S590粉末高速钢的热处理工艺和应用

全全舍舍舍S全试验研究590粉末高速钢的热处理工艺和应用杨锴湖北十堰东风汽车有限公司刃量具厂，湖北十堰442002摘要试验研究了590粉末冶金高速钢的热处理X艺，测定了热处理后钢的硬度和晶粒度。结果表明，粉末冶金高速钢的热处理规律和淬硬性与普通高速钢基本相同，但粉末冶金高速钢的碳化物更为细小均匀，红硬性、抗压强度、耐磨性和热处理畸变等特性均优于普通高速钢。此外，还介绍了590粉末冶金高速钢滚刀的应用。关键词粉末冶金高速钢；二次硬化；红硬性；滚刀中图分类号TG14245；TF12文献标识码A文章编号100816902010060040005HEATTREATMENTANDAPPLICATIONOF590PMHSSYANGKAICUTTINGMEASURINGTOOLPLANT，DONGFENGMOTOCO，LTD，SHIYAN442002，HUBEIABSTRACTTHEHEATTREATMENTPROCESSOF590PMHIGHSPEEDSTEELWASINVESTIGATED，ANDITSHARDNESSANDGRAINSIZEWEREMEASUREDAFTERBEINGHEATTREATEDTHERESULTSINDICATETHATTHEHEATTREATMENTLAWANDHARDENINGCAPACITYOFPMHIGHSPEEDSTEELISNEARLYTHESAMEASTHATOFCONVENTIONALHIGHSPEEDSTEE1HOWEVER，THEFORMERISSUPERIORTOTHELATTERINFINEANDUNIRMCARBIDES，REDHARDNESS，COMPRESSIONSTRENGTH，WEARABILITY，HEATTREATMENTDISTORTIONANDSOONINADDITION，THEAPPLICATIONOF590PMHIGHSPEEDSTEELTOHOBWASINTRODUCEDASWEL1KEYWORDSPMHIGHSPEEDSTEEL；SECONDARYHARDENING；REDHARDNESS；HOB切削技术的发展中刀具和高速机床的进步起着决定性作用。采用耐热性更好的新型刀具材料及涂层、合理设计刀具结构与几何参数、选择最佳的切削速度是实现切削加工优化的重要保障。在各种超硬材料不断发展的同时，作为第三代高速钢典型产品的590粉末冶金高速钢凭借其优良的强韧性、工艺性及可加工性等方面的综合性能，在复杂刀具特别是切齿刀具、拉刀和各类铣刀制造中占有明显的优势，应用相当广泛。1粉末冶金高速钢冶炼工艺特点粉末冶金高速钢的工艺过程是把已加入合金元素的预炼高速钢用感应炉熔化成符合化学成分要求的钢水，再经过强力高压氮气雾化，细小液滴瞬问凝固成合金粉末颗粒，是粒度相当于一般铸锭亿万分之一的“超细小钢锭”。雾化制粉后，合金粉末颗粒经筛分、装包套、摇实、抽真空脱气等工序，再经冷、热等静压加工成锭J。粉末冶金高速钢的突出优点为成分均匀，无碳化物偏析，易实现高合金化，与传统电炉熔炼的通用高速钢相比较，其强韧性大幅度提高，热处理畸变小，尺寸稳定性高，可磨削性能好。2粉末冶金高速钢的化学成分特点及选用与通用高速钢一样，粉末冶金高速钢中含有大量W、MO、CR、V等元素，其与碳形成的合金碳化物提高了钢材性能。由于粉末冶金高速钢冶炼的独特性，合金元素的含量更高，尤其是高V、高CO钢的应用较为普遍。高速钢中的W、MO作用相似，与碳形成的合金碳化物通过溶解及析出强化，使高速钢具有特殊的二次硬化效果，红硬性大大提高；钢中V是强碳化物形成元素，VC细小弥散，提高了钢的耐磨性，而且VC是硬度最高的合金碳化物，可达收稿日期20090916作者简介杨锴1980，男，湖北丹江口市人，工程师，2002年毕业于武汉理工大学材料科学与工程学院金属材料与热处理专业，从事高速钢刀具及高合金钢工模具及齿轮等的热处理技术工作。联系电话071982391121397192218040热处理2010年第25卷第6期10001100HV，因此随着V含量的提高，高速钢的抗磨粒磨损性能大幅度提升；CO是固溶强化效果良好的合金元素之一，通过基体固溶强化来提高高速钢的硬度及热硬性，改善了刀具切削性能，使刀具寿命大为提高UJ。刀具必须具备高的硬度、红硬性、耐磨性及韧性。