合金工具鋼的熱處理工藝

1、論文導(dǎo)讀:：合金工具鋼的種類和性能要求。經(jīng)適當(dāng)熱處理后可獲得較高的硬度和良好的耐磨性。論文關(guān)鍵詞：合金工具鋼，熱處理，工藝分析隨著我國裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，工程材料的合理應(yīng)用越發(fā)顯得重要。選用恰當(dāng)?shù)牟牧蟻碇圃?，從而保證制成的產(chǎn)品具有最佳形貌和性能；如果選材不當(dāng)，將會使所設(shè)計制造出產(chǎn)品，不能發(fā)揮出最佳性能，并可能導(dǎo)致其使用壽命大大降低；或因選材不當(dāng)，導(dǎo)致成本太高，失去其應(yīng)有的市場競爭力。所以，從事機(jī)械設(shè)計與制造的各類工程技術(shù)人員，需對材料要有技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和質(zhì)量性的價值觀念。1 合金工具鋼的種類和性能要求在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加人一定種類和數(shù)量的合金元素，用來制造各種刃具、模具、量具等用鋼就稱為合金

2、工具鋼。與碳素工具鋼相比，合金工具鋼的硬度和耐磨性更高，而且還具有更好的淬透性、紅硬性和回火穩(wěn)定性。1.1 工具鋼的種類在工程上工具鋼的分類有兩種形式，一種是按成分可分為：碳素工具鋼和合金工具鋼；一種是按用途可分為：刃具鋼、模具鋼和量具鋼。此外，還可按所用淬火冷卻介質(zhì)分為：水淬鋼、油淬鋼和空硬鋼三類。工具鋼分類方法很多，其中按用途分類是常用的。1.2 工作條件和性能要求1.2.1低合金刃具鋼 對于某些低速而且走刀量較小的機(jī)用工具機(jī)械論文，以及要求不太高的刃具，如絲錐、板牙等刃具可用碳素工具鋼T7、T8、T10、T12來制作。碳素工具鋼價格低廉，加工性能好，經(jīng)適當(dāng)熱處理后可獲得較高的硬度和良好的

3、耐磨性。但是其淬透性差，回火穩(wěn)定性和紅硬性不高，不能用作對性能有較高要求的刀具。為了克服碳素工具鋼的不足之處，在其基礎(chǔ)上加(35)Me的合金元素就形成了低合金刃具鋼。1.2.2 高速工具鋼高速鋼是一種高合金工具鋼，含鎢、鉬、鉻、釩等合金元素，總量超過10Me。高速鋼優(yōu)于其他工具鋼的主要之處是其具有良好的紅硬性，在切削零件刃部溫度高達(dá)600時，硬度仍不會明顯降低。高速鋼的碳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一般為(0.70150)C核心期刊。高碳一方面是保證與鎢、鉬等諸多合金元素形成大量的合金碳化物，阻礙奧氏體晶粒長大，提高回火穩(wěn)定性。另一方面是在加熱時使奧氏體含一定量的碳、淬火得到的馬氏體有較高的硬度和耐磨性

4、，常用于車刀、銑刀、高速鉆頭等。1.2.3冷作模具鋼處于工作狀態(tài)的冷作模具承受著強(qiáng)烈的沖擊載荷和摩擦、很大的壓力和彎曲力的作用，主要的失效破壞形式包括磨損、變形和開裂等，因此冷作模具鋼要求具有較高的硬度和耐磨性，良好的韌性和疲勞強(qiáng)度。截面尺寸較大的模具還要求具有較高的淬透性，高精度模具則要求熱處理變形小。冷作模具鋼是用于在室溫下對金屬進(jìn)行變形加工的模具，包括冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模、拉絲模、落料模等。1.2.4熱作模具鋼熱作模具鋼在工作時經(jīng)常接觸熾熱的金屬，型腔表面溫度高達(dá)400600。金屬在巨大的壓應(yīng)力、張應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和沖擊載荷作用下，與型腔作相對運動時，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損。工作過程中還要反

