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怎样进行形状复杂高速钢大件的热处理

浏览次数: 日期:2017-03-16

  高速钢中含有很高的碳及大量的合金元素,热处理后硬度高达63~79HRC,这些特点使得高速钢在进行热处理时,经常会出现开裂、硬度不足、过热或过烧、局部熔蚀、变形等缺陷,特别是厚大件、复杂件的热处理。工艺分析指出:硬度不够的问题,主要是热处理过程中发生脱碳所致。热处理保温时间不够或者温度过低,也都可能造成硬度不足。过热、过烧或熔蚀的问题,是由于淬火温度过高或高温保温时间过长。出现裂纹的问题是由于淬火过热、加热速度过快、淬火冷速太快、回火不及时或不充分。形状复杂、零件截面突变,厚薄悬殊的高速钢零件,更容易发生开裂。大尺寸,大厚度,要求高硬度的高速钢零件,热处理过程中产生的应力大,淬火冷速也难以上去,加之零件不同部位的厚度差大,热处理时不仅容易开裂而且经常会出现厚的部分硬度不够,而薄的部分又发生局部过热或熔蚀的情况。

  针对上述问题,中航工业昌河飞机公司对高速钢大件的热处理进行了工艺改进。主要有以下几点:

  一、锻件毛坏及时退火。为消除坯料在锻造时产生的内应力,细化晶粒,为淬火作组织准备,高速钢锻造后必须及时退火。退火后的组织为索氏体和碳化物。

  二、优化淬火工艺。为避免高速钢中碳与合金元素的损失,热处理过程尽量采用中性盐浴保护热处理,且对盐浴采取更严格的脱氧处理。为消除切削应力,减少热处理加热过程中零件内外的温度差,在800~850℃预热的基础上,增加一次500~600℃预热,而且每次预热要热透。要恰当选择淬火加热温度,既要使碳化物充分溶解,又要避免晶粒异常长大及剩余碳化物的聚集。对于W18Cr4V钢而言,可取1260~1280℃,使奥氏体晶粒度在9到10级。同样,保温时间的选择,根据零件的大小和形状、加热介质以及使用要求,既要保证碳化物达最大溶解,又不使零件任何部分有晶粒过分长大、过烧的现象;特别是厚大件,主要保证刀刃的硬度和切削性能。应该以刀刃部位的厚度为基数来确定保温时间,以消除刀刃处晶粒粗、脆性大、开裂或局部熔蚀等缺陷。对于形状复杂的厚大件用油淬或空冷方式淬火冷却,很难既保证硬度,又不开裂,必须使用分级盐浴或多次盐浴冷却。对于W18Cr4V钢而言,可以在600~650℃等温的基础上,增加280~300℃盐浴等温处理,保证表层马氏体转变,心部的马氏体、贝氏体转变,减少应力,防止氧化。

  三、改进回火工艺。高速钢淬火后,奥氏体含量会达到30%,回火过程中很难一次消除,故采用560℃三次回火,且每次回火适当延长,在零件热透后保温一小时。

  检测证明,经热处理工艺优化后,得到细小的回火马氏体+较多的粒状碳化物及少量残留奥氏体的显微组织,硬度为63~66HRC。其综合机械性能良好,完全满足使用要求。

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