1．高錳鋼有哪幾種？其性能如何？ 
    錳含量約為11％～18％的鋼稱(chēng)高錳鋼。常用的鑄造高錳鋼ZMn13的化學(xué)成分為：Mn含量11％～14％，c含量1.0％～1.4％，Si含量0.3％～1.0％，P含量<0.03％，S含量<0.05％。 
    高錳鋼是一種耐磨鋼，經(jīng)過(guò)水韌處理的高錳鋼可以得到較高的塑性和沖擊韌性。所謂水韌處理，就是把鋼加熱到1000℃～1100℃，保溫一段時(shí)間，使鋼中的碳化物全部溶入奧氏體中，然后迅速冷卻，使碳化物來(lái)不及從奧氏體中析出，從而保持了單一的均勻的奧氏體組織。經(jīng)過(guò)水韌處理的高錳鋼稱(chēng)為高錳奧氏體鋼。其力學(xué)性能為：σb=980 MPa，σs=392 MPa，HB210，δ=80％，αk=2.94 MJ／m2。 
    高錳鋼具有很高的耐磨性，雖然它的硬度只有HB210，但它的屈服點(diǎn)σs較低，只有σb的40％，因此具有較高的塑性和韌性。高錳鋼在受到外來(lái)壓力和沖擊載荷時(shí)，會(huì )產(chǎn)生很大的塑性變形或嚴重的加工硬化現象，鋼被劇烈強化，硬度顯著(zhù)提高，可達HB450～550，因此有了較高的耐磨性。 
    高錳鋼可分為高碳高錳耐磨鋼、中碳高錳無(wú)磁鋼、低碳高錳不銹鋼和高錳耐熱鋼。幾種高錳鋼的牌號和性能見(jiàn)表5-1。
    2．高錳鋼有哪些切削加工特點(diǎn)？ 
高錳鋼錳含量高達11％～18％，具有較高的塑性和韌性，在切削加工中有以下特點(diǎn)： 
    (1)加工硬化嚴重：高錳鋼在切削過(guò)程中，由于塑性變形大，奧氏體組織轉變?yōu)榧毦Я５鸟R氏體組織，從而產(chǎn)生嚴重的硬化現象。加工前硬度一般為HB200～220，加工后表面硬度可達HB450～550，硬化層深度0.1～0.3 mm，其硬化程度和深度要比45號鋼高幾倍。嚴重的加工硬化使切削力增大，加劇了刀具磨損，也容易造成刀具崩刃而損壞。 
    (2)切削溫度高：由于切削功率大，產(chǎn)生的熱量多，而高錳鋼的導熱系數比不銹鋼還低，只有中碳鋼的1/4，所以切削區溫度很高。當切削速度Vc<50 m/min時(shí)，高錳鋼的切削溫度比45號鋼高200℃～250 ℃，因此，刀具磨損嚴重，耐用度降低。 
    (3)斷屑困難：高錳鋼的韌性是45號鋼的8倍，切削時(shí)切屑不易拳曲和折斷。 
    (4)尺寸精度不易控制：高錳鋼的線(xiàn)膨脹系數與黃銅差不多，在高的切削溫度下，局部產(chǎn)生熱變形，尺寸精度不易控制。切削高錳鋼時(shí)，應先進(jìn)行粗加工，工件冷卻后再進(jìn)行精加工，以保證工件的尺寸精度。
    3．怎樣通過(guò)熱處理改善高錳鋼的切削性能？
金屬材料的切削性能主要取決于材料的力學(xué)、物理性能，如：強度、硬度、塑性、韌性、耐磨性及線(xiàn)膨脹系數等。通過(guò)熱處理可以改變金屬材料的力學(xué)、物理性能，從而改善其切削性能。改善高錳鋼的切削性能可以通過(guò)高溫回火來(lái)實(shí)現。將高錳鋼加熱至600℃～650℃，保溫兩小時(shí)后冷卻，使高錳鋼的奧氏體組織轉變?yōu)樗魇象w組織，其加工硬化程度顯著(zhù)降低，加工性能明顯改善。加工完成的零件在使用前應進(jìn)行淬火處理，使其內部組織重新轉變?yōu)閱我坏膴W氏體組織。
    4．切削高錳鋼時(shí)怎樣選擇刀具材料？
    高錳鋼屬難加工材料，對刀具材料要求較高。一般來(lái)說(shuō)，要求刀具材料紅硬性高、耐磨性好，有較高的強度、韌性和導熱系數。切削高錳鋼可選用硬質(zhì)合金、金屬陶瓷做刀具材科，也可以用CN25涂層刀片或CBN(立方氮化硼)刀具。目前應用最普遍的還是硬質(zhì)合金，其中YG類(lèi)硬質(zhì)合金具有較高的抗彎強度和沖擊韌性(與YT類(lèi)硬質(zhì)合金比較)，可減少切削時(shí)的崩刃。同時(shí)，YG類(lèi)硬質(zhì)合金的導熱性較好，有利于切削熱從刀尖散走，降低刀尖溫度，避免刀尖過(guò)熱軟化。YG類(lèi)硬質(zhì)合金的磨加工性較好，可以磨出銳利的刃口。一般情況下，刀具的耐用度取決于刀具材料的紅硬性、耐磨性和沖擊韌性。YG類(lèi)硬質(zhì)合金中含鈷量較多時(shí)，抗彎強度和沖擊韌性好，特別是提高了疲勞強度，因此適于在受沖擊和震動(dòng)的條件下作粗加工用；含鈷量較少時(shí)，其硬度、耐磨性和耐熱性較高，適合作連續切削的精加工。
