难切削材料难于切削的原因，主要是由材料本身的化学成份，金相组织结构，以及化学、物理、力学性能和热处理工艺所决定。搞金属切削加工的同志，要解决各灯材料的加工问题，首先必须要了解材料的性能，以及通过适当的方法和手段来改善其加工性从而达到其切削成形的目的。为此，提出以下几个方面的总是来共同讨论：

①   化学成份的影响

材料的化学成份，主要是按所含的化学元素种类及其含量来划分。材料所含元素不同，则性能各异，并通过不同成分配制的各种合金，其组织结构、性能差异也大，下面谈谈化学成份对钢的切削性能的影响。

碳含量的影响

碳在钢中是一种基体元素，也就是说，无碳不是钢。钢中碳含量的多少，对钢材的性能起着决定性的作用。C含量小于0.15%时，钢的塑性、韧性好，切削加工塑性变形大，切屑与前刀面容易粘结，易生积屑瘤，并且切屑连绵不断，不易处理，刀具易产生粘结磨损，致使工件表面质量差。如北京某厂为了降低产品造价，曾试图用A3钢球代铜球，但被▽7表面光洁度难住了，因为A3低碳钢韧性大，光洁度很难达到▽7。直到经过优选硬质合金牌号和刀具几何角度后，才解决这道难题。

碳含量0.45%左右时，强度、硬度上升，塑性、韧性下降，不粘刀，切屑也易折断，切削加工性较好。它既比低碳钢好成形，又比高碳钢的切削力小。

碳含量大于0.55%的高碳钢，它的强度、硬度进一步增加，塑性、韧性继续下降，切削加工时切削力大，刀具磨损快。

硫、磷、铅的影响

这些元素存在于钢的基体中，降低其强度、韧性。但在不影响材料使用性能的条件下，这此杂质元素允许一定的含量，有时甚至有意加入一些杂质元素，用以改善其切削加工性。如硫在钢中与锰生成MnS，呈球状的微细质点分布于基体中，经轧压后被延伸为条状，与基体金属组织的结合力减小，脆性增加，切削时切屑容易折断。再者MnS有润滑作用，使切削温度降低，刀具磨损减小。如表壳用不锈钢中的MnS就很好地起到了这种作用。钢中的磷也能改善切削性能，它的作用是造成冷脆现象，使切屑容易折断，提高表面光洁度。因此在有些材料中，有意识地加入此类元素，但一定要控制其加入量，不然会造成使用性能明显下降。根据经验，磷的含量应控制在0.15%以下。

合金元素的影响

对于合金结构钢来说，加入合金元素后，一部分与碳新和力小的元素，如镍、钴、铝、硅等，差不多都以固溶体的形式——铁素体存在；另一些与碳亲和力大的铬、钨、钼、钒、铌等元素，基本上都形成合金渗碳体。凡是溶于铁素体的元素，都起强化作用，而溶质元素与铁的原子半径相差愈大，或晶格形式不同时，其强化效果愈大。合金元素含量越大，则硬度、强度上升，韧性下降。

对于高温合金、不锈钢、高强度钢而言，更需要通过合金化来提高合金的性能。它们常用的合金元素是A1、Ti、Ni、Co、Nb、Ta、Mo、W，这些元素都能溶于固溶体，使其点阵常数增加，晶格畸变严重，从而提高了固溶体的再结晶温度和自扩散激活能，因此明显地提高了合金的高温性能和热稳定性。这些使用性能的提高就标志着切削难度的增大。如合金元素V形成的VC，其熔点为3032⁰C，硬度HV=2094，这样高硬度、高耐磨性的成份使切削加工相当困难。又如金属间化合物Fe₂Ti₃Nb₄的存在，造成在切削加工中，刀具磨损很快。还有在钛合金中铝含量的增大，合其切削加工性显著下降，铝含量由4%增大到7%，其切削加工性Kr值由1下降到0.72。因此说，化学元素是影响切削加工性的一个主要原因。

②   热处理工艺的影响

a  钢材中的几种主要金相组织

热处理能提高钢材的使用性能，其主要原因是通过热处理来改变其金相组织。为了更好地利用热处理来改善钢材的切削加工性能，我们首先应掌握钢材中几种主要金属组织及其性能。

奥氏体：碳溶解在r～Fe中的固溶体称为奥氏体，其最大溶解度为2%（1130⁰C）。奥氏体是一种不稳定的高温组织，随着温度下降，它分解成铁素体和碳渗体及其混合物珠光体。奥氏体是一种面心立方晶格，滑移方向多、塑性大（Ó=40～50），其硬度和强度是：HB=170～220，Ób=40～150kg/mm²。在低碳钢中加入大量的镍和锰，形成在常温下也稳定的奥氏体组织。奥氏体的强度和硬度虽不高，但在切削加工时滑移最大，易产生加工硬化；同时，奥氏体晶格点阵间原子致密度大于铁素体（a～Fe的配们数为8，r～Fe的配位数为12），再结晶温度高，在奥氏体中合金元素的扩散较在铁素体中困难，故被切工材料塑性变形力和变形热大，导热系数小，因此在切削加工中高温高压集中于刀尖，切屑容易熔焊，并烧损刀刃，其切削加工难度接近或等于马氏体。

