通常，人们把含铬量＞12%或含镍量＞8%的合金钢称为不锈钢。这种钢在大气中或在腐蚀性介质中具有一定的耐腐蚀能力，并在较高温度（＞450℃）下具有较高的强度。含铬量达16%～18%的钢，称为耐酸钢或耐酸不锈钢，通称为不锈钢。

　　含铬量达12%以上的钢在与氧化性介质接触时，由于电化学作用，表面形成一层富铬氧化膜，可保护金属内部不受腐蚀。但在非氧化性腐蚀介质中，不能形成坚固的钝化膜。为提高钢的耐腐蚀能力，通常选择增大铬的比例或添加可促进钝化的合金元素，如添加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W和Co等。这些合金元素不仅提高了钢的抗腐蚀能力，同时改变了钢的内部组织和物理力学性能。其在钢中的含量不同，对不锈钢性能产生的影响不同，有的有磁性，有的则无磁性，有的能够进行热处理，有的则不能进行热处理。

　　不锈钢被越来越广泛地应用于航空、航天、化工、石油、建筑以及食品机械行业中。其所含的合金元素对切削加工性能影响较大，文中主要对不锈钢的切削加工进行了分析。

　　2.不锈钢的分类及性能

　　（1）按不锈钢主要成分，分为以铬为主的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢两大类。

　　（2）按不锈钢金相组织分类：①马氏体不锈钢。其含铬量为12%～18%，含碳量为0.1%～0.5%（有时达1%）。其硬度为170～217HBW，抗拉强度σb为540～1 079MPa，伸长率δ为10%～25%，热导率к为25.12W/（m·K）。常见的牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV和30Cr13Mo等。马氏体不锈钢通过淬火，可获得较高的硬度、强度和耐磨性。然而，当钢中含碳量低于0.3%时，组织不均匀，粘附性强，切削时易产生积屑瘤，且断屑困难，切削加工性较差。当含碳量达0.4%～0.5%时，切削加工性较好。②铁素体不锈钢。其含铬量为12%～13%。硬度为177～228HBW，抗拉强度σb为363～451MPa，伸长率δ为20%～22%，热导率к为16.7W/（m·K）。加热冷却时组织稳定，不发生相变，所以不能进行热处理强化，只能靠变形强化，切削加工性相对较好。常见的牌号有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRe、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti、1Cr28以及1Cr25Ti等。③奥氏体不锈钢。其含铬量为12%～25%，含镍量为7%～20%（或20%以上）。硬度为187～207HBW，抗拉强度σb为481～520MPa，伸长率δ为40%，热导率к为16.33W/（m·K）。典型牌号有1Cr18Ni9Ti，其他还有00Cr18Ni10、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4以及1Cr18Mn8Ni5N等。由于奥氏体不锈钢含有较多的镍或锰，加热时组织不变，故淬火不能使其强化，可通过冷加工硬化来大幅度提高强度和硬度，其硬化程度为基体硬度的1.4～2.2倍，给下一次切削带来很大困难。其具有优良的力学性能和良好的耐腐蚀能力，无磁性。④奥氏体-铁素体双相不锈钢。与奥氏体不锈钢相似，仅在组织中含有一定量铁素体，常见牌号有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N、Cr26Ni17Mo3CuSiN以及1Cr18Ni11Si4AlTi等。这类不锈钢有硬度极高的金属间化合物析出，强度比奥氏体不锈钢高,切削加工性能比奥氏体不锈钢更差。其硬度＜277HBW，抗拉强度σb为589～736MPa，伸长率δ为18%～30%。⑤沉淀硬化不锈钢。这类不锈钢因含有较高的铬、镍和极低的碳，还含有能起沉淀硬化作用的铊、铝、钛和钼等合金元素，其在回火时析出，产生沉淀硬化，具有很高的硬度和强度。其硬度为363～388HBW，抗拉强度σb为1 138～1  324MPa，伸长率δ为5%～10%，这类钢具有良好的耐腐蚀性能。常见牌号有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al等。

　　3.不锈钢的切削特点

　　不锈钢的切削加工性能比45钢差。若以45钢的相对切削加工性Kr为1，则奥氏体不锈钢的相对切削加工性Kr为0.4，铁素体不锈钢的Kr为0.48，马氏体不锈钢的Kr为0.55。其中以奥氏体和奥氏体-铁素体双相不锈钢的切削加工性差，给切削加工带来很大困难，其特点如下：

