоторую анизотропию пластичности и вязкости. Свинцовосодержащие стали широко применяют на автозаводах для изготовления многих деталей двигателя. Однако Pbявляется тяжелым металлом и оказывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду.

Висмут (Bi) по воздействию на сталь аналогичен свинцу. Добавки0,06 %Ві в разные автоматные стали со свинцом направлены на то, чтобы усилить его действие в сторону дальнейшего улучшения производительности резания и качества поверхности изделия. Новейшими исследованиями установлено, что Рbможет быть полностью замененВі при соответственно увеличенном содержании0,2 %. Это, однако, нужно учитывать, только если стремиться к высокой производительности резания: некоторые причины, относящиеся к изготовлению и применению, исключают использование Рbи (или) Те.

Автоматные кальцийсодержащие(0,002-0,008 % Са) стали (АЦ20, АЦ30, АЦ40Х, АЦ30ХН и др.) с добавлением свинца и теллура предназначены для изготовления термически упрочненных деталей, обрабатываемых твердосплавным инструментом при высоких (100 м/мин и более) скоростях резания. Необходимость использования высоких скоростей обработки диктуется тем, что тугоплавкие кальцийсодержащие включения, образующиеся в этих сталях, способны размягчаться и проявлять смазывающее действие лишь при высоких температурах в зоне резания,

В последнее время начинает играть роль бор (В) как элемент, образующий дисперсные частицы в быстрорежущихся мягких автоматных сталях. В этом случае стремятся к появлению сложной оксидной фазы, связанной с определенными металлургическими условиями, примерно типа В₂О₃∙МnО, для чего используют незначительные количества бора от 30 до 50∙10^–4%. Включения, преимущественно тонкодисперсные, находятся в матрице в виде частиц размером < 1 мкм, иногда как оболочка на марганцевом сульфиде. При этом, естественно, следует подавать возникновение твердой борнитридной фазы.