高速钢热处理问答续

T透的水滴

高速钢热处理问答(续)

长期以来，工具行业学习原苏联的先进经验，将高速钢的分级温度牢牢控制在580～６２０℃，保证φ20㎜以下的工件淬回火后得到≧65HRC的高硬度，但大一点的工件及连续大批量生产时，连64HRC的硬度都很难达到，如20方以上的车刀，M6模数以上的滚刀就是这样。根据国内外同仁的成功经验，对冷却速度有高的要求：在工件温度在1000～８００℃区间内，冷却速度越快越好，应≧7℃/S，防止共晶碳化物析出而影响刀具的各项性能，所以不少工具厂将冷却炉温度改钡基为钙基盐500～５５０℃。

JB/T9986-2013《工具热处理金相检验》对高速钢刀具淬火奥氏体晶粒度虽作详细规定，但实行、执行有差异。我们的经验如表5。
表5  高速钢刀具热处理检验标准


产品        淬火晶粒度/级        过热程度合
格级别/级        回火程度合
格级别/级
名称        规格/㎜        W=MO系        W系               
直柄麻花钻        φ≦3        10～12        10～11.5        不允许         





≦2

        3<φ<20        9.5～11        9～10.5        ≦2       
中心钻        所以规格        10～11.5        9.5～11        ≦1       
锥柄钻        φ≦30        9.5～11        9～10.5        ≦1       
        φ>30        9～10.5        8.5～10        ≦2       
锯片铣刀        厚度≦1        10.5～12        10～11        不允许       
        厚度>1        10～11.5        9.5～11        ≦2       
铣、铰刀类                9.5～11        9～10.5        ≦2a       
车   刀        ≦16χ16        9～10.5        8.5～10        ≦2       
        >16χ16        8.5～10.5        8～10        ≦3       
齿轮滚刀                9.5～11        9～10.5        ≦2b       
螺纹刀具                10～11.5        9.5～11        不允许       
拉   刀                9.5～11        9～10.5        ≦1       
注：①粉末高速钢的过热程度≦1级。
②粉末高速钢淬火晶粒度≦10级时，因晶粒度细小，可按S-G晶粒度标准评级。
③M42、M35等高性能高速钢回火程度应≦1级。
a、钻头、键槽铣刀中心的刃口碳化物堆积处过热程度可≦3级。
b、剃齿刀不允许过热。



冶炼高速钢制刀具淬火过热一般都在回火后检查，但有经验的炉前金相员淬火检查就知晓。过热不完全是坏事，有些刀具如车刀、滚刀等，只有过热才耐用，小刀具及螺纹刀具大都不允许过热，粉末高速钢制各种精密刀具，最好不要过热，根据长期工作的经验并参照国内外相关标准，判定高速钢过热级别的依据，以最严重视场为最终判据。
1级   碳化物微变形，呈棱角状
2级   碳化物呈拖尾状态
3级   碳化物呈线段状态
4级   碳化物呈半网状态
5级   碳化物呈封闭网状态

回火的目的是消除应力、稳定组织、促使二次硬化。刀具回火不足，脆性很大，特别是微型刀具，影响则更大，回火不足与回火充分，切削性能要相差几百倍。
   检查回火程度用4%的硝酸酒精侵蚀，侵蚀时间为2～4min，侵蚀温度为18～25℃.回火程度分为3级，以最严重的视场为判据，判定标准如下：
1级（充分）  整个视场为黑色的回火马氏体+星星点点的碳化物。
2级（一般即合格）  个别区域或碳化物堆积处有白色区存在。
3级（不足即不合格）  较大部视场有白色区存在，隐约可见淬火晶粒。

高速钢回火常用100%KNO3或100%NaNO3。回火温度常用540～560℃，有时为了退掉刀柄硬度，将硝盐槽浴温提到600℃，不能再提高了，否则有爆炸的危险，以KNO3为例，理由如次：
硝盐的热稳定性比较差，随着温度的升高，会发生分解
2KNO3 ＞400℃ 2KNO3+O2   若温度继续升高，会进一步分解
2KNO3 ＞500℃  K2O+2［N］+5［O］   从以上反应可知，有氧化性很强的活性氧原子生成，盐浴中有氧的存在对工件十分有危，在一般情况下，“Fe”与“O”相互反应，随着温度的变化生成的产物也不同，在150℃以下反应很难进行，随着温度的升高逐步发生作用，低于570℃，它们生成Fe3O4。Fe3O4是一种结构致密的氧化物，这种氧化膜的形成能阻止氧与铁作用，起到保护层的作用。若温度高于570℃，铁与氧作用加剧，生成疏松的氧化亚铁层，氧还可以透过一层薄膜（Fe3O4。）而与铁继续作用，使基体受到严重腐蚀。若继续升高温度，由于硝盐的热分解产生的气体量增加，再加上其他因素（如棉纱头等），有可能产生爆炸。

裂纹是高速钢热处理中常见的缺陷，产生的原因主要以下几条：
⑴冷却速度过快   在淬火冷却阶段，当应力达到高速钢马氏体的断裂强度（1000N/㎜2）就会致裂；直接淬火或分级等温冷却遇到水易裂；淬火后未冷到室温清洗也容易开裂。
⑵过高的加热温度   加热温度过高致使晶粒粗大甚至过热，脆性大，抗断裂强度下降，加大淬裂倾向。
⑶过快的加热速度   高速钢属高合金工具钢，含有较多的合金，元素，导热性差，过快的加热速度，使工件里外温差加大，热应力差加剧，内外组织转变不同步，不但使组织应力加大，同时在内外交界处形成断裂应力，多种应力叠加，加速开裂进程，故形状复杂件都要经多次预热。

根据笔者的体会，认为高速钢盐浴热处理产生腐蚀的原因大致可分4个方面：
   ⑴盐浴腐蚀   原盐不纯洁、脱氧捞渣不彻底、盐浴中氧化性物质太多；局部加热的杆状刀具预热温度过高或保温时间过长，致使暴露在浴面上方的部分受蚀；回火件清洗不干净，将氯化盐带入到硝盐回火炉中，氯离子腐蚀刀具硝盐吸收空气中水分子形成硝盐，产生腐蚀。
   ⑵气体腐蚀   抽风不力，盐面烟雾较大；冷却温度过高，出炉后在夹具内部的气体难以散掉，靠近夹具部位产生气体腐蚀。
   ⑶清洗不干净   淬火后工件冷至室温要及时清洗，特别是顶尖孔、凹槽部位的残盐要清洗干净，清洗水温应高于80℃，且要适时换水。
   ⑷酸洗腐蚀   酸洗对高速钢刀具生产来说，实在不是好方法，没尽早淘汰，因为它会产生氢脆，还会产生腐蚀。
如果实在要进行此步，一定要掌握酸的浓度、酸洗温度、酸洗时间三要素。