（天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院，天津 3004000）

我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，也帶來了我國裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展，在這一發(fā)展過程中，有關(guān)如何合理使用工程材料使之發(fā)揮最大效益這個問題也日益引起人們的關(guān)注和重視。實踐表明，要使所制得的工業(yè)產(chǎn)品具備最佳性能和最受消費者喜歡的形貌，就一定要選擇最合適的材料來制作和生產(chǎn)；如果所用的生產(chǎn)材料不合乎規(guī)范，就將使所設(shè)計生產(chǎn)出來的工業(yè)制成品，無法最大限度發(fā)揮其最佳性能，而且也很有可能因此而使其使用年限大大降低下來；以下在對工具鋼種類及其性能要求進行了分析的基礎(chǔ)上，就如何做好金屬熱處理工藝優(yōu)化設(shè)計這個課題，進行了一些分析和探討[1]。

1 關(guān)于金屬種類及其性能要求的分析

所謂合金金屬，指的就是基于碳素工具鋼再注入一定數(shù)量和種類的合金金屬元素，用于制造出生產(chǎn)過程中所需的各類模具、刃具及量具等的通用金屬材料[2]。相比于碳素金屬，不管是耐磨性，還是其硬度，合金工具鋼都要遠遠優(yōu)得多，而且在其回火穩(wěn)定性、紅硬性或淬透性等方面，也要比碳素工具鋼來得優(yōu)。

1.1 金屬的種類

在實際生產(chǎn)中有關(guān)金屬的分類，主要有以下這兩種方式：第一種方式基于其所含主要成分來進行分類的，通?？煞譃楹辖鸾饘俸吞妓毓ぞ咪撨@兩類。第二種方式基于其主要用途來進行分類的，通常可分為量具金屬、模具金屬及刃具金屬這三類。

1.2 金屬的工作條件及性能要求

（1）低合金刀刃金屬。這種金屬主要用于那些速度不快且使用刀具量不多的機用工具，此外，那些對刃具要求不是特別高的機用工具也可采用此種低合金刃具金屬。碳素金屬工具具有諸多優(yōu)點，如價格不高、耐磨性良好等，而且通過一定的熱處理后，可大大提高其耐磨性和硬度。

（2）高速金屬?？萍嫉目焖侔l(fā)展，也帶來了切削加工速度的大幅度提高。隨著這一加工速度的日益加快，以及所加工材料強度的日益提高，在切削過程中所產(chǎn)生的熱量也日益增多，這就使得刃具所接受的溫度也在快速提高，而且刀具在切削過程中所承受的切削載荷也在不斷增大，所有這些都需要刀具材料不僅要具備更高的硬度，而且還需具備更高的熱硬性。實際生產(chǎn)中所采用的高速工具鋼，其平均質(zhì)量分數(shù)通常在0.8%～1.6%之間，而且具有很好的回火穩(wěn)定性。因此在實際中，不僅各自切削刀具的制作多采用高速工具鋼，而且某些重載冷作模具及其結(jié)構(gòu)件的制作，也多選用高速金屬。

（3）模具金屬。通常有熱作和冷作兩種模具金屬，冷作模具金屬其耐磨性和硬度均較高，且韌性和強度也優(yōu)，在淬火后就不必再予以加工。熱作模具種類較多，如壓鑄模具和熱變形模具，因而對其制作材料均提出了較高要求。熱作模具金屬就其強度、耐磨性或韌性，均須足夠高，即應(yīng)具備良好的高溫力學(xué)性能。

（4）量具金屬。量具金屬主要用于制作諸如螺旋測微儀、卡尺等測量工具所需的材料。在使用過程中，因量具與被測零部件一直接觸且需移動，故其破壞主要來自于不斷的磨損規(guī)程中。因此，為有效提高測量精度，其耐磨性和硬度均需足夠高，且應(yīng)具備一定的抗輕微碰撞能力。

