工件材料

2019-9-9 16:32:02 点击：

工件材料

工件材料组

金属切削行业生产的零件范围极其广泛，而这些零件又是由许多不同的材料加工而成。每种材料都有自己的独特性能，其特性会受到合金元素、热处理、硬度等因素影响。这些特性组合在一起，又会影响切削刀具槽型、材质和切削参数的选择。为了使这种选择变得更简单，工件材料按照ISO标准被分成6个主要材料组，每个材料组在切削加工性方面都有其独特的性能：

ISO P - 钢是金属切削领域最大的材料组，涵盖从非合金钢到高合金材料的整个范围，并且包括铸钢以及铁素体和马氏体不锈钢。钢通常具有良好的切削加工性，但会因材料硬度、碳含量等的不同而有很大区别。

ISO M - 不锈钢是铬含量至少为12%的合金材料。其他合金可能包括镍和钼等。材料中铁素体、马氏体、奥氏体和奥氏体-铁素体 (双相)的不同，组成了一个大的不锈钢材料系列。这些材料的共同点是，切削刃在切削时会产生大量的热量、容易出现沟槽磨损和积屑瘤。

ISO K - 与钢相反，铸铁是一种短切屑材料。灰口铸铁 (GCI) 和可锻铸铁 (MCI) 非常容易加工，球墨铸铁 (NCI)、蠕墨铸铁 (CGI) 和等温淬火球墨铸铁 (ADI) 则较难加工。所有铸铁都含有碳化硅 (SiC)，对切削刃会造成很大的磨料磨损。

ISO N - 有色金属是材质较软的金属，例如铝、铜、黄铜等。硅 (Si) 含量达到13%的铝合金具有很强的磨料磨损性。通常，具有锋利切削刃的刀片能够实现高切削速度和长刀具寿命。

ISO S - 高温合金，包括铁基、镍基、钴基和钛基材料。它们具有粘性，会产生积屑瘤，在加工过程中会变硬 (加工硬化)，并且会产生大量热量。它们与ISO M材料非常相似，但切削难度要高得多，并且会降低刀片切削刃的寿命。

ISO H - 该组材料包括硬度介于45-65 HRc之间的钢以及硬度约为400-600 HB的冷硬铸铁。由于硬度的原因，这组材料都难以加工。在切削过程中，这些材料会产生大量热量，对切削刃有很大的磨料磨损性。

O (其他)：非ISO。热塑性塑料、热固性塑料、GFRP (玻璃纤维增强聚合物/塑料)、CFRP (碳纤维增强塑料)、碳纤维复合材料、芳纶纤维增强塑料、硬橡胶、石墨 (技术)。目前，各行业都在广泛使用复合材料，特别是航空航天工业。

使用MC代码的工件材料分类

要正确选择切削刀具槽型、材质和切削参数，将材料简单分成6组还不够。因此，需要将这些材料组进一步细分成几个子组。山特维克可乐满使用CMC (可乐满材料分类) 代码系统来识别并描述不同供应商、标准和市场提供的材料。在CMC系统中，材料按照切削加工性被分类，山特维克可乐满还提供合适的刀具和加工参数推荐值。

为了提供更具体的建议以帮助提高生产率，我们进行了新的材料分类。该系统具有更详细的结构，包括更多子组，包含有关材料类型、碳含量、制造工艺、热处理、硬度等的单独信息。

MC代码结构

该结构的设立使MC代码能够使用字母与数字组合来表示各种工件材料的特性和特征。

示例1

代码P1.2.Z.AN
P是钢的ISO代码
1是非合金钢材料组
2是0.25% < 碳含量 ≤ 0.55%的材料子组
Z是制造工艺：锻造/轧制/冷拔
AN是热处理：退火，其决定了材料的硬度值

示例2

N1.3.C.AG
N是有色金属的ISO代码
1是铝合金材料组
3是硅含量为1-13%的铝合金子组
C是制造工艺：铸造
AG代表热处理：时效处理

MC代码的描述包括材料成分，制造工艺和热处理方式，这些因素直接影响材料的机械性能，因此更加精确。据此描述可提供更准确的切削参数推荐值。

切削加工性的定义

为了确定材料的切削加工性 (即其被加工的能力)，通常必须确定3个主要因素。

工件材料的分类 (从冶金/机械的角度)。
要使用的切削刃槽型 (微观和宏观层面)。
切削刀具材料 (材质) 及其适当的成分，例如涂层硬质合金、陶瓷、CBN或PCD等。

上述选择将对所用材料的切削加工性产生巨大影响。涉及的其他因素包括：切削参数、切削力、材料热处理、表皮、冶金夹杂物、刀柄和其他加工条件等。

与材质或槽型不同，切削加工性没有直接定义。广义上讲，它包括工件材料被加工的能力，在切削刃上产生的磨损，以及能够获得的切屑形状。在这些方面，低合金碳钢比要求更高的奥氏体不锈钢更易切削。低合金钢被认为具有比不锈钢更好的切削加工性。“良好的切削加工性”通常意味着不受干扰的切削过程和合理的刀具寿命。大多数材料切削加工性的评估都利用实际测试进行，并将结果与另一类型材料在大致相同条件下的测试结果进行比较。在这些测试中，显微组织、粘结趋势、机床、稳定性、噪声、刀具寿命等其他因素也被考虑在内。

