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        如何防治高速鋼刀具的熱處理裂紋

        2016年06月18日09:03 青島豐東熱處理

        高速鋼刀具的熱處理裂紋主要發生在淬火階段,相對回火產生的裂紋較少,一般在淬火馬氏體形成的過程中。這是由于材料的塑性很低導致的,大多數裂紋形成在表面0. 01~1.5 mm深的范圍內。由于合金元素多、合金碳化物多、導熱系數小、冷卻速度慢,表面裂紋特征往往呈龜裂狀,只有深裂紋才和中碳鋼的淬火裂紋一樣呈縱向方向,僅在刀具截面轉彎處,切口處附近才改變裂紋的方向。

        裂紋形成的原因如下:

        1)在馬氏體開始轉變和終了轉變范圍內因冷速過大而產生。

        在該溫度內冷速過大,導致內部溫差過大,產生的熱應力大。從高溫奧氏體到馬氏體的體積差也很大,產生組織應力也很大,當應力疊加達到高速鋼馬氏體的斷裂強度1000N/mm²時,就會開裂了。高速鋼淬火冷到室溫,馬氏體轉變完成75%~80%,以后的殘留奧氏體轉變在三次回火過程中進行,淬火介質用油。直接淬火或分級等溫后淬水都會開裂。主要是冷速太快,淬火后需要清洗的刀具也應空冷到室溫后進行,否則清洗時開裂。

        2)淬火加熱溫度過高,導致淬火開裂

        淬火加熱溫度過高,即過熱,使奧氏體晶粒粗大,淬火后得粗大針狀馬氏體。由于高速鋼淬火馬氏體亞結構是孿晶、脆性大,抗斷裂強度低;極易開裂、過熱裂紋的特征是無方向性,這些裂紋與工件外形和綱中纖維組織方向無關,對于偏析嚴重或大量存在萊氏體的鋼,由于熔點低,在正常加熱情況下易過熱,故應加強現場工藝試驗,實行試淬火制度,試淬檢查晶粒不粗大、無開裂時再繼續進行淬火。

        3)過高的加熱速度會導致淬火裂紋

        高速鋼含W、Mo、V等強碳化合物形成元素多數導熱性極差,過快的加熱速度,使里外溫差加大,熱應力差加大,內外組織轉變不同步導致不但組織應力加大,同時在內外交界處形成斷裂應力、多種應力疊加,加速開裂過程。故高速鋼淬火加熱應經過低溫、中溫兩次預熱,再入高溫爐最終加熱保溫淬火,預防溫差引起的內外熱應力過大。同樣在淬火冷卻時,由于高速鋼等溫轉變圖的珠光體和貝氏體分開,在580~620℃時有過冷奧氏體區域,故可在此溫度分級或多次分級等溫以減少冷卻時因內外溫差引起的熱應力過大。即使直接用油淬火,也應該在高溫出爐后先在空氣中預冷,然后淬火。

        增加粗加工后退火的高速鋼刀具由于消除了切削應力并增加了塑性,出現開裂的幾率較小。加熱速度過高的高速鋼刀具即使在空氣中冷卻也會形成裂紋。

        4)回火工藝不當形成裂紋

        一般高速鋼刀具淬火后不超過30min即回火,由于淬火時間太長,殘存在工件內部的熱應力需要釋放,少量殘留的奧氏體在停留過程中會繼續轉變成馬氏體,結果殘留熱應力和少量馬氏體轉變的組織應力疊加導致開裂,所以淬火后不需清洗的刀具在冷卻到室溫后應立即回火。清洗水溫應高于80℃以上。不允許用稀酸清洗表面,否則會降低表面壓應力,加速以后的磨削開裂。淬火高速鋼刀具殘留奧氏體可達25%,故不允許放在低溫烘箱中經一夜的去應力處理后到第二天再回火。否則會使奧氏體陳化,回火轉變困難,硬度偏低。

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