高速鋼刀具熱處理方法

2023-11-30 23:09:26

專利名稱：高速鋼刀具熱處理方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼材料的熱處理方法，尤其涉及一種高速鋼刀具的熱處理方法。
背景技術：
目前我國使用廣泛的高速鋼刀具主要是鎢系W18Cr4V(簡稱18_4_1)鋼和鎢鉬系 怖Mo5Cr4V2(簡稱6-5-4-2)鋼。這兩種鋼的熱處理工藝主要有二種一是傳統熱處理工
藝高溫淬火後需在一次硬化範圍內三次回火二是深冷處理工藝高溫淬火、一次回火後
再放入深冷介質(-i96t:的液氮)中保溫一段時間後再經過二至三次回火。採用傳統熱處
理工藝，高速鋼刀具的紅硬性(切削高溫時的硬度性能)較差。而深冷處理工藝雖能達到 高硬度、高紅硬性和高耐磨性，但通常需要多次回火併且深冷溫度也比較低，從節能和生產 成本角度來看還不理想。

發明內容
本發明的目的在於提供一種高速鋼刀具熱處理方法，以克服現有技術存在的上述 缺陷。
本發明的高速鋼刀具熱處理方法，包括如下步驟 待處理鋼材料在1200 131(TC溫度下在淬火介質中高溫分級淬火；淬火後冷卻
至室溫，再80 IO(TC低溫回火1小時；-120 -8(TC冷處理2 3小時；最後55(TC回火 1小時； 所述淬火介質選自氯化鈣飽和水溶液、聚二醇水溶液、聚乙烯醇水溶液或高錳酸 鉀淬火液，優選聚二醇水溶液、聚乙烯醇水溶液等有機淬火液； 所述分級淬火是指逐次降溫的兩次分級淬火方法，分級淬火的分級溫度一般為 600 650°C、500 550°C 。 鋼材料優選小鋼錠開坯軋制的高速鋼。 優選在-110 _90"溫度範圍內冷處理2 3小時。 當鋼材料為W18Cr4V時，淬火加熱溫度為1260 1300°C 。 當鋼材料為W6Mo5Cr4V2時，淬火加熱溫度為1200 1240°C 。 由於高速鋼種的馬氏體最終轉變點Mf非常低，例如W18Cr4V鋼的Mf點約
IO(TC，因此淬火冷卻到室溫會殘留大量的奧氏體，而鋼中殘留較多的奧氏體是有害的，會
降低鋼的硬度、耐磨性及使用壽命。現將淬火冷卻後的高速鋼刀具放置在-120 -S(TC溫
度範圍內，那麼大量的殘留奧氏體會轉變為馬氏體；同時高速鋼刀具出現容積效應，即過飽
和的亞穩定馬氏體部分分解並在位錯面上析出彌散、尺寸僅為30 60A並與基體保持共
格關係的超微細碳化物，這種超微細碳化物顆粒量多且彌散均勻，如W18Cr4V鋼經冷處理
後碳化物顆粒約增加8%左右，怖Mo5Cr4V2鋼析出的碳化物顆粒約增加36%左右，並且基
體組織也明顯得到了細化。由於析出的超微細碳化物顆粒均勻分布在馬氏體基體上，減弱
了晶界催化作用，同時基體組織的細化也減弱了雜質元素在晶界的偏聚程度發揮了晶界強化作用，從而改善了高速鋼的機械性能，使硬度、紅硬性和耐磨性都有大幅提高。如硬度由 60 61HRC提高至62 63HRC、紅硬性和耐磨性大幅提高(比傳統工藝提高約20 40% )， 各項機械性能指標接近深冷處理。另外冷處理和深冷處理一樣是整體提高高速鋼刀具的性 能，因此高速鋼刀具經切削磨損後能修整後再使用。
具體實施例方式
淬火設備可以是鹽浴爐也可是真空爐等，本發明優選鹽浴爐淬火。採用鹽浴爐是 因為鹽浴爐的加熱介質為液態熔鹽，因此加熱速度快而均勻，工件氧化、脫碳少，可減少變 形。淬火加熱時刀具之間應有一定空隙、不能過於緊密堆擠以保證刀具充分淬透。
冷處理設備可以是冷處理室也可以是低溫冷處理箱，只要設備溫度能達 到-120 -8(TC都能作為冷處理設備。例如採用無錫晟澤理化器械有限公司生產的-120 度工業低溫處理箱，型號GY-A215。 在待處理材料的選擇上，由於高速鋼屬萊氏體鋼含有大量合金元素，冶煉後會有 大量一次共晶碳化物和二次碳化物，這些碳化物硬而脆，可導致應力集中而成為淬火裂紋。 因此最好選用小鋼錠開坯軋制的原材料；對不合格原材料應進行改鍛，擊碎材料中的共晶 碳化物，使共晶碳化物不均勻度《3級； 淬火步驟一定要採取高溫分級淬火的預處理工藝。對於大型刀具，由於表面和中 心厚薄不同會形成溫度差、導致體積膨脹與收縮不同而產生淬火內應力，因此要選用在鋼
