W6Mo5Cr4V2钢制大规格机用丝锥的热处理

；一工艺一、舍舍舍舍仝W6MO5CR4V2钢制大规格机用丝锥的热处理陈顺民，董向阳1上海工具厂有限公司，上海200093；2扬州江宁刃具有限公司，江苏泰州225300摘要高速钢大规格机用丝锥由于尺寸较大，碳化物分布难以均匀，将影响丝锥的热处理质量。对于大规格W6MO5CR4V2钢机用丝锥，为确保其性能达到要求，应按下列工艺进行热处理淬火加热前，依次于500600、800850和9501000进行预热；淬火温度取下限，即12001225QC；以大于7CCS的速度进行淬火冷却，最好进行多次分级冷却；充分回火。此外，为减小丝锥的开裂倾向，柄部应采用水淬空冷而不是水淬油冷工艺淬火。关键词大规格机用丝锥；碳化物；预热；淬火中图分类号TG1622文献标识码B文章编号10081690201505003704HEATTREATMENTOFLARGESIZEDMACHINETAPOFW6MO5CR4V2STEELCHENSHUNMINDONGXIANGYANG1SHANGHAITOOLWORKSCO，LTD，SHANGHAI200093，CHINA；2YANGZHOUJIANGYUCUTTERCO，LTD，TAIZHOU225300，JIANGSUCHINAABSTRACTCARBIDESINLARGESIZEDMACHINETAPOFHIGHSPEEDSTEELAREDIFFICULTTOBEUNIFORMLYDISTRIBUTED，WHICHWILLHAVEANEFFECTONITSHEATTREATMENTQUALITYTHELARGESIZEDMACHINETAPMADEOFW6MO5CR4V2STEELSHOULDBEHEATTREATEDBYBEINGSUCCESSIVELYPREHEATEDAT500TO600800TO850AND950TO1000CCPRIORTOAUSTENITIZING；QUENCHEDFROMAUSTENITIZINGTEMPERATUREONTHELOWSIDE，IE，1200TO1225CCANDATRATESOFMORETHAN7CSPREFERABLY，SUBJECTEDTOMULTIPLESTAGECOOLING；ANDSUFFICIENTLYTEMPERED，THUSMAKINGCERTAINTHATTHETAPCONFORMSWITHPROPERTYREQUIREMENTSFURTHERMORE，THEHANDLEOFATAPISTOBEHARDENEDBYBEINGFIRSTQUENCHEDINWATERTHENCOOLEDINAIRINSTEADOFBYFIRSTBEINGQUENCHEDINWATERTHENCOOLEDINOILTORENDERPOSSIBILITYOFTHETAPCRACKINGLESSKEYWORDSLARGESIZEDMACHINETAP；CARBIDE；PREHEATING；HARDENING大规格机用丝锥一般指公称直径M50的丝锥。由于其原材料尺寸相应较大，所以碳化物分布不均匀，直径80MM的丝锥碳化物偏析可达到6级，直径100MM时碳化物偏析可达到7级。有的大规格丝锥毛坯经过锻造，有的不经锻造。即使经过锻造，也不能明显改善碳化物分布的级别。当材料为W6MO5CR4V2钢时，在热处理过程中常发生硬度偏低、回火不足、刃部开裂、热处理后磨削或使用时崩齿、掉牙等严重的质量问题，因此研究大规格丝锥的热处理工艺很有现实意义。1W6MO5CR4V2钢大规格机用丝锥的技术要求机用丝锥在切削时主要承受挤压力、摩擦力和扭力。常见的失效形式为崩刃、磨损和折断，所以要求具有一定的硬度、强度、耐磨性及冲击韧度，但不必具有高的红硬性。为节约材料，大规格机用丝锥一般采用接柄方式，柄部材料为45钢或40CR钢。其技术要求如下刃部硬度6366HRC，柄部硬度3O45HRC，表面无脱碳、无腐蚀、无崩刃、无裂纹。2热处理工艺21去应力退火大规格机用丝锥在热处理前经过车加工或铣加工后，应进行去应力退火，退火温度为200250OC，保温45H，这对以后的热处理组织转变是有利的收稿日期20150209作者简介陈顺民1944一，男，江苏江阴人，高工，主要从事高速钢材料工艺研究。