ISO P钢

钢的MC代码
非合金钢 - P 1.1-1.5
低合金钢 - P 2.1-2.6
高合金钢 - P 3.0-3.2

什么是ISO P钢？

钢是金属切削领域最大的工件材料组
钢可以是非淬硬钢或调质钢 (常见硬度达400 HB)。硬度高于约48 HRC且不超过62-65 HRC的钢属于ISO H材料组
钢是一种以铁元素为主要成分的合金 (铁基)
非合金钢的碳含量低于0.8%，且完全由铁 (Fe)-碳（C）合金组成，不含其他合金元素
合金钢的碳含量低于1.7%，含有镍 (Ni)、铬 (Cr)、钼 (Mo)、钒 (V) 和钨 (W) 等合金元素
低合金钢的合金元素含量低于5%
高合金钢的合金元素含量高于5%

切削加工性概述

钢的切削加工性会因合金元素、热处理和制造工艺 (锻造、轧制、铸造等) 的不同而不同
通常，切屑控制相对容易和平顺
低碳钢粘性较大，会产生较长的切屑，因此需要锋利的切削刃
特定切削力k_c1：1400-3100 N/mm²
切削力和加工所需的功率保持在有限范围内

合金元素

碳 (C) 含量会影响材料硬度 (碳含量越高，磨粒磨损就越重)。0.2%以下的低碳含量会加重粘着磨损，从而导致积屑瘤和不良切屑控制。

铬 (Cr)、钼 (Mo)、钨 (W)、钒 (V)、钛 (Ti)、铌 (Nb) (硬质合金的组成元素) 会加重磨粒磨损。

氧 (O) 会对切削加工性产生较大的影响；它会形成非金属、氧化和磨料夹杂物。

铝 (Al)、钛 (Ti)、钒 (V)、铌 (Nb) 用作钢的晶粒细化元素。它们使钢具有更高的韧性和更难加工。

铁素体中的磷 (P)、碳 (C)、氮 (N) 会降低延展性，从而加重粘着磨损。

正面作用

易切削钢 (具有低熔点) 中的铅 (Pb) 可减少切屑与刀片之间的摩擦，减轻磨损并改进断屑性能。

钙 (Ca)、锰 (Mn) 与硫 (S)作用 形成具有润滑作用的硫化物。高硫含量可改进切削加工性和断屑性能。

硫 (S) 会对切削加工性产生有益的影响。即使是0.001%与0.003%这样的细微差别也会对切削加工性产生实质性的影响。这种影响被用于易切削钢。硫含量的典型值约为0.25%。硫形成软的硫化锰 (MnS) 夹杂物，后者将在切屑与切削刃之间形成一层润滑层。硫化锰 (MnS) 还将改进断屑性能。铅 (Pb) 具有类似的作用，通常与硫 (S) 结合用于易切削钢，含量约为0.25%。

既有正面作用又有负面作用

硅 (Si)、铝 (Al)、钙 (Ca) 形成的氧化夹杂物会加重磨损。钢中的夹杂物会对切削加工性产生重要的影响，尽管其在总成分中所占的百分比非常小。这种影响既有正面的，又有负面的。例如，铝 (Al) 用于还原铁水。但是，铝会形成硬的有研磨性的氧化铝 (Al2O3)，从而对切削加工性产生不利影响 (与刀片上的氧化铝涂层比较)。然而，可通过添加钙 (Ca) 来抵消这种不利影响，钙将在磨蚀微粒周围形成一层软壳。

铸钢表面上会有砂和炉渣，结构粗糙，对切削刃的韧性要求很高
轧钢表面结构因晶粒相当大而不均匀，从而导致切削力变化较大
锻钢的晶粒更小，结构更均匀，因此在切削时出现的问题更少

钢的MC代码

从切削加工性的角度来看，钢分为非合金钢、低合金钢、高合金钢和烧结钢。

MC代码

材料组

材料子组

制造工艺

热处理

硬度

单位切削力，k_c1 (N/mm²)

m_c

P1.1.Z.AN

锰含量 < 1.65%的非合金钢

碳含量 ≤ 0.25%

锻造/轧制/冷拔

退火

125 HB

1500

0.25

P1.1.Z.HT

淬硬 + 回火

190 HB

1770

0.25

P1.2.Z.AN

0.25% < 碳含量 ≤ 0.55%

锻造/轧制/冷拔

退火

190 HB

1700

0.25

P1.2.Z.HT

淬硬 + 回火

210 HB

1820

0.25

P1.3.Z.AN

高碳钢，碳含量 > 0.55%

锻造/轧制/冷拔

退火

190 HB

1750

0.25

P1.3.Z.HT

淬硬 + 回火

300 HB

2000

0.25

P1.4.Z.AN

易切削钢

锻造/轧制/冷拔

退火

220 HB

1180

0.25

P1.5.C.HT

所有碳含量 (铸造)

铸造

未处理

150 HB

1400

0.25

P1.5.C.AN

淬硬 + 回火

300 HB

2880

0.25

P2.1.Z.AN

低合金钢 (合金元素 ≤ 5%)

碳含量 ≤ 0.25%

锻造/轧制/冷拔

退火

175 HB

1700

0.25

P2.2.Z.AN

0.25% < 碳含量 ≤ 0.55%

240 HB

1950

0.25

P2.3.Z.AN

高碳钢，碳含量 > 0.55%

260 HB

2020

0.25

P2.4.Z.AN

易切削钢

225 HB

P2.5.Z.HT

所有碳含量 (淬硬和回火)

锻造/轧制/冷拔

淬硬 + 回火

330 HB

2000

0.25

P2.6.Z.UT

所有碳含量 (铸造)

铸造

未处理

200 HB

1600

0.25

P2.6.Z.HT

淬硬 + 回火

380 HB

3200

0.25

P3.0.Z.AN

高合金钢 (合金元素 > 5%)

