摘要：在工程机械中，凡承受较大冲击或压力的耐磨零部件，广泛采用高锰钢制造。由于它的性能和切削特点，属于难切削材料之一。但只要合理选择切削条件和掌握应注意的问题，就能顺利完成对它的切削加工。
锰含量为11%～18%的钢称为高锰钢。常用的铸造高锰钢ZMn13的化学成分为：Mn含量为11%～14%，C含量为1%～1.4%，Si含量为0.3%～1%，P含量小于0.03%，S含量小于0.05%。
高锰钢是一种耐磨钢，经过水韧处理的高锰钢可以得到较好的塑性和冲击韧性。所谓水韧处理，就是把钢加热到1000～1100℃，保温一段时间，使钢中的碳化物全部融入到奥氏体中，然后迅速冷却，使碳化物来不及从奥氏体中析出，从而保持单一均匀的奥氏体组织。经过水韧处理的高锰钢，称为高锰奥氏体钢。其力学性能：σb=980MPa，σs=392MPa，硬度210HBW，δ=80%，ak=2.94MJ/m2。
高锰钢虽然硬度只有210HBW，但它的屈服点σs较低，只有σb的40%，因而具有较高的塑性和韧性。
高锰钢分为高碳高锰耐磨钢、中碳高锰无磁钢、低碳高锰不锈钢和高锰耐热钢。牌号及性能如附表所示。
（1）加工硬化特别严重。高锰钢在切削过程中，由于塑性变形大，奥氏体组织转变为细晶粒的马氏体组织，从而产生严重的硬化现象，硬度可从210HBW提高到500HBW以上，比基体的硬度提高2.5倍左右，硬化层深度可达0.1～0.3mm。这不仅使切削力和切削热增大，也加剧了刀具的磨损，给下一次的切削加工带来了困难。它的硬化程度和深度，是切削45钢的好几倍。
（2）切削力大。据有关文献得知，切削ZGMn13时的单位切削力3 800MPa/mm2比切削45钢的单位切削力2 300MPa/mm2增大60%左右。
（3）切削温度高。由于切削高锰钢的切削力和切削功率大，产生的热量就多。加之它的热导率又小，仅为45钢热导率的1/4左右，所以切削区的温度很高。当切削温度vc≤50m/min时，高锰钢的切削温度比切削45钢的切削温度高200～250℃。
（4）断屑困难。高锰钢的韧性是45钢的8倍，伸长率也很大，造成变形系数和切削力大。在切削加工时，切屑不易折断，给切屑处理带来很大困难。
（5）加工精度不易保证。由于高锰钢的线膨胀系数大，约为20×10-6（1/℃）。在切削热的作用下，易产生热变形，而影响工件的加工精度。
（1）切削高锰钢的刀具材料。硬质合金。应首先选用添加TaC或NbC的超细晶粒YG类硬质合金和涂层硬质合金，如YS2、YS8、YG813、YG643、YW2等。涂层硬质合金，应首先选用TiAlN和TiAlSi涂层。
陶瓷。主要用于车削和平面铣削，牌号有AG2、AT6、T8、SG4、LT35、LT55等。
几种高锰钢的牌号与性能
/［W·（m·K）］-1ZGMn13 210HBW 980 50～80 2.9～4.9 13 70Mn15Cr2Al3WMoV2 48～50HRC 1 470 4.5 0.14 14 1Cr14Mn14Ni 286HBW 910 70 6.86 20 6Mn18Al5Si2Ti 266HBW 850 53 5.19 10牌号硬度σb/MPa σsakκ /MPa /（MJ·m2）-1
高速钢。应选硬度高、耐磨性好、耐热性好的高性能高速钢，如W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al、W12Mo3Cr4VCo8Si、W12Mo3Cr4V3N等。
（2）切削高锰钢刀具的几何参数。
前角和后角。高速钢刀具，γ0=5°～10°，α0=8°～10°；硬质合金刀具，γ0=3°～-3°，α0=8°～12°；陶瓷刀具，γ0=-5°～-8°，α0=5°～8°。
主偏角和副偏角。为了改善散热条件和提高刀尖强度，κr=30°～45°，κr'=8°～15°；陶瓷刀具，κr=45°～60°，κr'=8°～15°；精加工时，κr=60°～90°。
刃倾角。为了增大刀尖强度和刀具工作前角，在粗加工时，λs=-5°～-10°。在精加工时，为了使切屑流向待加工表面，λs=0°～3°。
刀尖圆弧半径。粗加工时，rε=1.2～1.6mm；精加工时，rε=0.4～0.8mm。
刀具刃口负倒棱。为了提高刀具刃口强度，减小刀具刃口崩损，一般bγ=0.2～0.8mm，γ01=-5°～-15°。
（3）切削高锰钢的切削用量。由于高锰钢的性能和切削特点，它的切削加工性比较差。为了保证刀具有一定的寿命，切削速度不宜高，只有切削45钢nc的20%～40%。用硬质合金刀具切削时，vc=20~40m/min；用高速钢刀具切削时，vc≈6m/min；用陶瓷刀具切削时，vc=50~72 m/min。由于它的加工硬化特别严重，为了避免在硬化层上切削，切削深度ap和进给量f不应小于硬化层深度，一般ap=0.3～5mm，f ＞0.15mm/r。
（4）切削高锰钢的切削液。由于高锰钢的热导率低和切削温度高，为了降低切削温度和提高刀具寿命，不管采用什么切削方法切削加工时，都应采用冷却润滑液。
（5）切削高锰钢应注意的问题。钻削高锰钢时，最好采用硬质合金钻头，如镶硬质合金刀片或焊硬质合金头的钻头，如图1和图2所示（图2中2ϕ=120°，2ϕ'=130°，2ϕ1=70°，φ=75°，τ=30°，αR=15°，α0=20°，γτ=-25°，γf=-15°，h=0.08d0，L=0.3d0，L1=L2，R=0.4d0，b=0.08d0。其中，d0为钻头直径）。也可采用可转位刀片的浅孔钻头。若用高速钢钻头，应磨成三尖七刃的群钻型，以利于改善散热条件和减小切削力。在钻孔时，应采用低速大进给，并不要在切削表面停留，以免加剧切削表面硬化，给下一次钻头钻入带来了困难。如发生此问题，应先降低速度，再快速大进给钻入。不管用何种钻头，都必须使用充足的切削液。
为了保持刀具锋利和减小加工硬化，要严格控制刀具的磨损限度（也称磨钝标准），应为切削一般工件材料的1/2。如发现刀具钝了，应及时更换刀片或修磨刀具，切记不可等刀具磨损严重了再换再磨，这样就会产生许多不良而严重的问题。
在铰孔时，为了防止积屑瘤的产生和破坏已加工面的表面粗糙度质量，vc应小于5m/min，并用积压切削油或MoS2油膏。如攻螺纹最好采用螺旋槽丝锥，以利于排屑和减小攻螺纹转矩，并用润滑性能好的切削剂。
图1 钻削高锰钢的钻头
图2 钻削高锰钢的群钻
由于高锰钢的性能和切削特点，它的切削加工性很差，但只要合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量、切削液和掌握操作技术，就一定能完成对它的切削加工。
参考文献：
[1] 韩荣第，于启勋. 难加工材料切削加工[M]. 北京：机械工业出版社，1996.
[2] 郑文虎.刀具材料和难切（磨）削材料加工技术[M]. 北京：化学工业出版社，2016.