高速钢热处理工艺国内外研究现状

深冷处理可以在很大程度上面增加工件的精度和切削性能[13]。因此国内外现在都通过深冷处理技术来提高材料各方面的性能。


现在,我国和其它国家发现了很多研究高速钢热处理工艺的方法,比如深冷处理和真空气淬等等。下面来比较一下W18Cr4V高速钢经过普通油淬和真空气淬后差别,从组织来说他们差不多,不同的是真空气淬后的工件组织比普通油淬均匀,前者变形不大,在真空气淬工艺之后再加上简单的其它处理就可以应用。对于提高高速钢工件的使用寿命,深冷处理很有效果,它的作用是可以稍微提高工件的硬度和红硬性,最后抗弯强度能够增加25.2%,冲击韧度能够增加46.6%。深冷处理工艺过程比较成熟,一般经过缓慢降温和升温,在液氮中放较长时间,然后深冷处理之后再进行去应力退火。不过上面的工艺对设备有很高的要求,需要高压气淬真空炉,制氮等等设备,实际使用过程中由于这些设备的限制,一些实力不够的公司还是应用常规的热处理方法也就是淬火之后加上三次回火的方法[3]。

刀具和冷作磨具的制造常用W18Cr4V作为主要材料,W18Cr4V高速钢的铸态组织中含有很多共晶碳化物,并且这些共晶碳化物分布不均匀。锻压等工艺可以使共晶碳化物碎化,但碳化物不均匀分布的情况不会发生太大的变化。为了使碳化物分布更均匀,在生活生产中,需要对W18Cr4V高速钢进行一系列的热处理,比如退火处理,淬火处理以及回火处理等。这些热处理措施可以很大程度的提高W18Cr4V高速钢产品的使用年限。

W18Cr4V高速钢里面由于含有很多合金元素,淬透性一般都不错。一般中、小型工件加热后在空气中就可以淬透,因此,锻后必须缓慢冷却,采用的方法是砂冷或坑冷,对大型锻件最好采用炉冷,以防止开裂[4]。

W18Cr4V高速钢中的共晶碳化物颗粒大、数量多,碳化物分布的不均匀性高。因此过分降低其淬火温度是不适宜的,其淬火温度应不低于1180℃~1200℃。

近二十多年以来,随着现代材料技术的不断发展,为了找到对高速钢、模具钢、合金钢等材料进行淬火处理的最佳途径。国外于20世纪70年代初期开始研制高压气体淬火设备进行高压气体淬火技术的研究,在油淬火和压力低于105 Pa气体淬火取得一定经验的基础上,引进了压力大于105Pa的气体淬火技术。该技术很快就赢得了世界范围热处理界的关注和欢迎。目前国外用于高压气体淬火时的气体压力已高达106 Pa以上[5-8].

对于高速钢,在力学性能方面我们要求它具有良好的强韧性。一般情况下我们需要拥有满足需要的韧性,在这个基础上面,我们通过一系列的热处理来提高它的硬度。高速钢“淬火+回火”后的组织是奥氏体与碳化物,残余奥氏体数量较少,深冷处理使残余奥氏体转变已不是主要相变过程。因此与淬火态高速钢深冷处理不同,“淬火+回火”态高速钢经深冷处理后室温硬度变化很小。基体组织片状马氏体的强度性能是以其内部孪晶亚结构、固溶强化、片状晶大小及第二相沉淀等四类强化、结构达到目的。其中固溶强化、孪晶亚结构是造成硬度高、韧性低的主要原因,使得高速钢具有很低的韧性。在深冷处理时,虽然不改变马氏体亚结构,但由于大量超细、微细碳化物析出,马氏体过饱和度减小,固溶强化作用减弱,从而使韧性得到提高。

现在俄罗斯在W18Cr4V制造方面已经拥有了不错的优势,不过还是和一些发达国家有不小的距离,尤其是在工艺控制领域,为了弥补这些差距,俄罗斯需要在技术、设备以及原料和孕育控制技术等领域进行改进。中国来说的W18Cr4V技术的发展具有很多优势,一方面是世界数一数二的高速钢生产国,这样可以建造很多的工程措施,另一方面拥有环境和成本方面的便利,这些都为中国W18Cr4V的发展指出了光明的未来[10]。