主要材料组

锻造/轧制/冷拔

退火

200 HB

1950

0.25

P3.0.Z.HT

淬硬 + 回火

380 HB

3100

0.25

P3.0.C.UT

铸造

未处理

200 HB

1950

0.25

P3.0.C.HT

淬硬 + 回火

340 HB

3040

0.25

P3.1.Z.AN

高速钢

锻造/轧制/冷拔

退火

250 HB

2360

0.25

P3.2.C.AQ

锰钢

铸造

退火/淬火或退火

300 HB

3000

0.25

P4.0.S.NS

烧结钢

主要材料组

烧结

未指定

150 HB

非合金钢 - P 1.1-1.5

定义

在非合金钢中，碳含量通常少于0.8%，合金钢则含有附加的合金元素。硬度在90-350 HB的范围内变化。较高的碳含量 (> 0.2%)使材料可以进行硬化处理。

常见零件

主要应用包括：建筑用钢、结构钢、深拉和冲压产品、压力容器用钢和各种铸钢。常规应用包括：轮轴、轴、管、锻件和焊接结构件 (碳含量 < 0.25%)。

切削加工性

加工低碳钢 (碳含量 < 0.25%) 时，需要特别注意断屑困难和粘结趋势 (积屑瘤)。高切削速度、锋利的切削刃和/或槽型、正前角前刀面和薄涂层材质将减少粘结趋势。在车削中，建议切深接近或大于刀尖半径，以改进断屑性能。一般而言，淬硬钢的切削加工性非常好。但是，切削刃容易产生较大的后刀面磨损。

低合金钢 - P 2.1-2.6

定义

低合金钢是当前金属切削中应用最普遍的材料。该组既包括软材料又包括硬材料 (硬度 ≤ 50 HRc)。

常见零件

钼和铬合金压力容器用钢可在较高的温度下使用。常规应用包括：轮轴、轴、结构钢、管和锻件。汽车行业的典型部件有：连杆、凸轮轴、球笼式等速万向节、轮毂、转向齿轮等。

切削加工性

低合金钢的切削加工性取决于合金含量和热处理 (硬度)。对于该组中的所有材料，最常见的磨损状态是月牙洼磨损和后刀面磨损。

淬硬材料会在切削区域产生更多热量，会引起切削刃塑性变形。

高合金钢 - P 3.0-3.2

定义

高合金钢包括总合金含量超过5%的碳钢。该组材料既包括软材料又包括硬材料 (硬度可达50 HRc)。

常见零件

这些钢的典型用途包括：机床部件、模具、液压元件、气缸和切削刀具 (高速钢)。

切削加工性

通常，合金含量和硬度越高，切削加工性就越低。例如，当合金元素含量为12-15%且硬度高达450 HB时，要求切削刃有良好的耐热性，以抵抗塑性变形。

ISO M不锈钢

不锈钢的MC代码
铁素体和马氏体不锈钢 - P5.0-5.1
奥氏体和超级奥氏体不锈钢 - M1.0-2.0
双相不锈钢 - M 3.41-3.42

什么是ISO M不锈钢？

一种主要成分是铁 (Fe) 元素的合金
铬含量高于12%
碳含量通常较低 (C ≤ 0.05%)
添加镍 (Ni)、铬 (Cr)、钼 (Mo)、铌 (Nb) 和钛 (Ti) 等各种合金元素，赋予材料不同的特性，例如耐腐蚀性和高温强度。
铬 (Cr) 与氧 (O) 结合，在钢表面产生一层氧化铬 (Cr2O3)保护膜，从而使这种材料具有不锈特性。

切削加工性概述

不锈钢的切削加工性依其合金元素、热处理和制造工艺 (锻造、铸造等) 的不同而不同。通常，合金含量越高，切削加工性就越差，但所有不锈钢组均包含易切削或切削加工性改进的材料。

长切屑材料
切削控制在铁素体/马氏体不锈钢加工中比较容易，但在奥氏体和双相不锈钢加工中则变得更复杂
特定切削力：1800-2850 N/mm²
加工时产生高切削力、积屑瘤、高热量和加工硬化表面
氮 (N) 含量较高的奥氏体组织可提高强度并提供一定的耐腐蚀性，但却会降低切削加工性，同时增加形变硬化
添加的硫 (S) 用于改善切削加工性
高碳含量 (> 0.2%) 将导致相对较重的后刀面磨损
钼 (Mo) 和氮 (N) 会降低切削加工性。但是，它们能够提供耐酸侵蚀特性并且有助于增加高温强度
SANMAC (山特维克商标) 是一种切削加工性经过改进的材料，改进方法是优化硫化物和氧化物的含量，而没有削弱耐腐蚀性。

不锈钢的MC代码

MC代码

材料组

材料子组

制造工艺

热处理

硬度

单位切削力，k_c1 (N/mm2)

m_c

P5.0.Z.AN

铁素体/马氏体不锈钢

主要材料组

锻造/辊轧/冷拔

退火

200 HB

1800

0.21

P5.0.Z.HT

淬硬 + 回火

330 HB

2300

0.21

P5.0.Z.PH

沉淀硬化

330 HB

2800

0.21

P5.O.C.UT

铸造

未处理

250 HB

1900

0.25

P5.0.C.HT

淬硬 + 回火

330 HB

2100

.025

P5.1.Z.AN

易切削钢

锻造/轧制/冷拔

退火

200 HB

1650

0.21

M1.0.Z.AQ

奥氏体

主要材料组

锻造/轧制/冷拔

退火/淬火或退火

200 HB

2000

0.21

M1.0.Z.PH

沉淀硬化

300 HB

2400

0.21

M1.0.C.UT

铸造

未处理

200 HB

1800

0.25

M1.1.Z.AQ

切削加工性经过改进 (如SANMAC)

