高速钢刀具的热处理.doc

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1、高速钢刀具的热处理张成云摘要：随着现代制造技术的发展，高速钢刀具在切削加工中被广泛使用。本文通过对高速钢刀具材料的化学成分、性能及使用工作条件的阐述以及加工中对刀具材料的技术要求，经过严格的热处理工艺方法如;退火、淬火、和多次高温回火才能满足其技术要求和使用性能。本文参考了一些“金属材料、工艺学”教材和经过多年的实践摸索总结而成。关键词：高速钢刀具热处理 1、引言1.1高速钢：它是含有w、cy、v等合金元素较多的合金工具钢。如w18cv4v是国内使用最为普遍的刀具材料，广泛的用于制造较为复杂的各种刀具。如钻头、铣刀、铰

2、刀、拉刀和其他成型刀具。高速钢俗称锋钢或风钢；称锋钢是因为用高速钢w18cv4v制造的刀具硬度能达到HRC62-65度非常锋利。称为风钢是针对热处理操作而言，一般的钢铁材料制造的刀具要想满足技术要求在加热后需借助油或水中快速冷却，而高速钢制造的刀具在有效厚度小于5mm的工件，加热后在流动的空气中（风中）就能淬上火，就能获得相当的硬度（HRC55-60）,因此而得名。1.2刀具在工作时，由于摩擦作用，势必引起刀具刃部温度的升高，当切削速度达到一定量刃部温度能达到500-600℃。随着机械制造业的发展和制造工艺的成熟，切削

3、加工速度的提高，刀具刃部的工作温度还可能增加。这就要求刀具材料不仅具有一般刀具材料的所必需的硬度、强度、耐磨性和一定的韧性，还要求刀具在较高的温度下具有高硬度、强度和耐磨性（俗称红硬性或热硬性）。而碳素工具钢和低合金工具钢在200℃以下可以保持其工作性能，当工具受热超过250度时，硬度就显著下降，失去切削效能。高速钢经热处理以后，其热硬性好，因此在生产实践中被广泛使用。2.常用刀具材料2.1高速钢常用的材料有W18Cr4V、W9Cr4V2、W6MO5Cr4V2、W12Cr4v4Mo等几种。其中以W18Cr4V钢产量最多

4、，应用最广泛，历时最长。为世界各国所通用。W18Cr4V钢的化学成分（%）（表2--1）CWCrMoVMnSiSP0.7-0.817.5-193.8-4.4≤0.31.0-1.4≤0.4≤0.4≤0.3≤0.3W18Cr4V钢刀具的基本性能（表2--2）硬度抗弯强度冲击韧度耐热性HRA(HRC)Kg%mm2KJ%m20C82-87(62-69)350-45098-490540-6502.2W18Cr4V钢中合金元素的作用。高速钢的特殊性能是有其化学成分所决定的（只有经过一定的热处理才能体现出来）。2.2.1钨是造成高速

5、钢热硬性的主要元素，是强碳化物形成元素如(FeW)6c为主。同时有部分钨溶入固溶体中。实验指出：在淬火的W18Cr4V钢中约有7%的钨溶入固溶体中，约有11%的钨存在于未溶的碳化物中，钢在淬火加热时，(FeW)6c等碳化物很难溶解，对晶粒的长大起阻碍作用。将钢加热到1280℃时，仍保持细小晶粒。因此可以采用较高的淬火温度以提高奥氏体的合金度，热处理后获得优良性能。未溶的碳化物具有极高的硬度，增加了钢的耐磨性。钨还强烈降低钢的导热系数，因此高速钢加热和冷却必须缓慢进行。2.2.2钒是造成高速钢热硬性主要元素之一。钒是强碳

6、化物形成元素，形成稳定的VC，回火过程中VC的细小质点弥散析出造成钢的二次硬化。2.2.3铬是碳化物形成元素钢中加入铬的重要作用是提高淬透性与韧性，能增加钢的二次硬化效率和热硬性。铬还能提高钢的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力。2.2.4钢的含碳量很重要。钢的二次硬化和热硬性等基本性能是碳与各碳化物形成元素，形成各种碳化物所造成的。钢的含碳量很重要的，当含碳量太低时，不能保证形成足够数量的复合碳，导致淬火后硬度、热硬性、耐磨性降低。当含碳量偏高时，碳化物数量增加，碳和合金元素的浓度增高，使钢的塑性降低，工艺性能、机械性能下降。3

7、.刀具热处理举例：钻头，材料：W18CV4V，直径18mm,要求HRC63—65,变形要求：小于0.5mm.钻头的生产工艺过程：原材料——锻造——热处理（退火）——机械加工——热处理（淬火）、回火——精加工（磨削）。3.1高速钢的锻造，其目的不仅仅是改变钢材的形状和尺寸，更重要的是通过反复的镦粗拔长，打碎碳化物。改善碳化物不均匀性使钢的化学成分更加均匀。锻造中的主要缺陷是裂纹，除材料因素外，停锻温度过低、冷速快，加热不足和加热不均匀都能引起开裂。当停锻温度过高（大于1000℃左右）会造成晶粒过分长大，及易引起裂纹。3.

8、2高速钢（钻头）的退火3.2.1高速钢的退火的目的是降低硬度，便于切削加工，消除锻造的应力（内、外应力）并为随后的机械加工、淬火做好组织准备。3.2.2退火工艺：将工件加垫至870—880℃，保温4小时，速冷至740—750℃（冷至C曲线的拐弯处）保温6小时，使奥氏体等温分解，随炉冷至500—550℃出炉空冷。860—870℃工艺