    YT類(lèi)硬質(zhì)合金具有較高的硬度和較高的耐熱性，但與YG類(lèi)硬質(zhì)合金相比，其強度低、脆性大，導熱性差。因此，切削高錳鋼時(shí)通常選用韌性好的YG類(lèi)硬質(zhì)合金作刀具材料。應當注意的是，YG類(lèi)硬質(zhì)合金不適于高速切削，因為在高速切削鋼料時(shí)，切削時(shí)的高溫將使刀具前刀面上形成強烈的月牙洼磨損，并加速后刀面磨損，刀具耐用度降低。在切削速度較高且切削過(guò)程較平穩的情況下可考慮選用YT類(lèi)硬質(zhì)合金作刀具材料。
    YG類(lèi)硬質(zhì)合金中添加適量的(一般為0.5％～3％左右)TaC(碳化鉭)或NbC(碳化鈮)，可提高其硬度和耐磨性而不降低其韌性。隨著(zhù)硬質(zhì)合金中含鈷量的增加，這些優(yōu)點(diǎn)更為顯著(zhù)。因此，以Tac和NbC為添加劑的通用型硬質(zhì)合金也適于高錳鋼的切削加工。
    切削高錳鋼常用的硬質(zhì)合金牌號有：YG8、YG6A、YG6X、YG8N、YW1、YW2A、YW3、YC45、767、798、813等。
    采用金屬陶瓷刀片進(jìn)行高錳鋼的精車(chē)、半精車(chē)，可選用較高的切削速度，加工表面質(zhì)量好，刀具耐用度高。例如利用Al2O3基陶瓷刀具切削50Mn18Cr4高錳鋼比用硬質(zhì)合金刀具效率提高1～4倍。
切削加工高錳鋼還可選用CN25涂層刀片和CBN(立方氮化硼)刀具。在使用CBN刀具時(shí)應注意被切削材料含錳量不能高于14％，否則，CBN可能與Mn元素產(chǎn)生化學(xué)反應使刀具磨損嚴重，切削性能下降。
    5．切削加工高錳鋼時(shí)怎樣選擇刀具幾何參數？
    高錳鋼具有較高的塑性和韌性，加工硬化嚴重，切削溫度高，斷屑困難，容易造成崩刃，因此合理選擇刀具的幾何參數尤為重要。
    (1)前角與后角：切削高錳鋼時(shí)，為了減輕加工硬化，要求刀具保持鋒利。但一般不可以采用大前角，因為前角大不利于保證刃口強度和改善散熱條件。常采用較小前角或負前角及較大后角，但后角太大也會(huì )削弱刃口強度引起崩刃。采用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，γ0=-3°～3°，α0=8°～12°；采用陶瓷刀具時(shí)，γ0=-5°～-10°，α0=5°～10°。粗車(chē)時(shí)取小值，精車(chē)時(shí)取大值。
    (2)主偏角與副偏角：切削高錳鋼時(shí)，主偏角應小些，這樣可以增加刀具散熱面積和刀尖強度，副偏角也不宜過(guò)大。選用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，一般取κr=25°～45°，κ′r=10°～20°。工藝系統剛性好時(shí)取小值，反之可適當加大主偏角和副偏角。選用陶瓷刀具時(shí)，主偏角還可大些，一般取κr=45°～60°，精車(chē)時(shí)可取κr=60°～90°。
    (3)刃傾角：為了保持刀尖部分的強度，切削高錳鋼時(shí)一般應選擇負刃傾角。選用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，λs =-5°～0°；選用陶瓷刀具時(shí)，λs =-10°～-5°。
    (4)刀尖圓弧半徑：切削高錳鋼時(shí)，不論采用何種刀具材料，刀尖部分都應修磨出較大的圓弧半徑，以加強刀尖強度，提高刀具耐用度。一般粗車(chē)時(shí)rε=1～2 mm；半精車(chē)時(shí)rε=0.5～1 mm；精車(chē)時(shí)rε=0.2～0.5mm。工藝系統剛性好時(shí)取大值，反之取小值。
    (5)刃口倒棱：為了保證刃口有足夠的強度，減少崩刃現象，一般應將刃口修磨出負倒棱。硬質(zhì)合金刀具倒棱寬度bγ1=0.2～0.8 mm，倒棱前角γ01=-10°～-5°；如采用陶瓷刀具，bγ1=0.2 mm，γ01=-20°。