5、復(fù)受到冷卻介質(zhì)冷卻和熱態(tài)金屬加熱的交替作用，模具工作面出現(xiàn)熱疲勞“龜裂紋”。因此，為使熱作模具正常工作，要求模具用鋼在較高的工作溫度下具有良好的強(qiáng)韌性，較高的硬度、耐磨性、導(dǎo)熱性、抗熱疲勞能力，較高的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。 熱作模具鋼是用于制造在受熱狀態(tài)下對金屬進(jìn)行變形加工的模具，包括熱鍛模、熱擠壓模、熱鐓模、壓鑄模、高速鍛模等。1.2.5量具鋼用于制造卡尺、千分尺、樣板、塞規(guī)、塊規(guī)、螺旋測微儀等各種測量工具的鋼被稱為量具鋼。量具在使用過程中始終與被測零件緊密接觸并作相對移動，主要承受磨損破壞。因此要求其具有較高的硬度和耐磨性，以保證測量精度，還要有耐輕微沖擊、碰撞的能力，熱處理變形要小機(jī)械論文

6、，在存放和作用過程中要有極高的尺寸穩(wěn)定性。2 熱處理工藝設(shè)計分析2.1低合金刃具鋼熱處理工藝低合金刃具鋼的預(yù)先熱處理是球化退火，目的是改善鍛造組織和切削加性能，最終熱處理是淬火+低溫回火。組織為回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體，具有較高的硬度和耐磨性。以9SiCr鋼制造的圓板牙是切削加工外螺紋的刀具，要求鋼中碳化物均勻分布，熱處理后硬度和耐磨性較高，而且齒形變形小。其制造工藝路線：下料球化退火一機(jī)加工+淬火+低溫回火+磨平面一拋槽開口。9SiCr圓板牙的球化退火采用等溫處理工藝，組織為粒狀珠光體，硬度在(1924)HBW之間，適宜切削加工。淬火+低溫回火工藝，先在600650預(yù)熱，目的是縮短

7、隨后的淬火保溫時間，減輕氧化脫碳的可能性。在850870加熱保溫后，迅速轉(zhuǎn)移到160200的硝鹽槽中進(jìn)行分級淬火，降低淬火時的變形。然后在190200低溫回火，降低殘余應(yīng)力，保留較高的硬度值(6063)HRC。2.2高速鋼的熱處理工藝高速鋼的碳及合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)皆較高，屬于萊氏體鋼，鑄態(tài)組織有粗大、魚骨狀的共晶碳化物，分布不均勻，會使強(qiáng)度下降，脆性增加，并且不能通過熱處理來改變碳化物分布，只有通過鍛造將其去碎，使其均勻分布，鍛后必須緩冷。高速鋼因其化學(xué)成分的特點，其熱處理具有淬火加熱溫度高、回火次數(shù)多等特點。以W18Cr4V鋼制造盤形齒輪銑刀為例，說明其熱處理工藝選用和生產(chǎn)工藝路線的制定。(1

8、) 球化退火。高速鋼鍛造后的硬度很高，只有經(jīng)過退火降低硬度才能進(jìn)行切削加工。一般采用球化退火降低硬度，消除鍛造應(yīng)力，為淬火作組織上的準(zhǔn)備。球化退火后組織為索氏體和均勻分布的合金碳化物所組成。(2) 淬火十回火。W18Cr4V鋼盤形齒輪銑刀的淬火回火工藝。高速鋼中含大量合金元素，導(dǎo)熱性差核心期刊。為避免加熱過程產(chǎn)生變形開裂，一般在800840預(yù)熱機(jī)械論文，截面尺寸較大的零件可在500650多進(jìn)行一次預(yù)熱。高速鋼淬火溫度都比較高，一般在1270加熱，但也不可過高，否則奧氏體晶粒長大，殘余奧氏體增加。高速鋼淬透性高，一般采用油冷，截面尺寸小的刀具，在空氣中即可淬硬。對于形狀復(fù)雜、要求小變形的刀具，先

9、將其淬人580620的中性鹽浴中分級均溫，然后再空冷，可防止變形、開裂。W18Cr4V鋼淬火組織是馬氏體+殘余奧氏體+粒狀碳化物，其殘余奧氏體量高達(dá)30。在回火冷卻時，部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，發(fā)生了“二次淬火”使硬度升高。高速鋼淬火后要在560回火三次是因為一次回火不能完全消除殘余奧氏體，第一次回火后，殘余奧氏體量由30降為15左右，第二次回火后還有57，第三次回火后殘余奧氏體減少為12。而且，后一次回火可消除前一次回火時馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。W18Cr4V鋼淬火加上三次回火后組織為回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體。2.3 模具鋼的熱處理工藝用作冷沖壓模、熱鍛壓模、擠壓模、壓鑄模等模具

