王銘劼

（哈爾濱第一工具制造有限公司 技術(shù)中心，哈爾濱 150078）

0 引言

M35鋼是含鈷超硬高速鋼之一。它是在M2高速鋼的基礎(chǔ)上，加入5%左右的鈷形成的W6Mo5Cr4V2Co5鋼，即M35鋼。與M2鋼相比，M35鋼有較高的硬度、紅硬性、耐磨性及強(qiáng)度與韌性，可制作切削速度較高的刀具，也可制造載荷大、形狀復(fù)雜、貴重的切削刀具（如拉削刀具、齒輪刀具）。它既能提高刀具的切削性能，又能減少刀具與工件的摩擦因數(shù)，因而逐漸被廣泛應(yīng)用于刀具制造行業(yè)中。但是由于我國鈷價(jià)格昂貴，所以M35鋼多數(shù)用于制造齒輪刀具等復(fù)雜刀具。針對(duì)M35鋼投產(chǎn)齒輪刀具熱處理后硬度和紅硬性情況，本文進(jìn)行了試驗(yàn)分析，先制定出M35鋼的最佳熱處理工藝參數(shù)，再投產(chǎn)齒輪刀具產(chǎn)品，檢驗(yàn)熱處理工藝參數(shù)的可行性。

1 M 35鋼熱處理工藝參數(shù)選取依據(jù)

高速鋼刀具在熱處理時(shí)，要選擇盡可能高的淬火溫度，因?yàn)榇慊鸺訜嶂刑蓟锏娜芙馇闆r對(duì)刀具熱處理后的性能有很大的影響。若淬火加熱溫度過低，鋼中碳化物溶解就差，奧氏體中的含碳量及合金元素含量就低，淬火后就得不到高的硬度和熱硬性。高的淬火溫度下加熱，碳化物溶解良好，淬火后馬氏體中合金度高，能使刀具有高的硬度和紅硬性。但是如果淬火溫度過高，則高速鋼容易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，雖然能保證產(chǎn)品的硬度和紅硬性要求，但是產(chǎn)品的脆性會(huì)增加，韌性變差，使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生崩刃等現(xiàn)象。欲使碳化物溶解良好，而又不表現(xiàn)出過熱的現(xiàn)象，應(yīng)該采用正確的加熱溫度和合理的加熱時(shí)間。

2 M 35鋼熱處理工藝試驗(yàn)過程

2.1 試樣的試驗(yàn)過程和結(jié)果

試驗(yàn)采用試樣為來自同一爐號(hào)的M35圓棒鋼材，外徑為130mm。檢測(cè)化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.89%C，6.01%W，3.93%Cr，1.88%V，4.88%Mo，4.59%Co。金相組織碳化物偏析4A級(jí)、中心疏松0.5級(jí)；硬度為255HB。此試樣化學(xué)成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9943-2008，碳化物分布、宏觀表面、硬度均符合標(biāo)準(zhǔn)ZBJ36003-87。

試樣外形為扇形，試樣厚度為8 mm，試驗(yàn)采用鹽浴加熱，共選擇 4 組淬火溫度［1］，分別為 1190 ℃、1200 ℃、1210℃、1220℃，每個(gè)溫度下均加熱4min，采用鹽浴冷卻。回火溫度為550℃，回火次數(shù)為3次，每次回火時(shí)間60min。

分別將4個(gè)淬火溫度試樣縱向面經(jīng)打磨拋光觀察淬火晶粒度，其橫向面在磨床上平磨后在硬度計(jì)上檢測(cè)淬火狀態(tài)下硬度值，然后進(jìn)行回火處理，再用同樣的方法觀察回火組織和淬回火硬度，結(jié)果顯示：不同工藝的回火組織均為回火馬氏體和彌散分布細(xì)小碳化物；淬火溫度1190℃下，淬火晶粒度10.5#，淬火硬度63.8 HRC，淬回火硬度66.5 HRC；淬火溫度1200℃下，淬火晶粒度10.5#，淬火硬度64.1 HRC，淬回火硬度66.9 HRC；淬火溫度1210℃下，淬火晶粒度10.5#～10#，淬火硬度64.2 HRC，淬回火硬度67.0 HRC；淬火溫度1220℃下，淬火晶粒度10#，淬火硬度63.8 HRC，淬回火硬度67.6 HRC。