锻造/轧制/冷拔

退火/淬火或退火

200 HB

2000

0.21

M1.1.Z.AQ

易切削钢

200 HB

1800

0.21

M1.3.Z.AQ

钛稳定化

200 HB

1800

0.21

M1.3.C.AQ

铸造

200 HB

1800

0.25

M2.0.Z.AQ

超级奥氏体 (Ni ≥ 20%)

主要材料组

锻造/轧制/冷拔

200 HB

2300

0.21

M2.0.C.AQ

铸造

200 B

2150

0.25

M3.1.Z.AQ

双相不锈钢 (奥氏体/铁素体)

铁素体 > 60% (经验法则：N < 0.10%)

锻造/轧制/冷拔

退火/淬火或退火

230 HB

2000

0.21

M3.1.C.AQ

铸造

230 HB

1800

0.25

M3.2.Z.AQ

铁素体 < 60% (经验法则：N ≥ 0.10%)

锻造/轧制/冷拔

260 HB

2400

0.21

M3.2.C.AQ

铸造

260 HB

2200

0.25

工件材料组的识别

不锈钢的显微组织主要取决于其化学成分，其中，主要合金成分铬 (Cr) 和镍 (Ni) 最为重要 (参见图表)。事实上，由于用于稳定奥氏体或铁素体的其他合金成分的影响，显微结构的变化范围可能很大。热处理或某些情况下的冷加工也可能改变显微结构。沉淀硬化铁素体或奥氏体不锈钢具有更高的抗拉强度。

奥氏体不锈钢

奥氏体-铁素体 (双相) 不锈钢

铁素体铬不锈钢

马氏体铬不锈钢

铁素体和马氏体不锈钢 - P5.0-5.1

定义

根据切削加工性来分，铁素体和马氏体不锈钢被归类为ISO P材料。一般铬 (Cr) 含量为12-18%。只存在少量的其他合金元素。

马氏体不锈钢的碳含量相对较高，因此会硬化。铁素体不锈钢具有磁性。铁素体和马氏体不锈钢的可焊性都较低，耐腐蚀性从中等到低并随着铬 (Cr) 含量的增加而提高。

常见零件

常用于对耐腐蚀性的要求有限的应用。铁素体材料的镍 (Ni) 含量有限，因此成本相对较低。应用示例有：耐腐蚀性要求较低的泵轴、蒸汽轮机轴和水轮机轴、螺母、螺栓、热水加热器、制浆和食品加工业。

马氏体不锈钢可进行硬化处理，可用于餐具、剃须刀片、外科手术器械等。

切削加工性

通常，切削加工性良好且与低合金钢非常相似。因此，它被归类为ISO P材料。高碳含量 (> 0.2%) 会使材料硬化。加工将产生后刀面磨损和月牙洼磨损以及部分积屑瘤。ISO P材质和槽型表现良好。

奥氏体和超级奥氏体不锈钢 - M1.0-2.0

定义

奥氏体不锈钢是不锈钢的主组；最常见的成分是18%的铬和8%的镍 (如18/8不锈钢、304不锈钢)。通过添加2-3%的钼可产生更好的耐腐蚀性，此类不锈钢通常叫做“耐酸钢”(如316不锈钢)。MC组还包括镍 (Ni) 含量超过20%的超级奥氏体不锈钢。奥氏体沉淀硬化 (PH) 不锈钢在溶解热处理条件下具有奥氏体组织，铬 (Cr) 含量 > 16%，镍 (Ni) 含量 > 7%，铝 (Al) 含量约为1%。典型的沉淀硬化钢为17/7 PH钢。

常见零件

用于需要良好的耐腐蚀性的零件。非常好的可焊性和良好的高温性能。应用包括：化学、制浆和食品加工业以及飞机的排气歧管。良好的机械性能通过冷加工得到改进。

切削加工性

加工硬化产生硬表面和硬切屑，进而导致沟槽磨损。它还会出现粘着并产生积屑瘤 (BUE)。其相对切削加工性为60%。硬化条件会使涂层和基体材料从切削刃上脱落，从而导致崩刃和表面质量差。加工奥氏体会产生强度较高的连续长切屑，因此断屑困难。添加硫 (S) 将改进切削加工性，但会导致耐腐蚀性降低。使用锋利的切削刃和正前角槽型。切削到加工硬化层下面。使切深保持恒定。在加工时产生大量热量。

双相不锈钢 - M 3.41-3.42

定义

向铁素体不锈钢中添加镍 (Ni) 将形成一种既含铁素体又含奥氏体的混合基组织。这叫做双相不锈钢。双相不锈钢具有高抗拉强度并能保持非常高的耐腐蚀性。高级双相不锈钢和超级双相不锈钢等名称表示更高的合金元素含量和更好的耐腐蚀性。双相不锈钢中的铬 (Cr) 含量通常为18-28%，镍 (Ni) 含量通常为4-7%，由此将产生25-80%的铁素体含量。在室温下，通常铁素体相和奥氏体相各占50%。

常见零件

用于化学、食品、建筑、医药、纤维素和造纸行业所用的机器，以及加工过程中含有酸或氯的场合。经常用于与海洋石油和天然气行业有关的设备。

切削加工性

由于高屈服点和高抗拉强度，相对切削加工性通常较差 (30%)。较高的铁素体含量 (高于60%) 可改进切削加工性。加工时会产生坚固的切屑，从而可能导致切屑冲击并产生高切削力。在切削过程中会产生大量的热量，从而可能导致塑性变形和严重的月牙洼磨损。

