对W18Cr4V钢的特殊淬火工艺的研究

对W18Cr4V钢的特殊淬火工艺的研究W18Cr4V钢是W系高速工具钢，高速钢的淬火工艺比较特殊：即经过两次预热、高温淬火，然后再进行三次高温回火。生产中必须严格控制淬火加热及回火温度，淬火、回火保温时间，淬火、回火冷却方法。如果控制不当，易产生过热、过烧。萘状断口、硬度不足及变形开裂等缺陷。油韧性处理可提高该钢的塑性。第一次预热可烘干工件上的水分。第二次预热，使索氏体向奥氏体的转变可在较低温度内发生。高速钢中含有大量难的合金碳化物，淬火加热时，温度必须足够高，才可使合金碳化物溶解到奥氏体中，淬火之后马氏体中的合金元素含量才足够高，钢才会具有高的红硬性。对高速钢红硬性影响最大的合金元素是W、Mo、及V，只有在1000℃以上时，其溶解量才急剧增加。当温度≥1300℃时，各元素溶解量虽然还有增加，但奥氏体晶粒则急剧长大，甚至在晶界发生熔化现象，致使钢的强度、韧性下降。对高速钢来说，合适的晶粒度为9.5～10.5级。W18Cr4V钢具有高强度、高抗压性、高热稳定性、高硬度及高温硬度，该钢的红硬性很好，耐磨性较好，回火稳定性好，淬硬深度大，其承载能力居各种模具钢之首。但韧性较差，切削加工性较差，导热性较差，淬火不变形性中等，该钢成本高、制造工艺不佳，热处理工艺复杂，淬火、回火以后的零件变形难以控制。但在使用中发现该钢脆性较大，易于产生崩刃现象，其主要原因是碳化物不均匀性较大。高速钢锻造以后必须经过球化退火，有利于切削加工。返修工件在第二次淬火前也要进行球化退火。否则，第二次淬火加热时，晶粒将过分长大而使工件变脆。冷压毛坯软化处理工艺，采用上限温度加热，分段等温，再附加等温回火过程。高速钢在淬火时要进行两次预热，原因在于高速钢中含有大量合金元素，导热性较差，以免引起工件变形或开裂，特别是对大型复杂工件则更为突出。通过先预热，可缩短在高温处理停留的时间，这样可减少氧化脱碳及过热的危险性。淬火温度对该钢的性能影响较大，淬火温度上长升，则耐磨性、抗压性、热稳定性提高，钢的韧性随温度的下降而增高。1230～1250℃淬火加热出现抗弯强度的峰值，地550～570℃回火后具有最佳的综合力学性能。表面脱碳层还明星地加剧该钢淬裂和磨裂敏感倾向。淬火冷却通常在油中进行。但对形状复杂、细长杆状或薄片零件可采用分级淬火和等温淬火等方法。分级淬火后使残余奥氏体体量增加20%～30%，使工件变形、开裂倾向减小，使强度、韧性提高。油淬及分级淬火后的组织为马氏体+碳化物+残余奥氏体。等温淬火以后，与分级淬火相比，其主要淬火组织中除马氏体、碳化物、残余奥氏体外，还含有下贝氏体。等温淬火可进一步减小工件变形，并提高韧性。进行分级淬火时，如果在分级温度停留时间过长，就会可能大量析出二次碳化物。等温淬火所需时间一般较长，随等温时间不同，所获得的贝氏体数量不同，在生产中通常只能获得40%的贝氏体，而等温时间过长可显增加残余奥氏体量。这需要在等温淬火后进行冷处理或采用多次回火来削除残余奥氏体，否则将会影响回火后钢的硬度及热处理质量。为发消除淬火应力、稳定组织、减少残余奥氏体量、达到所需的性能，高速钢一般在进行三次560℃的高温回火处理。高速钢的回火转变比较复杂。在回火过程中马氏体和残余奥氏体发生变化，过剩碳化物在回火时不发生变化。