一般讲，对于要求高耐磨、高韧性的刀具，如高寿命丝锥、拉刀、单齿薄刃刀具等，可选择高碳高钒类粉末高速钢，如M3PM等；对于要求高速切削、高热硬性、高寿命的刀具，如齿轮滚刀、插齿刀、数控机床用铣刀，可选择高钒高钻类粉末高速钢，如590。3590粉末高速钢的成分及原材料特点590对应于我国牌号W6MO5CR4V3CO8，其平均化学成分如表1所示。表1590粉末冶金高速钢的化学成分质量分数，TABLE1CHEMICALCOMPOSITIONOF590PMHIGHSPEEDATEEL州CMNCRMOVWCO图1与图2分别是W6MO5CR4V2通用高速钢和S590粉末冶金钢原材料的组织，前者为索氏体和细小的共晶碳化物，莱氏体组织粗大，存在碳化物偏析。而590钢原始组织均匀，无任何碳化物偏析。正是由于粉末高速钢原材料组织更细小，碳化物分布更均匀，所以各个点的压缩强度、韧性都相同，不存在方向性，即综合力学性能均一。根据工厂刀具制造部门测量统计，普通高速钢所制拉刀的齿距热后伸缩量为015，而粉末高速钢590所制拉刀的齿距热后伸缩量仅为008一010。图1W6MO5CR4V2钢退火态组织X100FIG1ASANNEALEDSTRUCTUREOFW6MO5CR4V2STEEL100图2590钢退火态组织X1OOFIG2ASANNEALEDSTRUCTUREOF590STEEL1004热处理工艺试验及分析590粉末高速钢奥氏体化温度推荐范围为11801240OC。为了找到合适的淬火温度，对其进行了工艺试验。试样从590粉末钢640MM轧制棒材上切取，试样直径8MM，长12MM，共5件。41试验过程试样预热和淬火加热在盐浴炉中进行，热处理工艺参数列于表2。热处理后进行淬火晶粒度级别、硬度、红硬性的评定，以期找到最佳的热处理工艺参数。表2热处理工艺参数TABLE2HEATTREATMENTPROCESSPARAMETERS式样序号预热淬火加热盐浴分级冷却42试验结果及分析421淬火晶粒度粉末冶金高速钢与一般冶炼法所生产的高速钢相比较，在淬火状态下，一个突出特点是晶粒非常细小，一般为1112级普通高速钢在正常淬火温度下的晶粒度级别为9095级。淬火后的晶粒度评级结果列于表3，显微组织如图3所示。表3590钢不同温度淬火后的晶粒度TABLE3GRAINSIZESOF590STEELQUENCHEDFR0MDIFFERENTTEMPERATURES淬火温度C1180晶粒度级别1热处理2010年第25卷第6期423硬度淬火态及淬火回火态的硬度如表4所示。表4590钢淬火态及淬火回火态硬度HRCTABLE4HARDNESSOF590STEELAFTERQUENCHINGANDQUENCHINGPLUSTEMPERINGHRC淬火温度L1801195121012251240淬火态硬度660650645625625回火态硬度665658670673676从表4可以看出，590粉末冶金高速钢从1210CC淬火并回火后其二次硬化效果已经得到充分体现。424红硬性刀具在切削加工时会产生热量，在60HRC以下便失去切削能力，因此红硬性是考核刀具的重要指标。红硬性试验结果如表5所示。铸锻法生产的通用高速钢W6MO5CR4V2从正表5,X590钢的红硬陛TABLE5REDHARDNESSOF590STEEL常温度12101225淬火回火560OC15H3次后硬度为6365HRC；于620OC回火2H，硬度为60605HRC；在650OC回火2H，硬度为5051HRC。可见590粉末冶金高速钢的红硬性优于W6MO5CR4V2通用高速钢。据有关专著介绍J，当高速钢的碳饱和度A为094100范围内时，越高且碳化物分布越均匀细小，则高速钢越容易产生二次硬化效果。590钢的ACCP09455，而W6MO5CR4V2钢的碳饱和度A仅为075。高碳饱和度且原始材料中碳化物分布细小均匀正是590钢从明显比W6MO5CR4V2钢低的温度淬火并回火后可获得显著二次硬化效果的原因所在。根据以上结果得出的590粉末高速钢的盐浴热处理工艺如图5所示。5实践验证时1MIN图5S590粉末高速钢盐浴热处理工艺FIG5HEATTREATMENTPROCESSINSALTBATHFOR590STEEL代替普通高速钢制造滚刀是否可以达到提高滚刀切削速度、切削寿命的目的，用590粉末高速钢制造了两把23QIM一151滚刀用于齿轮车间加工418727MC油泵齿轮。由于考虑到滚刀属于多刃复杂刀具，要求高速切削、高热硬性、高寿命，为使合金碳化物更好地溶解以及使其在回火过程中更均匀弥散地析出以增强二次硬化效果，更好的体现出优良的红硬性，我们对这两把滚刀采用上限淬火温度1210。