2 關(guān)于如何做好工具鋼熱處理工藝設(shè)計優(yōu)化的探討

（1）低合金刃金屬熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計。有關(guān)球化退火，這是低合金金屬工具所采用的預(yù)先熱處理方式，其作用是對切削加性能及鍛造組織進行有效改善；熱處理最后階段是以淬火配合低溫回火這種方式為主。有關(guān)回火馬氏體、碳化物以及一小部分殘余奧氏體，為其組織，去耐磨性及硬度均較高。采用9SiCr鋼來生產(chǎn)的圓板牙，這是用于對外螺紋進行切削加工的刀具，其金屬中碳化物必須分布均勻，且在完成熱處理后應(yīng)具有較高的耐磨性和硬度，這樣其齒形才不至于變形過大。

其制作工藝流程主要有以下這些：①下料，②球化退火，③機加工（包括淬火、低溫回火、磨平面），④拋槽，⑤開口。9SiCr圓板牙在進行球化退火時，多運用等溫處理工藝，粒狀珠光體為其組織，硬度達到22HBW左右，符合切削加工的要求。在實施淬火配合低溫回火這種工藝時，應(yīng)使之預(yù)熱于610～660攝氏度之間，這可有效減少淬火隨之的淬火保溫時間，最大限度避免產(chǎn)生氧化脫碳這種情況。在完成860～880攝氏度加熱保溫之后，應(yīng)將之快速轉(zhuǎn)移至180攝氏度左右的硝鹽槽中再次實施分級淬火，減少淬火過程中產(chǎn)生形態(tài)變形；接著再次在200攝氏度左右的溫度下完成低溫回火，減少殘余應(yīng)力，這樣可達到比較高的硬度值。

（2）高速金屬熱處理工藝的設(shè)計優(yōu)化。此類金屬為萊氏體，具有較為復(fù)雜的鑄造組織。具有塊大的魚骨狀的共晶碳化物，只可借助鍛造才能擊碎而使其分布均勻。鍛造之后，高速金屬還具有較大硬度，可通過球化退火方式使其硬度降低，并削弱鍛造應(yīng)力，以此來為淬火做好準備。1200攝氏度的高溫淬火，再輔以三次560攝氏度左右的次高溫回火，這是高速金屬的最終熱處理方式。在實施淬火之前，通常要予以預(yù)熱處理，為避免變形，可以鹽浴實施馬氏體分級淬火。進行三次回火的主要作用是，盡可能地降低殘余奧氏體的含量，并削弱馬氏體轉(zhuǎn)變所生成的內(nèi)應(yīng)力。通過三次淬火，高速鋼會出現(xiàn)“二次硬化”，這將大大提高其硬度和耐磨性。

（3）模具金屬熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計。模具金屬主要用于諸如熱鍛壓模、冷沖壓模、壓鑄模等方面的模具，基于其不同使用條件和不同性質(zhì)，主要有熱作模具鋼和冷作模具金屬兩大類。熱作模具金屬通常選用淬火再輔以中溫回火，這可得到較為均勻的火火托氏體。某些壓鑄模或熱擠壓模等，還選用碳氮共滲、氮化等化學(xué)熱處理方式，以促使其使用年限和耐磨性得到大幅度提升。

（4）量具金屬熱處理的優(yōu)化設(shè)計。此類金屬應(yīng)盡可能地通過緩冷介質(zhì)來予以淬火，再予以深冷處理來降低其殘余奧氏體含量。為確保其具備較高的耐磨性和硬度，應(yīng)通過低溫回火這種方式來消除回力。在實際生產(chǎn)中，其生產(chǎn)工藝流程為：①鍛造、球化退火，②機加工、淬火，③冷處理、回火，④粗磨、低溫人工時效，⑤精磨，⑥低溫去應(yīng)力回火、研磨。通過這樣一系列熱處理，CrWMn鋼的切削加工性就得到了極大的提高。

3 結(jié)語

總之，在進行機械制造和生產(chǎn)過程中，其所采用的各類工具絕大多數(shù)是對加工材料進行切削、剪切、鍛造、沖裁以及擠壓等途徑。故在其性能方面，不管是耐磨性，還是硬度及強度和韌度，金屬工具材料都要大大優(yōu)于加工材料。因此，要最大限度發(fā)揮出金屬材料性能，必須重點考慮好其耐磨性和韌度的合理配置，在實際生產(chǎn)實踐中，不管是金屬的熱處理工藝，還是其合金化工藝，都是基于這一主題來實施優(yōu)化設(shè)計的。