的C曲線(等溫轉變曲線)拐點處快冷、並在C曲線下方接近馬氏體處以下緩冷的淬火冷 卻介質(如氯化鈣飽和水溶液、聚二醇水溶液、聚乙烯醇水溶液、高錳酸鉀淬火液等)作為 淬火冷卻介質。 冷處理的溫度在-120 -8(TC溫度範圍內，無需進一步降低，因為溫度再降低除 耐磨性稍有提高外，硬度、紅硬性的提高並不明顯。冷處理後最好將刀具放入室溫水中升 溫，以消除冷處理的二次淬火應力。 回火應在保護氣氛爐、真空電爐和經充分脫氧的鹽浴爐中回火，以防止氧化脫碳； 也可低溫(《IO(TC )入爐回火，緩慢升溫至^ 30(TC後再隨爐升溫至所需回火55(TC溫度， 然後出爐空冷至室溫。在空冷過程中應避免水冷、油冷，防止產生較大二次淬火應力。
實施例1 將怖Mo5Cr4V2高速鋼製成06mm機用絲錐.熱處理工藝為淬火(加熱溫 度1200-1240 。C保溫2小時，在600-650 。C和500-550 。C 二級淬火至室溫)一低溫回火 (80-100。C低溫回火1小時)一-110 -90。C冷處理2 3小一最後550士10。C回火1小 時； 對比實驗採用傳統工藝( 一次淬火三次回火)和深冷處理工藝進行處理。 處理後的絲錐裝在鑽臺上。被加工材料為40Cr鋼，硬度190HB，切削速度為5. 2m/
min，切削深度6mm，冷卻液(乳化液)流量為5L/min。經過試驗後發現06mm高速鋼絲錐
採用傳統工藝平均加工45. 2個孔，深冷處理後平均加工62. 2個孔，冷處理後平均加工61. 8
個孔。由此可見冷處理後絲錐的使用壽命比傳統工藝提高36. 7%、與深冷處理的使用壽命
不下上下。 實施例2
將W18Cr4V高速鋼製成08mm麻花鑽頭.熱處理工藝為淬火(加熱溫度 1260-1300 °C保溫2小時，在600-650 °C和500-550 °C 二級淬火至室溫)一低溫回火 (80-100。C低溫回火1小時)一-120 -80。C冷處理2 3小時；最後550± l(TC回火1. 5 小時； 對比實驗採用傳統工藝( 一次淬火三次回火)和深冷處理工藝進行處理。
處理後的麻花鑽頭裝在Z305鑽床的鑽臺上，被加工材料為1Crl8Ni9Ti不鏽鋼，硬 度200HB，切削速度採用4. 8m/min，鑽削深度7mm，冷卻液流量為5L/min。經過試驗後發現 08mm麻花鑽頭未經冷處理可加工27. 8個孔，深冷處理後可加工40. 2個孔，冷處理後可加 工39. 9個孔。由此可見冷處理後麻花鑽頭的使用壽命比傳統工藝提高43. 5%、與深冷處理 的使用壽命不下上下。
權利要求
高速鋼刀具熱處理方法，其特徵在於，包括如下步驟待處理鋼材料在1200～1310℃溫度下在淬火介質中高溫分級淬火；淬火後冷卻至室溫，再80～100℃低溫回火1小時；-120～-80℃冷處理2～3小時；最後540～560℃回火1～1.5小時；所述淬火介質選自氯化鈣飽和水溶液、聚二醇水溶液、聚乙烯醇水溶液或高錳酸鉀淬火液。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，鋼材料為小鋼錠開坯軋制的高速鋼。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，冷處理溫度為-110 -90°C。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，當鋼材料為W18Cr4V時，淬火加熱溫度為 1260 1300°C。
5. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，當鋼材料為W6Mo5Cr4V2時，淬火加熱溫度 為1200 1240°C。
全文摘要
本發明涉及一種高速鋼刀具熱處理方法，具體步驟如下待處理鋼材料在1200～1310℃溫度下在淬火介質中高溫分級淬火；淬火後冷卻至室溫，再80～100℃低溫回火1小時；-120～-80℃冷處理2～3小時；最後540～560℃回火1～1.5小時；所述淬火介質選自氯化鈣飽和水溶液、聚二醇水溶液、聚乙烯醇水溶液或高錳酸鉀淬火液。本發明高速鋼刀具的熱處理方法過程簡單、節省能源，高速鋼刀具的機械性能和使用壽命比傳統工藝提高約20～40％。
文檔編號C21D9/22GK101693943SQ20091019710
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者陸衛倩 申請人:上海電機學院;