10、的鋼稱為模具鋼。根據(jù)性質(zhì)和使用條件的不同，可分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。2.3.1 冷作模具鋼熱處理工藝?yán)渥髂＞咪摕崽幚淼哪康氖亲畲笙薅鹊貪M足其性能要求，以便能正常工作，現(xiàn)以Crl2MoV冷作模具專用鋼制造沖孔落料模為例來分析熱處理工藝方法及制定生產(chǎn)工藝路線。沖孔落料模的凸、凹模均要求硬度在(5860)HRC之內(nèi)，要求具有較高的耐磨性、強(qiáng)度和韌性，較小的淬火變形。為此，設(shè)計其生產(chǎn)工藝路線：鍛造一退火一機(jī)加工+淬火+回火+精磨或電火花加工一成品。Crl2MoV鋼的組織與性能與高速鋼相類似，合金元素含量較高，鍛后空冷易出現(xiàn)馬氏體組織，一般鍛后都采用緩冷。鋼中有萊氏體組織，可以通過鍛造使其破碎

11、，并均勻分布。鍛后退火工藝與高速鋼的等溫退火工藝相似，退火后硬度小于255HBW，可進(jìn)行機(jī)械加工。Crl2MoV鋼的淬火十回火工藝，淬火溫度較低機(jī)械論文，低溫回火后鋼的耐磨性和韌性較高，組織為回火馬氏體+殘余奧氏體+合金碳化物，硬度為(5860)HRC。如果要求模具具有較高的紅硬性，能夠在400450條件下工作，則要進(jìn)行“二次硬化法”處理，將淬火加熱溫度提高到11001150，此時由于鋼中出現(xiàn)了大量的殘余奧氏體，硬度僅為(4250)HRC，但是隨后在510520C高溫下三次回火，析出了細(xì)小彌散的合金碳化物及殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，產(chǎn)生“二次硬化”現(xiàn)象，硬度回升到(6062)HRC，紅硬性也較好

12、，但是淬火加熱溫度較高，組織粗化會導(dǎo)致強(qiáng)度和韌性下降。2.3.2 熱作模具鋼熱處理工藝熱作模具鋼熱處理的目的主要是提高紅硬性、抗熱疲勞性和綜合力學(xué)性能，最終熱處理一般為淬火斗高溫(或中溫)回火，以獲得均勻的回火索氏體(或回火托氏體)。以5CrMnMo鋼制造板牙熱鍛模為例來分析熱處理工藝方法及制定生產(chǎn)工藝路線。板牙熱鍛模要求硬度為(351387)HBW，抗拉強(qiáng)度大于12001400MPa，沖擊值大于3256J，同時還要滿足對熱作模具淬透性、抗熱疲勞性等的要求。其生產(chǎn)工藝路線：鍛造一退火一粗加工一成型加工+淬火+回火+精加工(修型、拋光)。由于鋼在軋制時會出現(xiàn)纖維組織，導(dǎo)致各向異性，所以要予以鍛造

13、消除。鍛后要緩冷，防止應(yīng)力過大產(chǎn)生裂紋，采用780800保溫45h退火，消除鍛造應(yīng)力，為最終熱處理作組織上的準(zhǔn)備。5CrMnMo鋼制熱鍛模淬火+回火工藝，為降低熱應(yīng)力，大型模具需在500左右預(yù)熱，為防止模具淬火開裂，一般先由爐內(nèi)取出空冷至750780預(yù)冷，然后再淬人油中，油冷至150200C(大致為油只冒青煙而不著火的溫度)取出立即回火，避免冷至室溫再回火導(dǎo)致開裂?；鼗鹣藨?yīng)力機(jī)械論文，獲得回火索氏體(或回火托氏體)組織，以得到所需的性能。2.4 量具鋼的熱處理工藝量具鋼應(yīng)盡量采用在緩冷介質(zhì)中淬火，并進(jìn)行深冷處理以減少殘余奧氏體量。低溫回火消除應(yīng)力，保證高硬度和高耐磨性。以CrWMn鋼制造的測量標(biāo)定線性尺寸的塊規(guī)為例，說明其熱處理工藝方法的選定和生產(chǎn)工藝路線的安排。塊規(guī)是機(jī)械制造行業(yè)常用的標(biāo)準(zhǔn)量塊，硬度值要求達(dá)到(6265)HRC，淬火不直度小于0.05mm