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,選用國產(chǎn)材料和日本進(jìn)口材料作為研究對象,對比兩種材料在質(zhì)量上的差異,并改進(jìn)了熱處理工藝。

試驗材料選用國產(chǎn)及日本進(jìn)口M42高速鋼,其化學(xué)成分見表1 ,設(shè)計硬度為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。

低碳合金鋼國產(chǎn)化材料8620H鋼汽車齒輪鍛坯的余熱退火工藝試驗的成功,為國產(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)有了一個新的認(rèn)識。在試驗產(chǎn)品成功批產(chǎn)的下,可以對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，不論國產(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,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,馬氏體量相對減少的緣故?？傊?高速鋼淬火后不經(jīng)回火達(dá)不到設(shè)計要求的高硬度。

M42鋼淬火回火后硬度

圖3所示為國產(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,國產(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,國產(chǎn)M42鋼獲得*佳高硬度值的淬火溫度應(yīng)在1180 ~1190℃。在試驗過程中還發(fā)現(xiàn),在同等條件下,國產(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)就是國產(chǎn)M42鋼的同一個試件多次檢測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的硬度幾乎沒有差異。

工藝參數(shù)的選定及實踐應(yīng)用

減小M42高速鋼熱處理后的晶粒度和控制回火時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,每次回火時間不要太長,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)試驗的結(jié)果,可以確定針對具體M42高速鋼刀具的熱處理工藝參數(shù):采用1180 ~1190 ℃進(jìn)行加熱,加熱時間按產(chǎn)品大小來確定,冷卻采用分級淬火。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,對M42材料的刀具進(jìn)行單獨(dú)的淬、回火處理,檢測硬度達(dá)到67 ~69 HRC設(shè)計的要求。

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,需要回火來提高硬度。但為了得到較好的韌性,淬火溫度不宜過高,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)計要求的67~69 HRC,回火溫度的提高會使其硬度值下降

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。