超薄刀具的热处理

Dream

作者：哈尔滨第一工具厂 吕立新


前言

超薄件一般是指厚度比小于1/20的工件。超薄刀具在刀具热处理行业中是一种很难加工的产品。但做为全国复杂刀具生产大型定点厂家，我们在生产过程中却经常遇到这种超薄刀具。根据以往经验，在通常情况下超薄刀具热处理工艺操作如下：

1. 装炉：

箱式炉—采用平放于炉底，且注意炉底是否平整
盐浴炉—将产品垂直吊挂在炉中

2. 加热温度的选择：适当提高淬火温度，以增加淬火后残余奥氏体含量。由于奥氏体的比体积较马氏体组织小，可部分抵消由于组织转变所引起的淬火畸变；同时奥氏体的塑性好有利于淬火后热校直。

3. 淬火过程热校直：利用冷却过程的“相变超塑性”直接进行校直，且使用专用卡具在每片产品间加入垫片，加压夹持。如图1、图2 所示为密齿锯片简图及所使用的卡具。
  
图1 图2

4. 回火：回火过程始终夹持在专用卡具中。

使用该热处理工艺我们曾经大量生产过密齿锯片等超薄刀具，但经常出现碎裂现象。这就给生产造成不少损失。
随着各行业生产的发展，企业间的竞争加强，不仅刀具产量加大，刀具内在质量的提高、成本的降低以及刀具复杂度都上升到一个新高度。超薄刀具也是这样，其中，叶根铣刀就是一个极具代表性的个例。它不仅是一种超薄件，而且其有效尺寸变化极多，刀具精度也很高，这都增加了产品的热处理难度。其外观示意简图(见图3) 。由于其形状复杂，如按以往经验生产，除所需卡具制作难度大外，其产品批次少，造成卡具使用率低，也使卡具成本提高。同时，由于该产品加工难度大，如出现碎裂势也会造成刀具成本加大。为此，我们依据热处理原理，根据以往工作经验大胆制定了新的工艺方案。

图3

1 技术要求及热处理工艺

1) 技术要求：

材料：W9Mo3Co4V
规格：φ240×6(mm)
硬度：64～66HRC
平面度：≤0.4mm

2) 设备：

中温盐浴炉(800 ℃～900 ℃)
高温盐炉(1200 ℃～1290 ℃)
2-3-5 盐浴炉(550 ℃～650 ℃)
低温硝盐炉(280 ℃～290 ℃)
淬火卡具(见图4)
回火筐(见图5)


3) 工艺路线：
装卡—中温预热—高温加热—2-3-5分级—低温硝盐—热清洗—校直—装筐回火(三次) —清洗—校直—防锈处理—检查

4) 工艺：

预热：850 ℃～900 ℃6 分钟
最后加热：1220 ℃3 分钟
冷却：580 ℃～620 ℃3 分钟
270 ℃～280 ℃120 分钟
回火：560 ℃60 分钟(三次)

2 减少畸变的措施

1) 装卡： 淬火—垂挂卡具上回火—装专用回筐
2) 适当降低淬火温度：选择在W9Mo3Cr4V钢正常淬火温度下还低5 ℃，主要是为了降低碳在奥氏体中的溶解度，以降低奥氏体的晶粒尺寸。这样的效果： ①减小了奥氏体向其他组织转变时产生裂纹的可能性。②降低组织转变时体积比③组织转速度有所提高④使贝氏体转变开始点温度升高，从而增大贝氏体的转变量。
3) 采用等温淬火：其转变产物为——下贝氏体(30%)+残余奥氏体+剩余碳化物从而减小变形量，同时也易于校直(残余奥氏体和下贝氏体韧性都较好) 。
4) 淬火后采用热校直：由于此时刀具组织为残余奥氏体，下贝氏体易于校直。
5) 回火时采用专用筐：其有利于①刀具自重减小变形②筐外架保护刀具，减小与其它产品碰撞。

3 小结

采用上述工艺操作后，此次叶根铣刀的热处理工序达到工艺要求。后经数次刀具生产实验，例：规格——φ240×8(mm)错齿三面刃铣刀的热处理，其效果亦良好。即本工艺针对小批量超薄刀具效果良好。