高速鋼刀具淬火裂紋的原因分析及預(yù)防措施
2007-12-27 15:29:07
高速鋼屬萊氏體鋼，含有大量合金元素，冶煉后形成大量一次共晶碳化物和二次碳化物(約占成分總量的18%～22%)，這對(duì)高速鋼刀具的淬火質(zhì)量及使用壽命有很大影響。高速鋼淬火溫度接近熔點(diǎn)，淬火后組織中仍有25%～35%的殘余奧氏體，致使高速鋼刀具容易產(chǎn)生裂紋和腐蝕。下面分析影響高速鋼刀具淬火裂紋和腐蝕的原因，并提出相應(yīng)預(yù)防措施。
1 高速鋼原材料的冶金缺陷
高速鋼中所含大量碳化物硬而脆，為脆性相。一次共晶碳化物呈粗大骨骼狀(或樹(shù)枝狀)分布于鋼基體內(nèi)。鋼錠經(jīng)開(kāi)坯壓延和軋制后，合金碳化物雖有一定程度的破碎和細(xì)化，但碳化物偏析依然存在，并沿軋制方向呈帶狀、全網(wǎng)狀、半網(wǎng)狀或堆積狀分布。碳化物不均勻度隨原材料直徑或厚度的增加而增加。共晶碳化物相當(dāng)穩(wěn)定，常規(guī)熱處理很難消除，可導(dǎo)致應(yīng)力集中而成為淬火裂紋源。鋼中硫、磷等雜質(zhì)偏析或超標(biāo)也是導(dǎo)致淬裂的重要原因。高速鋼的導(dǎo)熱性和熱塑性差、變形抗力大，熱加工時(shí)易導(dǎo)致金屬表層和內(nèi)層形成微裂紋，最終在淬火時(shí)因裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致材料報(bào)廢。大型鋼錠在冶煉、軋制或鍛造等熱加工過(guò)程中形成的宏觀冶金缺陷如疏松、縮孔、氣泡、偏析、白點(diǎn)、樹(shù)枝狀結(jié)晶、粗晶、夾雜、內(nèi)裂、發(fā)紋、大顆粒碳化物及非金屬夾渣等均易導(dǎo)致淬火時(shí)應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力大于材料強(qiáng)度極限時(shí)便會(huì)產(chǎn)生淬火裂紋。
預(yù)防措施為：①選用小鋼錠開(kāi)坯軋制各種規(guī)格的刀具原材料；②選用二次精煉電渣重熔鋼錠，它具有純度高、雜質(zhì)少、晶粒細(xì)、碳化物小、組織均勻、無(wú)宏觀冶金缺陷等優(yōu)點(diǎn)；③對(duì)不合格原材料進(jìn)行改鍛，擊碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物不均勻度≤3級(jí)；④采取高溫分級(jí)淬火、再高溫回火的預(yù)處理工藝，通過(guò)精確控溫等措施，可有效避免高速鋼原材料冶金缺陷引起的淬火裂紋。
2 高速鋼過(guò)熱、過(guò)燒組織
高速鋼過(guò)熱、過(guò)燒組織的特點(diǎn)為晶粒顯著粗化，合金碳化物出現(xiàn)粘連、角狀、拖尾狀及沿晶界呈全網(wǎng)狀、半網(wǎng)狀或連續(xù)網(wǎng)狀分布；鋼組織內(nèi)部局部熔化出現(xiàn)黑色組織或共晶萊氏體，形成過(guò)燒組織，顯著降低晶間結(jié)合力和鋼的強(qiáng)韌性。引起高速鋼過(guò)熱、過(guò)燒組織的主要原因有：淬火加熱溫度過(guò)高，測(cè)溫和控溫儀表失準(zhǔn)；鹽浴爐淬火加熱時(shí)，因鹽浴表面煙霧導(dǎo)致輻射高溫計(jì)測(cè)溫出現(xiàn)誤差；變壓配電盤(pán)磁力開(kāi)關(guān)失靈；刀具加熱時(shí)離電極太近或埋入爐底沉積物中；原材料存在大量角狀碳化物或碳化物不均勻度等級(jí)太高等。高速鋼過(guò)熱、過(guò)燒組織極易導(dǎo)致淬火裂紋。
預(yù)防措施為：①?lài)?yán)格控制原材料質(zhì)量，共晶碳化物級(jí)別應(yīng)≤3～3.5級(jí)；②原材料入庫(kù)和投產(chǎn)前應(yīng)作金相檢查，確保無(wú)宏觀冶金缺陷；③刀具淬火加熱前用試片校驗(yàn)高溫鹽浴爐，檢查晶粒等級(jí)與淬火加熱溫度的關(guān)系是否合理(參見(jiàn)下表)；④采用微機(jī)控溫與測(cè)溫，測(cè)溫精度達(dá)到±1.5℃。
表 W6Mo5Cr4V2高速鋼碳化物級(jí)別與過(guò)熱淬火加熱溫度
共晶碳化物
不均勻度等級(jí) |
出現(xiàn)過(guò)熱(晶粒度8#)的
淬火溫度(±5℃) |
| ≤3 |
1260℃ |
| 3.5 |
1250℃ |
| 4.5 |
1245℃ |
| 7.5 |
1240℃ |
| 8.5 |
1230℃ |
3 萘狀斷口
萘狀斷口是高速鋼常見(jiàn)的組織缺陷，斷口呈魚(yú)鱗狀，類(lèi)似大理石，具有萘的光澤，斷口極粗糙，晶粒粗大(可達(dá)Ø1mm)。由于材料脆性大，強(qiáng)韌性低，高溫奧氏體化淬火時(shí)容易形成淬火裂紋。在熱鍛、軋制、壓延等熱加工時(shí)，經(jīng)1050～1100℃高溫奧氏體化，熱塑性變形在5%～10%臨界變形、精鍛溫度不當(dāng)及重復(fù)淬火時(shí)未經(jīng)中間退火(或退火不充分)等因素均易形成萘狀斷口，導(dǎo)致淬火裂紋。
預(yù)防措施為：①合理選擇精鍛溫度，嚴(yán)格控制終鍛溫度(≤1000℃)，鍛后緩冷；②鍛坯淬火前應(yīng)充分退火；③避免在5%～10%臨界變形；④進(jìn)行超晶粒細(xì)化處理等。采取以上措施可有效抑制高速鋼萘狀斷口的形成，避免產(chǎn)生淬火裂紋。
4 機(jī)械設(shè)計(jì)與冷加工不當(dāng)引起應(yīng)力集中
刀具厚薄不均、因棱角、銳邊、尖角、溝槽、孔、凸臺(tái)等形狀突變而產(chǎn)生缺口效應(yīng)以及冷加工表面粗糙、刀紋較深、存在碰傷及打標(biāo)記等均可導(dǎo)致高速鋼刀具淬火時(shí)應(yīng)力集中，從而誘發(fā)淬火裂紋。<