最好选择小主偏角，以避免沟槽磨损和毛刺形成。刀具稳定夹紧和工件稳定固定至关重要。

ISO K铸铁

铸铁的MC代码
可锻铸铁 (MCI) K 1.1-1.2 和灰口铸铁 (GCI) K 2.1-2.3
球墨铸铁 (NCI) K 3.1-3.5
蠕墨铸铁 (CGI) K 4.1-4.2
等温淬火球墨铸铁 (ADI) K 5.1-5.3

什么是ISO K铸铁？

铸铁有5种主要类型：

灰口铸铁 (GCI)
可锻铸铁 (MCI)
球墨铸铁 (NCI)
蠕墨铸铁 (CGI)
等温淬火球墨铸铁 (ADI)

铸铁为Fe-C合金，Si含量相对较高 (1-3%)。碳含量超过2%，这是C在奥氏体相中最大的溶解度。Cr (铬)、Mo (钼) 和V (钒) 加入形成碳化物，增加了强度和硬度，但降低了切削加工性。

切削加工性概述

这是一种在大多数工况下都能实现良好切屑控制的短切屑材料。特定切削力：790-1350 N/mm²
以较高的速度加工 (特别是在加工夹砂铸铁时) 会产生磨粒磨损。
球墨铸铁 (NCI)、蠕墨铸铁 (CGI) 和等温淬火球墨铸铁 (ADI) 需要特别注意，因为它们与普通的灰口铸铁 (GCI) 具有不同的机械性能且基体中存在石墨
铸铁通常使用负前角刀片进行加工，因为这些刀片具有高强度切削刃并可安全使用
硬质合金基体应该比较坚硬，涂层应为厚氧化铝层，以确保良好的抗磨粒磨损性能
铸铁传统上进行干式加工，但也可用于湿工况，主要是为了最大限度地减少碳和铁造成的粉尘污染。也有适合湿式加工的材质

硬度的影响

硬度对铸铁切削加工性的影响遵循与其他材料相同的规则
例如，ADI (等温淬火球墨铸铁) 和CGI (蠕墨铸铁) 以及NCI (球墨铸铁) 的硬度可达300-400 HB
MCI (可锻铸铁) 和GCI (灰口铸铁) 的平均硬度为200-250 HB
白口铸铁在冷却速率较快时能够达到高于500 HB的硬度，此时，碳与铁发生反应，生成碳化物Fe3C (碳化铁)，而不是以游离碳的形式存在。白口铸铁具有非常高的磨蚀性并且难加工

铸铁的MC代码

从切削加工性的角度来看，铸铁分为可锻铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 (CGI) 和等温淬火球墨铸铁 (ADI) 几种类型。其中，硬度较高的是球墨铸铁和等温淬火球墨铸铁 (ADI)。

MC代码

材料组

材料子组

制造工艺

热处理

硬度

单位切削力，k_c1 (N/mm2)

m_c

K1.1.C.NS

可锻铸铁

低抗拉强度

铸造

未指定

200 HB

780

0.28

K1.2.C.NS

高抗拉强度

260 HB

1020

0.28

K2.1.C.UT

灰口铸铁

低抗拉强度

铸造

未处理

180 HB

900

0.28

K2.2.C.UT

高抗拉强度

245 HB

1100

0.28

K2.3.C.UT

奥氏体

175 HB

1300

0.28

K3.1.C.UT

球墨铸铁

铁素体

铸造

未处理

155 HB

870

0.28

K3.2.C.UT

铁素体/珠光体

215 HB

1200

0.28

K3.3.C.UT

珠光体

265 HB

1440

0.28

K3.4.C.UT

马氏体

330 HB

1650

0.28

K3.5.C.UT

奥氏体

190 HB

K4.1.C.UT

CGI

低抗拉强度 (珠光体 < 90%)

铸造

未处理

160 HB

680

0.43

K4.2.C.UT

高抗拉强度 (珠光体 ≥ 90%)

230 HB

750

0.41

K5.1.C.NS

ADI

低抗拉强度

铸造

未指定

300 HB

K5.2.C.NS

高抗拉强度

400 HB

K5.3.C.NS

超高抗拉强度

460 HB

等温淬火热处理将球墨铸铁 (NCI) 转化为等温淬火球墨铸铁 (ADI)。

可锻铸铁 (MCI) K 1.1-1.2 和灰口铸铁 (GCI) K 2.1-2.3

定义

可锻铸铁由一种接近于白口铸铁的基体制造而成，然后分两步进行热处理，形成铁素体 + 珠光体 + 回火碳组织，从而产生与灰口铸铁中更易引起破裂的层状结构不同的不规则石墨颗粒。这意味着可锻铸铁对裂纹的敏感度更低，断裂强度和延伸率更高。

灰口铸铁中的石墨以典型的片状形态存在，主要特性为：低冲击强度 (脆断模式)；良好的导热性，在发动机运行时产生更少的热量，在切削过程中产生的热量较低；良好的阻尼性能，能够吸收发动机中的振动。

常见零件

由可锻铸铁 (MCI) 制造的零件包括：车轴轴承、履带轮、管道配件和高强度齿轮。由灰口铸铁 (GCI) 制造的零件包括：煎锅、发动机缸体、压缩机气缸、齿轮和齿轮箱壳体。

