高速鋼W18Cr4V的鍛造及熱處理

1、W 18Cr4V鋼熱處理工藝研究王夢思11級機電二班 42號摘要 通過對 W 18Cr4V鋼的性能特點進行了分析、對 W 18Cr4V鋼的鍛造工藝以及對 W 18Cr4V鋼進行退火、淬火及回火等 熱處理研究，得到了在實際生產(chǎn)中，W 18Cr4V鋼采用正確的鍛造及熱 處理工藝處理后，用它生產(chǎn)的刃具及冷作模具綜合力學性能好，使用 壽命長.關(guān)鍵詞 W 18Cr4V鋼；鍛造；熱處理；退火；淬火；回火一、對 W 18Cr4V 鋼的介紹高速鋼W 18Cr4V是一種高合金工具鋼，鋼中含有鎢、鉬、鉻、釩等合 金元素，其總量超過10%.特點是紅硬性和耐磨性高，淬透性好,并且 具有一定的韌性，因而在實際生產(chǎn)中常用

2、來制造刃具和冷作模具 .我 們在產(chǎn)品使用中發(fā)現(xiàn)，決定其使用壽命的主要因素是鍛造和熱處理工 藝的合理制定.1、 W 18Cr4V鋼的性能特點L I化學成分特點表I IKC4鋼的的化學成井（質(zhì)量分數(shù)）俾）CwCrV “Si(1 70- Q KOIZ 恥 19 (X)1 用 4 401. 00- . 40 0 300 40W18Cr4V 鋼的化學成分見表 1。在鋼中 , 碳的質(zhì)量分數(shù)為0. 70% 0. 80%, 它一方面要保證能與鎢、鉻、釩形成足夠數(shù)量的合 金碳化物 ,又要有一定的碳量溶于奧氏體中 ,使淬火后獲得碳含量過飽 和的馬氏體 , 以保證高硬度和高耐磨性 , 以及良好的熱硬性。鎢是使高速鋼

3、具有熱硬性的主要元素 , W18Cr4V 鋼在退火狀 態(tài)下鎢與鋼中的碳形成合金碳化物Fe4W2C, 淬火加熱時 , 一部分FeW2 C溶入奧氏體，淬火后形成含有大量鎢及其他合金元素，有很高 回火穩(wěn)定性的馬氏體。在560C 回火時鎢又以W2 C形式彌散析出， 造成二次硬化現(xiàn)象 , 使鋼具有高的熱硬性 ,未溶的合金碳化物起阻礙 奧氏體晶粒長大及提高耐磨性作用 .。鉻對高速鋼性能的主要影響是增加鋼的淬透性并改善耐磨性和 提高硬度。釩與碳的結(jié)合力比鎢或鉬大 ,碳化物很穩(wěn)定 ,淬火加熱時高溫下才 可溶解 , 能顯著阻礙奧氏體晶粒長大。 并且碳化釩的硬度高 ,顆粒細 小、均勻,對提高鋼的硬度、 耐磨性和韌

4、性有很大影響 , 回火時釩也引 起二次硬化現(xiàn)象 .。2 組織結(jié)構(gòu)特點W18Cr4V 鋼的鑄態(tài)組織中有大量的萊氏體 , 萊氏體中有粗大、 不均勻分布的魚骨狀碳化物 , 這些碳化物的存在導(dǎo)致高速鋼在使用 中容易崩刃和磨損。 而這些粗大的碳化物不能用熱處理的方法消除 ,只能用鍛造的方法將其擊碎，并使它均勻分布，再用來制造各種刃具和 模具.W18Cr4V鋼（鍛后退火、淬火及回火處理 ）的金相圖工藝情況：鍛后退火、淬火及回火處理浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕組織說明：黑色回火馬氏體和呈帶狀聚集分布的碳化物顆粒。高 速鋼由于碳和合金元素含量較高，所以形成大量的碳化物。嚴重的碳 化物不均勻性，易造成鍛造或熱

5、處理過程中的過熱或開裂， 還會造成 刀具在使用過程中的崩刃現(xiàn)象。3、化學成分 W18Cr4V高速鋼化學成份：碳C : 0.700.80（答應(yīng)偏差:.01） 矽Si: 0.200.40（答應(yīng)偏差：.05）錳 Mn : 0.100.40（答應(yīng)偏差：0.04）硫 S : 0.030磷 P : 0.030路Cr： 3.804.40（答應(yīng)偏差：.05）鎳Ni:答應(yīng)殘餘含量 0.30銅Cu:答應(yīng)殘餘含量 0.25釩 V ：1.001.40（答應(yīng)偏差 ： 0.05）鉬 Mo : 0.30答應(yīng)偏差:尺寸 w 6, 0.0尺寸6, .10）鎢 W : 17.5019.00（答應(yīng)偏差:尺寸 w 10, 士 0.t