联系电处理2015年第3O卷第5期3722预热高速钢含有较多的合金元素，导热性差，塑性低，对于淬火加热，推荐进行3次预热。第一次500600OC，第二次800850OC，第三次9501000。多次预热可减少淬火加热时的热应力，减小丝锥的畸变和开裂倾向，同时也可缩短高温加热时间，降低丝锥表面脱碳的倾向。第一次预热在箱式炉内进行，加热系数1015MINMM；第二次、第三次预热均在盐浴炉内进行，加热系数均为79SMM。23高温盐浴脱氧淬火加热前高温盐浴应脱氧。高温盐浴脱氧剂采用MGF2较好，优于TIO2SICAFESIO2组合脱氧剂。脱氧后可采用两种方法对盐浴进行检查一种是化学分析法，分析盐浴中BAO含量，BAO08，则认为脱氧良好。如此脱氧后的盐浴工件不容易产生脱碳。24高温加热W6MO5CR4V2钢丝锥规格M50M70，加热温度12101225OC；加热系数810SMM；规格M70MIO，加热温度12001220CI，加热系数68SRAM。用金相法检验晶粒度时，一般应将晶粒度控制在105号10号。基本原则是，直径或有效厚度大时，淬火加热温度及加热系数宜偏下限，反之则偏上限。25淬火冷却推荐多次分级冷却，即500550一400450OC一240280的连续冷却及短时等温。丝锥淬火加热后应迅速淬人500550冷却盐浴炉。如增加盐浴对流如炉内通入干燥的压缩空气或氮气，则冷却效果更好。如无对流，应采取手动方式上下运动工件。要尽量减少高温加热时已溶人奥氏体中的过共析碳化物PEC的析出。共析碳化物在冷却速度较慢时会在奥氏体晶界析出，析出的主要是MC和M2C碳化物。碳化物的析出会引起硬度的下降及韧性的降低。法国爱和高速钢公司的内部资料指出，高速钢奥氏体化后在1000800的冷却速度达到7S才能避免碳化物析出和硬度的不足。冷却速度对W6MO5CR4V2钢显微组织的影响见图1。从图1可看出，冷速5S时晶界粗化，有碳化物析出。目前国内高速钢淬火的第一级分级炉盐浴温度往往为600650，冷却性能较差，因而冷却时间要缩短，为高温淬火加热时间的三分之一。随后迅速转入400450的分级炉继续冷却，才能减少碳化物的析出。现在采用含有CAC1盐分级炉的热处理企业愈来愈多，为500550OC的分级冷却提供了条件，这对于高速钢的淬火是有利的。W6MO5CR4V2钢在500550OC盐浴内冷却时工件直径与冷却速率的关系如图2所示。图1淬火冷却速度对W6MO5CR4V2钢显微组织的影响FIG1EFFECTOFQUENCHINGRATEONMICROSTRUETURE0FW6M05CV2STEELL5P料1O罱史0IO50100150直径MM图2W6MO5CR4V2钢工件盐浴淬火其直径与冷却速率的关系FIG2COOLINGRATEASAFUNCTIONOFDIAMETEROFW6MO5CR4V2STEELWORKPIECEDURINGQUENCHINGINASALTBATH图2表明，工件的直径或有效厚度越大，心部冷速越慢，工件心部更易析出碳化物。因此应增加在盐浴中的冷却速度。多次连续分级冷却正是为了达到这一目的。38热处理2015年第30卷第5期对于大规格机用丝锥还可实施240280等温，等温时间一般30MIN。等温时间过长则会造成奥氏体的稳定化，增大回火时奥氏体转变的难度，容易引起回火不足，降低硬度。26回火回火的目的是为了消除淬火应力，促使残留奥氏体转变为马氏体，并通过马氏体弥散析出极微小的碳化物产生二次硬化，从而获得更好的性能。回火是否充分，直接关系到大规格机用丝锥的使用性能。推荐的回火温度为550560，回火34次。第一次回火为550QC保温2H，第二次为560保温15H，第三、四次为550C【保温15H。淬火后的工件应冷至50CC以下进回火炉，回火后的工件应至少冷至30再回火。27丝锥柄部的热处理为节省高速钢材料，大规格机用丝锥的柄部通常采用45钢或40CR钢，其热处理工艺为830850水淬空冷，180220回火1H。淬火加热系数57SMM，水淬时间按0406SMM计算，或工件入水冷至不发出嘶嘶声时出水，随后空冷。3影响丝锥硬度的因素影响丝锥硬度的主要因素有淬火加热的温度、时间和淬火冷却速度，以及回火温度与时间等。淬火温度是影响硬度的关键因素。W6MO5CR4V2钢机用丝锥淬火加热温度为1180CLC，淬火晶粒度将为10510级，经正常回火后硬度都能达到64HRC左右。