（1）薄片铣刀的规格和用料 薄片铣刀规格为ϕ230mm×4mm；所用高速钢应经反复锻造成厚盘状，碳化物不均匀度≤5级。下料时从盘状毛坯上锯切。薄片铣刀应选择韧性相对较好的高速钢制作，如W6Mo5Cr4V2和W2Mo9Cr4V2钢等。
（2）具体牌号及技术要求 使用高速钢牌号为W6Mo5Cr4V2，热处理后要求如下。
1）硬度为63～66HRC。晶粒度为10.5～11级。
2）平面度误差≤0.15mm。
3）脱碳层深度<预留磨量的1/2。
（3）工艺分析 该铣刀的技术难度在于控制淬火变形和保证热处理后有较好的韧性、良好的耐磨性和一定的热硬性。为此，须采取多种措施解决变形问题，并兼顾性能要求。
1）淬火前进行600～650℃×4～6h的去应力处理，消除机械加工后的残余应力。
2）采用多段预热和多段分级冷却，减小加热和冷却过程的热应力。
3）采用较低的淬火加热温度，以期增加高温状态下的变形抗力，获得较高的韧性，并兼顾耐磨性和热硬性要求。
（4）淬火和回火工艺 薄片铣刀示意图及其淬火和回火工艺曲线如图2-31所示。
（5）操作要点
1）淬火加热过程进行严格脱氧。薄片铣刀周转和移动过程应平稳、不得相互撞击，不得叠放。加热和冷却过程用“┴”形夹具吊挂，并减少晃动。
图2-31 薄片铣刀及其淬火和回火工艺曲线
a）薄片铣刀示意图 b）淬火和回火工艺曲线
2）回火时，用图2-32所示夹具加压回火。装入夹具时，可凸凸相邻、凹凹相对地摆放。入炉前稍许加力，以不相对移动为宜。出炉后趁热夹紧，铣刀与夹具一起空冷到室温。
3）对回火后个别不平度仍不合格的铣刀，可用图2-33所示的冷态反敲校正法校平。操作时，应在凹面中心至外周的中间部位，用硬度56～58HRC的圆锥形锤，以适度的力量进行反复对称敲击，在敲击的背面置以铸铁等硬度45～55HRC的减振垫板或平台。
图2-32 薄片铣刀回火夹具示意图
图2-33 薄片铣刀冷态反敲校平示意图
（1）齿轮滚刀用料及质量要求 由于齿轮滚刀工作时承载较重，要求精度高、内孔尺寸稳定性好，在性能上要求足够高的硬度和强度、较高的耐磨性和热硬性、较好的可磨削性及一定的韧性等。因此，齿轮滚刀通常用高速钢W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2制作，在切削难加工材料或进行高速切削时，常选用W6Mo5Cr4V2Co5、W2Mo9Cr4VCo8钢制作。齿轮滚刀对原材料的质量要求如下。
1）由于大直径棒料碳化物偏析较严重。因此，制作较大规格齿轮滚刀的材料必须经过反复锻造，毛坯碳化物不均匀度≤5级。
2）图2⁃34a所示的模数为m5的齿轮滚刀，用料为W18Cr4V钢。
3）毛坯锻后组织不得有任何裂纹、折叠和过热现象。
4）毛坯脱碳层深度不得超过切削加工预留量的1/2（见附录B）。
（2）具体用料及热处理技术要求
1）硬度，切削一般材料要求63～66HRC，切削难加工材料要求65～68HRC。
2）晶粒度为10.5～11级。
3）变形量，邻齿螺距±0.04mm、三圈螺距±0.06mm，内孔和键槽不得超过预留磨量的1/2。
4）表面不得氧化脱碳和腐蚀。
（3）工艺分析 该滚刀的失效特点是在长期使用过程中内孔胀大而失去精度；有时内孔淬火后尺寸超差，甚至产生纵向裂纹；个别情况出现表面腐蚀等。因此，解决上述失效问题是热处理的关键。具体采用如下措施。
1）为减少滚刀孔径和轴向变形，滚刀粗铲加工后进行600～650℃，保持4～6h随后炉冷的去应力退火。
