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高速工具钢与45钢淬火硬度

发布时间: 2012-10-20 13:50:38
低合金工具钢基本上解决了碳素工具钢淬透性低、耐磨性不足的缺点,红硬性也有一程度提高,但仍满足不了高速切削和高硬度材料加工的生产需求。为适应高速切削,发了高速钢(高合金工具钢),红硬性可达600℃以上,强度比碳素工具钢提高30%-50%。 ①成分特点
  高碳:一般在0.70%以上,最高可达1.5%左右。碳的作用是既要溶于奥氏体基体,获得高碳马氏体保证45钢淬火硬度,又要与碳化物形成元素W、Mo、V、Cr等形成碳化物,使火后有足够多的强化物相,细化晶粒,增大耐磨性。
W、Mo元素:主要用于提高钢的红硬性,含大量W、Mo的马氏体有高的回火稳定且在500-600℃回火时弥散析出细小稳定的特殊碳化物,具有二次45钢淬火硬度硬化效应,大大提了材料的高温强度和耐磨性。 Cr:主要在奥氏体化时溶人奥氏体,大大提高45钢淬火硬度的淬透性;同时回火时也能形成细小碳化物,提高材料的耐磨性。
  V:其碳化物十分稳定,能细化奥氏体晶粒,并提高耐磨性、红硬性。
  生产中还常向钢中加入Ti、Co、Al、B等合金元素,它们都以提高材料硬度和红硬性主要目的。
②热处理之45钢淬火硬度
  根据高速钢W18Cr4V热处理工艺及回火性能曲线,高速钢热处理特点是淬火度高,一般为1220-1280℃,550-570℃回火三次。
  由于高速钢的合金元素含量多,使得C曲线右移,淬火临界冷却速度大为降低,在空中冷却就可得到马氏体组织,因此高速钢也俗称为风钢(锋钢)。高速钢中大量合金元素的存在使其铸态含有大量共品莱氏体,共品碳化物呈鱼骨状,脆性大,用热处理45钢淬火硬度的方法是不能消除的,一般通过反复轧制和锻压,将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎,并使之均匀分布在基体中。高速钢锻后必须缓冷,并进行球化退火以防止产生过高应力甚至开裂。具体工艺加热保温860-880℃,然后冷却到720-750℃保温,炉冷至550℃以下出炉,获得的索氏体十粒状碳化物组织,硬度为207-255HBS,可以进行机械加工。
高速钢的优越性能及45钢淬火硬度需要经正确的淬火回火处理后才能获得,淬火温度高达1250-1300℃,这样可以使较多的提高工具红硬性的元素如W.V溶入奥氏体中,大大提高了淬透性。另外,合金元素多也使高速钢导热性差,传热速率低,所以45钢淬火硬度淬火加热时采用分级预热,一次预热温度600-650℃,二次预热在800-850℃,这样的加热工艺可避免由热应力而造成的变形或开裂。淬火冷却采用油中分级淬火法,正常淬火组织为隐晶马氏体十粒状碳化物+(20%-25%)残余奥氏体。 高速钢常用回火工艺是:550-570℃保温1h,并重复3-5次才能保证充分消除应力,减少残余奥氏体数量,稳定组织。其不同于其他材料的回火工艺的原因是由于马氏体中合金元素含量很高,高速钢经淬火液淬火后残余奥氏体量大约为30%。只有在约550-570℃温度才产生马氏体的明显分解。由于残余奥氏体多,第一次回火后仍有10%左右的残余奥氏体未转变,三次回火后残余奥氏体才基本转变完成,但仍保留有3%-4%。与此同时,使碳化物析出量增多,产生二次硬化现象,提高了工具使用性能。 高速钢回火后组织为:极细的M回+较多粒状碳化物及少量Ar(<1%-3%),回火后45钢淬火硬度为63-66HRC。为使高速钢中的残余奥氏体量减少到最低程度,往往还需进行冷处理。 ③典型牌号
  高速钢按其成分特点可分为钨系、钼系和钨钼系等。在我国最常用的高速钢是W18Cr4V和W6M05Cr4V2,通常简称18-4-1和6-5-4-2。
  W18Cr4V的过热敏感性小,磨削性好,但由于热塑性差,通常适于制造一般高速切削工件具。由于W6M05Cr4V2的耐磨性、韧性和热塑性较好些,适于制造耐磨性和韧性很好配合的高速工具。
本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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