碳钢的重要加工因子

钢是铁基金属加入了其他化学元素。这些元素的加入可以在金属中创造新的成分，影响其机械性能(硬度、抗拉和屈服强度、延展性)切削加工性能．钢被认为是碳素钢当没有针对包括铝，铬，钴，甲骨蛋白，钼，镍，钛，钨或钒的化学元素的最低含量来用于合金效果的化学元素时;当铜的指定最小值为0.40或更小时;当不超过以下要素的限制时：锰-1.65％;硅-0.60％;和铜-0.60％。

碳素结构钢

如果一种钢的等级名称以“1”开头，那么它很可能是一种碳钢。10XX系列钢(其中XX或后两位数字代表该等级的平均或平均碳含量)是普通碳等级。11XX钢属于硫酸化等级，是自由加工钢。经过硫酸化和再磷化处理的12XX钢是“最佳”加工等级．15xx系列钢含有超过1.00％的高锰;13xx系列具有更高的锰内容，并且是“作为第一位数碳钢”规则的唯一例外。13xx钢（锰超过1.60％）被认为是合金。

钢的命名系统是基于化学组成，这一事实表明化学因素对这些钢的性能，包括可加工性的重要性。将平均含碳量作为等级标识的后两位数字，表明了碳作为钢等级性能的主要决定因素的重要性。

1008级（0.08平均碳），1018（平均碳）和1045（0.45平均碳）是所有碳钢，但它们具有显着不同的性质。由于其低碳含量，1008级具有高延展性，并且对于冷轧和成型而言，比加工更好。1018级是用于许多一般应用的共同等级，包括焊接，并且通常基于其低成本选择。频繁选择1045级以其更高的强度和机械性能。虽然其碳含量使得在没有特殊技术的情况下难以焊接，但是1045在轴系和其他动力传动部件中是常见的。（读 ”材料对碳钢焊接性的影响”)。

对于这些等级的普通碳钢，其硬度和可加工性都增加到一定程度，之后可加工性随着硬度的继续增加而下降。

在显微镜下，可以看到由增加的碳产生的结构。碳形成较深，更稠密的相位，称为珠光体，由铁素体组成，铁素体穿过碳化铁层，这是一个非常硬的成分。这是由碳含量驱动的珠光体相增加的，这解释了钢的机械性能，尤其是硬度的增加。在普通碳钢中高于0.60碳，使用称为退火的热处理来改变微观结构并降低钢的硬度。

碳在普通碳钢的可加工性方面具有主要作用，主要是其对散装机械性能的影响，如硬度，拉伸和屈服强度和延展性。

硫磺的作用

普通碳素钢在含碳量为0.18 - 0.22%时达到“峰值”，随后可加工性开始下降，因为较高的含碳量带来较高的韧性。一种具有最佳机加工性能的钢——既足够软，容易形成切屑，又足够脆，允许切屑断裂和分离——可以延长刀具寿命，并获得优异的表面光洁度。11XX钢被称为硫化钢，它添加了硫和锰来制造这种软而脆的工件材料。

硫磺与锰合并形成含锰硫化物的固体但非金属包涵体．锰硫化物作为钢中的不连续性，为芯片提供成核点以破裂。11xx系列钢有更多的硫和锰比10xx等级。由于锰和硫含量的增加，它更加可加工。（锰被添加以串联硫并防止其与钢中的铁反应，形成钢轧温度脆的硫化物或硫醇。）

这些硫化锰夹杂物在显微镜下可见，一般伸长，并分布在整个钢中。这些硫化物提供的另一个好处是它们在工具上保留已建立的边缘的作用，这是受硫化锰的抗焊接性能的影响。

冷加工的影响

在热轧的涡旋条件下，普通碳钢通常具有图1所示的三个等级的HR条目中所示的机械性能。大多数用于加工的条是冷却的，这增加了拉伸和产量强度和硬度并减少延伸百分比百分比和减少百分比的延展性。冷绘制的属性显示在标记的三个等级中标记的CD线中。百分比变化线显示了冷加工对钢的机械性能的效果。

冷绘是一种多步骤首先用喷丸清理棒材，除去坚硬的氧化磨料垢，然后通过一个小于棒材起始直径的硬质合金模具进行冷却，使棒材得到均匀的冷功。(之所以称为“冷拔”，是因为在此过程中没有刻意添加热量。)拉直后，棒材用锯子或剪子将其剪直，然后包装发运。

