通常，人們把含鉻量＞12%或含鎳量＞8%的合金鋼稱為不銹鋼。這種鋼在大氣中或在腐蝕性介質(zhì)中具有一定的耐腐蝕能力，并在較高溫度（＞450℃）下具有較高的強(qiáng)度。含鉻量達(dá)16%～18%的鋼，稱為耐酸鋼或耐酸不銹鋼，通稱為不銹鋼。

　　含鉻量達(dá)12%以上的鋼在與氧化性介質(zhì)接觸時(shí)，由于電化學(xué)作用，表面形成一層富鉻氧化膜，可保護(hù)金屬內(nèi)部不受腐蝕。但在非氧化性腐蝕介質(zhì)中，不能形成堅(jiān)固的鈍化膜。為提高鋼的耐腐蝕能力，通常選擇增大鉻的比例或添加可促進(jìn)鈍化的合金元素，如添加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W和Co等。這些合金元素不僅提高了鋼的抗腐蝕能力，同時(shí)改變了鋼的內(nèi)部組織和物理力學(xué)性能。其在鋼中的含量不同，對(duì)不銹鋼性能產(chǎn)生的影響不同，有的有磁性，有的則無磁性，有的能夠進(jìn)行熱處理，有的則不能進(jìn)行熱處理。

　　不銹鋼被越來越廣泛地應(yīng)用于航空、航天、化工、石油、建筑以及食品機(jī)械行業(yè)中。其所含的合金元素對(duì)切削加工性能影響較大，文中主要對(duì)不銹鋼的切削加工進(jìn)行了分析。

　　2.不銹鋼的分類及性能

　?。?）按不銹鋼主要成分，分為以鉻為主的鉻不銹鋼和以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼兩大類。

　　（2）按不銹鋼金相組織分類：①馬氏體不銹鋼。其含鉻量為12%～18%，含碳量為0.1%～0.5%（有時(shí)達(dá)1%）。其硬度為170～217HBW，抗拉強(qiáng)度σb為540～1 079MPa，伸長率δ為10%～25%，熱導(dǎo)率к為25.12W/（m·K）。常見的牌號(hào)有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV和30Cr13Mo等。馬氏體不銹鋼通過淬火，可獲得較高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。然而，當(dāng)鋼中含碳量低于0.3%時(shí)，組織不均勻，粘附性強(qiáng)，切削時(shí)易產(chǎn)生積屑瘤，且斷屑困難，切削加工性較差。當(dāng)含碳量達(dá)0.4%～0.5%時(shí)，切削加工性較好。②鐵素體不銹鋼。其含鉻量為12%～13%。硬度為177～228HBW，抗拉強(qiáng)度σb為363～451MPa，伸長率δ為20%～22%，熱導(dǎo)率к為16.7W/（m·K）。加熱冷卻時(shí)組織穩(wěn)定，不發(fā)生相變，所以不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，只能靠變形強(qiáng)化，切削加工性相對(duì)較好。常見的牌號(hào)有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRe、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti、1Cr28以及1Cr25Ti等。③奧氏體不銹鋼。其含鉻量為12%～25%，含鎳量為7%～20%（或20%以上）。硬度為187～207HBW，抗拉強(qiáng)度σb為481～520MPa，伸長率δ為40%，熱導(dǎo)率к為16.33W/（m·K）。典型牌號(hào)有1Cr18Ni9Ti，其他還有00Cr18Ni10、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4以及1Cr18Mn8Ni5N等。由于奧氏體不銹鋼含有較多的鎳或錳，加熱時(shí)組織不變，故淬火不能使其強(qiáng)化，可通過冷加工硬化來大幅度提高強(qiáng)度和硬度，其硬化程度為基體硬度的1.4～2.2倍，給下一次切削帶來很大困難。其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和良好的耐腐蝕能力，無磁性。④奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。與奧氏體不銹鋼相似，僅在組織中含有一定量鐵素體，常見牌號(hào)有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N、Cr26Ni17Mo3CuSiN以及1Cr18Ni11Si4AlTi等。這類不銹鋼有硬度極高的金屬間化合物析出，強(qiáng)度比奧氏體不銹鋼高,切削加工性能比奧氏體不銹鋼更差。其硬度＜277HBW，抗拉強(qiáng)度σb為589～736MPa，伸長率δ為18%～30%。⑤沉淀硬化不銹鋼。這類不銹鋼因含有較高的鉻、鎳和極低的碳，還含有能起沉淀硬化作用的鉈、鋁、鈦和鉬等合金元素，其在回火時(shí)析出，產(chǎn)生沉淀硬化，具有很高的硬度和強(qiáng)度。其硬度為363～388HBW，抗拉強(qiáng)度σb為1 138～1  324MPa，伸長率δ為5%～10%，這類鋼具有良好的耐腐蝕性能。常見牌號(hào)有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al等。