马氏体：马氏体是奥氏体过冷到Ms温度以下形成的，它实际上是碳在a～Fe中的过饱和固溶体。马氏体组织的晶格严重畸变，因此其硬度和强度大大提高。例如铁碳合金中马氏体组织的硬度HB=640～760，强度Ób=170～210kg/ mm²，并由于其晶格歪扭，原子排列吝乱所引起的导热性能降低，因此在切削加工时变形功大，切削温度高，致使刀具的相对硬度和强度下降，造成刀具磨损快。

珠光体：珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，所有含碳量大于0.02%的合金均发生珠光体转变，是退火状态的金相组织，其HB=160～230，Ób=88kg/mm²，珠光体以球状形式存在时，能改善材料的切削加工性，提高刀具寿命；但分散度大的薄片珠光体，硬度高达HB=400～570，形如锯片，对刀片产生切割作用，使刀具磨损增大。例如，用YT15车刀（刀具几何角度为：

Ｙ₀=12⁰   a_Ó=6   K_r=45⁰  λ_s=0⁰  Ｙ_§=0.5～0.8mm;切削用量是：V=380转/分，ap=0.5mm,f=0.1mm/转）端面车削60#碳素钢时，当钢中珠光体组织呈球状分布时，刀具可连续走刀12～15次；而钢中珠光体呈片状时，刀具只能走七次就达到磨钝标准。

铁素体：它是含碳很少的a～Fe组织。其塑性、韧性好，但硬度、强度低。由于其导热性能好，所以在切削时变形功小，切削温度低；但是，在a～Fe中固溶了大量的铬、钼等其它元素时，其切削加工难度将明显增大，如高铬铁素体不锈钢就是一个典型的例子。下面列出碳素钢中金相组织比例不同对切削加工性的影响。

碳素钢金相组织对切削加工性影响

b  热处理的影响

在金属材料中，通过热处理工艺能够控制合金内部结构，晶粒大小以及各种组织的数量、形状及布形式，以达到提高材料使用性能，改善切削加工性的目的。正因为热处理有如此重大的作用，所以金属材料几乎都要进行热处理才能用于生产。热处理对钢材切削加工性的影响很大程度决定于钢材中金相组织结构的改变。钢材中几种常见的金相组织大都是通过热处理来实现的。 

在钢材中，通过热处理能明显地提高钢材的使用性能，充分发挥其内在潜力。例如：20^#铸钢，在铸造状态下，Ób=45kg/mm₂,Õ=15%,经过正火处理后，铸态魏氏体组织变成细小均匀的铁素体和珠光体组织，Ób=48kg/mm₂, Õ=30%。T8A碳素钢，淬火前为珠光体组织，它的Ób=85kg/mm₂, Õ=18%。HB=200。淬火变成马氏体组织，Ób＞200kg/mm₂,Õ≈0%,HB=500～700。从这里可以看出，同一种钢材经过热处理，其强度、硬度提高了1～2倍以上。钢材使用性能的提高，必然导致切削加工性的降低。例如，在淬火时，加热温度很高，使钢中奥氏体的碳含量增大至2%，急冷后，这些奥氏体变成马氏体组织，从而它的晶格严重畸变弯扭，合钢材强度、硬度增加，切削加工难度增大。在回火过程中，残余奥氏体继续转变为马氏体，同时还从不稳定的奥氏体中脱溶出二次碳化物，使材料二次硬化，从而使切削加工难度进一步的增大。高温合金也有同样的现象，都能通过热处理过热处理改变材料的组织结构，提高使用性能，引起切削加工性变坏。

热处理不但能提高金属材料的使用性能，而且对改善材料的切削加工性也是很重要的。例如，有些合金钢硬度较高，切削加工难度大，我们往往采用完全退火降低其硬度，使切削加工顺利进行。在共析钢和过共析钢和过共钢中，要采用球化退火，使片状渗碳体变成球状，这样能明显降低刀具磨损，延长刀具的寿命。碳含量低于0.3%的低碳钢，因塑性好，材质太软，切削时粘刀现象严重，难以获得理想的表面光洁度。为了解决这个问题，我们往往采用正火处理，适当提高其硬度，从而改善其切削性能。

我们在研究热处理的同时，还要注意其具体工艺规范，因为它也是影响切加工性的一个重要因素，下面从两个表就可以看出这个问题。

不同固溶处理温度对GH135合金切削加工性影响

注：刀具角度y=13⁰，切削用量V=39.2米/分，ap=1.5mm,f=0.2mm/转。