隨著淬火溫度的升高，淬火晶粒度逐漸長大，淬火硬度和淬回火硬度也逐漸升高。淬回火硬度比淬火硬度高出2HRC以上，體現(xiàn)出了高速鋼二次硬化的特點(diǎn)。

通過此試驗(yàn)，確定出在實(shí)際生產(chǎn)中M35鋼投產(chǎn)齒輪刀具的熱處理工藝：淬火溫度1200～1210℃，回火溫度550℃。在此工藝下，硬度可保證在65～67 HRC。

2.2 齒輪刀具熱處理生產(chǎn)結(jié)果

齒輪刀具批量投產(chǎn)，采用上述熱處理工藝，熱處理后的硬度范圍多數(shù)集中在66～67.5 HRC，有時(shí)可達(dá)到68 HRC。通過分析發(fā)現(xiàn)，鋼廠為了節(jié)約成本，提供的M35圓棒鋼的化學(xué)成分中的合金元素含量均為國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T9943-2008）的中下限，這樣平衡碳 Cp［2］則降低，碳含量不變的情況下，對(duì)應(yīng)的碳飽和度A［2］升高，二次硬化的能力增強(qiáng)，因此產(chǎn)品存在硬度時(shí)而偏高的現(xiàn)象。通過對(duì)齒輪刀具的壽命試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)硬度控制在65～66.5 HRC之間產(chǎn)品的可用性較好，這樣就需要增加一次回火來降低產(chǎn)品硬度。而增加一次回火有許多生產(chǎn)弊端，尤其表現(xiàn)在產(chǎn)品成本增加和生產(chǎn)周期延長。為了避免此現(xiàn)象產(chǎn)生，針對(duì)此問題我們又進(jìn)行了工藝改進(jìn)，采用階梯式回火方式，通過進(jìn)一步試驗(yàn)來解決產(chǎn)品反復(fù)加回的現(xiàn)狀。

2.3 工藝改進(jìn)試驗(yàn)

試驗(yàn)中試樣完全模擬產(chǎn)品的淬回火過程，具體為預(yù)熱：950℃×4 min，淬火加熱時(shí)間：4 min，冷卻方式：硝鹽冷卻，580℃×2 min；回火過程均采用鹽浴回火，回火時(shí)間60 min，共設(shè)計(jì)5種回火工藝。將淬火后、淬回火后的試樣進(jìn)行平磨后，檢測(cè)硬度值。

1200℃淬火硬度64.1HRC，1210℃淬火硬度64.2HRC，1220℃淬火硬度63.8 HRC。

回火①：540℃×3次下，1200℃淬回火硬度67.0HRC，1210℃淬回火硬度67.3HRC，1220℃淬回火硬度67.7HRC。

回火②：550℃×3次下，1200℃淬回火硬度66.9HRC，1210℃淬回火硬度67.0HRC，1220℃淬回火硬度67.6HRC。

回火③：560℃×3次下，1200℃淬回火硬度 66.1 HRC，1210℃淬回火硬度66.4HRC，1220℃淬回火硬度67.3 HRC。

回火④：540℃×2次+560℃×1次下，1200℃淬回火硬度66.5 HRC，1210℃淬回火硬度66.8 HRC，1220℃淬回火硬度67.3 HRC。

回火⑤：550℃×2次+560℃×1次下，1200℃淬回火硬度66.2 HRC，1210℃淬回火硬度66.7 HRC，1220℃淬回火硬度67.3 HRC。

“回火④：540℃×2次+560℃×1次”和“回火⑤：550℃×2次+560℃×1次”均為階梯式回火方式。通過對(duì)不同回火狀態(tài)下硬度變化的分析，可以看出：

