各类钢制车刀热处理工艺
一、W2Mo9Cr4VCo8钢制车刀的热处理工艺
金属切削机床的种类很多,但在机械制造业中,车床要占全部切削机床的50%~60%。车刀不仅种类很多,而且工作条件各异,有重切削、断续切削、高速切削等许多作业条件,加上难切削材料增多,这就要求车刀必须具备很好的耐磨性和较高的热硬性。
一般情况下,由于W2Mo9Cr4VCo8钢太昂贵,主要用来制作高精度的复杂刀具,但也有些厂家用W2Mo9Cr4VCo8钢制作车刀。热处理工艺简介如下:采用盐浴热处理。预热840~860℃×24~30s/mm;1175~1185℃×12~15s/mm加热;淬火冷却介质为中性盐浴,分级冷却时间同高温加热时间;淬火晶粒度控制在9.5~10级;如果车刀细长易变形,还应进行等温处理;510~530℃×1h×3次回火硬度可达68~69HRC。如此高的硬度,脆性比较大,从机床上掉下来就可能折断。我们追求高硬度,但不唯高硬度,故使回火温度高过二次硬化峰,采用560℃三次或四次(等温需四次)回火,可使硬度降至66.5~67.5HRC。
二、W6Mo5Cr4V2Co5钢制车刀的热处理工艺
旧标准GB/T 9943—1988《高速工具钢》规定,W6Mo5Cr4V2Co5钢中碳的质量分数为0.80%~0.90%,如果碳的质量分数为0.80%~0.86%,就很难使其制造的刀具硬度≥66HRC,失去了高性能高速钢的实际意义,Co的加入也就不能体现其优越性。现行标准GB/T 9943—2008《高速工具钢》参照国际先进标准,将W6Mo5Cr4V2Co5钢中碳的质量分数提到0.87%~0.95%,以确保W6Mo5Cr4V2Co5钢刀具的硬度、耐磨性及热硬性。W6Mo5Cr4V2Co5钢制车刀的热处理工艺如下:
(1)预热
840~860℃×24~30s/mm盐浴预热。
(2)加热
1190~1210℃×12~15s/mm高温盐浴加热。
(3)冷却
480~560℃×12~15s/mm中性盐浴冷却后空冷。
车刀种类(4)回火
550~560℃×1h×3次回火,回火后硬度为67~67.5HRC。
如果硬度超过68HRC,应通过提高回火温度的方法使之降至67.5HRC以下。
三、W6Mo5Cr4V2Al钢制车刀的热处理工艺
W6Mo5Cr4V2Al钢是在W6Mo5Cr4V2钢基础上,将钢中碳的质量分数从0.80%~0.90%提高到1.05%~1.15%,同时加入质量分数为0.80%~1.20%的Al。W6Mo5Cr4V2Al钢是我国自主创新的一种新型的高性能高速钢,开创了无Co高性能高速钢的先河。它具有硬度、耐磨性、热硬性高等一系列优点。W6Mo5Cr4V2Al钢制车刀的热处理工艺如下:
(1)预热
840~860℃×24~30s/mm盐浴预热。
(2)加热
1200~1215℃×12~15s/mm高温盐浴加热。高温炉要充分脱氧捞渣。
(3)冷却
480~560℃×12~15s/mm中性盐浴分级冷却后空冷。
(4)回火
550~560℃×1h×4次。最好将硬度控制在67~67.5HRC。W6Mo5Cr4V2Al钢制车刀过热2级以上脆性较大,应引起重视。
W6Mo5Cr4V2Al钢制车刀留磨量应适当少些,因为该材料磨削较困难。W6Mo5Cr4V2Al钢制车刀的切削性能和寿命均佳。
四、W12Mo3Cr4V3N超硬高速钢车刀的热处理工艺
W12Mo3Cr4V3N钢是国产无钴超硬高速钢之一,属含氮高钒型,于20世纪70年代开发。其化学成分特点如下:
1)用少量氮代替相应碳,使碳含量比一般超硬型略低,既保证了二次硬化,又避免了太高的碳含量对韧性的不利影响。
2)钨当量(W+2Mo)为18%,保持了传统的高含量水平,钨与钼的合理配比有利于改善碳化物的质量和热塑性。
3)采用w(V)=3%与相应的高碳含量,既有良好的耐磨性,又有一定的可磨削性。
用W12Mo3Cr4V3N钢制作车刀的工艺路线:下料→锻造→退火→机加工→淬火→磨削→成品。热处理技术要求:硬度≥67HRC;晶粒度为8~9.5级;过热≤3级;回火充分。其热处理工艺简介如下:
