1．高錳鋼有哪幾種？其性能如何？
錳含量約為11％～18％的鋼稱高錳鋼。常用的鑄造高錳鋼ZMn13的化學(xué)成分為：Mn含量11％～14％，c含量1.0％～1.4％，Si含量0.3％～1.0％，P含量<0.03％，S含量<0.05％。
高錳鋼是一種耐磨鋼，經(jīng)過水韌處理的高錳鋼可以得到較高的塑性和沖擊韌性。所謂水韌處理，就是把鋼加熱到1000℃～1100℃，保溫一段時間，使鋼中的碳化物全部溶入奧氏體中，然后迅速冷卻，使碳化物來不及從奧氏體中析出，從而保持了單一的均勻的奧氏體組織。經(jīng)過水韌處理的高錳鋼稱為高錳奧氏體鋼。其力學(xué)性能為：σb=980 MPa，σs=392 MPa，HB210，δ=80％，αk=2.94 MJ／m2。
高錳鋼具有很高的耐磨性，雖然它的硬度只有HB210，但它的屈服點(diǎn)σs較低，只有σb的40％，因此具有較高的塑性和韌性。高錳鋼在受到外來壓力和沖擊載荷時，會產(chǎn)生很大的塑性變形或嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象，鋼被劇烈強(qiáng)化，硬度顯著提高，可達(dá)HB450～550，因此有了較高的耐磨性。
高錳鋼可分為高碳高錳耐磨鋼、中碳高錳無磁鋼、低碳高錳不銹鋼和高錳耐熱鋼。幾種高錳鋼的牌號和性能見表5-1。
2．高錳鋼有哪些切削加工特點(diǎn)？
高錳鋼錳含量高達(dá)11％～18％，具有較高的塑性和韌性，在切削加工中有以下特點(diǎn)：
(1)加工硬化嚴(yán)重：高錳鋼在切削過程中，由于塑性變形大，奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)晶粒的馬氏體組織，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的硬化現(xiàn)象。加工前硬度一般為HB200～220，加工后表面硬度可達(dá)HB450～550，硬化層深度0.1～0.3 mm，其硬化程度和深度要比45號鋼高幾倍。嚴(yán)重的加工硬化使切削力增大，加劇了刀具磨損，也容易造成刀具崩刃而損壞。
(2)切削溫度高：由于切削功率大，產(chǎn)生的熱量多，而高錳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)比不銹鋼還低，只有中碳鋼的1/4，所以切削區(qū)溫度很高。當(dāng)切削速度Vc<50 m/min時，高錳鋼的切削溫度比45號鋼高200℃～250 ℃，因此，刀具磨損嚴(yán)重，耐用度降低。
(3)斷屑困難：高錳鋼的韌性是45號鋼的8倍，切削時切屑不易拳曲和折斷。
(4)尺寸精度不易控制：高錳鋼的線膨脹系數(shù)與黃銅差不多，在高的切削溫度下，局部產(chǎn)生熱變形，尺寸精度不易控制。切削高錳鋼時，應(yīng)先進(jìn)行粗加工，工件冷卻后再進(jìn)行精加工，以保證工件的尺寸精度。
3．怎樣通過熱處理改善高錳鋼的切削性能？
金屬材料的切削性能主要取決于材料的力學(xué)、物理性能，如：強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、耐磨性及線膨脹系數(shù)等。通過熱處理可以改變金屬材料的力學(xué)、物理性能，從而改善其切削性能。改善高錳鋼的切削性能可以通過高溫回火來實(shí)現(xiàn)。將高錳鋼加熱至600℃～650℃，保溫兩小時后冷卻，使高錳鋼的奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w組織，其加工硬化程度顯著降低，加工性能明顯改善。加工完成的零件在使用前應(yīng)進(jìn)行淬火處理，使其內(nèi)部組織重新轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏膴W氏體組織。
4．切削高錳鋼時怎樣選擇刀具材料？