通过现场跟踪，两种材料的滚刀使用效果对比为了提高齿轮生产能力，并验证以粉末高速钢如表6所示。表6W6MO45CR4V2与S590钢滚刀的使用效果对比TABLE6CUTTINGABILITYOFHOBSMADEOFW6MO6CR4V2AND590STEELS热处理2010年第25卷第6期43舍舍舍舍舍仝仝一试验研究H13钢电渣锭热变形本构模型的研究梁宝钱，张驰，徐春1重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆400050；2上海应用技术学院材料及工程学院，上海200234摘要采用GLEEBLE一1500热模拟试验机对H13钢电渣锭进行热压缩变形试验，研究了在9001150和不同应变速率条件下的真应力应变关系。结果发现，变形温度对H13钢电渣锭热变形的流变应力有明显的影响，即流变应力随变形温度的升高而降低，但变形速度对其影响较小。根据最小二乘法原理，对H13钢电渣锭在不同温度和不同应变速率条件下的应力应变关系进行了多元线性回归分析，建立了H13钢电渣锭的热变形本构模型。关键词H13钢电渣锭；热压缩变形；本构方程；流变应力中图分类号0347文献标识码A文章编号100816902010060044004CONSTITUTIVEEQUATIONOFHOTDEFORMATIONFORH13STEELELECTROSLAGINGOTLIANGBAOQIANL，ZHANGCHI，XUCHUN1COLLEGEOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING，CHONGQINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，CHONGQING400050；2DEPARTMENTOFMATERIALSENGINEERING，SHANGHAIINSTITUTEOFTECHNOLOGY，SHANGHAI200235ABSTRACTAHOTCOMPRESSIONTESTFORH13STEELELECTROSLAGINGOTWASPERFORMEDBYTHEUSEOFGLEEBLE一1500THERMALMECHANICALSIMULATORTHERELATIONOFTRUESTRESSTOTRUESTRAINAT900TO1150OCANDATDIFFERENTSTRAINRATESWASINVESTIGATEDTHERESULTSINDICATETHATTHEFLOWSTRESSOFHOTDEFORMATIONOFH13STEELELECTROSLAGINGOTWILLBEOBVIOUSLYAFFECTEDBYTHEDEFORMATIONTEMPERATURE，IE，THEFLOWSTRESSWILLDECREASEWITHTHEINCREASEOFDEFORMATIONTEMPERATURE，BUTWILLBELESSAFFECTEDBYTHEDEFORMATIONRATETHEMULTIVARIATELINEARREGRESSIONANALYSISONSTRESSSTRAINRELATIONATDIFFERENTDEFORMATIONTEMPERATURESANDATDIFFERENTSTRAINRATESHASBEENCONDUCTEDACCORDINGTOALEASTSQUAREPRINCIPLE，ANDTHECONSTITUTIVEEQUATIONOFHOTDEFORMATIONHASBEENESTABLISHEDCONCERNINGTHEH13STEELELECTROSLAGINGOTKEYWORDSH13STEELELECTROSLAGINGOT；HOTCOMPRESSION；CONSTITUTIVEEQUATION；FLOWSTRESS收稿日期20100225作者简介梁宝钱1984一，男，浙江新昌人，硕士生，从事金属材料轧制方面的研究。联系电话0216494502915201821995，EMAILLIANGBQ8807HOTMAILEOM6结束语1粉末高速钢经由极细的钢粒加压烧结而成，晶粒细小，无碳化物偏析及各向同性。此外，强韧性大幅度提高，热处理畸变小，尺寸稳定性高。2传统高速钢一般热处理后硬度为6365HRC，而粉末高速钢在淬火温度低于通用高速钢的