1）隨著淬火溫度的升高，試樣淬回火后硬度也逐漸升高。淬火溫度每升高10℃，淬回火后硬度可升高0.3～0.6 HRC，且淬火溫度越高，淬回火后硬度增幅越大。

2）在相同的淬火溫度下，3次回火全部采用一個(gè)溫度的方式時(shí)，我們可以看出：回火溫度越低，淬回火后硬度值越高。回火溫度每降低1℃，硬度值升高0.1～0.9 HRC，且隨著回火溫度降低，硬度值提高幅度減小。

3）在相同的淬火溫度下，回火方式在540℃×2次后，再分別采用540℃×1次與560℃×1次回火，對(duì)比可知，第三次回火時(shí)，將溫度提高20℃，硬度值平均下降0.5 HRC。

4）在相同的淬火溫度下，回火方式在550℃×2次后，再分別采用550℃×1次與560℃×1次回火，對(duì)比可知，第三次回火時(shí)，將溫度提高10℃，硬度值平均下降0.5HRC。

5）在相同淬火溫度下，“回火③：560 ℃×3 次”、“回火④：540℃×2次+560℃×1次”、“回火⑤：550℃×2次+560℃×1次”對(duì)比，回火④的試片硬度值最高，回火⑤的試片硬度值次之，回火③的硬度值最低。回火④與回火③對(duì)比，平均硬度增幅為0.3 HRC；回火⑤與回火③對(duì)比，平均硬度增幅為0.1 HRC。

6）隨著淬火溫度的升高，回火③、⑤、④三種狀態(tài)的回火硬度值的升高幅度越來越小，從1190℃時(shí)的0.4 HRC，至1220℃時(shí)趨于一致，為0 HRC。

7）從硬度值表可見，淬回火后二次硬化作用顯著，硬度平均提高3 HRC，且隨著淬火溫度的提高，二次硬化效果更加明顯，通過不同回火方式硬度可增高范圍越來越窄，從1 HRC降至0.4 HRC。

改進(jìn)后的M35鋼齒輪刀具的熱處理工藝為：淬火溫度1200～1210℃，回火采用540℃×2次+560℃×1次。

3 M 35鋼熱處理工藝改進(jìn)可行性驗(yàn)證

投產(chǎn)齒輪刀具若干件，熱處理工藝采用1200～1210℃淬火，回火用540℃×2次+560℃×1次后檢測(cè)硬度值，再將隨爐每件產(chǎn)品的隨爐試樣（淬回火態(tài)）在空氣爐中加熱至600℃，保溫4 h后空冷，然后進(jìn)行硬度測(cè)定，取3點(diǎn)的平均值為紅硬性的讀數(shù)。具體見表1。

表1 投產(chǎn)M 35鋼齒輪刀具化學(xué)成分、淬回火硬度、紅硬性硬度

表1中，9個(gè)批次不同齒輪刀具產(chǎn)品化學(xué)成分均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，其中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在中上限范圍，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在中下限范圍，碳飽和度A值在國家標(biāo)準(zhǔn)中限（約0.79）以上。采用此熱處理工藝，可保證齒輪刀具產(chǎn)品硬度在65～66.5 HRC，紅硬性保證在63 HRC以上，能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪刀具產(chǎn)品在高速切削狀態(tài)下的紅硬性，提高產(chǎn)品的使用壽命。

4 結(jié)語

通過對(duì)M35鋼熱處理工藝細(xì)化試驗(yàn)，制定出齒輪刀具熱處理工藝參數(shù)為：淬火溫度1200～1210℃，回火540℃×2次+560℃×1次，硬度可保證在65～66.5 HRC。采用階梯式回火工藝，在保證產(chǎn)品熱處理質(zhì)量的同時(shí)，縮短了產(chǎn)品熱處理生產(chǎn)周期和成本，提高了生產(chǎn)效率。

［1］ 王金雙.M35高速鋼熱處理工藝研究［J］.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（3）：18.

［2］ 鄧玉昆，陳景榕，王世章.高速工具鋼［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.