6、0;10, .20）4、 W18Cr4V 高速鋼特性及適用范圍是使用最廣泛的鎢系通用型高速鋼，硬度、紅硬性及高溫硬度較 高，易于磨削加工。適用作工作溫度在600C以下仍能保持切削性能 的刀具，如車、刨、銑、鉸、拉刀、鑽頭、各種齒輪刀具及絲錐、闆 牙等，適于加工軟的或中等硬度 （300320HB 以下） 的材料。及制 作高溫耐磨機械零。二、W 18Cr4V 鋼的鍛造工藝2. 1鍛造溫度及加熱速度W18Cr4V鋼的始鍛溫度為 1140C 1180C ,終鍛溫度在 900 C 左右。終鍛溫度太低會引起鍛件開裂，太高會造成晶粒不正常 長大 , 出現(xiàn)萘狀斷口。W18Cr4V 屬于高合金鋼 ,導(dǎo)熱性差 ,

7、應(yīng)分段加熱 , 低溫時加熱速度 慢一些 , 高溫時則快速加熱 , 同時要控制好裝爐量 ,并適當?shù)胤D(zhuǎn) ,使 工件受熱內(nèi)外溫度均勻。2. 2 鍛造過程W 18Cr4V 鋼的鑄態(tài)組織中有大量粗大、 不均勻分布的碳化物 , 必 須經(jīng)過反復(fù)鐓粗和拔長 , 經(jīng)驗表明 ,鍛造比達到 10 左右時 , 碳化物分 布得比較均勻。當坯料加熱到要求的溫度時 , 即開始鍛造。鍛造過程中應(yīng)嚴格執(zhí) 行“兩輕一重”的鍛造方法，在高溫段1140C 1180C 時要輕擊, 以防止開裂；當鍛造溫度在1000C 1050C時要重擊，以保證能打 碎碳化物；當坯料溫度低于1000C時要輕擊，以防內(nèi)裂紋出現(xiàn)；當 坯料溫度降至 900C

8、 左右時停鍛。為避免鍛造時出現(xiàn)裂紋 ,鐓粗階段捶擊不宜太重 ,必要時可先將端 部“鉚鍛”后再鐓粗 ,鐓粗后立即拔長。拔長時送進量要控制在鍛件 高度的 0. 6 0. 8倍,送進量過小鍛不透 , 過大則會產(chǎn)生“十字”裂紋。 鐓粗時要避免單面變形或發(fā)生歪斜 , 拔長時翻轉(zhuǎn)毛坯要均勻 , 拔圓時 要先倒角 , 不要在同一地方多次捶擊。鍛造時加熱次數(shù)由鐓拔次數(shù)、設(shè)備能量以及操作工人的熟練程度等來確定 . 但火次不宜太多 , 以免產(chǎn)生開裂三、 W 18Cr4V 鋼的熱處理3. 1 退火鍛件鍛后應(yīng)立即放入白灰箱或干砂箱中嚴埋緩冷 , 冷卻后應(yīng)立即 進行退火 , 退火的目的是為了消除鍛造應(yīng)力 , 降低硬度以

9、利于切削加 工, 同時也為隨后的淬火作組織準備。 W18Cr4V 鋼常采用等溫退火 工藝 ,其工藝路線見圖 1。3. 2 淬火W18Cr4V 屬于高合金工具鋼 , 導(dǎo)熱性差 ,淬火加熱時通常要在 800C 850C 進行預(yù)熱，對于大截面、形狀比較復(fù)雜的零件，需進 行兩次預(yù)熱。W18Cr4V 鋼的淬火加熱溫度很高 , 一般為 1270C 1280C , 在這個溫度范圍 ,溶于奧氏體中的合金元素量才會多 ,淬火后馬氏體中 的合金元素量相應(yīng)也高 ,高速鋼的熱硬性才會好。 淬火冷卻一般采用 分級淬火或油冷淬火。3. 3 回火W18Cr4V 鋼淬火后殘余奧氏體量較多可達 30%,為了減少殘余奧 氏體量, 消除應(yīng)力, 穩(wěn)定組織, 提高力學性能 ,淬火后要在 560C 進行 回火,高速鋼回火時會產(chǎn)生 “二次硬化 ”現(xiàn)象,使硬度得到提高。 由于高 速鋼淬火后殘余奧氏體量高達 30%, 經(jīng)一次回火是不能完全消除的 ,因此要在560C進行三次回火?；鼗鸷蟮慕M織由回火馬氏體、 少量殘余奧氏體、塊狀合金碳化物組成，硬度達到65HRC