　　3.不銹鋼的切削特點(diǎn)

　　不銹鋼的切削加工性能比45鋼差。若以45鋼的相對(duì)切削加工性Kr為1，則奧氏體不銹鋼的相對(duì)切削加工性Kr為0.4，鐵素體不銹鋼的Kr為0.48，馬氏體不銹鋼的Kr為0.55。其中以奧氏體和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的切削加工性差，給切削加工帶來很大困難，其特點(diǎn)如下：

　?。?）切削加工硬化嚴(yán)重。以奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼的加工硬化現(xiàn)象為嚴(yán)重，硬化層的硬度比基體硬度高1.4～2.2倍，其抗拉強(qiáng)度σb為1 470～1 960MPa。這類不銹鋼塑性大（δ＞35%），塑性變形時(shí)晶格扭曲，故強(qiáng)化系數(shù)大，且奧氏體不穩(wěn)定，在切削力作用下，部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

　　（2）切削力大。不銹鋼的高溫強(qiáng)度和硬度高且韌性大，故在切削時(shí)所消耗的能量大，即切削抗力大。以奧氏體不銹鋼為例，在切削過程中溫度高達(dá)700℃時(shí)，其綜合力學(xué)性能高于一般結(jié)構(gòu)鋼。加之其在切削過程中的塑性變形大、硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，增大了切削力，所以不銹鋼的單位切削力為45鋼單位切削力的1.25倍。

　?。?）切削溫度高。由于不銹鋼在切削時(shí)的塑性變形大，切屑與刀具間的摩擦大，加之其熱導(dǎo)率僅為45鋼熱導(dǎo)率的1/3～1/4，散熱條件差，大量切削熱集中在切削區(qū)，在相同切削條件下，切削溫度比切削45鋼時(shí)高200℃。

　　（4）切屑不易折斷且易產(chǎn)生積屑瘤。由于不銹鋼的韌性和塑性較大，車削加工時(shí)，切屑連綿不斷，不僅影響切削順利進(jìn)行，還會(huì)拉傷已加工表面。在高溫和高壓下，不銹鋼與其他金屬的親和性強(qiáng)，易產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，并形成積屑瘤。既加劇刀具粘結(jié)磨損，又使已加工表面發(fā)生惡化。

　?。?）刀具易磨損。不銹鋼中碳化物（TiC）的硬質(zhì)點(diǎn)，使刀具產(chǎn)生劇烈的磨料磨損。在切削過程中，受高溫、高壓作用下的親和作用，使切屑與刀具間產(chǎn)生粘結(jié)、擴(kuò)散和月牙洼磨損及氧化磨損。由于切削加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，還會(huì)在刀具后刀面上產(chǎn)生溝紋和邊界磨損。

　?。?）工件易產(chǎn)生熱變形。由于不銹鋼的線膨脹系數(shù)（15.5～16.6×10-6）是碳鋼線膨脹系數(shù)（10.98～12.18×10-6）的1.5倍，這樣在切削溫度作用下，工件易產(chǎn)生熱變形，尺寸精度難以保證。