2）为降低切削加工表面粗糙度，在粗加工后进行硬度为38～43HRC的调质处理。
3）考虑该滚刀模数较大（m5），采用偏低的淬火加热温度，确保晶粒度为10.5～11级，有利于减少淬火变形和提高韧性。
4）淬火加热时间系数，参照表2⁃12进行计算。
5）采用完全贝氏体等温淬火，即淬火冷却和第一次回火冷却均予以等温处理，如图2⁃34所示。旨在减少回火过程产生的马氏体数量。
6）淬火冷却过程，先在500～550℃分级冷却，这一方面可减少热应力，另方面避免直接淬入硝盐浴中发生高温腐蚀。
7）为避免滚刀在使用过程中发生时效变形，回火后进行360～380℃，保持6～8h的稳定化处理等。如果有条件，进行冷处理效果会更好。
（4）淬火回火工艺W18Cr4V钢滚刀完全贝氏体淬火回火工艺，如图2⁃34所示。
（5）操作要点
1）盐浴炉进行严格脱氧，彻底清除炉渣，处理该滚刀时，每4h脱氧一次。
图2-34 W18Cr4V钢滚刀完全贝氏体淬火回火工艺
a）齿轮滚刀示意图 b）淬火和回火工艺
2）淬火加热后不得在空气或800～850℃炉中长时间预冷，避免析出渗碳体型碳化物，影响其热硬性和淬火硬度。
3.通用高速钢车刀的淬火和回火
（1）车刀用料及性能要求 切削金属材料使用的车刀，由于是连续高速切削，且承受较大的弯曲负载，因此要求很好的耐磨性、热硬性和良好的抗弯强度等。在加工一般钢铁材料和非铁金属材料时，车刀可选用通用高速钢制作，如W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等；在切削难加工材料或切削零件尺寸较长且中途不允换刀时，应选用高性能高速钢，如9W6Mo5Cr4V2、W12Cr4V5Co5、W6Mo5Cr4V2Al和W6Mo5Cr4V3等制作。
（2）淬火和回火技术要求
1）硬度，通用高速钢淬火、回火后硬度≥64HRC，高性能高速钢硬度≥66HRC。
2）车刀淬火和回火后不直度，依规格不同应满足附录C所载变形允差。一般件为0.15～0.3mm。
3）脱碳层，一般不得超过预留磨削加工余量的1/3。
（3）工艺分析 为了获得足够高的热硬性和耐磨性，车刀淬火加热应采用较高的加热温度，即最高加热温度在其熔点以下20℃附近。在这样的温度下加热时，钢中的二次碳化物充分溶解，其晶粒粗大，具有轻度过热表征。但不允许出现拖尾的角状碳化物和连续的网状碳化物。因此，应当严格控制加热温度和加热时间。尽量在满足不同使用条件对热硬性的要求情况下，采用不过高的加热温度，以便减少其脆性。
（4）车刀淬火和回火工艺
1）淬火加热。通用高速钢车刀淬火加热，应经800～850℃预热。然后在盐浴炉中，参照表2-46所示的材料牌号及车刀规格的加热温度进行加热。具体加热时间，一般可按每毫米有效尺寸（厚度）8～12s计算。装炉量较大时，参照图2-35车刀淬火加热时间系数进行计算。
表2-46 通用高速钢车刀的淬火加热温度
2）淬火冷却。车刀淬火冷却一般采用油冷。对于要求变形小的车刀可在580～620℃或280～320℃的一次分级冷却。或采用先在580～620℃温度冷却，然后再在280～320℃进行第二次分级冷却，最后空冷的两次分级淬火冷却。车刀一般长度与截面比不大，只要加热时稍加注意，变形即不会超差。所以车刀淬火后通常不用校正，如果需要校正，可在室温下用前面介绍的各种冷态校正法即可。
3）回火。高速钢刀具一般采用560℃三次回火，每次保温1～1.5h。