介绍12XX职系

我们已经看到普通碳钢达到最佳加工性（约35％的1212个工具行驶每分钟生产评级）和硬度在125至140毫安的范围内。我们已经看到了如何加入硫（和锰）可以提高钢的可加工性。图1显示了冷绘有多么冷的工作可以改善钢的机械性能并通过增加强度，消除荧光。在12XX系列钢中，所有这些方法结合在一起，使产品优化加工：

• 低碳-12L14通常熔化至0.15的最大碳;1215通常最大熔化至0.09，以防止冷绘制后的所需硬度。
• 添加冷加工元素——锰，磷，有时还有氮，以增强这些等级对冷拔的冷加工应变的响应。这些加工硬化元素允许更重的饲料，从而在车间更高的生产率。
• 添加硫——添加大量的硫以产生有益的硫化锰，通过在材料中起到不连续的作用，并在工具边缘建立控制，从而提高可加工性。
  图2显示了1215和12L14的生产额定值和硬度数据。

含铅或无铅

为了使自动化机器的产量达到最大，常用添加铅、铋、硒和碲。全球钢铁行业的整合，使铅和铋成为当今最广泛的选择。然而，另一种被称为12T14的“无铅”钢可以从月桂钢（安大略省，加拿大）。该钢铁用锡作为促进可加工性的补充。

在钢还处于液态时，将铅添加到钢中，导致铅以纯金属铅颗粒的形式沉积在分散在整个钢中的锰硫化物的头部和尾部。纯铅不仅比钢软，而且摩擦系数与石墨润滑剂相当。由于铅作为内部润滑剂的作用，它可以使钢比无铅钢以更高的速度进行加工。

它普遍认为，铅促进了可加工性，但与硫相比，铅的相对贡献很少是众所周知的。例如，除了锰和硫之外，1117级几乎与1018相同。然而，生产率的增加（按英寸刀具行程每分钟测量）为33％，归因于增加的硫。加入1018以使10L18增加27％的产量，同时增加1117升至1117导致生产等级为65％，大于1018.这些生产率的差异显示有两种不同的机制。加入硫磺对工具上的内置边缘控制，使切割过程中的最高温度在内置边缘而不是工具，促进更长的刀具寿命和较高的速度和馈送。此外，芯片的密切检查将显示它们在簧片钢中变薄，表明该工具的硬化降低。根据一些专家，应变硬化占切割中涉及的热量的75％。

另一方面，铅作为一种内部润滑剂，减少摩擦，导致机械加工生产的显著改善。随着其他技术手段的发展来消除加工过程中的热量(例如高压和高速冷却剂)，铅的重要性已不像以前那么重要。

在12T14钢中，锡锡添加剂被认为通过在钢的晶界中的偏析中促进可加工性。这使得晶粒以更低的力和更低的能量分离，而不是相似但在加工过程中的非锡处理钢。虽然12T14的速度和馈送并不始终等于12L14的速度，但是已经销售了数千吨的应用，用于指定比1215常规实现的铅和生产率高的应用。

ELV, RoHS和WEEE

许多北美机械加工厂开始收到客户的要求，要求他们证明用钢加工的零件符合美国的要求欧洲联盟的终身车辆（ELV）结束，限制有害物质(RoHS)和废电气和电子设备（WEEE）指令。这些指令都声称要禁止铅，但根据豁免声明和附件，它们实际上都允许铅作为钢中的“合金元素”含量最高达到0.35%。只要材料认证显示0.15 - 0.35%的铅，钢零件符合这些指令。

整体可加工性

碳钢的可加工性由许多因素决定。碳，硫，锰，磷，氮气，氮气，氮气和铅的微观结构，冷加工和含量都在提高加工生产率方面发挥作用。作为一般规则，通过减少芯片的应变硬化并在工具上保持一致的构建边缘来促进更高的硫含量促进更高的饲料。随着其润滑作用降低摩擦，加热允许更高的速度允许更高的速度。这两种机制都延长了工具寿命。对于不需要铅的应用，1215或专有的锡加入的12xx系列等级（12T14）可能是合适的。当机械师奇怪的时候为什么在不同的批次或钢铁等级之间似乎有如此多的变化，可以在任何上述因素中发生的变化应该给他们提供理解的起点。