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高速钢淬火加热温度
 
常用高速钢刀具淬火加热温度范围。实际操作中,通常温度的上限和下限分别对应着可获得的最高的和起码的二次硬化水平。当然还应根据工件的类别、尺寸及所用设备的温度控制精度等选定仪表的温度设定值。
从刀具类型上看,车刀、立铣刀、钻头等形状较简单,尤其是单刃刀具,其强韧性要求不高,可采用较高的淬火加热温度,以充分发挥钢的红硬性潜力;而形状复杂、细长或薄片者,尤其是多刃刀具如滚刀,则选用适中的或较低的淬火加热温度。同一种工具、不同尺寸者,则适用于两种情况:①尺寸越大,可采用温度越高。如车刀、钻头类,不论尺寸大小其原材料组织差别不会很大,适应淬火的特征相近;大尺寸工件则选用较高的淬火加热温度更适宜。②尺寸越大,选择温度越低,如齿轮刀具。这是因为齿轮刀具材料的碳化物不均匀与尺寸大小有关,大尺寸者由于碳化物不均匀,易在晶粒不均或碳化物堆积处发生组织过热,必须适当降低淬火加热温度、延长保温时间。同时,大型齿轮刀具单价价值昂贵,为了保证其淬火—回火—磨削过程的安全性,要求略降低其淬火加热温度。
淬火加热温度的选择还与炉型、炉况有关。采用真空炉时,因加热速度慢,均热(保温)时间长,必须选择略低于盐浴炉淬火的加热温度,否则易产生晶粒长大。
根据工具厂的实践经验,所谓“炉号因素”对淬火加热温度的选择也很重要。长期以来,在正规的工具制造厂,为了慎重地选定淬火加热温度,通常按钢厂供货炉号投料进行简单的工艺试验,以确定淬火加热温度,从而避免不同炉号因素可归结为碳饱和度这一成分参数[6]来处理,这时其他钢种,包括通用型高速钢的炉号问题也提供了一个简单的方法。即同一钢种,不同炉号,碳饱和度相近的,其淬火特征也相近;碳饱和度高的,适用的淬火加热温度相应低些;碳饱和度低的,可选用较高的淬火加热温度。否则就会在淬火加热后出现部分加热不足、部分又有过热的现象,影响工具的最终性能。无Co或低Co超硬高速钢,炉号的影响更为重要,对于要求硬度66HRC以上的刀具,尤其强调不能使用“混号”钢。
淬火显微组织检验及质量控制
高速钢刀具淬火的主要难点在于所要求的奥氏体化条件距钢的熔点仅有20~30℃。由于盐浴炉测控温度困难,人们从长期实践中摸索出用淬火态显微组织判定和监控淬火加热温度(及时间)的成套经验。组织因素有:晶粒度及其均匀性,过热网状碳化物及过烧莱氏体和碳化物溶解程度。
通用型高速钢典型的正常淬火组织的晶粒度为9~11(ASTM)级的均匀晶粒,未溶碳化物为粒状或退火态中原有的块状。粗限(9级)对应着该钢常用淬火温度的上限,其未溶碳化物颗粒数较少,粒度较粗,总量较少;细限(11级)对应着该钢常用淬火温度的下限,其未溶碳化物的数量较多,粒度较细,总量较多。而它们的二次硬化能力显然也是不同的。不同种类刀具由于对硬度和强韧性的要求不同,对淬火组织(在正常范围内)提出更细致的要求,是选择不同淬火温度的依据。当淬火加热温度值因设备原因而达不到规定的精度要求时,就只能反过来用淬火组织监控炉况。
淬火组织被判为不良或不合格的有3类:①晶粒度走出要求的范围,超粗者称为晶粒过热,超细者称为欠热。晶粒大小严重不匀,有混晶现象,亦视为不良淬火组织。②碳化物组织恶化,出现网状碳化物,称碳化物过热。③因高温下局部(微区)溶化而形成微量莱氏体(为区别铸态莱氏体,亦称此为淬火莱氏体或二次莱氏体),称为过烧。为了显示清晰,过热和过烧两种淬火缺陷组织都要在回火态观察,方能认定无误。
上述不良或不合格组织出现后,对工件的处理也有所区别。所谓欠热的工件,只要回火硬度合格,一般不作返修。晶粒过热和严重混晶,则应退火后重新淬火。碳化物过热和过烧,则无法通过热处理改正,凡属此类缺陷的工件只能报废。
因而,淬火操作中最需防止的是碳化物过热和过烧,尤其是碳化物过热,因其产生的温度低于过烧,而且往往可以在晶粒度并未超粗的情况下发生,所以在用显微组织鉴别淬火质量时,特别要注意高温下未溶碳化物组织形态的变化。
在利用显微组织监测淬火炉况时,需分清异常情况与炉温的关系。对于一种被淬材料,欠热→晶粒过热→碳化物过热→过烧,这一系列异常现象基本上是随炉温上升而发生的,因而可以根据试样(或工件)的组织调控炉温。但晶粒严重不均(混晶)和碳化物堆积处的碳化物过热则并非炉温偏高,而是由于原始组织不良引起的。最常见的晶粒不均是在大尺寸工件中碳化物带及其周边晶粒附近。晶粒大小是与碳化物颗粒密度相联系的。另一种混晶是由于未做重结晶退火所致,粗、细晶区的碳化物状况相同。上述由原材料组织问题导致的淬火组织缺陷不能作为显微的监测炉况的根据。
 
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