　　4.不銹鋼切削條件的選擇

　　（1）刀具材料。應(yīng)選用耐熱性高、耐磨性好且與不銹鋼親和作用小的刀具材料，主要有以下兩類：①高速鋼。普通高速鋼的刀具壽命低，應(yīng)選用高性能高速鋼。如高碳、鉬系、含鋁、含鈷和高釩高速鋼，這些高速鋼的常溫和高溫硬度高于普通高速鋼，其刀具壽命是W18Cr4V的4倍以上。如95W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4VCo8和W12Cr4V4Mo等。②硬質(zhì)合金。應(yīng)首先選用添加TaC或NbC的鎢鈷類超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，如YG813、YS2、YD15、YG640、YG643和YW4等。涂層硬質(zhì)合金應(yīng)首選TiAlN和TiAlSi涂層，這兩種材料涂層硬度高（3 500～4 000HV），可減小切削過程中的粘結(jié)，且刀具壽命高。

　?。?）切削不銹鋼刀具的幾何參數(shù)。①前角。不銹鋼具有硬度、強(qiáng)度較低，但塑性高、韌性大以及熱強(qiáng)性高的特點(diǎn)。為減小塑性變形、切削力、切削溫度及加工硬化現(xiàn)象，在保證切削刃強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量采用較大的刀具前角，以使切削刃鋒利。切削各種不銹鋼的刀具前角γ0=15°～30°。對(duì)于馬氏體不銹鋼應(yīng)取大值。對(duì)于奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼前角應(yīng)取小值。高速鋼銑刀γ0=10°～20°；硬質(zhì)合金銑刀γ0=5°～10°；鉸刀γ0=8°～12°；絲錐γ0=10°～15°。②后角。為了減小刀具后刀面與工件的摩擦和加工硬化，α0=8°～12°。高速鋼端銑刀和立銑刀，α0=12°～15°；硬質(zhì)合金端銑刀α0=8°～10°，立銑刀α0=10°～15°。③主偏角、副偏角和刀尖圓弧半徑。減小主、副偏角可以增大刀尖強(qiáng)度，有利于散熱，但會(huì)使切削過程的徑向力增大，容易引起振動(dòng)。一般κr=45°～75°，κr′=8°～15°。刀尖圓弧半徑rε=0.4～1.2mm。④刃傾角。在粗加工時(shí)，為了增大刀尖強(qiáng)度，刀具刃傾角λs=-3°～-8°。精加工時(shí)，λs=0°～3°。⑤車削不銹鋼車刀的斷屑槽型。由于不銹鋼的可塑性高、韌性大，應(yīng)合理選擇車刀的斷屑槽型，以防止切屑連綿不斷。通常采用全圓弧形或直線圓弧形的斷屑槽。斷屑槽的寬度Bn=3～5mm，斷屑槽底的圓弧半徑Rn=2～6mm，槽深CBn=0.5～1.3mm，如圖1所示。粗車時(shí)ap和f較大，斷屑槽應(yīng)寬而淺；精車時(shí)ap和f較小，斷屑槽應(yīng)窄而深。

　　圖片

　?。?）切削不銹鋼的切削用量。切削用量對(duì)加工不銹鋼時(shí)的加工硬化、切削力、切削熱和刀具壽命產(chǎn)生直接影響，同時(shí)也會(huì)影響切削效果。①切削速度。切削加工不銹鋼的切削速度為切削一般鋼材的切削速度的40%～60%。如高速鋼刀具的切削速度vc為12～18m/min；硬質(zhì)合金刀具的切削速度vc為40～60m/min。不銹鋼熱導(dǎo)率較低，切削區(qū)溫度升高會(huì)造成刀具瞬間磨損，因此vc選擇不可過高。②切削深度。由于不銹鋼在切削加工時(shí)硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，為避免在硬化層上切削和造成刀具快速磨損，切削深度應(yīng)大于硬化層厚度。粗加工時(shí)，ap=2～5mm；精加工時(shí)，ap=0.2～0.5mm。車螺紋與車削普通鋼材不同，不吃刀光一刀的方式不但車不下切屑，反而會(huì)造成刀具在硬化表面上產(chǎn)生摩擦，拉毛牙形表面，增大其表面粗糙度值。③進(jìn)給量。為避免刀刃在切削表面硬化層上切削和加劇刀具磨損，進(jìn)給量f和每齒進(jìn)給量fz需大于硬化層厚度，不得小于0.1mm/r(z)，一般為f/(fz)=0.15～0.4mm/r(z)（fz為每齒進(jìn)給量）。

