高速鋼材料與熱處理

1、 10原材料GB9943-1988摘自材料匯總-中外材料比照1、供貨狀態(tài)：五種： 鋼棒、大截面鍛制鋼材、鋼板、熱軋鋼帶機(jī)用鋸條用料、鋼絲鋼棒：在120mm 以下的熱軋、鍛制、剝皮、冷拉及銀亮高速鋼鋼棒剝皮、輕拉、磨光或拋光等加工后交貨。高速鋼訂貨的鋼棒就已經(jīng)進(jìn)展了鍛制，所以，制作刀具時，可直接進(jìn)入機(jī)加工。2、化學(xué)成分牌號CMnPSSiCrVWMoCoW18Cr4V0.7-0.80.1-0.40.030.030.2-0.43.8-4.41.0-1.417.5-19.00.3W6Mo5Cr4V20.8-0.90.15-0.40.030.030.2-0.453.8-4.41.75-2.25.5-6.

2、754.5-5.5W6Mo5Cr4V2Al1.05-1.20.15-0.40.030.030.2-0.63.8-4.41.75-2.25.5-6.754.5-5.5Al：0.8-1.2W2Mo9Cr4Vco81.05-1.150.15-0.40.030.030.2-0.653.5-4.250.95-1.351.15-1.859.0-10.07.75-8.75注：1、W2Mo9Cr4Vco8M42是屬于高鈷超硬型高性能高速鋼，在刀具材料中是比較好的，價格很貴。為了取代這種材料，我國自己研制的高鋁高性能高速鋼W6Mo5Cr4V2AM2A,50，也有人稱為M2A，它是在W6Mo5Cr4V2M2根底上

3、改進(jìn)而成，比M422-4倍。2、陽光就是使用M2A 制作專用的銑刀、絲錐、鉸刀等，也曾試用或M42。3、W18Cr4V 是最通用的高速鋼，為鎢系類，M2 為鎢鉬系。鋼材允許化學(xué)成分偏差表：化學(xué)元素適用范圍/mmCMnSiCrV10W10Mo66Co允許偏差0.01+0.040.050.050.050.10.20.050.10.153鋼應(yīng)用電爐或其他適宜的方法冶煉4GB1979 評定中心疏松、一般疏松1級斷口：不得有荼狀斷口，如供方能夠保證，可不檢驗(yàn)。試棒熱處理制度及淬火后硬度材料退火硬度試棒熱處理制度及淬火后硬度材料退火硬度淬火溫度C預(yù)熱C淬火劑 回火溫度CHRC 不小于鹽浴爐箱式爐W18Cr

4、4VHB255/HRC26820-8701270-12851270-1285油550-57063M2HB255730-8401190-12101200-1220油540-56065M2AHB269/ HRC26820-8701230-12401230-1240油540-56065M42HB269730-8401170-11901180-1200油530-5506626-28550-570C 2 1h；540-560C 2 2h；530-550C 3 2h。6、共晶碳化物不均勻度鋼材應(yīng)依據(jù)GB9943 所附第一、其次級別圖檢驗(yàn)共晶碳化物不均勻度，鎢系鋼按第一級別圖，鎢鉬系按其次級別圖，且不得有不

5、變形或少變形共晶碳化物存在。直徑或邊長mm直徑或邊長mm4040-6060-8080-100100-120共晶碳化物不均勻度級345677、脫碳層鋼材每邊的脫碳層鐵素體+過渡層的深度熱軋或鍛制鋼：0.3-0.4+1-1.3%D 冷拉鋼1-1.3%D以上內(nèi)容摘自材料-中外鋼材比照-高速鋼局部高速鋼合金元素的作用見工模具熱處理P72鍛造的作用鑄態(tài)高速鋼經(jīng)過熱軋后，晶粒和碳化物粗大，且不均勻，因此需要經(jīng)過鍛制改善。鍛造能使金屬組織受到外力作用而裂開，鍛造的變形量越大，裂開的碳化物均勻性越好。一般對周密大型刀具要求反復(fù)鐓粗和拔長，鍛造比為7-11之間。在高速鋼的淬火及回火組織中，有剩余碳化物，這些是在