若淬火温度为12251230时，淬火晶粒度将达到9585级，回火后丝锥的最终硬度将偏高，韧性随之下降，易引起脆裂或崩刃。在奥氏体化温度下的保温时间也是影响硬度的主要因素。保温时间与奥氏体化温度有关，在一定的奥氏体化温度下碳化物的溶解将会达到一个平衡状态，达到平衡状态所需的时间就是适当的保温时间，通常高速钢的加热系数达到815SMM就足够了。一般说，奥氏体化温度高，需要的保温时间短些，反之，需要的保温时间长些。文献1表明，加热温度提高L3，保温时间减半；反之，加热温度降低13，保温时间要延长1倍，这两者碳化物的溶解程度和取得的效果理论上是相同的。淬火加热的保温时间也与工件的有效厚度有关，对于不同尺寸的高速钢工件，推荐的加热系数列于表1。足够的保温时间能保证工件获得较高的硬度。保温时间的继续延长，碳化物的溶解不会继续增加，过长的保温时间反而会导致晶粒粗化以及抗弯强度和韧性降低。文献2指出，对于W6MO5CR4V2钢，奥氏体化温度高于1210CC，加热系数对淬火晶粒度和抗弯强度的影响巨大，在该温度下长时间保温对淬火晶粒度和抗弯强度的影响大于原材料规格碳化物不均匀度的影响。表1不同尺寸的高速钢工件推荐的淬火加热系数TABLE1HEATINGCOEFFICIENTSFORHARDENINGMCOMMENDEDFORHIGHSPEEDSTEELWORKPIECESOFDIFFERENTSIZES冷却速度对丝锥硬度的影响上文已述及，在盐温度过高，造成晶粒粗大，开裂的倾向性将增大。冷浴中冷速必须达到7S，而且在1000800之速过快，热应力、组织应力超过工件自身强度必然开间必须快速冷却，为此应采用500550的盐浴裂。所以分级等温冷却是避免开裂的有效工艺措作第一级的分级冷却炉。同时，用较低的盐浴温度施。淬火之前的预热对防止回火开裂也非常有利。及加大盐浴的搅动对大规格机用丝锥会获得非常好这里要强调的是，淬柄引起的开裂也不容忽视。上的淬火效果。已述及，大规格机用丝锥柄部材料一般为45钢或4规格机用丝锥淬火开裂倾向篓禳甘系不可取，也不利于环保。宜采用水淬空冷工艺，既能影响大规格机用丝锥淬火开裂倾向的因素有丝确保硬度合格，又不致开裂，还比水淬硝盐等温冷却锥几何形状、奥氏体化温度、淬火冷却速度、回火方操作方便。实践证明，水淬空冷的淬柄工艺行之有式及淬柄处理工艺等。此外，热处理后的磨削不当效，能避免丝锥开裂。也会造成丝锥的开裂。机用丝锥的机械加工应避免倾角，特别是柄刃交界处的过渡要圆滑，沟槽处应有日过渡圆角，否则极易导致丝锥淬火开裂。奥氏体化1大规格W6MO5CR4V2钢机用丝锥淬火加热处理2015年第30卷第5期39热时应分级预热，并采用下限奥氏体化温度，通常为12001225，奥氏体化温度应随丝锥尺寸的不同而作相应的调整。2淬火加热的保温时问系数以612SMM为宜，不同规格丝锥的加热系数也不同。3淬火冷却速度应尽量大于7S，且以多次分级冷却为宜。4回火充分是保证丝锥质量的基本条件。知识园地5丝锥采用水淬空冷工艺淬柄是行之有效的工艺，既能保证硬度，又不开裂。参考文献1郭耕三高速钢及其热处理M北京机械工业出版社，19852胡庆华，吴立志，耿小云，等奥氏体化条件对M2高速钢组织和性能的影响J热处理，2011，2623032关于钢中的磷磷在固态钢中形成置换固溶体，在纯YFE中的最大溶解度为05，在纯FE中的最大溶解度为28，钢中碳量增加不会降低磷的溶解度。磷可以改善液态铁水、钢液的流动性，并明显加大固、液两相区，使钢液在凝固过程中产生严重的一次偏析偏析于晶粒之间。磷可以促进晶粒长大，易产生非均质结构因磷在仅和固溶体内的扩散速度缓慢。一般情况下磷视为有害元素，其对钢材性能的影响有1使钢的偏析度增大，降低钢的焊接性。由于磷富集在晶界上，增加焊接熔合区的脆性裂纹，引起开裂。2易引发氢致裂纹HIC和应力腐蚀裂纹SCC。3降低钢的塑、韧性，低温下尤为显著，即会产生冷脆。在许多钢种常常以磷、硫含量作为质量等级的依据。4钢中磷会增加钢的回火脆性、敏感性和引起冷脆。碳钢中磷是相对较弱的脆化元素，但与合金元素一起共偏聚会加剧高温回火脆性。5磷对冲击韧度危害很大。有报道磷含量由003降至001时，冲击韧度提高1倍以上。6磷存在于钢中会加剧晶问腐蚀磷固溶时富集晶界。7对钢材的表面质量有不利影响，引发表面裂纹。8影响高锰钢的耐磨性和寿命。据资料介