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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，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(或樹枝狀)分布于鋼基體內(nèi)。鋼錠經(jīng)開坯壓延和軋制后，合金碳化物雖有一定程度的破碎和細化，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，熱加工時易導(dǎo)致金屬表層和內(nèi)層形成微裂紋，最終在淬火時因裂紋擴展而導(dǎo)致材料報廢。大型鋼錠在冶煉、軋制或鍛造等熱加工過程中形成的宏觀冶金缺陷如疏松、縮孔、氣泡、偏析、白點、樹枝狀結(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)致淬火時應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力大于材料強度極限時便會產(chǎn)生淬火裂紋。
預(yù)防措施為：①選用小鋼錠開坯軋制各種規(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、碳化物小、組織均勻、無宏觀冶金缺陷等優(yōu)點；③對不合格原材料進行改鍛，擊碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物不均勻度≤3級；④采取高溫分級淬火、再高溫回火的預(yù)處理工藝，通過精確控溫等措施，可有效避免高速鋼原材料冶金缺陷引起的淬火裂紋。

2 高速鋼過熱、過燒組織

高速鋼過熱、過燒組織的特點為晶粒顯著粗化，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，形成過燒組織，顯著降低晶間結(jié)合力和鋼的強韌性。引起高速鋼過熱、過燒組織的主要原因有：淬火加熱溫度過高，測溫和控溫儀表失準(zhǔn)；鹽浴爐淬火加熱時，因鹽浴表面煙霧導(dǎo)致輻射高溫計測溫出現(xiàn)誤差；變壓配電盤磁力開關(guān)失靈；刀具加熱時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太高等。高速鋼過熱、過燒組織極易導(dǎo)致淬火裂紋。
預(yù)防措施為：①嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，共晶碳化物級別應(yīng)≤3～3.5級；②原材料入庫和投產(chǎn)前應(yīng)作金相檢查，確保無宏觀冶金缺陷；③刀具淬火加熱前用試片校驗高溫鹽浴爐，檢查晶粒等級與淬火加熱溫度的關(guān)系是否合理(參見下表)；④采用微機控溫與測溫，測溫精度達到±1.5℃。
表  W6Mo5Cr4V2高速鋼碳化物級別與過熱淬火加熱溫度
共晶碳化物
不均勻度等級		 出現(xiàn)過熱(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的組織缺陷，斷口呈魚鱗狀，類似大理石，具有萘的光澤，斷口極粗糙，晶粒粗大(可達Ø1mm)。由于材料脆性大，強韌性低，高溫奧氏體化淬火時容易形成淬火裂紋。在熱鍛、軋制、壓延等熱加工時，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進行超晶粒細化處理等。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 機械設(shè)計與冷加工不當(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應(yīng)力集中，從而誘發(fā)淬火裂紋。<
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