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(1)碳。钢中碳含量的高低与钢材的切削性能有关。碳含量过低,组织中会出现大量铁素体,钢的硬度和强度很低,切屑易粘着于刀刃上形成刀瘤,加之切屑是撕裂断落,使切削性下降,加工表面粗糙度很高。碳量过高,组织中珠光体量增多,硬度及强度提高,使切削抗力增大,切削性变坏。易切削结构钢中碳含量以0.15%~0.25%为宜。
(2)锰。钢中锰与硫形成硫化锰夹杂,使切屑易于断裂,改善钢的切削性,还能消除或减弱因硫所引起的热脆性。因此,在易切削钢中应**锰含量在0.60%~1.60%之间,并保持适当的Mn/S的比值。
(3)硅和铝。硅和铝都对钢的切削性起有害作用。硅部分固溶于铁素体中,提高钢的硬度,使切削加工困难。而且硅在钢中与氧结合形成硬度较高的氧化硅夹杂物,使刀具的磨损增加,使用寿命降低。故易切削钢中硅含量宜低。铝一般作为脱氧剂加入钢中,大部分与氧结合生成细小脆硬的氧化铝夹杂,增加刀具的磨损。硅和铝加入钢中还会降低钢的氧含量,使硫化物夹杂呈细长条状分布,恶化钢的切削性。
(4)氧和氮。氧在钢中一般是有害的,因为它降低钢的力学性能,但易切削钢中氧含量增高,会使硫化物呈纺锤形分布,改善钢的切削性。氮虽能提高钢的强度,但增加脆性,切削加工时会形成短碎的断屑。钢中含微量氮(≤0.002%)时对切削性和工件表面质量起有利作用,但含量过高时,钢的强化作用增大,对刀具寿命不利。
随着机械切削加工不断向自动化、高速化和精密化方向发展,对材料的切削性提出更高的要求,于是出现了切削性更佳的铅一硫复合易切削钢,又称为**易切削钢。此后各种铅一硫二元和多元复合易切削钢陆续问世。碲作为易切削元素用于易切削钢,首先出现在1932年的专利中。1961年美国研制成功一种含碲易切削钢,它是硫一铅一碲多元复合易切削钢,其切削性非常优异,可与易切削黄铜比美。由于硒与碲的性能和作用相近,故经常被交替使用或同时加入钢中。自60年代起,人们又从另一途径来研究改善钢的切削性,即加入某种脱氧元素,以生成所需要的脱氧产物——有利夹杂,在日本将此称为脱氧调整型易切削钢。前联邦德国于1964年首先提出用钙脱氧的钙易切削钢专利,3年后被日本引入并正式生产,它较适于用TiC的硬质合金刀具,进行高速切削,可显着提高生产率,降低工具消耗。在日本已成为汽车、拖拉机制造业中用量相当大的一种易切削钢。从60年代后期开始,又研究了加钛脱氧的易切削钢。1973年日本首先发表了以钛脱氧的钛一硫复合易切削钢专利,近几年,在日本等少数国家已开始试用。
易切削钢生产发展很快,品种和牌号数量不断增加,产量逐渐上升。在美国、日本、英国、前联邦德国、前苏联五国易切削钢标准中,多者有31个钢号(AISI),少者有7个钢号(FOCT)。品种已经扩大到扁钢和管易。易切削钢产量以日本较多,增加速度也较快。1965年接近10万t,到了1985年达到了100万t左右,其中硫系占64.4%。日本生产的易切削钢约有40%~46%消耗在汽车制造业,产业机械消耗约10%,家庭用品和其他消耗约6%。中国从20世纪50年代开始生产硫系易切削钢(主要是低碳自动机床加工用钢),1975年又审订了易切削钢的新标准GBl91-75。从70年代起,开始试生产钙系和钛系易切削钢。但是对生产中需要特殊防护,以消除公害的含铅、硒或碲的易切削钢,却一直未正式生产。从1977年开始,中国又研究了含稀土易切削钢。