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正規的高速鋼熱處理淬火回火工藝

時間:2019-03-23 16:37來源:德松官網 作者:德松模具鋼
按照常規的工藝方法,經三次高溫回火後,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産生馬氏體引起的內應力。
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近期有很多客戶咨詢高速鋼應該如何熱處理,高速鋼應該采用什麽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℃時實際硬度仍高于50HRC,具有優良的切削性和耐磨性。根據鋼中的主要元素成分,高速鋼可分成三類:鎢系高速鋼、钼系高速鋼和鎢钼系高速鋼。
 
高速鋼導熱率低,爲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,可采用預熱處理。一次預熱采用溫度800~850℃,兩次預熱即在800~850℃前加一次500~600℃預熱。一般工具可采用一次預熱工藝,形狀複雜的工具或大型工具宜采用兩次預熱。
 
淬火工藝在高溫鹽浴爐中進行,短時保溫以防止刃部脫碳和過熱,一般用油淬+空冷,對細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爲580~650℃、280~320℃的二次分級淬火。
 
M42高速鋼的淬火后的显微组织上分析,它具有细晶粒组织,奥氏体晶界因淬火时有微量二次碳化物析出而易于浸蚀。淬火高速鋼回火的目的是從马氏体中析出弥散碳化物,产生次生硬化效应,消除残留奥氏体和淬火内应力。淬火后的残留奥氏体合金度高,稳定性大,在回火加热过程中不易分解,在500~600℃保温时也仅從中析出合金碳化物,使残留奥氏体合金度有所降低,因而Ms点升高,在冷却到低温时,部分残留奥氏体发生马氏体转变,残留奥氏体含量由20%~25%减少到约10%左右。但还需进一步降低残留奥氏体含量,消除新产生的马氏体引起的内应力,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冷卻過程中發生的。開始形成的溫度用Ms表示,而相變完成的溫度用Mf表示)
 
按照常規的工藝方法,經三次高溫回火後,高速鋼在組織和性能方面基本滿足其服役條件。高速鋼經三次高溫回火的主要目的是消除殘留奧氏體及新産生馬氏體引起的內應力。但三次高溫回火的缺點也比較明顯,耗能大,操作較繁雜,生産周期較長。
 
德松模具鋼在大量的高速鋼熱處理生产中发现高速鋼在油中從淬火温度冷却到50~120℃以后大约还有50%的残留奥氏体未转变。若这时再升温到600~630℃保温,從残留奥氏体中析出碳化物,使残留奥氏体中的碳及合金元素量减少,导致钢的Ms点升高150~170℃,工件再冷到室温时残留奥氏体就基本可以完全转变,所以一般只需一次回火。此外,由于残留奥氏体转变形成低碳非片状马氏体,使钢的强度和韧性都大幅提高,有利于提高工件使用性能。
 
試料准備
将五支直径15×20毫米的M42高速鋼试样分为两组,对第一组试样采用新工艺,第二组试样采用常规工艺,以便对照。 
M42高速鋼化学成分质量分数百分比
C Mn W Mo Cr V Co Si S P
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
余量爲Fe

試驗結果與分析
用DMM-400D金相显微镜观察各组试样的回火组织,從回火后的显微组织中,可以看出第一组的试样回火组织的残留奥氏体明显比第二组的试样要少。这表明,采用新工艺淬火加回火的试料残留奥氏体明显减少。
 
將回火後的試樣用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,回火次數越高,硬度也就越高,這與二次硬化理論相符。但經一次回火的第一組試樣硬度達到了經三次回火的第二組試樣的硬度,而經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工藝,新工藝只需一次回火,殘留奧氏體量即達到正常工藝的三次回火水平。這表明,當試料經二次加熱再冷至室溫時,殘留奧氏體就基本完全轉變,所以新工藝一般只需一次回火。
 
從硬度检测的结果及回火组织可以看出,采用新工艺淬火加回火的试样经一次回火后從马氏体中析出均匀弥散分布的碳化物,次生硬化效果明显,硬度满足熱處理技術要求。
在淬火過程中回火工藝與常規工藝相比,在保證材料組織性能的前提下,不僅減少了能源消耗,而且也縮減了生産周期,簡化了生産工序,有利于提高生産效率。
 
 
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