M42高速钢热处理工艺改进.docx

m42高速钢热处理工艺改进张建宏，刘景新( 中航工业沈阳飞机工业( 集团) 有限公司，辽宁 沈阳110850)heat treatment process improvement of m42 high speed steelzhang jianhong，liu jingxin( avic shengyang aircraft industry ( group) co ，ltd ，shenyang liaoning 110850，china)中图分类号: tg156 1文献标志码: b文章编号: 0254-6051( 2014) 11-0132-03齿、磨损，影响加工产品表面质量。为提高 m42 高速钢刀具性能，选用国产材料和日本进口材料作为研究对象，对 比两种材料在质量上的差异，并改进了热处理工艺。m42 高速钢含有很高的碳量和大量的合金元素。在碳元素与合金元素的共同作用下使材料具有很高的 硬度、红硬性、高耐磨性等特点，适于制作各种高精度 复杂刀具1。m42 高 速 钢 刀 具传统的热处理工艺为 1190 1210 淬火，550 回火，一般获得的硬度值在67 69 hc2，但成品刀具在使用过程中常出现崩 1试验材料及方法试验材料选用国产及日本进口 m42 高速钢，其化学成分见表 1，设计硬度为 67 69 hc。将 m42 高速钢材料加工成 15 mm 15 mm 的圆柱试样，并沿轴线 在端面钻 3 mm 的孔。试样经 bcm 100 型中温盐炉850 10 预热 5 10 min 后，放入 bcm75 型高温盐 炉 中 分 别 在 1160 、1170 、1180 、1190 ( 日 本 钢 ) 或收稿日期: 2014-05-12作者简介: 张建宏( 1971) ，男，高级工程师，主要从事技术质量管理及 工装热处理工艺工作，联系电话:e-mail: xy_nmy2008 163 comdoi: 10 13251 / j issn 0254-6051 2014 11 033檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴退火工艺的适应性问题; 只有合适的材料、在合适的锻造情况下才适合进行锻造余热退火。而实际生产中，锻造加热温度依据产品形状以及 设备能力的不同而不同。所以，汽车齿轮产品锻造余 热等温退火工艺的难点和关键要素在于晶粒 尺 寸 的 控制。低碳合金钢 国 产 化 材 料 8620h 钢汽车齿轮锻坯 的余热退火工艺试验的成功，为国产化材料在精密制 造业、热处理退火领域的工艺改进有了一个新的认识。 在试验产品成功批产的引领下，可以对 8620h 钢的其 它锻坯产品进行锻造余热等温退火工艺推广。同时， 不论国产与进口的原材料，只要具有合适的材料成分 以及合适的锻造变形量，通过合理控制锻造加热温度、 余热退火温度和冷却等工艺参数，就可以实现锻造余 热退火。生产应用及展望锻造余热等温退火工艺试验，达到了产品退火后硬度和显微组织的技术要求。依据材料及产品的工艺 试验结果确定: 锻造加热温度 ( 1200 50 ) ，锻后高 温恒温温度( 920 10 ) ，空冷或者以合适的冷却方3参考文献:1巨东英 日 本 金 属热 处 理未来发展路线概 述j 金 属 热 处 理，2012，37( 1) : 14-202李国隆 浅谈 渗 碳 钢 锻 造 齿 坯 等 温 退 火j 拖 拉 机，1984 ( 2 ) :41-453郑国烁，李岩松，王达人，等 25mntibe 钢齿坯锻造余热等温退 火-高温回火工艺的研究j 拖拉机，1983( 4) : 36-424宦有佩 利用 锻造余热等 温退火 工艺改善切削性 能j 汽 齿 科 技，2000( 1) : 47-525刘云旭，王 淮，季 长 涛，等 正 火-影 响 渗 碳 齿 轮 热 处 理 畸 变 的 一个重要因素j 金属热处理，2005，30( 3) : 46-496刘红 军 8620h 齿 轮 锻 件等温正火工艺 探 讨j 热 加 工 工 艺，2010，39( 16) : 154-155式至 稍高于等温温度 ( 630 650 ) ，然 后 进 入( 600 10) 等温炉，等温时间 70 min，再出炉空冷到室温。根据试验 确 定 的 工 艺 参 数，按照客户要求进行 了批量试制，锻造余热等温退火后硬度、显 微 组 织 检 验结果 合 格。零件的机加工切削性能良好，成 品 最 终热处理后变形试验结果: 试验产品的最终热处理 齿形、齿向变形情况 全 部 达 标，可以满足最终热处理 变形要求。第 11 期张建宏，等: m42 高速钢热处理工艺改进133表 1 m42 钢的化学成分( 质量分数，%) table 1 chemical composition of the m42 steels ( wt%) 高温硝盐中分级等温 2 3 min，随后空冷至室温。把经不 同 温 度 淬 火 的 试 样 分 别 在 520、530、540、550、560、570、580 下回火 3 次，第一次回火 2 h，后两次 回火 1 h，具体工艺流程见图 1。采用 ha150 型洛氏硬 度计测量试样回火前后的硬度值。硬度测量方法是将 试样两端面磨平后，在试样的一端不同区域测量不少 于 3 次，取平均值作为该试样的硬度值。试验钢ccowmovcr国产1 158 21 809 81 34 2日本1 108 01 509 51 04 01180、1190、1200 ( 国产钢) 下加热 150 s，之后放入图 1 m42 钢热处理工艺曲线fig 1 heat treatment process of the m42 steels2试验结果与分析2 1m42 钢淬火后硬度图 2 中列出 了 m42 高 速 钢 试样经不同温度奥氏 体化淬火后回火之前的硬度值。