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M42高速鋼含有很高的碳量和大量的合金元素。在碳元素與合金元素的共同作用下使材料具有很高的硬度、紅硬性、高耐磨性等特點(diǎn),適于制作各種高精度復(fù)雜刀具["。M42高速鋼刀具傳統(tǒng)的熱處理工藝為1190 ~1210℃淬火,550 ℃回火,一般獲得的硬度值在67~69 HRC[2,但成品刀具在使用過(guò)程中常出現(xiàn)崩齒、磨損,影響加工產(chǎn)品表面質(zhì)量。為提高M(jìn)42高速鋼刀具性能,選用國(guó)產(chǎn)材料和日本進(jìn)口材料作為研究對(duì)象,對(duì)比兩種材料在質(zhì)量上的差異,并改進(jìn)了熱處理工藝。

試驗(yàn)材料選用國(guó)產(chǎn)及日本進(jìn)口M42高速鋼,其化學(xué)成分見(jiàn)表1 ,設(shè)計(jì)硬度為67~69 HRC。將M42高速鋼材料加工成l5 mm x 15 mm的圓柱試樣,并沿軸線在端面鉆3 mm的孔。試樣經(jīng) BCM 100 型中溫鹽爐850±10℃預(yù)熱5 ~10 min后,放入BCM75型高溫鹽爐中分別在1160,1170、1180,、 1190 ℃(日本鋼)或退火工藝的適應(yīng)性問(wèn)題;只有合適的材料、在合適的鍛造情況下才適合進(jìn)行鍛造余熱退火。

而實(shí)際生產(chǎn)中,鍛造加熱溫度依據(jù)產(chǎn)品形狀以及設(shè)備能力的不同而不同。所以,汽車(chē)齒輪產(chǎn)品鍛造余熱等溫退火工藝的難點(diǎn)和關(guān)鍵要素在于晶粒尺寸的控制。

低碳合金鋼國(guó)產(chǎn)化材料8620H鋼汽車(chē)齒輪鍛坯的余熱退火工藝試驗(yàn)的成功,為國(guó)產(chǎn)化材料在精密制造業(yè).熱處理退火領(lǐng)域的工藝改進(jìn)有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。在試驗(yàn)產(chǎn)品成功批產(chǎn)的下,可以對(duì)8620H 鋼的其它鍛坯產(chǎn)品進(jìn)行鍛造余熱等溫退火工藝推廣。同時(shí)，不論國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口的原材料,只要具有合適的材料成分以及合適的鍛造變形量,通過(guò)合理控制鍛造加熱溫度、余熱退火溫度和冷卻等工藝參數(shù),就可以實(shí)現(xiàn)鍛造余熱退火。

M42鋼淬火后硬度

圖2中列出了M42高速鋼試樣經(jīng)不同溫度奧氏體化淬火后回火之前的硬度值。由圖2可見(jiàn),M42鋼經(jīng)不同溫度淬火后,硬度值均不高于65 HRC,且在相同的淬火溫度下,國(guó)產(chǎn)M42鋼淬火態(tài)的硬度高于日產(chǎn)M42鋼。另外,這兩種高速鋼淬火態(tài)的硬度都是隨著淬火溫度的增加而降低,日產(chǎn)M42鋼的這種趨勢(shì)尤為突出。這種情況主要是由于溫度升高,淬火殘留奧氏體量增加,馬氏體量相對(duì)減少的緣故。總之,高速鋼淬火后不經(jīng)回火達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的高硬度。

M42鋼淬火回火后硬度

圖3所示為國(guó)產(chǎn)M42高速鋼與日產(chǎn)M42高速鋼分別在520 ~550℃溫度回火后的硬度變化曲線圖。由圖3可見(jiàn),國(guó)產(chǎn)M42鋼與目產(chǎn)M42鋼經(jīng)回火后,硬度值均有大幅度的提高,達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。這種硬度的提高是多次回火后,二次淬火與二次硬化產(chǎn)生的現(xiàn)象[3。圖3( a)中國(guó)產(chǎn)M42鋼在520 ~ 550℃溫度回火后在1180℃和 1190℃左右處于高硬度區(qū)間;圖3(b)中日本M42鋼在520 ~550℃溫度回火后,在1180℃和1190℃左右也處于高硬度區(qū)間。在實(shí)際M42工具熱處理生產(chǎn)中,低于1180℃淬火是不采用的,原因是刀具的耐用性很差。因此,國(guó)產(chǎn)M42鋼獲得*佳高硬度值的淬火溫度應(yīng)在1180 ~1190℃。在試驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn),在同等條件下,國(guó)產(chǎn)M42鋼試件硬度均勻性比日本產(chǎn)M42鋼試件差很多,具體表現(xiàn)就是國(guó)產(chǎn)M42鋼的同一個(gè)試件多次檢測(cè)的硬度值均有一定的差異(0.1 ~0.4 HRC) ,而目本產(chǎn)M42鋼的同一試件多次檢測(cè)的硬度幾乎沒(méi)有差異。

工藝參數(shù)的選定及實(shí)踐應(yīng)用

減小M42高速鋼熱處理后的晶粒度和控制回火時(shí)碳化物析出大小可增加刀具的韌性。適當(dāng)降低淬火溫度,根據(jù)不同產(chǎn)品的尺寸合理的控制加熱時(shí)間可減小晶粒度;適當(dāng)降低回火溫度,采用多次回火,每次回火時(shí)間不要太長(zhǎng),控制好回火冷卻的速度可使析出的合金碳化物數(shù)量增加,顆粒尺寸減小,彌散度加大,既有利于硬度的提高又能增加韌性。

根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果,可以確定針對(duì)具體M42高速鋼刀具的熱處理工藝參數(shù):采用1180 ~1190 ℃進(jìn)行加熱,加熱時(shí)間按產(chǎn)品大小來(lái)確定,冷卻采用分級(jí)淬火。采用520 ~530℃三次回火,并嚴(yán)格控制回火后的冷卻速度,使每一次回火都能以較快的速度冷卻到室溫,使材料內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變充分。在隨后的試生產(chǎn)時(shí),對(duì)M42材料的刀具進(jìn)行單獨(dú)的淬、回火處理,檢測(cè)硬度達(dá)到67 ~69 HRC設(shè)計(jì)的要求。

結(jié)論

1) M42高速鋼材料淬火態(tài)的硬度值不高,一般為63~65 HRC,需要回火來(lái)提高硬度。但為了得到較好的韌性,淬火溫度不宜過(guò)高,一般采用1180 ~1190 ℃進(jìn)行加熱。

2)M42高速鋼經(jīng)520~530℃回火后,其硬度值*能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的67~69 HRC,回火溫度的提高會(huì)使其硬度值下降

3)應(yīng)嚴(yán)格控制M42產(chǎn)品回火后的冷卻速度,以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。