高錳鋼屬難加工材料，對刀具材料要求較高。一般來說，要求刀具材料紅硬性高、耐磨性好，有較高的強(qiáng)度、韌性和導(dǎo)熱系數(shù)。切削高錳鋼可選用硬質(zhì)合金、金屬陶瓷做刀具材科，也可以用CN25涂層刀片或CBN(立方氮化硼)刀具。目前應(yīng)用最普遍的還是硬質(zhì)合金，其中YG類硬質(zhì)合金具有較高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性(與YT類硬質(zhì)合金比較)，可減少切削時的崩刃。同時，YG類硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱性較好，有利于切削熱從刀尖散走，降低刀尖溫度，避免刀尖過熱軟化。YG類硬質(zhì)合金的磨加工性較好，可以磨出銳利的刃口。一般情況下，刀具的耐用度取決于刀具材料的紅硬性、耐磨性和沖擊韌性。YG類硬質(zhì)合金中含鈷量較多時，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性好，特別是提高了疲勞強(qiáng)度，因此適于在受沖擊和震動的條件下作粗加工用；含鈷量較少時，其硬度、耐磨性和耐熱性較高，適合作連續(xù)切削的精加工。
YT類硬質(zhì)合金具有較高的硬度和較高的耐熱性，但與YG類硬質(zhì)合金相比，其強(qiáng)度低、脆性大，導(dǎo)熱性差。因此，切削高錳鋼時通常選用韌性好的YG類硬質(zhì)合金作刀具材料。應(yīng)當(dāng)注意的是，YG類硬質(zhì)合金不適于高速切削，因為在高速切削鋼料時，切削時的高溫將使刀具前刀面上形成強(qiáng)烈的月牙洼磨損，并加速后刀面磨損，刀具耐用度降低。在切削速度較高且切削過程較平穩(wěn)的情況下可考慮選用YT類硬質(zhì)合金作刀具材料。
YG類硬質(zhì)合金中添加適量的(一般為0.5％～3％左右)TaC(碳化鉭)或NbC(碳化鈮)，可提高其硬度和耐磨性而不降低其韌性。隨著硬質(zhì)合金中含鈷量的增加，這些優(yōu)點(diǎn)更為顯著。因此，以Tac和NbC為添加劑的通用型硬質(zhì)合金也適于高錳鋼的切削加工。
切削高錳鋼常用的硬質(zhì)合金牌號有：YG8、YG6A、YG6X、YG8N、YW1、YW2A、YW3、YC45、767、798、813等。
采用金屬陶瓷刀片進(jìn)行高錳鋼的精車、半精車，可選用較高的切削速度，加工表面質(zhì)量好，刀具耐用度高。例如利用Al2O3基陶瓷刀具切削50Mn18Cr4高錳鋼比用硬質(zhì)合金刀具效率提高1～4倍。
切削加工高錳鋼還可選用CN25涂層刀片和CBN(立方氮化硼)刀具。在使用CBN刀具時應(yīng)注意被切削材料含錳量不能高于14％，否則，CBN可能與Mn元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使刀具磨損嚴(yán)重，切削性能下降。
5．切削加工高錳鋼時怎樣選擇刀具幾何參數(shù)？
高錳鋼具有較高的塑性和韌性，加工硬化嚴(yán)重，切削溫度高，斷屑困難，容易造成崩刃，因此合理選擇刀具的幾何參數(shù)尤為重要。
(1)前角與后角：切削高錳鋼時，為了減輕加工硬化，要求刀具保持鋒利。但一般不可以采用大前角，因為前角大不利于保證刃口強(qiáng)度和改善散熱條件。常采用較小前角或負(fù)前角及較大后角，但后角太大也會削弱刃口強(qiáng)度引起崩刃。采用硬質(zhì)合金刀具時，γ0=-3°～3°，α0=8°～12°；采用陶瓷刀具時，γ0=-5°～-10°，α0=5°～10°。粗車時取小值，精車時取大值。
(2)主偏角與副偏角：切削高錳鋼時，主偏角應(yīng)小些，這樣可以增加刀具散熱面積和刀尖強(qiáng)度，副偏角也不宜過大。選用硬質(zhì)合金刀具時，一般取κr=25°～45°，κ′r=10°～20°。工藝系統(tǒng)剛性好時取小值，反之可適當(dāng)加大主偏角和副偏角。選用陶瓷刀具時，主偏角還可大些，一般取κr=45°～60°，精車時可取κr=60°～90°。
(3)刃傾角：為了保持刀尖部分的強(qiáng)度，切削高錳鋼時一般應(yīng)選擇負(fù)刃傾角。選用硬質(zhì)合金刀具時，λs =-5°～0°；選用陶瓷刀具時，λs =-10°～-5°。
(4)刀尖圓弧半徑：切削高錳鋼時，不論采用何種刀具材料，刀尖部分都應(yīng)修磨出較大的圓弧半徑，以加強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，提高刀具耐用度。一般粗車時rε=1～2 mm；半精車時rε=0.5～1 mm；精車時rε=0.2～0.5mm。工藝系統(tǒng)剛性好時取大值，反之取小值。
