高速鋼屬萊氏體鋼

1、高速鋼屬萊氏體鋼，含有大量合金元素，冶煉后形成大量一次共晶碳化物和二次碳化物(約占成分總量的18%～22%)，這對(duì)高速鋼刀具的淬火質(zhì)量及使用壽命有很大影響。高速鋼淬火溫度接近熔點(diǎn)，淬火后組織中仍有25%～35%的殘余奧氏體，致使高速鋼刀具容易產(chǎn)生裂紋和腐蝕。下面分析影響高速鋼刀具淬火裂紋和腐蝕的原因，并提出相應(yīng)預(yù)防措施。1高速鋼原材料的冶金缺陷高速鋼中所含大量碳化物硬而脆，為脆性相。一次共晶碳化物呈粗大骨骼狀(或樹(shù)枝狀)分布于鋼基體內(nèi)。

2、鋼錠經(jīng)開(kāi)坯壓延和軋制后，合金碳化物雖有一定程度的破碎和細(xì)化，但碳化物偏析依然存在，并沿軋制方向呈帶狀、全網(wǎng)狀、半網(wǎng)狀或堆積狀分布。碳化物不均勻度隨原材料直徑或厚度的增加而增加。共晶碳化物相當(dāng)穩(wěn)定，常規(guī)熱處理很難消除，可導(dǎo)致應(yīng)力集中而成為淬火裂紋源。鋼中硫、磷等雜質(zhì)偏析或超標(biāo)也是導(dǎo)致淬裂的重要原因。高速鋼的導(dǎo)熱性和熱塑性差、變形抗力大，熱加工時(shí)易導(dǎo)致金屬表層和內(nèi)層形成微裂紋，最終在淬火時(shí)因裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致材料報(bào)廢。大型鋼錠在冶煉、軋制或鍛造

3、等熱加工過(guò)程中形成的宏觀冶金缺陷如疏松、縮孔、氣泡、偏析、白點(diǎn)、樹(shù)枝狀結(jié)晶、粗晶、夾雜、內(nèi)裂、發(fā)紋、大顆粒碳化物及非金屬夾渣等均易導(dǎo)致淬火時(shí)應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力大于材料強(qiáng)度極限時(shí)便會(huì)產(chǎn)生淬火裂紋。預(yù)防措施為：①選用小鋼錠開(kāi)坯軋制各種規(guī)格的刀具原材料；②選用二次精煉電渣重熔鋼錠，它具有純度高、雜質(zhì)少、晶粒細(xì)、碳化物小、組織均勻、無(wú)宏觀冶金缺陷等優(yōu)點(diǎn)；③對(duì)不合格原材料進(jìn)行改鍛，擊碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物不均勻度≤3級(jí)；④采取高溫分級(jí)淬

4、火、再高溫回火的預(yù)處理工藝，通過(guò)精確控溫等措施，可有效避免高速鋼原材料冶金缺陷引起的淬火裂紋。2高速鋼過(guò)熱、過(guò)燒組織高速鋼過(guò)熱、過(guò)燒組織的特點(diǎn)為晶粒顯著粗化，合金碳化物出現(xiàn)粘連、角狀、拖尾狀及沿晶界呈全網(wǎng)狀、半網(wǎng)狀或連續(xù)網(wǎng)狀分布；鋼組織內(nèi)部局部熔化出現(xiàn)黑色組織或共晶萊氏體，形成過(guò)燒組織，顯著降低晶間結(jié)合力和鋼的強(qiáng)韌性。引起高速鋼過(guò)熱、過(guò)燒組織的主要原因有：淬火加熱溫度過(guò)高，測(cè)溫和控溫儀表失準(zhǔn)；鹽浴爐淬火加熱時(shí)，因鹽浴表面煙霧導(dǎo)致輻射高溫

5、計(jì)測(cè)溫出現(xiàn)誤差；變壓配電盤(pán)磁力開(kāi)關(guān)失靈；刀具加熱時(shí)離電極太近或埋入爐底沉積物中；原材料存在大量角狀碳化物或碳化物不均勻度等級(jí)太高等。高速鋼過(guò)熱、過(guò)燒組織極易導(dǎo)致淬火裂紋。預(yù)防措施為：①嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，共晶碳化物級(jí)別應(yīng)≤3～3.5級(jí)；②原材料入庫(kù)和投產(chǎn)前應(yīng)作金相檢查，確保無(wú)宏觀冶金缺陷；③刀具淬火加熱前用試片校驗(yàn)高溫鹽浴爐，檢查晶粒等級(jí)與淬火加熱溫度的關(guān)系是否合理(參見(jiàn)表1)；④采用微機(jī)控溫與測(cè)溫，測(cè)溫精度達(dá)到1.5℃。表1W6Mo5

