高速鋼淬火過(guò)程中的回火工藝

高速工具鋼由于合金化程度高,，適合于制作高速切削刃具，可保證刃部在650℃時(shí)實(shí)際硬度仍高于50HRC,，具有優(yōu)良的切削性和耐磨性,。根據(jù)鋼中的主要元素成分，高速鋼可分成3類：鎢系高速鋼,、鉬系高速鋼和鎢鉬系高速鋼,。

高速鋼導(dǎo)熱率低，為減少工件在加熱時(shí)的變形開(kāi)裂,，縮短高溫保溫時(shí)間以減少脫碳,，可采用預(yù)熱處理。一次預(yù)熱采用溫度800～850℃,，兩次預(yù)熱即在800～850℃前加一次500～600℃預(yù)熱,。一般工具可采用一次預(yù)熱工藝，形狀復(fù)雜的工具或大型工具宜采用兩次預(yù)熱,。

淬火工藝在高溫鹽浴爐中進(jìn)行,，短時(shí)保溫以防止刃部脫碳和過(guò)熱，一般用油淬+空冷,，對(duì)細(xì)長(zhǎng)件和薄片刃具采用分級(jí)淬火,，一般用580～620℃一次分級(jí)或再在350～400℃作第二次分級(jí)。我公司采用的冷卻方式為580～650℃,、280～320℃的二次分級(jí)淬火,。

高速鋼（W18Cr4V）淬火后的顯微組織如圖1所示，具有細(xì)晶粒組織,，奧氏體晶界因淬火時(shí)有微量二次碳化物析出而易于浸蝕,。淬火高速鋼回火的目的是從馬氏體中析出彌散碳化物，產(chǎn)生次生硬化效應(yīng),，消除殘留奧氏體和淬火內(nèi)應(yīng)力,。淬火后的殘留奧氏體合金度高，穩(wěn)定性大,，在回火加熱過(guò)程中不易分解,，在500～600℃保溫時(shí)也僅從中析出合金碳化物，使殘留奧氏體合金度有所降低,，因而Ms點(diǎn)升高,，在冷卻到低溫時(shí)，部分殘留奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,，殘留奧氏體含量由20%～25%減少到約10%左右,。但還需進(jìn)一步降低殘留奧氏體含量,，消除新產(chǎn)生的馬氏體引起的內(nèi)應(yīng)力，高速鋼一般需在560℃回火3次,。

按照常規(guī)的工藝方法,，經(jīng)3次高溫回火后，高速鋼在組織和性能方面基本滿足其服役條件,。不難看出,，高速鋼經(jīng)3次高溫回火的主要目的是消除殘留奧氏體及新產(chǎn)生馬氏體引起的內(nèi)應(yīng)力。但3次高溫回火的缺點(diǎn)也比較明顯,，耗能大,，操作較繁雜，生產(chǎn)周期較長(zhǎng),。

按照常規(guī)的工藝方法,，經(jīng)3次高溫回火后，高速鋼在組織和性能方面基本滿足其服役條件,。不難看出,，高速鋼經(jīng)3次高溫回火的主要目的是消除殘留奧氏體及新產(chǎn)生馬氏體引起的內(nèi)應(yīng)力。但3次高溫回火的缺點(diǎn)也比較明顯,，耗能大,，操作較繁雜,，生產(chǎn)周期較長(zhǎng),。

有研究表明，高速鋼在油中從淬火溫度冷卻到50～120℃以后大約還有50%的殘留奧氏體未轉(zhuǎn)變,。若這時(shí)再升溫到600～630℃保溫,，從殘留奧氏體中析出碳化物，使殘留奧氏體中的碳及合金元素量減少,，導(dǎo)致鋼的Ms點(diǎn)升高150～170℃,，工件再冷到室溫時(shí)殘留奧氏體就基本可以*轉(zhuǎn)變，所以一般只需一次回火,。此外,，由于殘留奧氏體轉(zhuǎn)變形成低碳非片狀馬氏體，使鋼的強(qiáng)度和韌性都大幅提高,，有利于提高工件使用性能,。

1、試料準(zhǔn)備

M42（W2Mo9Cr4VCo8）化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：w_C= 1.05%～1.15%,、w_Mn= 0.15%～0.40%,、w_W=1.15%～1.85%、w_Mo=9.00%～10.00 %,、w_Cr= 3.50%～4.25%,、w_V=0.95%～1.35%,、w_Co=7.75%～8.75%、w_Si≤0.65%,、w_S≤0.030%,、w_P≤0.030%、余量為Fe,。將5支試樣（φ15mm×20mm）分為兩組,，其中*組試樣標(biāo)記1#、2#,；第二組試樣標(biāo)記為3#,、4#、5#,。對(duì)*組試樣采用新工藝,，第二組試樣采用常規(guī)工藝，以便對(duì)照,，

有研究表明,，高速鋼在油中從淬火溫度冷卻到50～120℃以后大約還有50%的殘留奧氏體未轉(zhuǎn)變。若這時(shí)再升溫到600～630℃保溫,，從殘留奧氏體中析出碳化物,，使殘留奧氏體中的碳及合金元素量減少，導(dǎo)致鋼的Ms點(diǎn)升高150～170℃,，工件再冷到室溫時(shí)殘留奧氏體就基本可以*轉(zhuǎn)變,，所以一般只需一次回火。此外,，由于殘留奧氏體轉(zhuǎn)變形成低碳非片狀馬氏體,，使鋼的強(qiáng)度和韌性都大幅提高，有利于提高工件使用性能,。

2,、試驗(yàn)結(jié)果與分析

（１）回火組織

用DMM－400D金相顯微鏡觀察各組試樣的回火組織，如圖4,、圖5所示,。從回火后的顯微組織圖中，可以看出*組的1#,、2#試樣回火組織的殘留奧氏體明顯比第二組的3#,、4#試樣要少。這表明,，采用新工藝淬火＋回火的試料殘留奧氏體明顯減少,。

（2）硬度檢測(cè)

將回火后的試樣用HR－150A型洛氏硬度計(jì)檢測(cè)其洛氏硬度，如表2所示,。無(wú)論*,、第二組的試料,，回火次數(shù)越高，硬度也就越高,，這與二次硬化理論相符,。但經(jīng)1次回火的1#試樣硬度達(dá)到了經(jīng)3次回火的5#試樣的硬度，而經(jīng)2次回火的2#試樣甚至高于5#試樣的硬度,。

（1）采用新工藝淬火+回火的試料殘留奧氏體明顯少于常規(guī)工藝,，新工藝只需一次回火，殘留奧氏體量即達(dá)到正常工藝的3次回火水平,。這表明,，當(dāng)試料經(jīng)二次加熱再冷至室溫時(shí)，殘留奧氏體就基本*轉(zhuǎn)變,，所以新工藝一般只需一次回火,。

（2）從硬度檢測(cè)的結(jié)果及回火組織可以看出，采用新工藝淬火+回火的試樣經(jīng)1次回火后從馬氏體中析出均勻彌散分布的碳化物,，次生硬化效果明顯,，硬度滿足熱處理技術(shù)要求。

（3）在淬火過(guò)程中回火工藝與常規(guī)工藝相比,，在保證材料組織性能的前提下,，不僅減少了能源消耗，而且也縮減了生產(chǎn)周期,，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序,，有利于提高生產(chǎn)效率。

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