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碳素工具钢圆刀片的热处理

1.球化退火

圆刀片球化退火常作为最终热处理前的预备热处理,其目的有三个。

(1)圆刀片软化毛坯。球状碳化物比片状碳化物切削阻力小,圆刀片对球状碳化物切割的机会也比片状少,有利于切削加工,同时也使工具表面的粗糙度值减小。表2 -6为T8钢珠光体球化级别与退火硬度的关系(某厂统计值),图2 -8为国内一些冶金厂的生产统计结果,其中,球化较好的组织(3-4级)的平均硬度最低,而球化级别偏低和偏高的(如1级、6级)其硬度均高。

(2)为圆刀片淬火提供理想的预备组织。碳化物球化后,在淬火加热时不易溶解,未溶的碳化物起到阻碍晶粒长大的作用,细化了淬火马氏体组织,提高了材料的强韧性。另外,淬火组织中保留一定数量的细小、均匀、圆整的剩余碳化物,可增加工具的耐磨性和强韧性。表2-7为T8钢不同原始组织对淬火后静弯曲强度的影响,图2 -9为渗碳体形态对Tl0钢疲劳裂纹扩展速率的影响

(3)球化组织淬火加热时过热敏感性低,可减少畸变和开裂倾向。

碳素钢圆刀片球化退火工艺方法有以下几种。

(1)在稍低于Ac,的温度下长时间加热保温球化退火。采用这种方法,如果原始组织为马氏体或贝氏体,球化过程是从这些非平衡组织的基体上析出碳化物并长大为球状,实质是淬火加高温回火,形成回火珠光体;若原始组织为片状珠光体,球化则是通过溶解和沉积的碳扩散过程,使片状渗碳体首先断开,然后逐渐变成球状,这种工艺方法生产周期长,不宜采用。

(2) -般球化退火。亦称缓冷球化退火,是将钢加热到略高于Ac.的温度,保温后缓冷,在缓冷过程中形成粒状珠光体,是常用的球化退火方法,但球化质量一般不如等温球化退火。

(3)等温球化退火。是将钢加热到略高于Ac,的温度,保温  后较快地冷却到Ar.稍下的温度,进行较长时间的等温,在等温过程完成球状珠光体的转变,是常用的退火方法,球化质量一般优于普通球化退火。

(4)周期球化退火。是将钢加热到略高于Ac,的温度保温一定时间,然后冷却到Ar,稍下的温度保温一定时间,再次加热到略高于Ac.以上某一温度保温一定时间,再次冷却到Ar.稍下的温度保温一定时间,如此往复多次。这种圆刀片工艺方法球化质量好,但工艺复杂,适用于难于球化,而且又对球化质量要求很严的场合。

(5)形变球化退火。是一种施以形变后再进行球化退火的工艺方法,目前仍在试验过中。

此外,球化方法还有快速球化和往复热处理多次球化法等。

影响球化质量的因素有以下几个方面。

(1)化学成分的影响。碳素工具钢随着含碳量的增加,碳化物的数量增多,可获得球状碳化物的奥氏体化的加热温度范围增宽,这是Tl0一T13含碳量高的碳素工具钢相对于含碳量较低的T7~T9钢易于球化的重要原因。因为在同样的加热温度下,含碳量较高的钢剩余碳化物质点多,奥氏体成分不均匀性大,有利于球状碳化物核心的形成。

(2)原始组织的影响。原始组织越细,在奥氏体化时所得到的残留碳化物颗粒也越多,冷却时的球化核心也越多.球化效果便越好;反之,球化效果就差。如果原始组织中有网状碳化物,经球化退火后可变成断续链状碳化物,需要预先用正火的办法加以消除。正常锻轧后空冷和经正火后的组织都比较细小,是良好的球化退火前的原始组织。

(3)加热温度和加热时间的影响:当加热温度比较低(如稍高于Ac,)且加热时间又较短时,原片状珠光体中的碳化物溶解不够充分,退火后将得到细粒状加细片状混合的珠光体组织,通常称为“欠热组织”。当球化退火加热温度过高时,碳化物大量溶入奥氏体,残留碳化物数量减少,奥氏体成分趋向均匀,因形成球状碳化物的核心减少,退火后将得到部分或全部粗大片状珠光体,这就是“过热组织”。欠热组织和过热组织相比较,欠热组织片间距小,片的尺寸短小,当珠光体片层间距稍大时,片的尺寸仍然短小且弯曲;过热组织的片间距大,片长且直,即使片间距小,片的形态仍然是长而直的。

(4)冷却速度的影响。在球化的冷却条件下,冷速慢或等温温度高时,碳化物颗粒聚集尺寸增大;冷速快或等温温度低时,因过冷度增大,碳化物形核率增加,加之聚集不充分,所得碳化物的颗粒细小。

综上所述,在原始组织正常的条件下,加热温度高于Ac-的球化退火,加热温度及保温时间是决定碳化物是否球化的关键因素,如果加热温度合适,保温时间正常,就可得到球状珠光体组织。冷却速度或等温温度则是影响碳化物弥散度(即尺寸大/J、)的关键因素,冷却速度慢或等温温度高,碳化物聚集充分,尺寸较大,反之则细小。换言之,碳化物的形态取决于加热温度和保温时间,碳化物尺寸取决于冷却速度或等温温度。

碳素工具钢圆刀片常用球化退火工艺规范见表2 -8。

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