切削加工性

可锻铸铁具有比灰口铸铁 (GCI) 更高的抗拉强度，在切削加工性方面与球墨铸铁 (NCI) 类似，二者通常都具有出色的切削加工性能。通常，铸铁中的珠光体组织会增加磨料磨损，铁素体组织则会增加粘着磨损。

灰口铸铁冲击强度低，产生的切削力低，切削加工性良好。在切削过程中仅产生磨料磨损。没有化学磨损。为了改进机械性能，灰口铸铁通常将铬 (Cr) 用作合金元素。但在强度增加的同时，切削加工性会降低。

球墨铸铁 (NCI) K 3.1-3.5

定义

球墨铸铁具有球状石墨结构，主要特性是：良好的刚度 (杨氏模量)；良好的冲击强度 = 韧性材料，不脆；良好的抗拉强度；阻尼性能差，不吸收发动机中的振动；导热性差，在切削过程中产生的热量较高。与灰口铸铁 (GCI) 不同，球墨铸铁 (NCI) 中的石墨以球状形态存在，这使其具有较高的抗拉性能和韧性。

常见零件

轮毂、管件、滚子、排气歧管、曲轴、差速器壳、轴承盖、底板、涡轮增压器壳体、离合器片和飞轮。

涡轮增压器壳体和排气歧管通常由耐热性更高的钼化硅 (SiMo) 合金铸铁制成。

切削加工性

球墨铸铁具有形成积屑瘤的较强趋势。铁素体含量越高，NCI材料越软，形成积屑瘤的趋势也越高。在使用断续切削加工铁素体含量高的零件时，粘结磨损通常是最主要的磨损机理。这会导致涂层的剥落问题。

对于珠光体含量更高的硬度更高的球墨铸铁，这种粘着问题就没那么明显。此时更可能出现磨粒磨损和/或塑性变形。

蠕墨铸铁 (CGI) K 4.1-4.2

定义

蠕墨铸铁 (CGI)能同时满足高强度和减轻重量的需求，而且仍能保持合理的切削加工性的材料。蠕墨铸铁 (CGI) 的导热性和阻尼特性介于球墨铸铁 (NCI) 与灰口铸铁 (GCI) 之间。抗金属疲劳性能是灰口铸铁的两倍。像灰口铸铁一样，蠕墨铸铁中的石墨颗粒是随机取向的细长颗粒，只是更短、更粗，并且具有圆形边缘。蠕墨铸铁的珊瑚状形态与石墨颗粒的圆形边缘和不规则凹凸表面一起在石墨与铁基体之间提供强大的附着力。这也是蠕墨铸铁的机械性能远高于灰口铸铁的原因。最常见的是珠光体含量低于90%的蠕墨铸铁。

常见零件

蠕墨铸铁 (CGI) 非常适合用于制造发动机，为了输出更高功率，要求材料的重量更轻、强度更高。与采用灰口铸铁 (GCI) 相比，仅发动机缸体的重量便能减轻约20%。其他应用包括缸盖和制动盘。

切削加工性

蠕墨铸铁的切削加工性介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。蠕墨铸铁的抗拉强度是灰口铸铁的2-3倍且导热性更低，因此在加工时会产生更高的切削力，并在切削区域内产生更多热量。蠕墨铸铁材料中更高的钛含量会对刀具寿命产生负面影响。

最常见的加工工序是面铣和镗削缸孔。用圆弧插补铣代替缸孔镗削，既能延长刀具寿命，又能提高生产率。

等温淬火球墨铸铁 (ADI) K 5.1-5.3

定义

等温淬火球墨铸铁是经过特殊热处理获得的铸铁系列。等温淬火热处理将球墨铸铁转化为等温淬火球墨铸铁 (ADI)，后者的特性包括出色的强度、韧性和疲劳特性。等温淬火球墨铸铁单位重量的强度高于铝合金，耐磨性与钢类似。抗拉强度和屈服强度值是标准球墨铸铁的两倍。疲劳强度高出50%，可通过喷丸处理或圆角滚压对其进行增强。

常见零件

由于性能优越，等温淬火球墨铸铁 (ADI) 铸件正在越来越多地取代锻钢件和铸钢件、焊接结构、渗碳钢和铝。它主要用于汽车行业，如悬挂和传动部件等。它也用于电力/能源以及采矿和建筑领域。

切削加工性

与加工NCI相比，加工ADI的预期刀具寿命降低40-50%。ADI的抗拉强度和延展性接近于钢，但是，根据切屑形成过程，ADI被归类为球墨铸铁 (锯齿状切屑形状)。与同等硬度的钢相比，ADI的显微硬度更高。较高的ADI材质的显微组织中含有硬颗粒。由于锯齿状切屑形成过程，高强度和高延展性导致高热负荷和高机械负荷，将使磨损集中在切削刃附近和前刀面上。切屑形成过程中的硬化导致很高的动态切削力。切削刃温度是导致磨损的一个重要因素。

ISO N有色金属材料

什么是ISO N有色金属材料？

该组材料包含非铁材料，硬度低于130 HB的软金属，也包括高强度青铜(>HB250)
其中，硅 (Si) 含量低于12-13%的铝 (Al) 合金所占的比例最高
MMC：金属基复合材料：Al + SiC (20-30%)
镁基合金
铜：铜含量为99.95%的电解铜
青铜：含锡 (Sn) (10-14%) 和/或铝 (3-10%) 的铜
黄铜：铜 (60-85%) 与锌 (Zn) (40-15%) 的混合物

