碳素工具钢的热处理操作如何进行?

来源:热处理实用数据速查手册作者:网络整理

    首先应确定热处理工艺参数。根据临界温度、材质状况、设备仪表、装炉量确定加热温度和保温时间。根据等温转变图和工件形状尺寸确定淬火方法和淬火介质。

    高碳工具钢加热时易氧化脱碳,空气炉加热应保护,盐浴炉加热应脱氧捞渣。高碳工具钢的临界温度见表2-14

    2-14    高碳工具钢的临界温度

高碳工具钢的临界温度

 

    由于高碳工具钢含有大量碳化物,一般预先用锻造、反复镦粗、拔长将碳化物击碎,然后进行等温球化退火,若有网状碳化物存在,则要先正火再球化退火。也可以正火后再高温回火

    球化退火的工艺参数是温度比Ac1高出20~40℃,大型模锻件应分阶段升温,一般到温后保温2~4h,以充分奥氏体化,并保留一定数量的二次渗碳体,然后以30~50/h(或炉温)冷却到680~ 700℃等温48h,使以二次渗碳体为核心的碳化物充分球化。然后炉冷到550℃以下出炉空冷。正火温度控制在高出Ac3Accm3050℃,其奥氏体化时间与退火相同。球化退火周期长,炉气氛控制碳浓度在w(C)=0.8%左右,如果退火后加工余量大则可以不保护。脱碳层可以切除掉,不影响后续的淬火、回火硬度。退火时要防止石墨析出。

    在加工工艺过程中为消除加工应力和冷作硬化,常穿插进行去应力退火,用620~680℃保温1~2h空冷,以减少以后淬火变形和开裂。

    高碳工具钢的淬火温度在760~ 800℃之间,T7钢的化学成分属亚共析钢,常用来做耐冲击的工具,淬火温度取上限。共析钢奥氏体均匀化的时间短,加热温度取中下限好,要防止过热晶粒粗大和淬火后增加刀具脆性。加热时间系数因炉型、装炉量等有关,由于工具要有一定耐磨性,往往加热时不使二次渗碳体全体溶解,保留一部分二次渗碳体既可阻止加热时过热,又可增加耐磨性.碳素工具钢的淬火加热时间系数见表2-15

    2-15    碳素工具钢的淬火加热时间系数

 碳素工具钢的淬火加热时间系数

 

    高碳工具钢的淬火介质一般用质量分数为5%~10%NaCl水溶液,温度低于40℃,形状特别复杂的刀具可用双液淬火,即水淬一油冷。也可在150~ 200℃进行硝盐分级和等温处理,不管采用什么方法淬火,要保证切削工具的硬度达60HRC以上,碳素工具钢的冷作模具的硬度在58~ 62HRC左右。

   碳工具钢淬火后作为工模具都需经过低温回火,即160~ 200℃,保温2h以上,使金相组织达到国家规定的标准为宜。

    高碳工具钢碳化物导热系数低,淬透性低,稍大刀具和模具淬火后内外组织不一致,应力较大,在操作中淬火加热前应预热,既除去水分防止爆炸,又减少升温过快,里外温差大,应力大的缺点。箱式炉加热用阶梯升温,在500~600℃保温30min继续升温可达到同样的效果。

    淬火前预冷到750℃左右放入介质中也可以减少淬火畸变和开裂。但温度不能降到Ar1以下,防止出现非马氏体组织,冷却到樱红色赶快入水。

    高碳工具钢也可以用调质处理,其目的是使表面得到很低的表面粗糙度值,以及减少滚压成形的公差,调质后得到中等大小的球状碳化物,并能将硬度控制在较小的范围。调质工艺常用800~ 830℃油冷,在640~ 680℃回火23h空冷,使球化级别控制在2~3级,硬度控制在190~ 210HBW范围内。

    例如T8钢,在800~ 820℃淬油,560~ 580℃回火2h,可得到索氏体型点状球化组织。

    高碳钢冲头用调质作为预备热处理,其冲头寿命高于用球化退火的冲头。

    高碳工具钢有回火脆性,若在200~ 300℃范围内回火,韧性会降低。