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【高速钢】高速钢热处理几点方法

来源:苏州东锜精密模具钢 编辑:于学忠 更新时间:2020-10-19 点击:569次

 高速钢是高速工具钢的简称,俗称“锋钢”(因为在空气中也能淬硬,也称“风钢”)。纵观目前所有的钢种,无论其化学成分、组织、性能之间的复杂关系,还是冶炼、浇注、锻造、辊轧、拉拔、塑性成形和热处理等整个制造过程的难度,高速钢无疑使最难搞的钢种之一。现在总结出高速钢热处理的五点方法,和大家分享。


  1.高速钢分级淬火用盐浴

  从中国有高速钢盐浴加热淬火以来,就沿用前苏联的5-3-2配方(质量分数,%),即50BaCl2+30KCl+20NaCl,熔点温度560℃,使用温度580~620℃。对于有效尺寸在20mm以下的工具或HSS钢制件,均可达到65HRC以上的高硬度;HSS-E钢制件均可达≥66HRC。我国的工具行业,使用这个分级淬火工艺,创造一个又一个省优、部优、国优,说明它极具生命力。

 

  时代在发展,技术在进步,随着人们对冷却速度重要性认识的深化,发现工件在800∼1000℃的平均冷却速度<7℃⁄s,将有碳化物析出而影响硬度及其他性能,于是不惜巨资从欧美引进钙基分级盐,其配方(质量分数,%)即48CaCl2+31BaCl2+21NaCl,熔点435℃,使用温度480∼560℃。国内有的厂为简化配方,改为50CaCl2+30BaCl2+20NaCl,熔点较传统钙基盐略有提高,但分级温度仍维持在480∼560℃的水平。

  对于直径>40mm以上的工件可采用先油冷却后转分级盐冷,然后再到硝盐中分级,这样可以保证热处理后硬度≥65HRC。至于国外的经验,本着“洋为中用、改革创新”的原则,千万不可盲从,外国的月亮不比中国的圆,中国热处理工作者有能力有智慧管好用好分级盐。


  2.回火程度及其次数

  高速钢淬火后必须回火,而且要及时,回火的目的有4个:

  ①彻底消除淬火应力。

  ②促使残留奥氏体充分分解。

  ③产生好的二次硬化效果。

  ④达到所要求的综合力学性能和良好的使用性能。

  回火温度540∼560℃,不管是盐浴淬火还是真空淬火,拟选用100%KNO3或100%NaNO3盐浴,保温1h。每次回火后一定要冷到室温方可进行下一次回火。回火次数一般为3次,如果回火不充分,或经等温淬火者,以及高性能高速钢制件,均要进行4次回火。

  回火程度一般分三个级别,不是依回火次数为据,而是金相说了算。

  一级(充分):金相上表征为黑色的回火马氏体+星星点点的碳化物。

  二级(一般):个别区域或碳化物堆积处有白色区存在。

  三级(不足):较大部分视场为白色区,隐约可见淬火晶粒。

  欲进行蒸气处理、氧氮处理等工具需在回火温度区域表面强化者,回火程度达二级即可,这样可以节能。

  检查回火程度用4%硝酸酒精溶液侵蚀,温度18∼25℃,侵蚀时间2∼4min,500倍显微镜下观察,以最差视场为判据。


  3.二次贝氏体处理

  为了提高刀具的韧性、强度和切削性能,工具厂往往采取一次贝氏体处理,即中性盐浴480∼560℃分级后立即转入240∼280℃硝盐浴中等温1∼2h;二次贝氏体处理适用于形状极其复杂的特大型刀具(如模数>15的铣刀、滚刀以及有效厚度>100mm的有孔刀具),在第一次贝氏体处理时产生40%∼50%的下贝氏体,其余是残留奥氏体及少量的碳化物,在第一次回火过程中,就有大量的残留奥氏体转变为马氏体,第一次回火出炉后不要放在空气中冷,而是直接转入240∼280℃的硝盐浴中等温一定的时间,不让残留奥氏体转变成马氏体而转变成贝氏体,即所谓的二次贝氏体处理,这样可以减少和防止大型复杂刀具的开裂倾向。

 

  二次贝氏体处理工艺虽复杂些,但对防止大型刀具热处理开裂很有好处。回火过程要缓慢升温,每次回火应低于500℃入炉,回火出炉后不准风吹,最好静冷。由于二次贝氏体处理,4次回火不一定很充分,应补充一次回火。


  4.摩擦焊刀具的热处理

  为了节约昂贵的高速钢,国内外普遍采用摩擦焊生产φ10mm以上的杆式刀具。摩擦焊时产生1000℃以上的高温,在焊缝两侧很小的区域产生较大的温差,焊后若直接空冷,焊缝的高速钢一侧发生马氏体转变,而结构钢一侧空冷只发生珠光体转变,由于比体积的差异,将引起很大的组织应力,以致产生开裂。为此,焊后的刀具应立即放到650∼750℃的炉中保温,待料罐装满后保温1∼2h退火,炉冷至500℃以下出炉空冷。如果生产量很大,不便实施上述工艺,应将焊件保温温度选择在740∼760℃,保温时间延长至2∼3h,使焊缝两侧充分转变成珠光体+索氏体,随后空冷再退火。

  摩擦焊刀具淬火争论的焦点为是否超焊缝加热。超焊缝加热的论据:改善了焊后的原始组织,考验了焊接质量,提高了焊缝强度,充分利用了高速钢;低于焊缝加热的论据:为了防止淬火裂纹,避免质量纠纷。自焊接刀具真空淬火成功后,怀疑盐浴淬火超焊缝加热致裂的声音少了。

  超焊缝加热的刀具严禁酸洗,如果一定要酸洗,必须控制好酸的浓度、酸洗的时间、酸液温度三大要素,防止氢脆。


  5.深冷处理

  高速钢刀具经正常淬火、回火后的组织是回火马氏体+微量残留奥氏体+碳化物。高速钢刀具正常淬火经550∼570℃×1h×3次回火后,热处理已达极致,再经深冷处理有画蛇添足之嫌。奥氏体是钢组织中极软的相,其硬度只有200HBW左右,与高速钢刀具使用硬度65∼66HRC相比后可以看出,过多的残留奥氏体显然不会使刀具高硬度。