铝的切削加工性能

长切屑材料
如果是合金，则切屑控制相对容易
纯铝具有粘性，需要锋利的切削刃和高切削速度v_c
特定切削力：350-700 N/mm²
切削力低，从而加工所需的功率也低
加工硅含量低于7-8%的铝合金，可使用细晶粒无涂层硬质合金材质；加工硅含量高的铝合金，可使用PCD材质
硅含量较高 (> 12%) 的过共晶铝合金具有非常高的磨蚀性

常见零件

发动机缸体、缸盖、变速箱壳体、壳体、航空框架零件。

N材料的MC代码

MC代码

材料组

材料子组

制造工艺

热处理

硬度

特定切削力，k_c1 (N/mm²)

m_c

N1.1.Z.UT

铝基合金

工业纯铝

铸造

未处理

30 HB

350

0.25

N1.2.Z.UT

硅含量 ≤ 1%的硅铝合金

60 HB

400

0.25

N1.2.Z.AG

时效处理

100 HB

650

0.25

N1.2.S.UT

烧结

未处理

75 HB

410

0.25

N1.2.C.NS

铸造

未指定

80 HB

410

0.25

N1.3.C.UT

1% < 硅含量 < 13%的硅铝铸造合金

未处理

75 HB

600

0.25

N1.3.C.AG

时效处理

90 HB

700

0.25

N1.4.C.NS

硅含量 ≥ 13%的硅铝铸造合金

未指定

130 HB

700

0.25

N2.0.C.UT

镁基合金

主要材料组

铸造

未处理

70 HB

N3.1.U.UT

铜基合金

无铅铜合金 (包括电解铜)

未指定

未处理

100 HB

1350

0.25

N3.2.C.UT

含铅黄铜和青铜 (铅含量 ≤ 1%)

铸造

90 HB

550

0.25

N3.3.S.UT

烧结

35 HB

N3.3.U.UT

易切削铜基合金 (铅含量 > 1%)

未指定

110 HB

550

0.25

N3.4.C.UT

高强度青铜 (> 225 HB)

铸造

300 HB

N4.0.C.UT

锌基合金

主要材料组

铸造

未处理

70 HB

ISO S高温合金和钛合金

S材料的MC代码
高温合金材料 - S 1.0-3.0
钛合金 - S 4.1-4.4

什么是ISO S高温合金和钛合金？

ISO S材料组可分为高温合金 (HRSA) 和钛合金
高温合金材料可分为3组：镍基合金、铁基合金和钴基合金
状态：退火、固溶处理、时效处理、轧制、锻造、铸造
特性：合金含量增加 (钴 (Co) 多于镍 (Ni))，因此耐热性更好，抗拉强度增加，耐腐蚀性提高

切削加工性概述

= 不锈钢

= 热处理 (时效处理)

= 固溶处理 (退火)

因合金的化学性质及冶金工艺的不同，每种材料的物理性质和加工性能会明显不同
退火和时效处理对后续加工性能的影响特别大
切屑控制困难 (锯齿状切屑)
特定切削力：2400-3100 N/mm² (高温合金) 和1300-1400 N/mm² (钛合金)
切削力和所需的功率相当高

时效处理

为了达到更高的强度，高温合金可进行“沉淀硬化”。

通过在高温下对材料进行处理 (如时效处理)，小的金属间颗粒在合金中沉淀。这些颗粒将阻碍晶体结构的运动，从而使材料更难变形。

S材料的MC代码

根据切削加工性，高温合金分为铁基、镍基和钴基材料。钛合金分为工业纯α合金和近α合金、α/β合金和β合金。

MC代码

材料组

材料子组

制造工艺

热处理

硬度

特定切削力，k_c1 (N/mm2)

m_c

S1.0.U.AN

铁基合金

主要材料组

未指定

退火

200 HB

2400

0.25

S1.0.U.AG

时效处理

280 HB

2500

0.25

S2.0.Z.AN

镍基合金

主要材料组

锻造/轧制/冷拔

退火

250 HB

2650

0.25

S2.0.Z.AG

时效处理

350 HB

2900

0.25

S2.0.Z.UT

未处理

275 HB

2750

0.25

S2.0.C.NS

铸造

未指定

320 HB

3000

0.25

S3.0.Z.AN

钴基合金

主要材料组

锻造/轧制/冷拔

退火

200 HB

2700

0.25

S3.0.Z.AG

时效处理

300 HB

3000

0.25

S3.0.C.NS

铸造

未指定

320 HB

3100

0.25

S4.1.Z.UT

钛基合金

工业纯钛 (钛含量 > 99.5%)

锻造/轧制/冷拔

未处理

200 HB

1300

0.23

S4.2.Z.AN

α合金和近α合金

退火

320 HB

1400

S4.3.Z.AN

α/β合金

330 HB

1400

S4.3.Z.AG

时效处理

375 HB

1400

S4.4.Z.AN

β合金

退火

330 HB

1400

S4.4.Z.AG

时效处理

410 HB

1400

S5.0.U.NS

钨基合金

主要材料组

未指定

120 HB

S6.0.U.NS

钼基合金

主要材料组

未指定

200 HB

高温合金材料 - S 1.0-3.0

定义

在较高的温度下能够保持其硬度和强度的耐腐蚀性较高的材料。这种材料可在高达1000 ℃的温度下使用，并且可以通过时效处理过程进行硬化。

镍基高温合金的使用最为广泛 - 占飞机发动机重量的50%以上。沉淀硬化镍基高温合金包括：Inconel 718/706、Waspalloy、Udimet 720。固溶强化 (不可硬化) 镍基高温合金包括：Inconel 625
铁基高温合金由奥氏体不锈钢进化而来，高温强度特性最差：Inconel 909、Greek Ascolloy和A286
钴基高温合金具有最好的高温性能和耐腐蚀性，主要用于医药行业：Haynes 25 (Co49Cr20W15Ni10)、Stellite 21/31
高温合金材料中的主要合金元素
镍 (Ni)：改进高温时的金属结构和材料特性
钴 (Co)、钼 (Mo)、钨 (W)：提高高温时的强度
铬 (Cr)、铝 (Al)、硅 (Si)：改进抗氧化性和耐高温腐蚀性
碳 (C)：提高蠕变强度

