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中国刀具材料热处理需更上一层楼科学技术 2007-06-28 08:52:08 阅读42 评论0 字号：大中小订阅 100年前，经过广泛而系统的切削试验之后，确立了切削用高速钢的最佳成分W18Cr4V(C 0.75%，W 18%，Cr 4.0%，V 1.0%)，当时切削中碳钢速度为30m/min，比之前提高了十几倍。这一成果带来了机械加工的划时代革命，也因此使得刀具材料在进入19世纪后呈现出异乎寻常的发展速度，创造了前所未有的辉煌。100年来，尽管不断出现各种新的刀具材料，但高速钢依然没有被历史所淘汰，一直沿用并发展至今，甚至曾长期占据霸主地位。今天，我们重新审视高速钢的发展，或许将为刀具材料的进一步发展带来一些有益的启发。在此，也一并将赵炳桢、吴元昌、赵步青、吴立志4位专家在河冶2006高速钢应用技术交流会上的演讲内容整理成文，以飨读者。很多人可能对刀具热处理一般原则比较了解，但对刀具及刀具材料差异性热处理研究不深。我本人从事热处理工艺工作近40年，积累了不少成功经验和失败教训，深感识别刀具和刀具材料的差异性、进行个性化操作的重要。下面就不同刀具的热处理进行简单介绍：车刀条按GB4211标准，可将车刀条分为正方形和矩形两种。车刀工作条件比较恶劣，一般不加冷却液，有干切削、重切削、断续切削、高速切削等，要求车刀应具有高的耐磨性和高的红硬性。针对上述情况，热处理工艺为：12301240高温加热奥氏体化，金相级别可达89级，而后回火4次，过热34级(矩形车刀过热12级)，最终组织硬度6567HRC。实践证明，车刀过热才经久耐用，我在1988年曾对过热5级的1212方车刀进行寿命检测，结果3条试样都达一等品标准。滚刀滚刀属于比较昂贵的金属切削刀具，要求具有高的红硬性、耐磨性，所以淬火温度比较高，但比车刀略低，常在12251230，580620分级，组织金相级别9.510级。第一次回火宜用350380或二次贝氏体处理，然后再进行5501h的高温回火3次，过热12级，甚至3级，最终组织硬度可达65HRC以上。滚刀虽然是容易处理的刀具，但对模数6以上的大滚刀，由于其硬度不高和键槽易裂的特点，必须严加防范。直齿三面刃铣刀通常此类产品由于其切削速度快，切刀量大，对耐磨性、韧性要求相当高，要求高硬度但又不能崩刃。笔者就曾多次处理过这样的质量问题：用户对硬度6465HRC的铣刀反应是不耐磨，换用硬度66HRC的铣刀后，使用寿命成倍提高。同样成分的材料，不同的热处理产品可以有如此大的差别。直齿三面刃铣刀所采用的热处理工艺是在12201230下淬火，金相级别9.510.5级，回火34次，过热1级，最终组织硬度为6567HRC。中齿锯片铣刀GB6120标准适用直径32315mm，厚度为0.36.0mm的中齿锯片铣刀，对特别大薄的铣刀热处理工艺应该个性化，通常对中齿锯片铣刀的性能要求是韧性第一，但硬度不能太低，一般在12051215时淬火，淬火组织金相级别达1011级，然后分级等温、热夹、回火4次，回火过程不准过热，最终组织硬度6466.5HRC。在这类刀具热处理过程中，容易出现键槽易裂和平面度超差的问题。大薄锯片由于装璜及建筑行业的高速发展，市场对2505002mm大薄锯片的需求量很大。该产品主要要求突出韧性，其次是耐磨性。相应的热处理工艺为11801200高温加热，260280等温，金相级别可达1112级，再回火4次，不准过热，硬度可达6265HRC。成品若再经蒸汽处理或氧氮化则效果更佳。整体直柄麻花钻钻头是用得最多的孔加工工具，工作条件和其他刀具不同。当进行钻削时，其切削部分深深地埋入金属内，切削条件比较苛刻，要求钻头有高的硬度和韧性，两者相比，通常后者更重要些；而对于干切削，由于工件硬度高，则是要求红硬性第一。钻头一般采用的热处理工艺为：先在12101225时淬火，淬火组织金相级别可达10.511级，再回火3次，过热2级，可得到硬度为6366.5HRC的回火组织。由于加工中心和数控机床的日益增多，难加工材料与日俱增，对钻头的要求也越来越高。同样钻头，用法各异，热处理工艺就截然不同，足以说明热处理工艺个性化的重要。拉刀拉削加工广泛应用于汽车、航空等制造业。拉刀上排列着许多齿，由于拉削幅度很宽，齿增量逐步加大，即使在很小的进刀量情况下，其阻力也是相当大的。正因为如此，拉削的速度一般比较慢，在拉削过程中，轴向承受很大的拉力，同时切削齿因受到工件的摩擦而产生热量，所以拉刀除具有一般刀具的高硬度特点，更重要的是要有很高的强度和韧性。拉刀常用的热处理工艺为12051215油淬，两次或三次分级冷却，趁热校直，试样淬火组织的金相级别10.511.5级。每次回火后必须校直，硬度可达6466.5HRC。目前热处理存在的主要问题是硬度偏低不耐磨，其次是折断，应该视具体类型拉刀制订相应热处理工艺。机用丝锥丝锥在切削过程中，主要抗力是扭力矩，轴向力在各螺纹中已互相抵消。丝锥不需要红硬性，韧性是第一指标，所以淬火温度比较低，晶粒号可控制得很细，但硬度不能低，必须符合国家标准。现在由于采取了韧性化低温淬火新工艺，与传统工艺相比，淬火温度降低了1520，彻底解决了丝锥过热、脆断等弊病，实是一举多得的好事。我的个人体会是：硬度是表面现象，金相组织才是本质的东西；我们追求高硬度，但不惟高硬度；我们要求在金相组织理想(而非合格)的前提下，力求高硬度，达到硬度和金相的良好配合。在这其中有几个关键问题不能小视：1）首先是不能混料，包括混炉号、混钢号、混规格。工具厂一定要分炉号管理，如果做不到就无法搞好热处理，比如成分都合格的M2钢，若用1220加热淬火，便可能会出现912的6个晶粒号。2）其次是不同冶炼方法影响热处理工艺。用中频冶炼加电渣重熔的钢和电弧炉冶炼同成分的M2钢，热处理工艺应有所区别。后者的淬火温度应适当高些，同炉淬火前者易出现过热等毛病。3）第三是锻造影响热处理工艺。同一规格、同成分的M2钢制造同一规格刀具，锻与不锻，热处理工艺也不应该相同，经改锻者，淬火温度应稍低些。这些在制订热处理工艺时都要引起注意。4）第四，返工件淬火温度应比常规淬火低815。由于种种原因，少数返工在所难免，因而淬火前