6、高溫下不溶解的一次碳化物和局部二次碳化物。他們的外形、大小和分布，對刀具的壽命有著極大的影響。在淬火前，碳化物呈網(wǎng)狀、塊狀、或鏈狀分布，則淬火硬度不均，耐磨性差，碳化物積聚的地方，脆性大。為了提高壽命，必需使碳化物成為細(xì)小質(zhì)點(diǎn)均勻分布。熱處理13-4h 以上，保溫后可承受10-20C/500C 以下出爐，740-760C 4-6h600C 以下出爐的等溫退火方式。現(xiàn)在一種可節(jié)約時間的高溫退火方法，不僅縮短時間也可提高質(zhì)量。溫度在Ar1+(10-30)C,840-860C，提高到 880-920C。見附件，老退火工藝的比較2 圖工模具熱處理：一般退火：在RJX 型爐或RJJ 型爐950C內(nèi)進(jìn)展。

7、工藝曲線見附件870-880C10-20C典型高速鋼退火溫度熱處理手冊2 8-13材料W18Cr4VM26-5-4-2M2AM42退火溫度850-870C840-860C840-860C840-860C硬度HBS2淬火255255269269由于合金含量高，導(dǎo)熱性差，加熱太快簡潔開裂，因此淬火時進(jìn)展1-3 次預(yù)熱。預(yù)熱：低溫預(yù)熱：450-500C1-1.5min/mm，空氣爐；另：用箱式爐為了降低氧化，溫度500-520C600-650C 0.8-1.0min/mm，鹽浴爐中溫預(yù)熱：800-850C(800-820C)0.4-1.0min/mm，鹽浴爐高溫預(yù)熱：1050-1100C，時間與淬火

8、的時間一樣。一般工具可承受一次中溫預(yù)熱(預(yù)熱的時間是加熱時間的 2 倍)，外形簡潔或大型的承受2 3 次預(yù)熱的。但高溫預(yù)熱可與縮短淬火的保溫時間。為什么淬火溫度這么高：主要是只有在 1200-1250 左右，碳化物和溶解的最多。碳化物溶解的越多，奧氏體的合金化程度越高，淬火鋼的熱硬性，回火穩(wěn)定性越高，鋼的強(qiáng)度和硬度也越高，剩余奧氏體的數(shù)量也越多。但照舊還有些碳化物沒有溶解，只能通過從前鍛造工序進(jìn)展鍛碎和均勻化。判定加熱溫度是否充分：檢驗(yàn)碳化物的溶解程度和奧氏體的晶粒度來推斷。工模具熱處理P7加熱：Ar1索氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，1200-1250C 碳化物包括鎢和鉬的碳化物完全溶解在奧氏體中。冷卻：

9、風(fēng)鋼：空冷就可以淬火。油冷：操作簡潔，變形大，故不能冷到室溫，在300-400C 出油。分級冷卻：這是普遍承受的工藝，不僅刀具熱處理性能，還可以削減變形。分級冷卻從高溫爐淬入低溫鹽浴爐中，然后再提出，在空氣中連續(xù)冷卻。一般工具鋼承受一次分級，580-600C對外形簡潔，兩次分級，800-850C，580-620C 或 580-620C、350-400C；屢次分級：800-850C，580-6203，50-400C，350-400C，240-280C如鋸片銑刀就可以進(jìn)展屢次分級冷卻，由于鋸片銑刀變形后校直格外困難。260C 做一次冷卻，4 小時。Ar1 800-680C 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w；65

10、0-400C 過冷奧氏體的穩(wěn)定區(qū)，不發(fā)生轉(zhuǎn)變。只是在600=650C 碳化物連續(xù)析出。在此溫度可以進(jìn)展刀具的校直。400-200C 奧氏體轉(zhuǎn)變貝氏體，貝氏體較馬氏體硬度稍低，但塑性和韌性好得多，故在此溫度等溫淬火也是比較普遍的。200C 以下奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變要連續(xù)到零度以下，接近-100C。因此有過冷處理的工藝方法，就是最大程度的降低剩余奧氏體的數(shù)量。冷卻碳化物冷卻碳化物馬氏體奧氏體20C13%57-62%25-30%70-80C13%79-82%5-8%淬火后的剩余奧氏體只有通過回火將其消退。剩余奧氏體的影響：軟而黏，耐磨性差，降低耐磨件昂的壽命；不穩(wěn)定，易發(fā)生時效變形與時效開裂；易產(chǎn)生磨