    6．切削高錳鋼時(shí)怎樣選擇切削用量？
    高錳鋼的切削加工性很差，為了維持一定的刀具耐用度，切削速度應低些。采用硬合金刀具時(shí)， Vc=20～40 m/min，其中，較低的速度用于粗車(chē)，較高的速度用于半精車(chē)和精車(chē)。采用陶瓷刀具時(shí)，可以選用較高的切削速度，一般Vc=50～80 m/min(如用Si3N4陶瓷刀具，Vc≤60 m/min)。
高錳鋼在切削過(guò)程中，由于塑性變形和切削力的影響，切削層及表層下一定深度范圍內會(huì )產(chǎn)生嚴重的硬化現象。為了使刀尖避開(kāi)毛坯表層和前一次走刀造成的硬化層，應選擇較大的切削深度和進(jìn)給量。一般粗車(chē)時(shí)αp =3～6 mm，f=0.3～0.8 mm/r；大件粗車(chē)時(shí)可取αp =6～10 mm；半精車(chē)時(shí)αp =1～3 mm；f=0.2～0.4 mm/r；精車(chē)時(shí)口?！? mm；f≤0.2mm/r。
    7．鉆高錳鋼硬質(zhì)合金群鉆有哪些特點(diǎn)？
在工程機械、礦山機械和越野車(chē)輛的制造中，常采用ZGMn13類(lèi)高錳鋼。ZGMn13高錳鋼錳含量達11％～14％，這類(lèi)鋼經(jīng)過(guò)水韌處理后在受到劇烈沖擊壓力時(shí)，會(huì )產(chǎn)生很強的硬化現象，硬度可達HB450～550，硬化層深度達0.3 mm左右。高錳鋼在受到?jīng)_擊壓力發(fā)生變形的過(guò)程中，會(huì )消耗那些對鋼材表面繼續作用的沖擊力，阻止作用力傳到更深的內層去。加之高錳鋼的導熱系數很低，只有碳鋼的1/3～1/4，給切削帶來(lái)很大困難。特別是鉆削時(shí)，刀具磨損嚴重，耐用度較低。因此，常采用硬質(zhì)合金群鉆進(jìn)行高錳鋼的鉆削。
鉆高錳鋼硬質(zhì)合金群鉆的本體為40Cr制造，切削部分為YG8或YW硬質(zhì)合金。切削部分形狀與鑄鐵群鉆近似，只是將鉆尖高h加大到0.08 D，圓弧刃的圓弧半徑加大到0.4 D，以加大B點(diǎn)刃尖的刀尖角，提高刀尖強度，改善散熱條件，同時(shí)也起到分屑作用。同樣，在外緣處磨出雙重鋒角，并磨出負前角，把外緣處后角加大到20°，如圖1所示。鉆頭磨好后，要用油石仔細鐾研刃口，不得有鋸齒。
    8．使用硬質(zhì)合金群鉆鉆削高錳鋼時(shí)應注意什么？
高錳鋼具有較高的塑性和韌性，切削溫度高，用硬質(zhì)合金群鉆鉆高錳鋼時(shí)，應注意以下問(wèn)題：
    (1)合理選擇切削用量：切削速度太低或進(jìn)給量太大，都會(huì )使切削力增加，容易造成切削刃崩碎。一般取Vc=30～40m/min，f=0.07～0.1 mm/r。
    (2)要充分使用冷卻液：高錳鋼的線(xiàn)膨脹系數大，鉆孔時(shí)應充分使用冷卻液，有條件的可將工件浸在冷卻液中鉆孔，以防止因孔的收縮將鉆頭咬死損壞。
    (3)嚴格控制鉆頭磨鈍標準：鉆削過(guò)程中如聽(tīng)到刺耳的尖叫聲或發(fā)現鉆頭外緣轉角處后角和棱邊磨損約1 mm時(shí)，應及時(shí)將鉆頭進(jìn)行重磨，否則繼續使用會(huì )加快鉆頭磨損以致?lián)p壞。
    (4)嚴禁中途停車(chē)：用硬質(zhì)合金群鉆鉆削高錳鋼時(shí)，應采用自動(dòng)進(jìn)給，盡量不用手動(dòng)進(jìn)給，否則會(huì )加重硬化現象，使鉆削更加困難。操作中要嚴禁中途停車(chē)，防止因切削力過(guò)大造成“悶車(chē)”，使鉆頭崩碎。
除以上幾點(diǎn)外，在使用硬質(zhì)合金群鉆鉆削高錳鋼時(shí)，還要求機床剛性好、振動(dòng)小。硬質(zhì)合金的硬度、耐熱性比高速鋼高，但韌性比高速鋼低很多，強烈的振動(dòng)和切削時(shí)的高溫，會(huì )加快鉆頭磨損，造成崩刃或開(kāi)焊，使鉆削無(wú)法進(jìn)行。
    9．高錳鋼車(chē)削實(shí)例有哪些?
工件材料為40Mn18Cr3，刀具材料為YW2，刀具幾何參數見(jiàn)圖2。切削用量為Vc=45 m/min，αp=4 mm，f=0.2 mm/r。