正規(guī)的高速鋼熱處理淬火回火工藝
時間:2023-12-28 12:46來源:德松官網(wǎng) 作者:德松模具鋼
按照常規(guī)的工藝方法，經(jīng)三次高溫回火后，高速鋼在組織和性能方面基本滿足其服役條件。三次高溫回火的主要目的是消除殘留奧氏體及新產(chǎn)生馬氏體引起的內(nèi)應(yīng)力。
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近期有很多客戶咨詢高速鋼應(yīng)該如何熱處理，高速鋼應(yīng)該采用什么樣的熱處理比較可靠，下面我們來具體講一下高速鋼的淬回火工藝。
高速鋼由于合金化程度高，適合于制作高速切削刃具，可保證刃部在650℃時實(shí)際硬度仍高于50HRC，具有優(yōu)良的切削性和耐磨性。根據(jù)鋼中的主要元素成分，高速鋼可分成三類：鎢系高速鋼、鉬系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。
高速鋼導(dǎo)熱率低，為減少工件在加熱時的變形開裂，縮短高溫保溫時間以減少脫碳，可采用預(yù)熱處理。一次預(yù)熱采用溫度800～850℃，兩次預(yù)熱即在800～850℃前加一次500～600℃預(yù)熱。一般工具可采用一次預(yù)熱工藝，形狀復(fù)雜的工具或大型工具宜采用兩次預(yù)熱。
淬火工藝在高溫鹽浴爐中進(jìn)行，短時保溫以防止刃部脫碳和過熱，一般用油淬+空冷，對細(xì)長件和薄片刃具采用分級淬火，一般用580～620℃一次分級或再在350～400℃作第二次分級。我公司采用的冷卻方式為580～650℃、280～320℃的二次分級淬火。
從M42高速鋼的淬火后的顯微組織上分析，它具有細(xì)晶粒組織，奧氏體晶界因淬火時有微量二次碳化物析出而易于浸蝕。淬火高速鋼回火的目的是從馬氏體中析出彌散碳化物，產(chǎn)生次生硬化效應(yīng)，消除殘留奧氏體和淬火內(nèi)應(yīng)力。淬火后的殘留奧氏體合金度高，穩(wěn)定性大，在回火加熱過程中不易分解，在500～600℃保溫時也僅從中析出合金碳化物，使殘留奧氏體合金度有所降低，因而Ms點(diǎn)升高，在冷卻到低溫時，部分殘留奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，殘留奧氏體含量由20%～25%減少到約10%左右。但還需進(jìn)一步降低殘留奧氏體含量，消除新產(chǎn)生的馬氏體引起的內(nèi)應(yīng)力，高速鋼一般需在560℃回火三次。
（注釋：馬氏體相變溫度指的是過冷奧氏體連續(xù)冷卻過程中發(fā)生的。開始形成的溫度用Ms表示，而相變完成的溫度用Mf表示）
按照常規(guī)的工藝方法，經(jīng)三次高溫回火后，高速鋼在組織和性能方面基本滿足其服役條件。高速鋼經(jīng)三次高溫回火的主要目的是消除殘留奧氏體及新產(chǎn)生馬氏體引起的內(nèi)應(yīng)力。但三次高溫回火的缺點(diǎn)也比較明顯，耗能大，操作較繁雜，生產(chǎn)周期較長。
德松模具鋼在大量的高速鋼熱處理生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)高速鋼在油中從淬火溫度冷卻到50～120℃以后大約還有50%的殘留奧氏體未轉(zhuǎn)變。若這時再升溫到600～630℃保溫，從殘留奧氏體中析出碳化物，使殘留奧氏體中的碳及合金元素量減少，導(dǎo)致鋼的Ms點(diǎn)升高150～170℃，工件再冷到室溫時殘留奧氏體就基本可以完全轉(zhuǎn)變，所以一般只需一次回火。此外，由于殘留奧氏體轉(zhuǎn)變形成低碳非片狀馬氏體，使鋼的強(qiáng)度和韌性都大幅提高，有利于提高工件使用性能。
試料準(zhǔn)備
將五支直徑15×20毫米的M42高速鋼試樣分為兩組，對第一組試樣采用新工藝，第二組試樣采用常規(guī)工藝，以便對照。
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M42高速鋼化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比 |
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C |
Mn |
W |
Mo |
Cr |
V |
Co |
Si |
S |
P |
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1.05～1.15 |
0.15～0.4 |
1.15～1.85 |
9～10 |
3.5～4.25 |
0.95～1.35 |
7.75～8.75 |
0.65 |
0.03 |
0.03 |
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余量為Fe |
試驗(yàn)結(jié)果與分析
用DMM－400D金相顯微鏡觀察各組試樣的回火組織，從回火后的顯微組織中，可以看出第一組的試樣回火組織的殘留奧氏體明顯比第二組的試樣要少。這表明，采用新工藝淬火加回火的試料殘留奧氏體明顯減少。
將回火后的試樣用HR－150A型洛氏硬度計檢測其洛氏硬度，無論第一、第二組的試料，回火次數(shù)越高，硬度也就越高，這與二次硬化理論相符。但經(jīng)一次回火的第一組試樣硬度達(dá)到了經(jīng)三次回火的第二組試樣的硬度，而經(jīng)二次回火的第一組試樣甚至高于第二組試樣的硬度。
采用新工藝淬火加回火的試料殘留奧氏體明顯少于常規(guī)工藝，新工藝只需一次回火，殘留奧氏體量即達(dá)到正常工藝的三次回火水平。這表明，當(dāng)試料經(jīng)二次加熱再冷至室溫時，殘留奧氏體就基本完全轉(zhuǎn)變，所以新工藝一般只需一次回火。
從硬度檢測的結(jié)果及回火組織可以看出，采用新工藝淬火加回火的試樣經(jīng)一次回火后從馬氏體中析出均勻彌散分布的碳化物，次生硬化效果明顯，硬度滿足熱處理技術(shù)要求。
在淬火過程中回火工藝與常規(guī)工藝相比，在保證材料組織性能的前提下，不僅減少了能源消耗，而且也縮減了生產(chǎn)周期，簡化了生產(chǎn)工序，有利于提高生產(chǎn)效率。
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