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易切削鋼(freecuttingsteel)
在鋼中加入一定量的硫、磷、鉛、鈣、硒、銻等易切元素，以提高其切割性能。又稱自動(dòng)機(jī)床加工鋼，簡(jiǎn)稱自動(dòng)鋼。該鋼具有較高的切割速度和較大的切割深度。鋼中添加的易切元素降低了鋼的切割阻力。同時(shí)，易切割元素本身的特性和形成的化合物可以潤(rùn)滑切割工具的芯片，減少磨損，從而降低工件的表面粗糙度，提高工具的使用壽命和效率。
第一次世界大戰(zhàn)期間(1914年至1918年)，美國(guó)人首先發(fā)現(xiàn)硫在鋼中起著改善切割的作用。自動(dòng)機(jī)床采用低碳易切割鋼。后來(lái)，英國(guó)、蘇聯(lián)、德國(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)也逐漸采用硫易切割鋼系列化自動(dòng)機(jī)床。硫易切割鋼產(chǎn)量大，用途廣泛。許多新型易切割鋼也是在硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。
1932年左右，受鉛黃銅切割的啟發(fā)，人們開始開發(fā)含鉛易切割鋼。直到1937年冶煉和安全保護(hù)的技術(shù)問題得到了解決，直到1937年美國(guó)開發(fā)含鉛易切割鋼。1958年，日本引進(jìn)了該技術(shù)，開始開發(fā)新的鉛易切割鋼。到1975年，日本公布了25項(xiàng)含鉛易切割鋼專利。直到20世紀(jì)70年代初，前蘇聯(lián)才開始輕松切割鋼。
隨著機(jī)械切割加工向自動(dòng)化、高速化、精密化方向的不斷發(fā)展，對(duì)材料切割提出了更高的要求。因此，鉛一硫復(fù)合易切割鋼也被稱為超易切割鋼。此后，各種鉛一硫二元和多復(fù)合易切割鋼相繼出現(xiàn)。
易切割鋼作為一種易切割元素，首先出現(xiàn)在1932年的專利中。1961年，美國(guó)成功開發(fā)了一種含有易切割鋼的多元化易切割鋼，具有優(yōu)異的切割性能，堪比易切割黃銅。由于硒的性能和功能相似，通常交替使用或同時(shí)添加到鋼中。
自20世紀(jì)60年代以來(lái)，人們研究了另一種提高鋼切割能力的方法，即添加一些脫氧元素來(lái)生成所需的脫氧產(chǎn)品，在日本被稱為脫氧調(diào)節(jié)易切割鋼。前聯(lián)邦德國(guó)于1964年首次提出鈣脫氧易切割鋼專利，三年后被日本引進(jìn)并正式使用TiC高速切割的硬合金刀具可以顯著提高速度，減少工具消耗。它已成為日本汽車和拖拉機(jī)制造業(yè)中相當(dāng)大的易切割鋼。
自20世紀(jì)60年代末以來(lái)，研究了鈦脫氧易切割鋼。1973年，日本首次發(fā)布鈦脫氧鈦一硫復(fù)合易切割鋼專利，近年來(lái)已在日本等少數(shù)國(guó)家試用。
易切割鋼發(fā)展迅速，品種和品牌數(shù)量不斷增加，產(chǎn)量逐漸增加。美國(guó)、日本、英國(guó)、前聯(lián)邦德國(guó)和前蘇聯(lián)有31個(gè)鋼號(hào)(AISI)，少者有7個(gè)鋼號(hào)(FOCT)。該品種已擴(kuò)展到扁鋼和管易。日本易切割鋼產(chǎn)量最高，增長(zhǎng)最快。1965年接近10萬(wàn)t，1985年達(dá)到1OO硫系統(tǒng)00噸，其中硫系統(tǒng)占64.4%。汽車制造業(yè)易切鋼消耗量約40%~46%，工業(yè)機(jī)械消耗量約10%，家用品等消耗量約6%。
自20世紀(jì)50年代以來(lái)，中國(guó)硫系易切割鋼（主要是低碳自動(dòng)機(jī)床加工鋼）于1975年批準(zhǔn)了易切割鋼的新標(biāo)準(zhǔn)GBl91-75。鈣和鈦易切割鋼自20世紀(jì)70年代以來(lái)一直在試驗(yàn)中。然而，含鉛、硒或鈦易切割鋼需要特殊保護(hù)，以消除公共危害，但尚未正式。自1977年以來(lái)，中國(guó)研究了含稀土易切割鋼。