4）冷处理。高素钢车刀施以冷处理可提高其切削性能，一般在-75～-65℃温度下进行。采用-120℃或更低的温度，则效果会更好。
图2-35 通用高速钢车刀淬火加热时间系数
4.通用高速钢大型拉刀的淬火和回火
（1）大型拉刀的承载特点和技术要求 拉刀工作时属于低速切削，但承受较大的拉应力。主要的失效形式是刃部磨损和个别情况下被拉断。因此，拉刀必须有很好的耐磨性和很高的抗拉强度以及一定的韧性。鉴于此，大型拉刀通常用高速钢W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2制作。其热处理技术要求如下。
1）淬火和回火后的硬度，切削齿部分为63～67HRC，前导向和后导向部分≥50HRC，柄部为40～50HRC。
2）大型拉刀热处理后不直度应符合表2-47的规定。
3）脱碳层深度，不得超过预留磨削加工量的1/3。预留磨削量见附录B所示或冷热加工工艺协商确定。
表2-47 大型拉刀热处理后的不直度允差
（2）工艺分析 拉刀毛坯一般从钢厂出厂的圆钢上下料。因此，不同规格（特别是ϕ≥50mm）的圆钢中心碳化物均匀度较差，容易在加热时产生过热，冷却时产生裂纹。因此，淬火加热温度，应根据所用原材料直径的增加而稍许降低。另外，拉刀的长度与截面的比值一般很大，淬火过程产生的不直度变形严重。因此，拉刀淬火校正是其关键操作技术之一。为了减少拉刀的淬火变形，在确保满足硬度要求的前提下，采用较低的淬火加热温度和较长的加热时间。
（3）热处理工艺 大型拉刀的最终热处理工序，参照如下程序执行。
1）拉刀最终热处理流程：淬火预热→淬火加热→冷却并趁热校直→清洗→回火并趁热校直→回火→柄部处理→清洗→质量检查→表面处理（发蓝防锈或化学热处理表面强化）等。
2）淬火加热。通常，ϕ≤60mm拉刀经中温850～900℃的一次预热即可；ϕ＞60mm拉刀需增加一次550～600℃的低温预热，然后进行中温预热，最后在盐浴炉中进行淬火加热。其具体加热温度与拉刀所用材料和规格大小有关，如表2-48所示。
表2-48 通用高速钢拉刀淬火加热温度
在盐浴炉中预热时间，一般是加热时间的2～3倍（在气氛炉中预热以拉刀透烧，即内外温度一致为准）。拉刀淬火加热时间系数可参考图2-36进行计算。
3）淬火冷却。大型拉刀淬火冷却，可根据现场实际情况选择不同的冷却方法，无论采用哪种冷却方法都要与趁热校直相结合（如油冷200～300℃出油趁热校直；一段或两段分级冷却趁热校直；等温淬火后趁热校直等）。任何趁热校直后均需悬挂空冷，并减少空冷过程的不均匀冷却（如某一侧冷却速度比另侧快等）。
图2-36 拉刀淬火加热时间系数
图2-37 趁热校直步骤示意图
a）原来的波浪型弯曲 b）校成“S”型弯曲 c）对“C”型弯曲的校直 d）最终状态
4）回火。普通淬火和分级淬火的拉刀在560℃，保温1～3h后空冷。一般需回火2～3次，等温淬火后需进行3～5次回火，并均需在第一次回火冷却过程中趁热补充校直。
5）柄部处理。拉刀柄部加热温度为900℃左右，保温时间按时间系数15s/mm左右计算（加热温度高，加热时间系数可小些，反之相反）以柄部硬度合格为准。柄部加热后立即油冷，防止余热导致齿部过回火。
（4）操作要点 拉刀淬火的关键之一是对变形的控制，应采用多种措施予以解决。
1）拉刀最终热处理的所有过程，均应保持均匀冷却。如油冷时，应停止油的搅拌和循环，即在油中静止冷却，且出油温度不宜过低，以便为趁热校直提供更充分时间。但也不宜温度过高，否则给操作带来困难。