　　（4）切削不銹鋼的切削液。由于不銹鋼的切削加工性較差，在切削過程中存在切削溫度高、刀具粘結(jié)、氧化和擴(kuò)散磨損嚴(yán)重等問題。所以對(duì)切削液的冷卻、潤滑以及滲透等性能有更高的要求。在切削時(shí)，應(yīng)選用含S、P及Cl極壓添加劑的極壓乳化液或極壓切削油。①硫化油。是以硫?yàn)闃O壓添加劑的切削油。其在切削過程中能在刀具表面形成一層高熔點(diǎn)的硫化物潤滑膜，在高溫（600°～1 000°）、高壓（1 470～1 960MPa）下不被破壞，具有良好的潤滑作用，并具有一定冷卻效果，適用于車削、銑削、鉆孔、鉸孔和攻螺紋。直接硫化油的配方：礦物油98%以及硫2%；間接硫化油的配方：礦物油70%～80%、植物油或豬油18%～20%以及硫1.7%。②混合油。在硫化油中添加10%～20%的CCl4，或在豬油中添加20%～30%的CCl4，對(duì)降低不銹鋼鉸孔后的表面粗糙度值有顯著效果。也可用含硫化油85%～90%、煤油10%～15%的混合油進(jìn)行鉸孔。③植物油。如菜籽油、豆油等，其潤滑性能好，適用于車螺紋、鉸孔和攻螺紋。④乳化液。含S、P及Cl的極壓乳化液，具有良好的冷卻、潤滑和清洗作用，適用于不銹鋼的粗加工和鉆孔。⑤專用潤滑劑。不銹鋼上攻絲可采用MoS2油膏，或用石墨粉加植物油調(diào)成糊狀，或用豬油與植物油混合進(jìn)行攻螺紋，效果較好。

　?。?）切削不銹鋼時(shí)應(yīng)注意的問題。①銑削不銹鋼時(shí)，由于硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，應(yīng)盡量采用順銑法，以免在切入時(shí)在硬化層滑移后再切入，加劇刀具磨損。在端銑時(shí)，采用不對(duì)稱順銑法，以保證刀具切削刃平穩(wěn)地從工件中切離，切屑粘結(jié)接觸面積較小，并在高速離心力作用下把切屑甩掉，以避免刀齒在重新切入時(shí)，沖擊工件而損壞刀具。②切削不銹鋼時(shí)，刀具不要在切削表面停留，入刀退刀要迅速果斷，以免加劇切削表面硬化，給下一次入刀切削帶來困難。③根據(jù)不銹鋼的性能和切削特點(diǎn)，在鉆孔時(shí)，應(yīng)盡量選用超硬高速鋼（M2Al、M42）鉆頭，采用低速、大進(jìn)給。普通鉆型需修磨小鉆頭的橫刃b（b≈0.04d0，d0為鉆頭直徑），以減小鉆削時(shí)的軸向力。大直徑（d0≥13mm）的鉆頭，應(yīng)盡量磨成如圖2所示的不銹鋼群鉆。其中，L≈0.32d0，L1＞L/3，R≈0.2d0，h≈0.04d0，b≈0.04d0。這種鉆型排、斷屑好，盡量采用機(jī)動(dòng)進(jìn)給。④由于不銹鋼的可塑性高，切削加工時(shí)硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，為減小切削時(shí)的摩擦、擠壓和硬化現(xiàn)象，須使刀具保持鋒利。為此，刀具的磨損限度，應(yīng)是切削一般鋼材磨損限度（精加工為0.1～0.3mm，粗加工為0.4～1.5mm）的一半。