分類可分為：(1)硫易切割鋼。硫與錳與鐵的混合可中斷基體金屬的連續(xù)性，促進(jìn)片段形成小而短的卷曲半徑，易于消除，減少工具磨損，降低加工表面粗糙度，提高工具壽命。隨著鋼中硫含量的增加，鋼的切割性通常會(huì)增加。但鋼的縱向和橫向機(jī)械性能差異較大，橫向塑料和韌性差，疲勞和耐腐蝕性降低。當(dāng)鋼中硫含量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致熱脆性，難以加工難，鋼的機(jī)械性能惡化。一般硫含量為0.08%~0.30%，有的可提高到0.4%，易切工具鋼和不銹鋼的硫含量應(yīng)在0.06%~0.10%之間。
將磷加入鋼中，磷含量一般為0.04%~o.12%的磷溶于鐵素體，會(huì)提高硬度和強(qiáng)度，降低韌性，使切屑容易斷裂和排除，從而獲得良好的加工表面粗糙度。但磷含量過(guò)高會(huì)顯著降低塑性和硬度，對(duì)鋼材切割有害。
(2)鉛易切割鋼。鉛在鋼中呈小金屬顆粒狀，分布均勻或附著在硫化物周圍。由于鉛熔點(diǎn)較低，熔融滲出在切割過(guò)程中起到潤(rùn)滑作用，減少摩擦，提高切割性，但不影響室溫的力學(xué)性能。鋼中鉛含量一般為0.10%~0.35%。由于鉛的比例較大，如含量過(guò)高，容易引起嚴(yán)重偏析，形成大顆粒夾雜物，但降低鉛對(duì)切割加工的有利作用。在低碳結(jié)構(gòu)鋼中加入鉛和硫復(fù)合，提高鋼的切削效果。
(3)鈣易切割鋼。鋼中鈣與鋁、硅結(jié)合形成低熔點(diǎn)復(fù)合氧化物(主要是CaO61Al2O361SiO2)高速切削時(shí)，鈣氧化物附著在切削工具表面進(jìn)行潤(rùn)滑和減摩，從而提高刀具的使用壽命。若同時(shí)含有硫、鉛等元素，其復(fù)用會(huì)使切削效果更好。
自20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著切削工具的改進(jìn)，鈣易切削鋼被涂上T|N涂層工具對(duì)滾齒刀、插齒刀等工具成本高的齒輪加工工具有重要作用。
(4)硒、鈀易切割鋼。硒含量在0.03%~0.10%左右，可達(dá)0.15%。硒如硒FeSe、MnSe鋼中存在其它形式，其功能與硫相似。對(duì)于切削度高、塑性好的鋼，在鋼中加硒比硫好。可單獨(dú)添加，也可與鉛或硫同時(shí)添加到鋼中，形成復(fù)合夾雜物，降低切割阻力和切割熱量，易于消除芯片，顯著提高鋼的切割性能，獲得良好的加工表面粗糙度。然而，添加硫后，鋼的塑性和韌性會(huì)略有降低。硒和銻通常用于合金鋼。鉍在鋼中的作用與鉛相似，呈小金屬顆粒夾雜物，分布均勻或附著在硫化物周圍。
除上述易切元素外，其它元素對(duì)鋼的切割也有一定的影響：(1)碳。鋼的碳含量與鋼的切割性能有關(guān)。碳含量過(guò)低，組織中會(huì)出現(xiàn)大量鐵素體。鋼的硬度和強(qiáng)度都很低。芯片容易粘在刀片上形成刀瘤。芯片撕裂斷裂，切割減少，加工表面粗糙度高。碳含量過(guò)高，珠光體積增加，硬度和強(qiáng)度增加，切削阻力增加，切削惡化。碳含量為0.15%~0.25%~0.25%。(2)錳。錳與硫混合，使切屑易斷裂，提高鋼的切削性，消除或削弱硫引起的熱脆性。因此，應(yīng)保證錳含量在0.60%~1.60%之間，并保持適當(dāng)Mn／S比例。(3)硅和鋁。硅和鋁對(duì)鋼的切割有害。硅部分固溶于鐵素體，提高鋼的硬度，使切割加工困難。此外，硅在鋼中與氧結(jié)合，形成高硬度氧化硅夾雜物，增加刀具磨損，降低使用壽命。因此，易切割鋼中的硅含量應(yīng)較低。鋁通常作為脫氧劑添加到鋼中，其中大部分與氧結(jié)合產(chǎn)生小、脆、硬的氧化鋁，以增加工具的磨損。添加硅和鋁也會(huì)降低鋼的氧含量，使硫化物混合成細(xì)長(zhǎng)的條狀分布，惡化鋼的切割。(4)氧和氮。氧氣通常對(duì)鋼有害，因?yàn)樗档土虽摰牧W(xué)性能，但很容易增加切割鋼的氧含量，使硫化物呈紡錘形分布，提高了鋼的切割性能。氮能提高鋼的強(qiáng)度，但能增加脆性，在切割過(guò)程中形成短片。鋼含有微量氮(≤0.002%)有利于工件的切割和表面質(zhì)量，但當(dāng)含量過(guò)高時(shí)，鋼的強(qiáng)化作用會(huì)增加，不利于刀具的使用壽命。
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