6、Cr4V2高速鋼碳化物級(jí)別與過(guò)熱淬火加熱溫度共晶碳化物不均勻度等級(jí)出現(xiàn)過(guò)熱(晶粒度8#)的淬火溫度(5℃)3萘狀斷口萘狀斷口是高速鋼常見(jiàn)的組織缺陷，斷口呈魚(yú)鱗狀，類似大理石，具有萘的光澤，斷口極粗糙，晶粒粗大(可達(dá)1mm)。由于材料脆性大，強(qiáng)韌性低，高溫奧氏體化淬火時(shí)容易形成淬火裂紋。在熱鍛、軋制、壓延等熱加工時(shí)，經(jīng)1050～1100℃高溫奧氏體化，熱塑性變形在5%～10%臨界變形、精鍛溫度不當(dāng)及重復(fù)淬火時(shí)未經(jīng)中間退火(或退火不充分)等

7、因素均易形成萘狀斷口，導(dǎo)致淬火裂紋。預(yù)防措施為：①合理選擇精鍛溫度，嚴(yán)格控制終鍛溫度(≤1000℃)，鍛后緩冷；②鍛坯淬火前應(yīng)充分退火；③避免在5%～10%臨界變形；④進(jìn)行超晶粒細(xì)化處理等。采取以上措施可有效抑制高速鋼萘狀斷口的形成，避免產(chǎn)生淬火裂紋。4機(jī)械設(shè)計(jì)與冷加工不當(dāng)引起應(yīng)力集中刀具厚薄不均、因棱角、銳邊、尖角、溝槽、孔、凸臺(tái)等形狀突變而產(chǎn)生缺口效應(yīng)以及冷加工表面粗糙、刀紋較深、存在碰傷及打標(biāo)記等均可導(dǎo)致高速鋼刀具淬火時(shí)應(yīng)力集中，

8、從而誘發(fā)淬火裂紋。如刀具淬火前存在較大冷加工內(nèi)應(yīng)力(尤其是磨削內(nèi)應(yīng)力)未予消除，在淬火加熱和冷卻時(shí)將形成多種應(yīng)力疊加，當(dāng)疊加應(yīng)力超過(guò)材料強(qiáng)度極限時(shí)，將產(chǎn)生淬火裂紋和畸變。預(yù)防措施為：①改進(jìn)刀具設(shè)計(jì)，使刀具形狀合理、厚薄均勻。厚處可開(kāi)工藝孔，薄處可增加肋條，變形懸殊處可制成斜坡；②將刀具的棱角、直角、尖角倒圓，孔口處倒角；③冷加工表面光潔度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，防和殘余奧氏體數(shù)量等，可有效避免磨削裂紋。9電火花線切割加工顯微裂紋火花放電加工時(shí)，

9、被熔化的金屬有一部分殘留在放電點(diǎn)的電蝕坑周圍。由于電火花加工在油或水中進(jìn)行，因此脈沖放電結(jié)束后熔化金屬迅速冷卻凝固，因收縮而產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，使原應(yīng)力場(chǎng)重新分布，形成厚度0.02～0.10mm的熔化變質(zhì)層。該變質(zhì)層為樹(shù)枝狀結(jié)晶鑄態(tài)組織，冷卻后形成二次高溫淬火硬化層，生成大量極穩(wěn)定的殘余奧氏體。變質(zhì)層收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力與變質(zhì)層二次高溫淬火應(yīng)力相疊加，在變質(zhì)層上形成顯微裂紋，且隨著電火花加工電氣參數(shù)的加大而加深擴(kuò)大。預(yù)防措施為：①在電火花線切割

10、加工前應(yīng)充分消除刀具內(nèi)應(yīng)力；②嚴(yán)格控制線切割電氣參數(shù)；③留足磨削及拋光的加工余量，通過(guò)后續(xù)加工去除變質(zhì)層；④通過(guò)150～200℃2～4h油浴消除應(yīng)力回火，防止電火花加工時(shí)產(chǎn)生顯微裂紋。10回火不當(dāng)引起二次淬火裂紋高速鋼刀具具有高溫回火二次硬化特性。第一次馬氏體淬火后保留了較多殘余奧氏體，高溫回火時(shí)，在回火冷卻過(guò)程中殘余奧氏體相變?yōu)轳R氏體，若在水中或油中快速冷卻，形成二次淬火馬氏體時(shí)將產(chǎn)生較大淬火內(nèi)應(yīng)力；如回火時(shí)采用火焰或高頻快速加熱，表