由图 2 可见，m42 钢 经不同温度淬火后，硬度值均不高于 65 hc，且在相 同的淬火温度下，国产 m42 钢淬火态的硬度高于日产 m42 钢。另外，这两种高速钢淬火态的硬度都是随着 淬火温度的增加而降低，日产 m42 钢的这种趋势尤为 突出。这种情况主要是由于温度升高，淬火残留奥氏 体量增加，马氏体量相对减少的缘故。总之，高速钢淬 火后不经回火达不到设计要求的高硬度。图 3 m42 钢在不同淬火、回火温度下的硬度( a) 国产; ( b) 日本产fig 3 hardness of the m42 steels quenched andtempered at different temperatures( a) domestic steel; ( b) imported steel from japan由图 3 可见，国产 m42 钢与日产 m42 钢经回火后，硬度值均有大幅度的提高，达到设计的要求。这种硬度 的提高是多次回火后，二次淬火与二次硬化产生的现象3。图 3( a) 中 国 产 m42 钢 在 520 550 温 度 回 火 后 在 1180 和 1190 左 右 处 于 高 硬 度 区 间; 图 3( b) 中日本 m42 钢在 520 550 温度回火后，在1180 和 1190 左右也处于高硬度区间。在 实 际图 2 m42 钢不同温度淬火后的硬度fig 2 hardness of the m42 steels quenchedat different temperatures2 2m42 钢淬火回火后硬度图 3 所示为国产 m42 高速钢与日产 m42 高速钢 分别在 520 550 温 度 回火后的硬度变化曲线图。134第 39 卷m42 工具热处 理 生 产 中，低 于 1180 淬 火 是 不 采 用的，原因是刀具的耐用性很差。因 此，国 产 m42 钢 获 得最佳高硬度值的淬火温度应在 1180 1190 。在 试验过程中还发现，在同等条件下，国产 m42 钢 试 件 硬度均匀性比日本产 m42 钢试件差很多，具体表现就 是国产 m42 钢的同一个试件多次检测的硬度值均有 一定的差异 ( 0 1 0 4 hc) ，而日本产 m42 钢 的 同 一试件多次检测的硬度几乎没有差异。图 4 表 示 的 是 国 产 m42 高 速 钢 在 1180、1190 淬火，在不同温度下回火处理的硬度曲线。图 4 中曲却; “不充分 冷 却”是模拟大量工具产品 装 框，将 试样置于产品中间，短时间空冷后就进行下次回火。表 2 中数据表明回火冷速不同，国产 m42 钢试样 硬度值差别很大。冷却速度高试件的硬度很高，完全 符合设计要求; 冷却速度过慢会使硬度明显下降; 而冷 却不充分时，硬度值更低，不能满足设计的要求。回火 后冷速不足或冷却不充分，影响了高速钢的二次淬火 作用，致使试件硬度值下降。2 4工艺参数的选定及实践应用减小 m42 高速钢热处理后的 晶粒度和控制回火 线显 示 出，在 520 550范 围 回 火，硬 度 值 均 在时碳化物析出大小可增加刀具的韧性。适当降低淬火温度，根据不同产品的尺寸合理的控制加热时间可减 小晶粒度; 适当降低回火温度，采用多次回火，每次回 火时间不要太长，控制好回火冷却的速度可使析出的 合金碳化物数量增加，颗粒尺寸减小，弥散度加大，既 有利于硬度的提高又能增加韧性。根据试验的结果，可以确定针对具体 m42 高速钢 刀具的热处理 工 艺 参 数: 采 用 1180 1190 进 行 加 热，加热时间按产品大小来确定，冷却采用分级淬火。 采用 520 530 三次回火，并严格控制回火后的冷却 速度，使每一次回火都能以较快的速度冷却到室温，使 材料内部组织转变充分。在随后的试生产时，对 m42 材料的刀具进行单独 的淬、回火处理，检测硬度达到 67 69 hc，完全满足 设计的要求。68 hc以上，而在 560、570 回 火 时，硬 度 值 有 所 降低，但也基本能够满足设计要求。在 580 温度回火 的试件，硬度值明显下降，达不到设计要求。在 520 530 ，两个淬 火温度曲线基本达到了峰值，而 随 着 回火温 度 的 增 加，硬度值逐步下降。因 此 传 统 采 用 的 550 回 火 温 度，不 能 使 m42 高速钢达到峰值 硬度。3结论图 4 国产 m42 高速钢不同回火温度下的硬度值fig 4 hardness of the domestic m42 steeltempered at different temperatures1)m42 高速钢材料淬火态的硬度值不高，一般为63 65 hc，需要回火来提高硬度。但为了得到较好的韧性，淬火温度不宜过高，一般采用 1180 1190 进行加热。m42 钢回火冷却速度对硬度的影响表 2 所示为国产 m42 钢经 550 回 火 后 在 不 同 冷却速度冷却后所得硬度平均值，其中控制 m42 钢回火冷却速度的方法是: “快速冷却”是将每个试样在空气流通好的环境单独悬挂; “缓慢冷却”是将试样 放入少量( 半框量) 工具产品 中 ，与工具产品一同冷 2 32)m42 高速钢经 520 530 回 火 后，其 硬 度 值完全能达到设计要求的 67 69 hc，回火温度的提高会使其硬度值下降3)应严格控 制 m42 产品回火后的冷却速度，以保证产品的质量。表 2 国产 m42 钢经 550 回火后不同冷速下的硬度( hc)table 2 hardness of the domestic m4