高速钢的热处理及其性能

W6Mo5Cr4V2高速钢淬回火过程探究性实验指导教师:实验学生:实验时间:~高速钢高速钢简介高速钢发端于19世纪末，是一种高碳且含有大量W、Mo、Cr、V、Co等合金元素的合金刃具钢。高速钢经热处理后，在600℃的高温下仍然保持高的硬度，其硬度可达60HRC以上，故可在较高温度条件下保持高速切削能力和高耐磨性!同时具有足够高的强度，并兼有适当的韧性和塑性，这是其他超硬工具材料所无法比拟的。高速钢还具有很高的淬透性，中小型刃具甚至在空气中冷却也能淬透，故又有风钢之称。

1同碳素刃具刚和合金刃具钢相比,高速钢的切削速度可提高2~4倍,刃具寿命提高5~18倍。

2高速钢广泛用于制造尺寸大、切削速度快、负荷重及工作温度高的各种机加工工具。如车刀、刨刀、拉刀、钻头等。此外，高速钢还可以应用在模具及一些特殊轴承方面。总之，由于高速钢的在硬度，耐磨性，红硬性等方面的优异性能，现代工具材料中高速钢仍占刃具材料的65%以上，而产值则占70%左右！所以高速钢自问世以来，经百年使用而不衰。

3单击此处可添加副标题高速钢的热处理由于高速钢中含有大量难熔的合金碳化物,其淬火加热温度必须足够高才可使合金碳化物溶解到奥氏体中,淬火后马氏体中的合金元素才足够高,而只有合金元素含量高的马氏体才具有高的红硬性。所以高速钢淬火时的加热温度相对其他钢材来说是比较高的,一般说来高速钢的淬火温度在1180~1230℃之间。在确保不发生过热的情况下,相对说来,淬火温度越高,其红硬性也越好。由于高速钢中含有大量的合金元素,导致高速钢的导热性很差,如果加热时直接把高速钢放入高温炉内加热,容易引起高速钢的变形和开裂,所以对于大型工件加热时一般都需要预热,预热时一般分两个阶段进行,第一次预热温度在550~650℃之间,第二次预热温度820~870℃之间。又由于高速钢的淬火温度很高,工件在加热炉内很容易氧化,所以高速钢的加热一般在盐浴内进行。高速钢热处理前一般要进行球化退火处理,退火温度一般在820~900℃之间,退火目的不仅是为了降低硬度,以利于切削加工,更是为以后的淬火做组织上的准备。

典型高速钢的热处理工艺曲线W6Mo5Cr4V2高速钢热处理工艺曲线550~650℃820~870℃1190~1230℃1000~1050℃预冷400℃分级淬火560℃560℃560℃1h1h1h时间/t温度/℃W6Mo5Cr4V2高速钢实际热处理过程温度/℃时间/t1190~1230℃400℃分级淬火560℃560℃560℃1h1h1h实验中所用实际热处理工艺曲线（考虑工件形状及其尺寸)实验共分6组进行1组为退火后原始试样，打磨抛光后用4%硝酸酒精溶液腐蚀做显微金相照片2组做1000℃℃加热不完全淬火，用400℃盐浴分级淬火，淬火后进行3次高温回火3、4.5组为1200℃加热，分为400℃分级淬、水淬、油淬三种方式淬火，然后进行三次高温回火6组加热到1300℃过热，然后在400℃盐浴分级淬火，然后进行三次高温淬火淬火后将以上5组试样做显微金相照片，比较金相组织的不同，并选取两组试样测定回火后残余奥氏体含量将以上所有6组试样在洛氏硬度试验机上打硬度，比较不同热处理过程对于高速钢硬度的影响将3、4.5组另分为一小组，比较不同淬火方式对于高速钢热处理性能的影响将2、3、6组分为一小组，比较不同淬火加热温度对于高速钢热处理性能的影响实验设计思想概述实验结果500×不完全退火态原始组织显微金相照片由图中可以看出,高速钢退火态的组织为在铁素体机体上分布着弥散析出的球状碳化物,图中白色点状物质即为球状碳化物。

1000×不完全退火态原始组织显微金相照片1000℃加热不完全淬火500×不完全淬火显微金相照片由图可以看出,高速钢的不完全淬火金相为大量的合金碳化物并没有溶解而是弥散分布在淬火后的马氏体基体上,图中白色物质即为合金碳化物。

1200℃加热400℃盐浴分级淬火500×400℃盐浴分级淬火显微金相照片由图可以看出正常淬火状态下的金相组织为马氏体+残余奥氏体+碳化物,图中马氏体和碳化物清晰可见,灰色片状的为马氏体,白色状物质为含碳化合物。

高速钢1200℃加热水淬500×高速钢水淬显微金相照片由显微金相照片可以看出,高速钢水淬所得的金相组织为马氏体+碳化物+残余奥氏体。图中马氏体跟碳化物清晰可现。白色物质为含碳化合物。

高速钢1200℃加热油淬500×1200℃加热油淬显微金相照片图中所的金相组织为马氏体+碳化物+残余奥氏体,白色物质为含碳化合物,灰色针状物质为回火马氏体。

1300℃过热400℃盐浴分级淬火500×高速钢过热淬火显微金相照片由图可以看出高速钢过热组织晶粒变得异常粗大,晶粒与晶粒之间界面轮廓清晰,甚至在晶界处还会发生局部熔化。图中所示为晶粒间的三叉晶界。晶界内为回火马氏体。

由表格中数据可知,实验中高速钢正常淬火和不完全淬火并3次回火后试样中残余奥氏体量仍高于理论值。为使残余奥氏体量继续降低,我们可以再次进行高温淬火,也可以进行一次-85℃下的冷处理。但冷处理一般在淬火冷却后立即进行或在第一次回火后进行。这样会起到较好的冷处理效果。

试样热处理方式第3次回火后残余奥氏体量（%）3正常淬火5.152不完全淬火8.61表一回火后残余奥氏体量测定表三次回火后试样中残余奥氏体量的测定由硬度值表,我们可以看出1200℃加热盐浴分级淬火的硬度值最高,水淬和油淬次之,过热和不完全淬火态下的硬度再次之,退火态下的硬度最小。这是因为分级淬火能够有效减少工件的变形和开裂,从而使强度、韧性提高。而过热和不完全淬火的工件,由于晶粒长大、晶界熔化或合金碳化物的不完全溶解现象,都会影响晶体间的结合力,进而影响热处理质量和使用性能。对于退火态工件硬度偏低的的情况,这是由于工件在退火前就已经是退火后的原始组织,所以实验中再次退火会降低工件的硬度值.表二6个试样的洛氏硬度值测定表试样热处理方式硬度值（HRC）123平均硬度（HRC）3400℃盐浴6464.5646