(1)退火
钢厂提供ϕ16~ϕ20mm棒料,硬度≤270HBW,改锻后硬度为52~58HRC,不能切削加工,必须进行退火处理。为方便批量生产,一般均采取常规的普通退火,即随炉升温或300℃以下入炉,600℃×1h预热,850~860℃×4h保温,炉冷至500℃以下出炉空冷。退火后硬度为210~235HBW。
(2)淬火
采用500~550℃、860~880℃两次预热,第一次在空气炉中进行,第二次在盐浴中进行。有些生产单位采用三次预热,即第一次在300~400℃空气炉烘干水分,第二、第三次在盐浴中预热,温度分别为820~830℃、880~900℃,预热时间为加热时间的2倍。加热温度为1240~1250℃,加热系数取18~20s/mm,这比普通高速钢高得多,目的是使提高奥氏体的合金度。冷却一般用中性盐浴,使用温度为480~560℃,对于大规格车刀再进行350~450℃分级冷却,可提高其硬度。
淬火后晶粒度为8~9.5级,显微视场晶界很清晰,碳化物溶解好。
(3)回火
W12Mo3CrV3N钢制车刀的回火温度偏高,一般选用565~570℃,回火3次,每次1h。在这里要特别强调回火操作的细节问题:回火筐不能太大;车刀不能叠得太厚;一定要冷到室温后才能进行下一道回火;1250℃淬火时Ms约为125℃,残留奥氏体较多,3次回火不充分,应进行第4次回火。
(4)力学性能及应用
经测定,回火的车刀硬度为67.5~68.6HRC,过热为2~3级,抗弯强度为2156MPa;冲击韧度为17.64J/cm2;600℃×4h的硬度(热硬性)为65~66HRC,625℃×4h的硬度(热硬性)为63~64HRC。
W12Mo3CrV3N钢制车刀能顺利地车削42~45HRC的45钢。在同一车床同一车削工艺参数情况下,车削W6Mo5Cr4V2钢退火锻件,其寿命是W18Cr4V钢(硬度为65HRC)制车刀的2.3倍。
五、W10Mo4Cr4V3Al钢制车刀的热处理工艺
为了加工耐热合金和超高强度钢,我国有关单位研制成功了W10Mo4Cr4V3Al高性能高速钢,经适当的淬火、回火后,硬度可达67.5~68.9HRC,比W18Cr4V高2HRC以上,600℃×4h的硬度(热硬性)可达65.4~67.1HRC,比W18Cr4V高3HRC以上。
从试验可知,W10Mo4Cr4V3Al钢淬火温度低于1200℃会晶粒过细,碳化物溶解不充分;1260℃淬火,可见明显的过热现象。12mm×12mm×160mm车刀热处理工艺如下:880℃×10min盐浴预热,1250℃×5min盐浴加热,500℃中性盐浴分级冷却5min后空冷,晶粒度为9~9.5级;560℃×1h×4次回火。过热1级,回火充分,硬度为67.8~68.6HRC。
经现场试验,在车削耐热合金、710炮钢及45钢调质件时,W10Mo4Cr4V3Al钢比W18Cr4V钢的刀具寿命提高2倍,接近于W2Mo9Cr4VCo8钢水平。
六、W12Mo3Cr4V3Co5Si钢制车刀的热处理工艺
W12Mo3Cr4V3Co5Si属于高性能高速钢,主要用来加工超高强度钢、铸造高温合金和铁基高温合金等金属材料。经过适当的热处理,硬度可达69~70HRC,其切削性能和W2Mo9Cr4VCo8钢相当。
16mm×16mm×200mmW12Mo3Cr4V3Co5Si车刀条选用1220~1230℃加热,480~560℃中性盐浴分级冷却,第一次回火温度为580℃,后两次用550℃,硬度为66~67HRC。按此工艺处理,车刀寿命长。
七、W6Mo5Cr4V5SiNbAl钢制车刀的热处理工艺
这种钢化学成分的设计,主要考虑使用我国富有元素Si和Al来提高钢的硬度及热硬性,利用V提高耐磨性,加入少量Nb主要是为了改善钢的热加工性和韧性,同时还立足于高速钢废料的回收。
W6Mo5Cr4V5SiNbAl高速钢刀具适用于加工高温合金,对于不锈钢、耐热钢和高强度钢也有很好的切削效果。