【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 高速鋼的熱處理包括：機(jī)械加工前的球化退火處理和成形后的淬火回火處理。 ①高速鋼球化退火。高速鋼鍛造以后必須經(jīng)過(guò)球化退火。其目的不僅在于降低鋼的硬度，以利于切削加工。而且也為以后的淬火做好組織準(zhǔn)備。另外，返修工件在第二次淬火前也要進(jìn)行球化退火。否則，第二次淬火加熱時(shí)，晶粒將過(guò)分長(zhǎng)大而使工件變脆。 ②高速鋼淬火。高速鋼的熱處理工藝曲線如圖所示。高速鋼的淬火工藝比較特殊：即經(jīng)過(guò)兩次預(yù)熱、高溫淬火，然后再進(jìn)行三次高溫回火。 高速鋼淬火時(shí)進(jìn)行兩次預(yù)熱。其原因在于：①高速鋼中含有大量合金元素。導(dǎo)熱性較差、如果把冷的工件直接放人高溫爐中。會(huì)引起工件變形或開裂，特別是對(duì)大型復(fù)雜工件則更為突出。②高速鋼淬火加熱溫度大多數(shù)在1200℃以上，如果先預(yù)熱。可縮短在高溫處理停留的時(shí)間，這樣可減少氧化脫碳及過(guò)熱的危險(xiǎn)性。 高速鋼第一次預(yù)熱溫度在600~650℃可烘干工件上的水分。第二次預(yù)熱溫度在800~820℃，使索氏體向奧氏體的轉(zhuǎn)變可在較低溫度內(nèi)發(fā)生。 高速鋼中含有大量難溶的合金碳化物，淬火加熱溫度必須足夠高才可使合金碳化物溶解到奧氏體中。淬火之后馬氏體中的合金元素含量才足夠高。而只有合金元素含量高的馬氏體才具有高的紅硬性。圖中已經(jīng)表示出了淬火溫度對(duì)奧氏體(或馬氏體)內(nèi)合金元素含量的影響、由此可知，對(duì)高速鋼紅硬性影響最大的合金元素是W、Mo及V只有在1000℃以上時(shí)。其溶解量才急劇增加。溫度超過(guò)1300℃時(shí)，各元素溶解量雖然還有增加，但奧氏體晶粒則急劇長(zhǎng)大。甚至在晶界處發(fā)生熔化現(xiàn)象，致使鋼的強(qiáng)度、韌性下降。所以在下發(fā)生過(guò)熱的前提下，高速鋼淬火溫度越高。其紅硬性越民在生產(chǎn)中常以淬火狀態(tài)奧氏體晶粒的大小來(lái)判斷淬火加熱溫度是否合適。對(duì)高速鋼來(lái)說(shuō)。~。 淬火冷卻通常在油中進(jìn)行。但對(duì)形狀復(fù)雜、細(xì)長(zhǎng)桿狀或薄片零件可采用分級(jí)淬火和等溫淬火等方法。分級(jí)淬火后使殘余奧氏體量增加20%~30%，使工件變形、開裂傾向減小，使強(qiáng)度、韌性提高。油淬及分級(jí)淬火后的組織為馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。如圖所示。 等溫淬火也稱奧氏體淬火。也有人稱之為無(wú)變形淬火。等溫淬火和分級(jí)淬火相比。其主要淬火組織中除馬氏體，碳化物、殘余奧氏體外，還有了下貝氏體。等溫淬火可進(jìn)一步減小工件變形，并提高韌性。 最后應(yīng)提出，分級(jí)淬火的分級(jí)溫度停留時(shí)間一般不宜太長(zhǎng)，否則二次碳化物可能大量析出。等溫淬火所需時(shí)間較長(zhǎng)。隨等溫時(shí)間不同，所獲得貝氏作量不同，在生產(chǎn)中通常只能獲得40%的回氏體。而等溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可大大增加殘余奧氏體量。這需要在等溫淬火后進(jìn)行冷處理或采用多次回火來(lái)消除殘余奧氏體。否則將會(huì)影響回火后的硬度及熱處理質(zhì)量。 ③高速鋼回火。為了消除淬火應(yīng)力、穩(wěn)定組織、減少殘余奧氏體量、達(dá)到所需要的性能。高速鋼一般要進(jìn)行三次560℃的高溫回火處理。高速鋼的回火轉(zhuǎn)變比較復(fù)雜。