2）淬火趁热校直。淬火冷却一定时间提出介质后，擦净表面污物，首先将波浪型或“S”型弯曲校成“C”型弯曲，即将两个或三个弯曲变成一个弯，然后再将其校直，如图2-37所示。
3）回火冷却过程校直。拉刀回火出炉后立即检查变形，对不直度仍不合格的拉刀置于螺旋压力机上施压到不直度合格，并保持不卸载状态直至室温为止。这种方法只允许在第一次回火且变形不大情况下进行。在以后各次回火时采用该法，工件极易被压断。
4）柄部处理后的校直。柄部处理过程可能产生新的变形。此时，可利用柄部硬度较低和加工余量较大的特点进行所谓的“借弯”——允许柄部有较大变形来确保齿部不直度符合要求。
5）烘烤校正。当“借弯”已达到最大限度后，可用图2-28和图2-29所示的边施压边烘烤的方法进行校直。其中图2-38所示为单只校直方法，图2-39所示为两只一起校直，即将两只拉刀凸面与凸面相对，中间放一个千斤顶用于施压，两端用钢环限制移动，并在凹面一边不断进行不高于560℃的多处烘烤，千斤顶一边不断增加施压力度。
图2-38 单只拉刀边施压边烘烤校正示意图
图2-39 两只拉刀边施压边烘烤校正示意图
1—千斤顶 2—钢环 3—拉刀
6）反向冷敲校直。如果最终不直度仍有不大的超差，可用反向冷敲校正法进行补救，即用高硬度“刀型”扁锤以适当力度连续不断地、多点敲击变形的凹面。
5.通用高速钢制内圆矩齿花键拉刀的热处理
W6Mo5Cr4V2（M2）牌号通用高速钢是制作各种拉刀普遍使用的主要材料。目前也有一些企业使用高性能高速钢制作拉刀。
（1）热处理技术要求 使用W6Mo5Cr4V2钢制作拉刀时，热处理后要求硬度：齿部和后导向部分为63～66HRC；前导向部分为60～66HRC；柄部为40～53HRC。不同规格拉刀热处理后的变形量要求，见附录C。
（2）热处理工艺
1）去应力退火。淬火前逐一检测拉刀的不直度。变形超差者校直后，一起去应力处理，即在550℃加热，保持2～3h（在炉中吊挂）。
2）淬火。齿部和前导向部分，先在860～880℃盐浴炉中预热透烧；然后在1210～1215℃盐浴炉中加热，其加热时间如表2-49所示。随炉试样晶粒度控制在10～10.5级（加热时将前导向提出盐液面）。加热后在500～550℃中性盐浴中分级冷却后立即转入260～280℃硝盐中等温45～60min。
表2-49 不同规格花键拉刀淬火加热时间表
3）校直。先热校直，后冷校直。具体操作要点详见1.5.4。
4）回火。在550℃，保温1h后空冷。回火3～4次（视第3次回火是否充分而定）。
5）柄部淬火。在1000～1020℃盐浴中加热，透烧后空冷。
6）清理和防锈。喷砂后发蓝或磷化处理。
6.通用高速钢制大直径渐开线拉刀的热处理
大直径渐开线拉刀是制造汽车、拖拉机、飞机和坦克等大型装备必不可少的金属切削刃具，其价格昂贵，制作难度大。
（1）拉刀基本参数
1）规格尺寸有三种：ϕ238mm×1550mm；ϕ238mm×1500mm；ϕ238mm×850mm。
2）材料，切削刃部材料为W6Mo5Cr4V2（M2）钢，柄部为CrWMn钢。
3）结构形状特征如图2-40所示。刃部段为空桶状，前柄和后柄与刃部分别为插入式连接。
图2-40 大直径渐开线拉刀简图
4）技术要求如下。
①硬度，前柄和后柄均为45～52HRC；刃部为63.5～66HRC。
②径向圆跳动量≤0.35mm。