11、削裂紋；易轉(zhuǎn)變?yōu)槲椿鼗鸬鸟R氏體而提高脆性；降低淬火的硬度與疲乏強(qiáng)度。HRC(刀具常用的硬度在 62-70HRC)12HRC(刀具常用的硬度在 62-70HRC)12中心鉆、5 W18Cr4V 1265-1280C 比較適宜工模具熱處理材料W18Cr4VM26-5-4-2M2AM42淬火溫度1270-1285C1210-1230C1230-1240C1190-1210C回火溫度550-570C540-560C540-560C540-560C63636564工模具熱處理：加熱時間加熱時間的選擇，首先保證碳化物向奧氏體中溶解，但時間長會引起晶粒長大和氧化脫碳，常選用鹽浴爐淬火。8-16 秒/毫米；直

12、徑100mm 6-8 秒/毫米；直徑2mm30-45 秒/毫米30 秒。工廠閱歷：加熱時間=ab+30 秒 a加熱系數(shù) 8-10 秒/毫米 b有效厚度30秒轉(zhuǎn)變時間 回火是從馬氏體中析出碳化物，對硬度、耐磨及熱硬性起到打算性作用。3、回火：回火的目的：三點(diǎn)，得到最正確的碳化物二次析出硬化效應(yīng)、剩余奧氏體充分轉(zhuǎn)變和剩余應(yīng)力徹底消退。高速鋼馬氏體由于溶解有大量的碳化物，所以回火穩(wěn)定性好，也是熱硬性好的緣由。為了使高速鋼得到較高的硬度和熱硬性，需要屢次高溫回火。隨著屢次回火，從馬氏體中析出合 另一個方面，回火屢次，剩余奧氏體也會析出大量細(xì)小合金碳化物，從而降低了剩余奧氏體的 合金含量，其穩(wěn)定性降低后

13、轉(zhuǎn)變馬氏體，常成為“二次淬火屢次回火的目的不僅是消退剩余奧氏體，而且：第一次回火：只能是對淬火馬氏體起到回火的作用；其次次回火：才能對馬氏體得到回火，并消退內(nèi)應(yīng)力和削減脆性； 第三次回火：硬度不降反升。2 3 4 次回火。有兩種回火方法：低高溫回火法和一樣溫度回火法低高溫回火法：320-380C 560C 的其次、第三次回火。560C 回火1 小時見附件：硬度提高 0.5-2HRC,同時沖擊韌性也提高 20-50%高速鋼不同熱加工狀態(tài)的金相組織鑄態(tài)的金相組織高速鋼屬于萊氏體鋼，組織為黑色組織+體+5-20鍛造金相組織依據(jù)JB4290-2022高速鋼鍛造技術(shù)條件的要求進(jìn)展檢驗(yàn)。退火的金相組織鍛后

14、的退火組織為索氏體+碳化物，經(jīng)過鍛后的高速鋼鍛件，應(yīng)充分的退火，假設(shè)退火不充分， 制成的刀具在熱處理時簡潔消滅晶粒不均勻，嚴(yán)峻會產(chǎn)生荼狀斷口，退火的質(zhì)量在金相組織上不易推斷，一般以退火的硬度為檢驗(yàn)的依據(jù)，硬度205-255HB淬火金相組織高速鋼含有大量的難溶解的碳化物，為了在淬火后得到高硬度的馬氏體和回火后得到高的熱硬性，必需使合金元素充分溶解到奧氏體中，因此高速鋼的淬火溫度很高。淬火組織由合金程度較高的隱針馬氏體+大量的剩余奧氏體+5-23，需要用 8%-10%示?；鼗鸾鹣嘟M織回火組織為回火馬氏體+少量剩余奧氏體+碳化物和淬火組織比較，回火后的基體組織是黑色的，由于是回火馬氏體的基體上分布著

15、大量高度彌散的碳化物質(zhì)點(diǎn)，這些碳化物又是格外穩(wěn)定，在高溫下不易長大，故賜予高速鋼優(yōu)異的熱硬性，這些質(zhì)點(diǎn)又是格外細(xì)小，在一般光學(xué)顯微鏡下難以區(qū)分，又是高度彌散，故基體呈黑色?；w是回火馬氏體，白色顆粒狀的為碳化物。高速鋼的組織缺陷1、碳化物不均勻碳化物不均勻是鍛造加工沒有到達(dá)組織要求，經(jīng)淬火及回火也不能改善的。產(chǎn)生的緣由是鋼錠鍛造的設(shè)備力氣太小，碳化物網(wǎng)沒有被打碎，僅僅轉(zhuǎn)變稍有變形，其強(qiáng)度。GB/T9943-1988 8 級，見上述，只有碳化物成為細(xì)小質(zhì)點(diǎn)均勻分布才能提高壽命，1 級最好。碳化物偏析對高速鋼性能的影響： 其他則無法溶解，成為剩余碳化物。2、欠熱組織淬火溫度過低，顯微組織晶粒細(xì)小，