在回火過(guò)程中馬氏體和殘余奧氏體發(fā)生變化，過(guò)剩碳化物在回火時(shí)不發(fā)生變化。 綜上所述，高速鋼在熱處理操作時(shí)。必須嚴(yán)格控制淬火加熱及回火溫度，淬火、回火保溫時(shí)間，淬火、回火冷卻方法。上述工藝參數(shù)控制不當(dāng)，易產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒、萘狀斷口、硬度不足及變形開裂等缺陷。 (4)高速鋼系列的演變。目前國(guó)內(nèi)外高速鋼的種類約有數(shù)十種，按其所含含金元素的不同。可分為三個(gè)基本系列。即W系Mo系和WMo系等。W系高速鋼以W18Cr4V為例。W18Cr4V鋼具有很高的打硬性?？梢灾圃煸?00℃以下工作的工具但在使用中發(fā)現(xiàn)W系高速鋼的脆性較大，易于產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，其主要原因是碳化物不均勻性較大所致、為此。相應(yīng)發(fā)展了Mo系高速鋼。從保證紅硬性角度看，Mo與W的作用相認(rèn)。Mo系高速鋼是以Mo為主要合金元素。常用鋼種有M1和M10(W2Mo8Cr4V和Mo8Cr4V2)。Mo系高速鋼具有碳化物不均勻性小和韌性較高的優(yōu)成但又存在兩大缺點(diǎn)。限制了它的應(yīng)用一是脫碳傾向性較大。故對(duì)熱處理保護(hù)要求較嚴(yán)：二是晶粒長(zhǎng)大傾向性較大。易于過(guò)熱，故應(yīng)嚴(yán)格控制淬火加熱溫度，淬火加熱溫度為 1175~1220℃(W系高速鋼淬火溫度為1250~1280℃)。 自50年代以來(lái)，又發(fā)展了特殊用途的高速鋼。包括 ①高釩高速鋼。高釩高速鋼主要是為適應(yīng)提高耐磨性的需要而發(fā)展起來(lái)的。最早形成9Cr4V2鋼、為了進(jìn)一步提高鋼的紅硬性和耐磨性而形成了高碳高釩高速鋼，如W12Cr4V4Mo及W6Mo5Cr4V3。增加V含量會(huì)降低鋼的可磨削性能使高釩鋼應(yīng)用受到一定限制。 通常含V約3%的鋼。尚可允許制造較復(fù)雜的刃具。而含V量為4%~5%時(shí)。則宜制造形狀簡(jiǎn)單或磨削量小的刃具。 ②高鈷高速鋼。含Co高速鋼是為適應(yīng)提高紅硬性的需要而發(fā)展起來(lái)的。 在高 Co高速鋼中通常含有 Co5%~ 12%，如 W7Mo4Cr4V2CoW2Mo9Cr4VCo8等。但隨著含Co量的增加。會(huì)使鋼的脆性及脫碳傾向性增大。故在使用及熱處理時(shí)應(yīng)予以注意。例如含Co10%的鋼已不適宜于制造形狀復(fù)雜的薄刃工具。 ③(如耐熱合金等)的需要，在綜合高碳高釩高速鋼與高碳高鈷高速鋼優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上而發(fā)展起來(lái)的。這種鋼經(jīng)過(guò)熱處理后硬度可達(dá)HRC68~70，具有很高的紅硬性與切屑性能。典型鋼種為美國(guó)的M42(W2Mol0Cr4VCo8)和M44(W6Mo5Cr4V2Co12)等。 (5)發(fā)揮高速鋼性能潛力的途徑： ①提高含碳量。近年來(lái)，世界各國(guó)都普通趨向提高高速鋼的含碳量，其目的是增加鋼中碳化物的含量。以獲得最大的二次硬化效應(yīng)。但含碳量過(guò)高會(huì)增加碳化物的不均勻性。使鋼的塑性、韌性下降。還會(huì)導(dǎo)致鋼的熔點(diǎn)降低。碳化物聚集長(zhǎng)大傾向性增大這對(duì)鋼的組織和性能不利。自70年代以來(lái)，人們提出用平衡碳理論(前面已講過(guò))來(lái)計(jì)算高速鋼的最佳含碳量。 例如，%~%按平衡假理論計(jì)算，%~%，淬火回火后其硬度才可達(dá)HRC67~68， 625℃回火時(shí)其紅硬性提高三個(gè)HRC讀數(shù)。 ②進(jìn)一步細(xì)化碳化物。前已指出，細(xì)化碳化物可提高動(dòng)性、防止崩刃，是充分發(fā)揮高速鋼性能潛力的重要方法。除了在生產(chǎn)中采用鍛、軋方法外。還可采用以下措施。一是改進(jìn)冶煉、澆注工藝。以減少碳化物的偏析，如生產(chǎn)上采用電渣重溶可以顯著細(xì)化菜氏體共晶組織。改善鋼中碳化物的不均勻性。在澆注工藝上宜采用200一300kg的小錠。使鋼液凝固速度加快，以減少鋼錠中的宏觀液析。二是采用粉末冶金方法，從根本上消除菜氏體共晶組織。以徹底解決高速鋼中碳化物的不均勻性。采用這種方法可以得到極為細(xì)小的碳化物(＜ 1um)，而且分布均勻。與普通方法生產(chǎn)的高速鋼相比。這種方法可提高鋼的韌性與紅硬性。但粉末冶金生產(chǎn)高速鋼的主要缺點(diǎn)是。成本高，質(zhì)量 不穩(wěn)定。 ③表面處理工藝的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高高速鋼的切削能力在淬火回火后還可進(jìn)行表面處理。例如，蒸汽處理、低溫氰化、軟氮化、硫氮共滲或采用硫氛共修一蒸汽處理的復(fù)合工藝等。如哈爾濱一工具廠采用蒸汽處理后可使鉆頭壽命提高20%左右。 應(yīng)該指出，高速鋼的表面處理是在最終熱處理后進(jìn)行的。故表面處理的溫度不應(yīng)超過(guò)回火溫度，以免使刀具軟化。同時(shí)因刃具已成形，故應(yīng)防止刃具發(fā)生變幾間)高速鋼的發(fā)展方向。在國(guó)外，通過(guò)研究已探索出新的合主化方案。當(dāng)前已在生產(chǎn)中形成初見(jiàn)成效的兩個(gè)方向： ①低碳高速鋼(M60~67)。這種鋼是采用含Co超硬高速鋼的合金成分。%左右，通過(guò)滲碳及隨后的淬火、回火。使表層達(dá)到超高硬度(HRC70)故又稱滲碳高速鋼。 ②無(wú)碳的時(shí)效型高速鋼。這種鋼是在高w高M(jìn)o的基礎(chǔ)上。加入15%以上的Co。甚至可高達(dá)25%的Co，經(jīng)固溶處理加時(shí)效以后。硬度可達(dá)HRC68~70，它的紅硬性比一般高速鋼高100℃、比含Co的超硬型高速鋼高50℃以上。經(jīng)L述處理后可使工具的切削性能、高溫強(qiáng)度及耐磨性發(fā)生重大變化。 1975年在法國(guó)的國(guó)際高速鋼會(huì)議上有人提出，含有低碳(%)高W(約20%)高鈷(25%)的高速鋼。在600一650℃回火時(shí)。拆出(Fe、Co)7W6型金屬問(wèn)他合物。當(dāng)溫度上升到650~670℃時(shí)，其硬度可達(dá)HRC68，在720℃回火時(shí)，硬度仍保持HRC60。 此類型的高速鋼切削鈦合金時(shí)。其壽命比W18Cr14V高出20~30倍。 對(duì)于目前正在使用的各種高速鋼。仍需進(jìn)一步研究各種合金元空(包括殘余元素和微量合金元素)的作用，以便進(jìn)一步提高其使用性能和工藝性能。 最后應(yīng)指出，目前高速鋼的使用范圍已經(jīng)超出了切削工具范圍。已開始在模具方面應(yīng)用。近年來(lái)多輥軋輥以及高溫彈簧、高溫軸承和以高溫強(qiáng)度、耐磨性能為主要要求的零件，實(shí)際上都是高速鋼可以發(fā)揮作用的領(lǐng)域。 　 3 模具用鋼 模具是機(jī)械制造、無(wú)線電儀表、電機(jī)電器等工業(yè)部門中制造零件的主要加工工具。模具的質(zhì)量直接影響著壓力加工工藝的質(zhì)量、產(chǎn)品的精度產(chǎn)量和生產(chǎn)成本、而模具的質(zhì)量與使用壽命除了靠合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的影響。因此，為了正確選用鋼材，制訂和改進(jìn)熱處理工藝，提高模