孔偉洲

[摘 要]高速鋼是一種具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼，又稱高速工具鋼或鋒鋼，俗稱白鋼。這種超硬高速鋼由于其成分特點(diǎn)， 使得熱加工很困難， 因此人們想直接用鑄態(tài)超高速鋼制造一些高硬度刀具， 但由于鑄態(tài)超高速鋼硬度極高， 脆性也很大， 機(jī)械加工很困難， 這樣， 如何通過(guò)有效的退火工藝來(lái)降低這種鋼的硬度和脆性就成為關(guān)鍵問(wèn)題。

[關(guān)鍵詞]高速鋼 退火工藝 冷卻

中圖分類(lèi)號(hào)：TM121.1.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2016）07-0003-01

高速鋼是美國(guó)的F.W.泰勒和M.懷特于1898年創(chuàng)制的。高速鋼的工藝性能好，強(qiáng)度和韌性配合好，因此主要用來(lái)制造復(fù)雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具，也可制造高溫軸承和冷擠壓模具等。除用熔煉方法生產(chǎn)的高速鋼外，20世紀(jì)60年代以后又出現(xiàn)了粉末冶金高速鋼，它的優(yōu)點(diǎn)是避免了熔煉法生產(chǎn)所造成的碳化物偏析而引起機(jī)械性能降低和熱處理變形。

1.高速鋼的主要性能

高速鋼又稱白鋼。意思是淬火時(shí)即使在空氣中冷卻也能硬化，并且很鋒利。它是一種成分復(fù)雜的合金鋼，含有鎢、鉬、鉻、釩、鈷等碳化物形成元素。合金元素總量達(dá)10～25%左右。它在高速切削產(chǎn)生高熱情況下（約500℃）仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。這就是高速鋼最主要的特性--紅硬性。而碳素工具鋼經(jīng)淬火和低溫回火后，在室溫下雖有很高的硬度，但當(dāng)溫度高于200℃時(shí)，硬度便急劇下降，在500℃硬度已降到與退火狀態(tài)相似的程度，完全喪失了切削金屬的能力，這就限制了碳素工具鋼制作切削工具用。而高速鋼由于紅硬性好，彌補(bǔ)了碳素工具鋼的致命缺點(diǎn)，可以用來(lái)制造切削工具。

2.高速鋼的退火工藝

2.1 普通退火

普通退火是目前應(yīng)用最廣的高速鋼預(yù)處理工藝， 工藝曲線如圖1 所示。退火可在井式爐或箱式爐中進(jìn)行， 爐中最好設(shè)置可控氣氛， 工件一定要裝箱密封， 以防氧化脫碳。退火后應(yīng)檢查硬度，其方法是：在退火爐的不同部位各取2-3件， 經(jīng)車(chē)削后表面達(dá)Ra 2.5 以下， 用布氏硬度計(jì)測(cè)三點(diǎn)， 取算術(shù)平均值為示值（ 以下各工藝測(cè)硬度方法相同）。通用高速鋼退火后的硬度為207～ 255HB，超硬高速鋼允許硬度值上限達(dá)269 HB。退火后的金相組織為：細(xì)小碳化物均布在索氏體基體上。

2.2 等溫退火

普通退火操作時(shí)間一般要30h以上， 為縮短時(shí)間， 節(jié)約能源， 人們尋找到更好的方法—高速鋼等溫退火工藝， 其規(guī)范如圖2 所示。退火溫度一般為850～870℃ ， 保溫后快冷至等溫轉(zhuǎn)變曲線的拐彎處（730～750℃ ） ，保持一定的時(shí)間， 使奧氏體等溫分解， 然后隨滬冷至500～ 550℃出爐空冷。等溫退火可在空氣爐中亦可在鹽浴爐中進(jìn)行， 當(dāng)在鹽浴中退火時(shí)保溫時(shí)間比在空氣中縮短1 3/左右。

