高速工具鋼(高速鋼)自誕生以來,作為機(jī)械加工中切削刀具的***基礎(chǔ)用材料一直被廣泛采用。目前,高速鋼刀具仍占據(jù)著刀具市場的主導(dǎo)地位。盡管鑲片硬質(zhì)合金刀具、全磨制硬質(zhì)合金刀具的發(fā)展十分迅速,但除車刀外,其他品種刀具仍以采用高速鋼材料制造為主。對于高速鋼刀具而言,盡管存在高速鋼冶煉方式的差異,但刀具的耐用與否直接地與高速鋼的化學(xué)成分以及通過合理的熱加工處理,使其建立起“化學(xué)成分一組織結(jié)構(gòu)一力學(xué)性能”三者的良好的對應(yīng)關(guān)系有關(guān)。因此,高速鋼刀具材料及熱處理工藝的控制,對于保證高速鋼刀具的使用性能極為重要。
高速鋼屬于高合金萊氏體鋼,在實際鑄錠凝固時,由于冷卻速度較快,合金元素來不及擴(kuò)散,所以在結(jié)晶和固態(tài)相變過程中的轉(zhuǎn)變不能完全進(jìn)行。通常高速鋼鍛件的鑄態(tài)組織由魚骨狀萊氏體、黑色組織和白亮組織(馬氏體+殘留奧氏體)組成。鑄態(tài)高速鋼組織中粗大的共晶碳化物必須反復(fù)鍛造和多次鍛拔將碳化物擊碎,使其盡可能成為均勻分布的顆粒狀碳化物,然后進(jìn)行去應(yīng)力退火,獲得索氏體和碳化物的組織。在鍛造時要控制終鍛溫度,溫度太低容易導(dǎo)致鍛造時開裂;溫度太高,會產(chǎn)生晶粒粗大,形成所謂的萘狀斷口。
高速鋼鍛造后或高速鋼淬火返修工件都需要進(jìn)行退火。近年來國內(nèi)外的試驗都說明,高速鋼退火時,如果保溫時間太長,會顯著降低工具的使用壽命,因此選擇合理的退火工藝規(guī)范非常重要。
高速鋼的范圍,退火溫度選擇略高。退火的保溫時間根據(jù)裝爐量等情況應(yīng)有所不同,一般應(yīng)在3-4h以上;保溫后可采用10-20℃/h的速度冷卻至600℃以下出爐,也可采用冷至740-760℃、停留4-6h、再冷至600℃以下出爐的等溫退火方法。近年來,為了縮短退火生產(chǎn)周期,提高退火質(zhì)量,開發(fā)了高速鋼鍛件高溫退火工藝,即退火溫度由原先的840-860℃,提高到880-920℃。以前的退火方法由于溫度較低,雖然保溫時間長,但高速鋼仍然不能進(jìn)行充分的再結(jié)晶,鋼材不能充分軟化。高溫退火時相變可以瞬間完成,相變進(jìn)行得很充分,進(jìn)行了完全的再結(jié)晶,因而鋼材能充分軟化。
高溫退火工藝的保溫時間大大縮短,冷卻階段的保溫時間幾乎被取消,因而退火周期大大縮短。高溫退火后高速鋼的硬度比普通退火低,切削性能更好,切削效率可以提高20%,工具的切削壽命比普通退火的高速鋼制造的工具提高15%-20%。