　　（1）切削加工硬化严重。以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的加工硬化现象为严重，硬化层的硬度比基体硬度高1.4～2.2倍，其抗拉强度σb为1 470～1 960MPa。这类不锈钢塑性大（δ＞35%），塑性变形时晶格扭曲，故强化系数大，且奥氏体不稳定，在切削力作用下，部分奥氏体转变为马氏体。

　　（2）切削力大。不锈钢的高温强度和硬度高且韧性大，故在切削时所消耗的能量大，即切削抗力大。以奥氏体不锈钢为例，在切削过程中温度高达700℃时，其综合力学性能高于一般结构钢。加之其在切削过程中的塑性变形大、硬化现象严重，增大了切削力，所以不锈钢的单位切削力为45钢单位切削力的1.25倍。

　　（3）切削温度高。由于不锈钢在切削时的塑性变形大，切屑与刀具间的摩擦大，加之其热导率仅为45钢热导率的1/3～1/4，散热条件差，大量切削热集中在切削区，在相同切削条件下，切削温度比切削45钢时高200℃。

　　（4）切屑不易折断且易产生积屑瘤。由于不锈钢的韧性和塑性较大，车削加工时，切屑连绵不断，不仅影响切削顺利进行，还会拉伤已加工表面。在高温和高压下，不锈钢与其他金属的亲和性强，易产生粘结现象，并形成积屑瘤。既加剧刀具粘结磨损，又使已加工表面发生恶化。

　　（5）刀具易磨损。不锈钢中碳化物（TiC）的硬质点，使刀具产生剧烈的磨料磨损。在切削过程中，受高温、高压作用下的亲和作用，使切屑与刀具间产生粘结、扩散和月牙洼磨损及氧化磨损。由于切削加工硬化现象严重，还会在刀具后刀面上产生沟纹和边界磨损。

　　（6）工件易产生热变形。由于不锈钢的线膨胀系数（15.5～16.6×10-6）是碳钢线膨胀系数（10.98～12.18×10-6）的1.5倍，这样在切削温度作用下，工件易产生热变形，尺寸精度难以保证。

　　4.不锈钢切削条件的选择

　　（1）刀具材料。应选用耐热性高、耐磨性好且与不锈钢亲和作用小的刀具材料，主要有以下两类：①高速钢。普通高速钢的刀具寿命低，应选用高性能高速钢。如高碳、钼系、含铝、含钴和高钒高速钢，这些高速钢的常温和高温硬度高于普通高速钢，其刀具寿命是W18Cr4V的4倍以上。如95W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4VCo8和W12Cr4V4Mo等。②硬质合金。应首先选用添加TaC或NbC的钨钴类超细晶粒硬质合金，如YG813、YS2、YD15、YG640、YG643和YW4等。涂层硬质合金应首选TiAlN和TiAlSi涂层，这两种材料涂层硬度高（3 500～4 000HV），可减小切削过程中的粘结，且刀具寿命高。

　　（2）切削不锈钢刀具的几何参数。①前角。不锈钢具有硬度、强度较低，但塑性高、韧性大以及热强性高的特点。为减小塑性变形、切削力、切削温度及加工硬化现象，在保证切削刃强度的前提下，应尽量采用较大的刀具前角，以使切削刃锋利。切削各种不锈钢的刀具前角γ0=15°～30°。对于马氏体不锈钢应取大值。对于奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢前角应取小值。高速钢铣刀γ0=10°～20°；硬质合金铣刀γ0=5°～10°；铰刀γ0=8°～12°；丝锥γ0=10°～15°。②后角。为了减小刀具后刀面与工件的摩擦和加工硬化，α0=8°～12°。高速钢端铣刀和立铣刀，α0=12°～15°；硬质合金端铣刀α0=8°～10°，立铣刀α0=10°～15°。③主偏角、副偏角和刀尖圆弧半径。减小主、副偏角可以增大刀尖强度，有利于散热，但会使切削过程的径向力增大，容易引起振动。一般κr=45°～75°，κr′=8°～15°。刀尖圆弧半径rε=0.4～1.2mm。④刃倾角。在粗加工时，为了增大刀尖强度，刀具刃倾角λs=-3°～-8°。精加工时，λs=0°～3°。⑤车削不锈钢车刀的断屑槽型。由于不锈钢的可塑性高、韧性大，应合理选择车刀的断屑槽型，以防止切屑连绵不断。通常采用全圆弧形或直线圆弧形的断屑槽。断屑槽的宽度Bn=3～5mm，断屑槽底的圆弧半径Rn=2～6mm，槽深CBn=0.5～1.3mm，如图1所示。粗车时ap和f较大，断屑槽应宽而浅；精车时ap和f较小，断屑槽应窄而深。