16、有時看不清晶界，碳化物數(shù)量多，碳化物溶解太少，可見金相檢驗(yàn)圖 5-28 的欠熱組織，大量的合金元素照舊存在于碳化物中，奧氏體中的合金元素小，馬氏體的硬度低，回火的二次硬化現(xiàn)象也不明顯，熱硬性變差，致使刀具耐磨性降低，使 用壽命變短。3、過熱組織淬火溫度過高，產(chǎn)生過熱，其特點(diǎn)是晶粒粗大碳化物溶解多，溶解充分，數(shù)量少，奧氏體合金化程度高，淬火、回火后工件有較高的硬度和熱硬性，但碳化物溶解同時晶粒長大，降低材料的沖擊韌性，增加了脆性，刀具使用時簡潔崩裂。嚴(yán)峻過熱組織，碳化物呈半網(wǎng)狀或網(wǎng)狀，材料脆性更大，是不允許使用的。過熱程度及組織特征，見金相檢驗(yàn)圖5-29、5-301 級碳化物呈棱角形2 級碳化物

17、呈拖尾狀態(tài)3 級碳化物呈線段狀態(tài)4 級碳化物呈網(wǎng)狀狀態(tài)5 級碳化物呈封閉狀態(tài)又見：熱處理手冊 2P326，淬火過熱程度檢驗(yàn)和檢驗(yàn)技術(shù)要求。5淬火溫度更高會產(chǎn)生過燒，組織晶粒明顯長大，碳化物呈棱狀分布，碳化物數(shù)量變得很少，晶界局部溶化后生產(chǎn)萊氏體組織，有時晶粒內(nèi)部會消滅黑色組織，晶界上消滅溶化孔洞，這些都是過燒的特征。過燒組織不行挽救。見金相檢驗(yàn)圖5-31、326、回火不充分ZB/J36003-1987 工具鋼金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了回火組織級別1 級回火充分整個視場為黑色的回火馬氏體 見金相檢驗(yàn)圖5-242 級一般個別區(qū)域或碳化物積存處有白色區(qū)存在見金相檢驗(yàn)圖5-333 級缺乏較大局部為白色區(qū)存在

18、，可見淬火晶粒白色區(qū)是什么：剩余奧氏體回火不充分的組織，黑色的馬氏體基體上，除碳化物顆粒外，還有成片聚攏的白色區(qū)域，白色區(qū)域與基體沒有明顯的分界，這就是參與奧氏體存在較多的部位。白色區(qū)越多，說明回火越不充分，嚴(yán)峻回火不充分的組織還能看到奧氏體晶界?；鼗鸩怀浞郑鼗疬^程產(chǎn)生的馬氏體引起內(nèi)應(yīng)力不能得到消退，有時材料硬度較難反響，但其脆性較大，使用時簡潔發(fā)生刀具崩刃或開裂，有資料說明，回火缺乏的高速鋼抗拉強(qiáng)度和撓度也達(dá)不到最滿足的水平。2P324，高速鋼回火程度的檢驗(yàn)正?；鼗穑w組織為黑褐色，當(dāng)回火不充分時，基體顏色變淡，甚至有時會消滅晶界。依據(jù)基體組織對侵蝕的承受力氣，可以推斷回火是否充分。回火

19、程度的檢驗(yàn)受侵蝕劑的濃度、侵蝕溫度和時間影響較大。對4%的硝酸酒精溶液規(guī)定：20-25C 3 分26-30C 2 分30Cmin高速鋼回火程度級別圖P3273 級高速鋼刀具的金相檢驗(yàn)工程詳見金相檢驗(yàn)P103123淬火形成的隱針馬氏體格外細(xì)小，在顯微鏡難以評定，所以以淬火晶粒度檢查，見熱處理手2P325，a-f 六級。參考ZBJ36003 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。45高速鋼的其他熱處理方法2同步熱處理：在鹽浴爐中實(shí)現(xiàn)淬火和回火的保溫時間一樣，便于實(shí)現(xiàn)自動化。實(shí)踐證明，比普 通熱處理的刀具壽命提高 20-30%匹配。真空熱處理：畸形小、無氧化脫碳，投資大，需要消耗高純度的氮，配備氮源或制氮設(shè)備。氮用于作為淬火的冷卻介質(zhì)，現(xiàn)在很少承受油淬。粉末高