高锰钢加工中的热导率变化及精度控制问题

1.强度高，切削力大

由于高锰钢含锰量高，而锰可以提高钢的强度极限，因此高锰钢具有较高的抗拉强度，如ZGMn13的抗拉强度可达到960MPa，比45钢高出1.5倍。高锰钢切削时切削力大，因此要求铣刀的切削刃强度要高，使用的机床功率要大，刚性要好。

2.冷作硬化严重，加剧刀具磨损

高锰钢突出的特点是在切削力的作用下，材料产生塑性变形时，形成滑移面和晶粒产生细化，使切削表面材料组织由奥氏体转变成马氏体，形成Mn₂O₃硬化层，硬度由原来的180～220HB上升到450～550HB，提高了两倍多，深度达到0.1mm左右，产生的硬化现象十分严重，这给切削加工带来很大的困难。由于前一个刀齿切削造成的硬化层加给了后一个刀齿，这样反复循环作用，加剧了刀具的磨损；硬化层的硬度提高后，材料的强度也相应提高，使切削力进一步增大。加工硬化使切屑与前面接触面变窄，切削力和切削热集中靠近切削刃，加剧切削刃的磨损以至产生崩刃。

3.导热性差

高锰钢的热导率很低，λ=12.95W/（m·K），为45钢的1/4（表2-8），切削温度高达800～1000℃，而导热性又不好，切削区的热量不易传导出去，刀具受热温度高，降低了刀具的硬度，加剧了刀具的扩散磨损和机械磨损。高锰钢的热导率随切削温度的升高而下降，温度达到600℃时热导率最低。但当温度超过600℃以后，断后伸长率突然增高近一倍多，如图2-43所示。因此要严格控制切削区的温度不应超过600℃，应进行充分冷却。

表2-8 高锰钢ZGMn13与45钢性能比较

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图2-43 断后伸长率与温度的关系

4.塑性大、韧性高

断后伸长率随切削温度的升高而降低，但切削温度超过由600℃后，断后伸长率又急剧增大，使变形系数增大，切屑难折断，导致切削力加大，这样给切削加工带来很大的困难，高塑性和高韧性也使切削温度增高，产生扩散磨损，同时，切屑极易粘到切削刃上产生积屑瘤，使加工表面产生鳞刺，加工表面粗糙，不易得到较好的加工表面。

5.耐磨性高，刀具寿命低

高锰钢的耐磨性是45钢的十倍，它的特点是材料表面摩擦越大耐磨性越高，抗冲击的能力越强。刀具寿命低的主要原因是材料受外力（摩擦力、冲击力）后，材料产生硬化严重，提高了材料表面的硬度，加大了对刀具的磨损。

6.线胀系数大，加工工件尺寸精度不易控制

高锰钢的线胀系数大，与黄铜相近，约为α_l=18×10^-6K^-1（100℃以下），高锰钢的线胀系数随着切削温度的提高而加大，600℃时α_l=19.9μm/（m·K），800℃时α_l=21.9μm/（m·K），1000℃时α_l=23.1μm/（m·K）。切削高锰钢的切削温度在800～1000℃，这样使工件的加工尺寸膨胀和形状变形加大，有时甚至边加工边变形，使加工尺寸精度很难控制。因此切削时应采取充分的冷却措施，控制切削温度在600℃以下，减少产生切削变形，以便保证加工工件尺寸精度。