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　　（3）切削不锈钢的切削用量。切削用量对加工不锈钢时的加工硬化、切削力、切削热和刀具寿命产生直接影响，同时也会影响切削效果。①切削速度。切削加工不锈钢的切削速度为切削一般钢材的切削速度的40%～60%。如高速钢刀具的切削速度vc为12～18m/min；硬质合金刀具的切削速度vc为40～60m/min。不锈钢热导率较低，切削区温度升高会造成刀具瞬间磨损，因此vc选择不可过高。②切削深度。由于不锈钢在切削加工时硬化现象严重，为避免在硬化层上切削和造成刀具快速磨损，切削深度应大于硬化层厚度。粗加工时，ap=2～5mm；精加工时，ap=0.2～0.5mm。车螺纹与车削普通钢材不同，不吃刀光一刀的方式不但车不下切屑，反而会造成刀具在硬化表面上产生摩擦，拉毛牙形表面，增大其表面粗糙度值。③进给量。为避免刀刃在切削表面硬化层上切削和加剧刀具磨损，进给量f和每齿进给量fz需大于硬化层厚度，不得小于0.1mm/r(z)，一般为f/(fz)=0.15～0.4mm/r(z)（fz为每齿进给量）。

　　（4）切削不锈钢的切削液。由于不锈钢的切削加工性较差，在切削过程中存在切削温度高、刀具粘结、氧化和扩散磨损严重等问题。所以对切削液的冷却、润滑以及渗透等性能有更高的要求。在切削时，应选用含S、P及Cl极压添加剂的极压乳化液或极压切削油。①硫化油。是以硫为极压添加剂的切削油。其在切削过程中能在刀具表面形成一层高熔点的硫化物润滑膜，在高温（600°～1 000°）、高压（1 470～1 960MPa）下不被破坏，具有良好的润滑作用，并具有一定冷却效果，适用于车削、铣削、钻孔、铰孔和攻螺纹。直接硫化油的配方：矿物油98%以及硫2%；间接硫化油的配方：矿物油70%～80%、植物油或猪油18%～20%以及硫1.7%。②混合油。在硫化油中添加10%～20%的CCl4，或在猪油中添加20%～30%的CCl4，对降低不锈钢铰孔后的表面粗糙度值有显着效果。也可用含硫化油85%～90%、煤油10%～15%的混合油进行铰孔。③植物油。如菜籽油、豆油等，其润滑性能好，适用于车螺纹、铰孔和攻螺纹。④乳化液。含S、P及Cl的极压乳化液，具有良好的冷却、润滑和清洗作用，适用于不锈钢的粗加工和钻孔。⑤专用润滑剂。不锈钢上攻丝可采用MoS2油膏，或用石墨粉加植物油调成糊状，或用猪油与植物油混合进行攻螺纹，效果较好。

　　（5）切削不锈钢时应注意的问题。①铣削不锈钢时，由于硬化现象严重，应尽量采用顺铣法，以免在切入时在硬化层滑移后再切入，加剧刀具磨损。在端铣时，采用不对称顺铣法，以保证刀具切削刃平稳地从工件中切离，切屑粘结接触面积较小，并在高速离心力作用下把切屑甩掉，以避免刀齿在重新切入时，冲击工件而损坏刀具。②切削不锈钢时，刀具不要在切削表面停留，入刀退刀要迅速果断，以免加剧切削表面硬化，给下一次入刀切削带来困难。③根据不锈钢的性能和切削特点，在钻孔时，应尽量选用超硬高速钢（M2Al、M42）钻头，采用低速、大进给。普通钻型需修磨小钻头的横刃b（b≈0.04d0，d0为钻头直径），以减小钻削时的轴向力。大直径（d0≥13mm）的钻头，应尽量磨成如图2所示的不锈钢群钻。其中，L≈0.32d0，L1＞L/3，R≈0.2d0，h≈0.04d0，b≈0.04d0。这种钻型排、断屑好，尽量采用机动进给。④由于不锈钢的可塑性高，切削加工时硬化现象严重，为减小切削时的摩擦、挤压和硬化现象，须使刀具保持锋利。为此，刀具的磨损限度，应是切削一般钢材磨损限度（精加工为0.1～0.3mm，粗加工为0.4～1.5mm）的一半。