(5)刃口倒棱：為了保證刃口有足夠的強(qiáng)度，減少崩刃現(xiàn)象，一般應(yīng)將刃口修磨出負(fù)倒棱。硬質(zhì)合金刀具倒棱寬度bγ1=0.2～0.8 mm，倒棱前角γ01=-10°～-5°；如采用陶瓷刀具，bγ1=0.2 mm，γ01=-20°。
6．切削高錳鋼時怎樣選擇切削用量？
高錳鋼的切削加工性很差，為了維持一定的刀具耐用度，切削速度應(yīng)低些。采用硬合金刀具時， Vc=20～40 m/min，其中，較低的速度用于粗車，較高的速度用于半精車和精車。采用陶瓷刀具時，可以選用較高的切削速度，一般Vc=50～80 m/min(如用Si3N4陶瓷刀具，Vc≤60 m/min)。
高錳鋼在切削過程中，由于塑性變形和切削力的影響，切削層及表層下一定深度范圍內(nèi)會產(chǎn)生嚴(yán)重的硬化現(xiàn)象。為了使刀尖避開毛坯表層和前一次走刀造成的硬化層，應(yīng)選擇較大的切削深度和進(jìn)給量。一般粗車時αp =3～6 mm，f=0.3～0.8 mm/r；大件粗車時可取αp =6～10 mm；半精車時αp =1～3 mm；f=0.2～0.4 mm/r；精車時口?！? mm；f≤0.2mm/r。
7．鉆高錳鋼硬質(zhì)合金群鉆有哪些特點(diǎn)？
在工程機(jī)械、礦山機(jī)械和越野車輛的制造中，常采用ZGMn13類高錳鋼。ZGMn13高錳鋼錳含量達(dá)11％～14％，這類鋼經(jīng)過水韌處理后在受到劇烈沖擊壓力時，會產(chǎn)生很強(qiáng)的硬化現(xiàn)象，硬度可達(dá)HB450～550，硬化層深度達(dá)0.3 mm左右。高錳鋼在受到?jīng)_擊壓力發(fā)生變形的過程中，會消耗那些對鋼材表面繼續(xù)作用的沖擊力，阻止作用力傳到更深的內(nèi)層去。加之高錳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)很低，只有碳鋼的1/3～1/4，給切削帶來很大困難。特別是鉆削時，刀具磨損嚴(yán)重，耐用度較低。因此，常采用硬質(zhì)合金群鉆進(jìn)行高錳鋼的鉆削。
鉆高錳鋼硬質(zhì)合金群鉆的本體為40Cr制造，切削部分為YG8或YW硬質(zhì)合金。切削部分形狀與鑄鐵群鉆近似，只是將鉆尖高h(yuǎn)加大到0.08 D，圓弧刃的圓弧半徑加大到0.4 D，以加大B點(diǎn)刃尖的刀尖角，提高刀尖強(qiáng)度，改善散熱條件，同時也起到分屑作用。同樣，在外緣處磨出雙重鋒角，并磨出負(fù)前角，把外緣處后角加大到20°，如圖1所示。鉆頭磨好后，要用油石仔細(xì)鐾研刃口，不得有鋸齒。
8．使用硬質(zhì)合金群鉆鉆削高錳鋼時應(yīng)注意什么？
高錳鋼具有較高的塑性和韌性，切削溫度高，用硬質(zhì)合金群鉆鉆高錳鋼時，應(yīng)注意以下問題：
(1)合理選擇切削用量：切削速度太低或進(jìn)給量太大，都會使切削力增加，容易造成切削刃崩碎。一般取Vc=30～40m/min，f=0.07～0.1 mm/r。
(2)要充分使用冷卻液：高錳鋼的線膨脹系數(shù)大，鉆孔時應(yīng)充分使用冷卻液，有條件的可將工件浸在冷卻液中鉆孔，以防止因孔的收縮將鉆頭咬死損壞。
(3)嚴(yán)格控制鉆頭磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：鉆削過程中如聽到刺耳的尖叫聲或發(fā)現(xiàn)鉆頭外緣轉(zhuǎn)角處后角和棱邊磨損約1 mm時，應(yīng)及時將鉆頭進(jìn)行重磨，否則繼續(xù)使用會加快鉆頭磨損以致?lián)p壞。
(4)嚴(yán)禁中途停車：用硬質(zhì)合金群鉆鉆削高錳鋼時，應(yīng)采用自動進(jìn)給，盡量不用手動進(jìn)給，否則會加重硬化現(xiàn)象，使鉆削更加困難。操作中要嚴(yán)禁中途停車，防止因切削力過大造成“悶車”，使鉆頭崩碎。
除以上幾點(diǎn)外，在使用硬質(zhì)合金群鉆鉆削高錳鋼時，還要求機(jī)床剛性好、振動小。硬質(zhì)合金的硬度、耐熱性比高速鋼高，但韌性比高速鋼低很多，強(qiáng)烈的振動和切削時的高溫，會加快鉆頭磨損，造成崩刃或開焊，使鉆削無法進(jìn)行。
9．高錳鋼車削實(shí)例有哪些?
工件材料為40Mn18Cr3，刀具材料為YW2，刀具幾何參數(shù)見圖2。切削用量為Vc=45 m/min，αp=4 mm，f=0.2 mm/r。