11、層金屬將發(fā)生收縮，而內(nèi)部依然為馬氏體組織，因比容大而處于膨脹狀態(tài)，從而使表層產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，與一次、二次淬火應(yīng)力疊加，導(dǎo)致因回火不當(dāng)引起二次硬化淬火裂紋。刀具表面脫碳會(huì)加速裂紋的形成。預(yù)防措施為：①在保護(hù)氣氛爐、真空電爐和經(jīng)充分脫氧的鹽浴爐中加熱刀具，可防止氧化脫碳；②淬火刀具冷卻至該鋼種Ms點(diǎn)附近時(shí)取出轉(zhuǎn)入緩和冷卻介質(zhì)中，宜在硝鹽熱浴、堿熱浴中分級(jí)淬火、等溫淬火和在理想冷卻介質(zhì)中淬火；③低溫(≤100℃)入爐回火，緩慢升溫至≥300℃

12、后可隨爐升溫至所需回火溫度，高溫回火保溫后出爐空冷至室溫，在回火緩冷過(guò)程中實(shí)現(xiàn)殘余奧氏體(AR)→馬氏體(M)相變，避免水冷、油冷，防止產(chǎn)生較大二次淬火應(yīng)力?？傊?，淬火后及時(shí)回火，防止淬火應(yīng)力萌生與擴(kuò)大；充分回火，獲得穩(wěn)定組織；多次高溫回火，促使殘余奧氏體(AR)→馬氏體(M)充分轉(zhuǎn)變，并消除二次淬火應(yīng)力；較長(zhǎng)時(shí)間和合回火，提高抗斷裂韌性和綜合力學(xué)性能等措施均能有效防止回火不當(dāng)引起的二次淬火裂紋。11刀具腐蝕目前，我國(guó)高速鋼刀具熱處理工

13、藝的淬火加熱一般在鹽浴爐中進(jìn)行，回火加熱一般在硝鹽浴爐中進(jìn)行。此外必須進(jìn)行酸洗。刀具淬火局部加熱時(shí)，靠近鹽浴面以上部位與高溫鹽浴揮發(fā)氯氣等有害氣體接觸，不僅易發(fā)生氧化脫碳，而且還會(huì)導(dǎo)致液面與空氣交界處形成一定寬度的帶狀麻點(diǎn)腐蝕。預(yù)防措施為：采用高溫加熱包鹽法，即刀具整體入鹽后，再將局部不淬火加熱部位露出液面，使之包上一層粘附鹽殼，與空氣中的有害氣體隔絕，避免腐蝕。大型整體刀片在高溫鹽浴爐中淬火加熱時(shí)，因溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)，易與鹽浴中氧化

14、鐵(FeO)等有害物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生腐蝕。預(yù)防措施為：嚴(yán)格執(zhí)行鹽浴加熱介質(zhì)熱處理技術(shù)條件：純度≥98%，硫酸鹽(BaSO4、Na2SO4、K2SO4)等雜質(zhì)含量≤0.3%，碳酸鹽(BaCO3、Na2CO3、K2CO3)等雜質(zhì)含量≤0.1%，水不溶解物≤0.1%；每一工作班必須對(duì)鹽浴進(jìn)行脫氧撈渣，每周掏爐一次，徹底清除爐膛內(nèi)爐渣雜質(zhì)。刀具酸洗時(shí)，因酸洗過(guò)度或未沖凈殘酸，使硝酸與硝鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將引起電化學(xué)腐蝕。預(yù)防措施為：刀具酸洗后，

15、兩次用流動(dòng)凈水沖洗，再?gòu)氐字泻?，并及時(shí)噴砂強(qiáng)化，在空氣中停放不超過(guò)8小時(shí)，并采取油封方式，可有效防止酸洗腐蝕。介紹了高速切削加工技術(shù)所使用的高速鋼刀具、陶瓷刀具、涂層刀具、超硬刀具的性能特點(diǎn)及應(yīng)用.探討了選擇刀具所考慮的因素。德國(guó)切削物理學(xué)家Salomon博士1929年進(jìn)行的超高速切削模擬試驗(yàn)，并予1931年4月發(fā)表了著名的超高速切削理論。提出了高速切削的設(shè)想。Salomon指出：在常規(guī)的切削范國(guó)內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增大而提高。但