常见零件

航空发动机和动力燃气轮机的燃烧段和涡轮段部件、海洋油气开采应用、医用关节植入物、高耐腐蚀性应用。

切削加工性

高温合金材料的切削加工性难度按照以下顺序增加：铁基高温合金、镍基高温合金、钴基高温合金。所有材料在高温下都具有高强度，在切削过程中都会产生锯齿状切屑，从而产生较高的动态切削力。

由于导热性差且硬度高，在加工过程中会产生高温。高强度、加工硬化和粘着硬化特性在最大切深处产生沟槽磨损，并使切削刃面临磨蚀性极高的环境。

硬质合金材质应具有良好的切削刃韧性，且涂层对基体具有良好的附着力，以提供良好的抗塑性变形能力。一般而言，应使用具有小主偏角的刀片 (圆刀片) 并选择正前角刀片槽型。在车削和铣削中，根据具体的应用，可使用陶瓷材质。

钛合金 - S 4.1-4.4

定义

根据结构和所含的合金元素，钛合金可分为4类。

未经处理的工业纯钛
α合金 - 添加了铝 (Al)、氧 (O) 和/或氮 (N)
β合金 - 添加了Mg (镁)、铁 (Fe)、钒 (V)、铬 (Cr) 和/或锰 (Mn)
混合α+β合金，含有两种合金的混合物

混合α+β合金，如Ti-6Al-4V型合金，占目前所用钛合金的大多数，主要用于航空航天领域，但也在常规应用中使用。钛具有较高的强度重量比，密度仅为钢的60%且耐腐蚀性非常好。因此能够实现更薄的薄壁设计。

常见零件

在可能对大多数其他材料造成严重腐蚀的恶劣的环境下，可以使用钛合金。这要归因于氧化钛 (TiO2)，它具有非常高的耐腐蚀性，在材料表面形成的一层约0.01 mm厚的氧化层。如果氧化层遭到破坏，但环境中有氧气，则钛立即重新生成氧化物。适用于热交换器、脱盐装置、喷气发动机零件、起落架和航空航天领域的结构件。

切削加工性

 钛合金的切削加工性比普通钢和不锈钢要差，因此对切削刀具提出了特殊要求。钛合金的导热性较差；在高温下能够保持强度，这会在切削刃处产生高切削力和热量。被高度剪切的薄切屑具有粘附趋势，会在前刀面上形成一个狭窄的接触区，从而使切削力集中在切削刃附近。切削速度过高会使切屑与切削刀具材料之间发生化学反应，这可能导致刀片突然崩刃/破裂。切削刀具材料应具有良好的红硬性和较低的钴含量，并且不会与钛合金发生反应。通常使用细晶粒无涂层硬质合金。选择具有良好切削刃韧性的正前角/开放式槽型。

ISO H淬硬钢

什么是ISO H淬硬钢？

该组材料包含硬度为45-68 HRC的淬火钢
常见钢材包括渗碳钢 (~60 HRc)、轴承钢 (~60 HRc) 和工具钢 (~68 HRc)。硬铸铁包括白口铸铁 (~50 HRc) 和ADI/Kymenite (~40 HRc)。建筑用钢 (40-45 HRc)、锰钢和不同类型的硬质涂层材料 (如Stellite)。P/M钢和硬质合金也属于该组
典型硬零件车削的硬度范围为55-68 HRC

切削加工性

从加工的角度看，淬硬钢是最小的材料组，精加工是最常见的加工工序。特定切削力：2550-4870 N/mm²。加工工序通常具有合理的切屑控制。切削力和功率要求相当高
切削刀具材料必须具有良好的抗塑性变形能力 (红硬性)、化学稳定性 (在高温下)、机械强度和抗磨粒磨损性能。CBN具有这些特性，并且能够以车削代替磨削
当工件的表面质量要求不太高且硬度对于硬质合金而言过高时，混合陶瓷或晶须增强陶瓷也可用于车削
硬质合金主要用于铣削和钻削应用，并且适用于硬度不超过约60 HRc的材料

常见零件

典型零件包括：传动轴、变速齿轮、转向齿轮、冲模。

淬硬钢的MC代码

MC代码

材料组

材料子组

制造工艺

热处理

硬度

特定切削力，k_c1 (N/mm²)

m_c

H1.1.Z.HA

钢 (超硬)

硬度等级50

锻造/轧制/冷拔

淬硬 (+ 回火)

50 HRc

3090

0.25

H1.2.Z.HA

硬度等级55

55 HRc

3690

0.25

H1.3.Z.HA

硬度等级60

60 HRc

4330

0.25

H1.4.Z.HA

硬度等级63

63 HRc

4750

0.25

H2.0.C.UT

冷硬铸铁

主要材料组

铸造

未处理

55 HRc

3450

0.28

H3.0.C.UT

Stellite钨铬钴合金

主要材料组

铸造

未指定

40 HRc

H4.0.S.AN

Ferro-TiC

主要材料组

烧结

退火

67 HRc