2.3 循環(huán)退火

蘇聯(lián)在1982年曾報(bào)道高速鋼循環(huán)退火工藝， 如圖3 所示， 在700～850℃兩鹽浴爐中進(jìn)行， 保溫10min或30min。研究表明，循環(huán)退火的時(shí)間不超過(guò)7h，在7h內(nèi)的操作時(shí)間因溫度、鋼種、裝爐量而異。直徑為30mm 以下的毛坯建議來(lái)用675～885℃的無(wú)平臺(tái)循環(huán)退火（圖3a）；尺寸較大的采用小平臺(tái)循環(huán)退火（圖3b）。實(shí)踐證明， 循環(huán)退火后碳化物相的組織、分布、化學(xué)成分及硬度與等溫退火的差異很小。

2.4 快速球化退火

高速鋼中的碳化物即使在鍛造溫度下也不能完全溶于奧氏體， 鍛造后冷卻還會(huì)析出部分碳化物， 因而在退火溫度下， 殘余碳化物的數(shù)量相當(dāng)可觀， 它是退火冷卻過(guò)程中奧氏體等溫分解的非自發(fā)核心， 其形狀、大小、數(shù)量和分布對(duì)退火后的組織起著決定性的作用。鍛造后利用余熱進(jìn)行快速球化退火，`是借助于鍛造后鋼中殘留的大量彌散分布的碳化物， 經(jīng)隨后短時(shí)較高溫度的等溫過(guò)程， 使一些碳化物粒子圓形化， 且極微細(xì)的碳化物發(fā)生溶解， 在等溫過(guò)程中基本上完成了球化步驟。而以45℃/h的冷卻速度冷卻主要起到降低硬度作用。如圖4。

按此工藝，退火后的組織及硬度均優(yōu)于常規(guī)球化退火， 其球化時(shí)間僅為后者的1/4～1/3， 既節(jié)能，退火件又具有良好的切削加工性。

3.退火工藝參數(shù)的選擇

3.1 加熱速度

加熱速度與鍛件的形狀、尺寸、加熱條件、裝爐方式和裝爐量等因素有關(guān)。目前國(guó)內(nèi)外仍以空氣爐密封裝箱退火為主， 大部分單位對(duì)加熱應(yīng)更放任自流， 嚴(yán)格地講， 在A01以下應(yīng)緩慢加熱， 以50～70℃ /h為宜， 高于A01可適當(dāng)提高速度， 但也不可超過(guò)120℃。

3.2 退火溫度

對(duì)于通用高速鋼， 我廠一直用850～870℃，筆者認(rèn)為比較合適， 如再提高溫度，不但會(huì)增加氧化脫碳傾向， 而且使奧氏體合金度增加， 從而導(dǎo)致奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變穩(wěn)定性增大， 不能充分進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變， 使退火后硬度偏高， 低于830℃ 則達(dá)不到退火目的。

3.3 保溫時(shí)間

保溫時(shí)間取決于退火溫度、裝爐方式及裝爐量等因素。少量退火可按1.8～2 min/mm計(jì)，裝爐量大時(shí)可按噸位計(jì)。高速鋼的退火保溫時(shí)間， 雖不象淬火加熱時(shí)間那樣需要精確的計(jì)算， 但也要適當(dāng)控制， 如時(shí)間太長(zhǎng)， 既影響生產(chǎn)率， 浪費(fèi)能源， 又會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的氧化脫碳現(xiàn)象，太短則達(dá)不到預(yù)期的目的。

3.4 冷卻方式

高速鋼經(jīng)奧氏體化后，冷卻速度愈快， 所得到的硬度愈高（但不成線性關(guān)系）；冷卻速度愈慢，硬度愈低。這種粗淺的認(rèn)識(shí)，自人們大量研究奧氏體轉(zhuǎn)變后又有一個(gè)新的飛躍， 即硬度的上升或下降并不是和冷卻速度的快慢成比例，應(yīng)根據(jù)TTT曲線來(lái)選擇合適的冷卻速度，以滿足組織和硬度的要求。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)的普通退火方法仍有強(qiáng)大的生命力和廣泛的適用性；等溫退火較普通退火可提高工效30%以上；循環(huán)退火只能在鹽浴爐中小批量試驗(yàn)， 不能投入批量生產(chǎn)， 至少在工具廠不能實(shí)行；模鍛或批量小件鑄造時(shí)，利用鍛造余熱進(jìn)行快速球化退火有發(fā)展前途。

參考文獻(xiàn)

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