刀具高速鋼深冷處理

利用液氮深冷箱進(jìn)行刀具高速鋼深冷處理工作必須掌握好深冷工藝，并對工藝過程進(jìn)行嚴(yán)格控制；還要知道刀具材料的成分和熱處理的工藝過程。深冷處理不同于一般的表面處理，它可以使被處理工具的全部材料性能都得到提高，這樣刀具經(jīng)過多次修磨后仍能保持一致的性能。深冷處理并不能代替熱處理工藝，它是提高經(jīng)熱處理后材料機械性能的一種有效補充手段

深冷處理后效果對比
    硬質(zhì)合金刀具經(jīng)深冷處理后效果比較見附表。實驗條件：切削試件為灰鑄鐵(HT250)；刀具材料為硬質(zhì)合金；深冷處理前、后切削參數(shù)相同。
    經(jīng)過深冷處理后，材料穩(wěn)定性得到提高，有害應(yīng)力得到減小，刀具壽命有所提高。通過對灰鑄鐵零件的加工試驗證實，以同樣的切削參數(shù)加工同一零件，從附表中可看出，經(jīng)過深冷處理的刀具的平均壽命明顯提高約1.53～8.4倍左右。

       在機械加工中, 良好的紅硬性和高的耐磨性對于提高刀具的使用壽命是十分重要的。為提高刀具的使用壽命, 人們采用了多種技術(shù)措施, 其中深冷處理已在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用, 取得了可喜的效果。前蘇聯(lián)較早采用深冷處理提高高速鋼刀具使用壽命, 并將深冷處理工藝納入國家標(biāo)準(zhǔn); 美、日、英、澳大利亞等國通過研究人員的大量試驗研究, 得出的結(jié)論為: 車刀、鉆頭、銑刀和絲錐等工具經(jīng)過深冷處理后的性能明顯改善, 制作出的刀具不會因重磨而使其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而提高了刀具的耐磨性和使用壽命, 根據(jù)刀具種類和使用工況的不同, 可提高使用壽命2～ 4倍, 有的甚至更高〔1〕。

3-1 深冷處理對高速鋼紅硬性的影響

       隨著測試紅硬性附加回火溫度的提高, 無論是常規(guī)熱處理狀態(tài)還是經(jīng)過深冷處理的W 18Cr4V 及W 6Mo5Cr4V 2高速鋼, 其硬度值均不斷下降, 但在相同的附加回火溫度下, 深冷處理的高速鋼硬度值下降的程度小于常規(guī)熱處理, 且隨附加回火溫度的提高, 這種趨勢表現(xiàn)的愈加明顯, 如W 18Cr4V 高速鋼600℃、615℃和630℃附加回火后, 常規(guī)熱處理態(tài)的硬度分別下降了212、313和612HRC, 而經(jīng)- 196℃深冷處理后硬度分別下降210、219和514HRC, 比常規(guī)熱處理態(tài)相同附加回火溫度下硬度值分別高012、014和018HRC。在深冷處理與熱處理工藝組合方式相同的條件下, 隨深冷處理溫度的降低, 高速鋼紅硬性不斷提高。如W 6Mo5Cr4V 2高速鋼, 分別經(jīng)- 135℃、- 165℃和- 196℃深冷處理與常規(guī)熱處理進(jìn)行比較, 在600℃附加回火后硬度值較常規(guī)熱處理分別高117、213218HRC, 在615℃附加回火后硬度值較常規(guī)熱處理分別高119、217和319HRC, 而在630℃附加回火后硬度值較常規(guī)熱處理分別高211、314和415HRC。

       深冷處理與熱處理工藝組合方式對W 18Cr4V 和W 6Mo5Cr4V 2高速鋼的紅硬性有較大影響(見表3) ,淬火后立即進(jìn)行深冷處理然后再回火的高速鋼的紅硬性優(yōu)于淬火回火后再進(jìn)行深冷處理的; 淬火回火后再進(jìn)行深冷處理仍可使高速鋼紅硬性得到提高, 因而成品刀具使用廠家可采用深冷處理來改善高速鋼刀具的性能。W 18Cr4V 鋼紅硬性測試結(jié)果還表明, 深冷處理工藝規(guī)范對高速鋼的紅硬性亦有影響(見表4)。以630℃附加回火前后硬度相比較, 同樣在- 196℃溫度下深冷處理時, 其中以慢速長時間方式深冷處理的高速鋼硬度值的下降幅度均小于以快速短時間方式深冷處理和快速多次沖擊式深冷處理的。

3-2 深冷處理對高速鋼耐磨性的影響

      W 18Cr4V、W 6Mo5Cr4V 2兩種高速鋼深冷處理后較常規(guī)熱處理態(tài)的磨損量大幅度下降、耐磨性明顯提高(見表5)。其中, 淬火后立即進(jìn)行深冷處理然后再回火的W 18Cr4V 鋼和W 6Mo5Cr4V 2鋼耐磨性分別提高了2137倍和2113倍; 而淬火回火后再深冷處理耐磨性的提高幅度較小。

       高速鋼淬火后立即進(jìn)行深冷處理, 除大量的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體之外, 同時由于淬火馬氏體在- 196℃超低溫度處于熱力學(xué)更不穩(wěn)定的狀態(tài), 分解驅(qū)動力較大, 而且在此超低溫度下, 碳原子擴散遷移能力較弱, 便在馬氏體基體上析出大量彌散超微細(xì)碳化物,使高速鋼的抗回火性能和耐磨性均有不同程度的提高; 常規(guī)熱處理淬火回火后, 殘留奧氏體量明顯減少,且發(fā)生熱穩(wěn)定化, 馬氏體的過飽和度也降低, 此后的深冷處理雖仍可使高速鋼的紅硬性和耐磨性提高, 但提高幅度要低于淬火后立即進(jìn)行深冷處理再回火的狀態(tài)。

       深冷處理提高高速鋼的耐磨性, 是因深冷處理有利于提高室溫硬度和紅硬性并能改善高速鋼的塑韌性。

       深冷處理+ 高溫回火可使高速鋼析出更細(xì)小的數(shù)量多的E碳化物。深冷處理中由殘留奧氏體轉(zhuǎn)變的片狀不*孿晶馬氏體的周圍, 存在較寬的位錯組列區(qū)域, 這些因素均有利于鋼的塑韌性的提高〔3〕。依據(jù)摩擦學(xué)理論, 在硬度相同的條件下, 材料的塑韌性越好, 則耐磨性越高。當(dāng)硬度一定時, 材料的塑韌性越好, 磨屑脫離母體前的塑變越劇烈, 磨屑產(chǎn)生的過程也越長, 磨屑產(chǎn)生時所消耗的外力功也就越大, 材料的耐磨性也隨之提高。

3-3 深冷處理高速鋼刀具的實際應(yīng)用

      采用5種高速鋼工具對5種材料的機械零件進(jìn)行了加工, 評定了深冷處理對高速鋼刀具使用壽命的影響,結(jié)果見表6。由于加工工藝參數(shù)及加工材料的不同, 深

冷處理對提高高速鋼刀具壽命的影響也不相同, 一般可提高刀具壽命1～ 2倍。

 結(jié)論

(1) 深冷處理可提高高速鋼的紅硬性, 深冷處理溫度、工藝操作規(guī)范及深冷處理與熱處理工藝組合方式均對高速鋼的紅硬性產(chǎn)生影響。

(2) 深冷處理可提高高速鋼的耐磨性, 淬火后立即進(jìn)行深冷處理再回火處理, 可使高速鋼耐磨性提高1倍以上。

(3) 深冷處理顯著提高高速鋼刀具使用壽命。