（2）工艺分析 该拉刀有效直径和长度较大，容易产生变形，且高速钢导热性较差。因此，宜采用多次预热。为了确保其热硬性，缩短加热时间，宜采用该钢允许的中上限淬火加热温度。为了便于淬火后趁热校直，考虑多次分级冷却更适宜操作和减小变形。根据实际经验，在第一次回火冷却过程中采用热压校直法对进一步校直变形比较有效。为了保证拉刀热处理后的尺寸稳定性，应进行4次回火，且为彻底消除应力，应在回火后和粗磨后分别进行两次时效处理。
（3）热处理工艺 根据上述分析，确定大直径渐开线拉刀刃部淬火、回火工艺曲线，如图2-41所示。
图2-41 大直径渐开线拉刀刃部淬火、回火工艺曲线
1—拉刀前柄 2—拉刀刃部 3—拉刀后柄
（4）校直操作要点 该拉刀的校直操作详见1.5.4中的“趁热校直法和奥氏体稳定化校直法”。
（5）时效处理 要进行两次时效，均先后在240～260℃，保持12h。
（6）处理效果 按上述工艺处理的大直径渐开线拉刀，不仅无开裂问题，且易于变形校直。同时，校直后尺寸稳定性好。硬度为63.5～66HRC，且综合力学性能良好，无早期失效现象。
7.高性能高速钢制斜齿平面多键拉刀的热处理
斜齿平面多键拉刀是典型的复杂刃具，一般采用高性能高速钢制作。
（1）材料和热处理 材料为W6Mo5CrV2Al高速钢。热处理后硬度，前导部为60～67HRC；后导部和刃部为66～67HRC；柄部为40～52HRC。
（2）热处理工艺
1）去应力处理，即机械加工后去应力退火。逐一检测变形量，并对变形超差者予以校直，然后在井式炉中悬挂加热至500℃，保持2h。
2）淬火。在850～870℃盐浴炉中预热，时间为加热时间的2倍。预热时，将前导向部位和柄部全部浸入盐浴中，随后在1195～1205℃进行淬火加热，加热前将前导向部分提出盐液面。不同规格拉刀的加热时间如表2-50所示。晶粒度控制在10.5～11级。加热后在580～620℃盐浴中停留2～3min后立即转入450℃再停留2～3min进行二次分级冷却，随后空冷。
表2-50 三种斜齿平面多键拉刀加热时间表
3）校直。在空冷过程中趁热校直（操作要点见1.5.4“淬火趁热校正法”）。
4）回火。在550℃吊挂加热，保温1h后空冷。回火要进行4次。
5）清理和防锈处理。热处理主要工序完成后进行整体喷砂和浸防锈水。
8.高速钢极细长刃具的淬火和回火
高速钢制作的非标准极细长刀具，主要是外径≤10mm，长度为400～450mm的极细长钻头和极细长拉刀等。细长刀具使用时的主要失效形式是磨损和偶尔折断。因此，要求良好的耐磨性和抗拉强度、抗扭强度及足够的韧性。
（1）极细长刃具用料和技术要求 高速钢极细长拉刀和钻头通常选择韧性较好的材料，如W6Mo5Cr4V2、W2Mo9Cr4V2和Mo8Cr4V2等制作。热处理技术要求如下。
1）硬度，刃部为63～65HRC；柄部为38～48HRC。
2）直线度，刃部≤0.20mm；柄部≤0.30mm。
3）金相组织为马氏体+贝氏体+少量（体积分数不大于10%）的残留奥氏体。
4）脱碳层深度不得超过预留磨削加工余量的1/3（磨削余量见附录B）。
（2）工艺分析 极细长刃具热处理的最大难度是变形问题不易解决。例如，极细长钻头热处理后变形太大会在磨削时将刃部的刃带磨平而报废；拉刀变形太大时，则磨削后不对称，会因使用过程受力不均而被拉断等。而且，当时几乎采用任何减少加热和冷却变形的措施均无法解决变形（直线度≤0.20mm）问题。因为在加热后提出盐浴时就产生了肉眼可见的明显弯曲变形，又因有效截面很小，趁热校直尚未完成就已冷却到室温。由于剩余的变形过大，用反向冷敲校直法也无法解决问题。最好的情况下废品率也达80%。经过多种探索，最后用创新的“残留奥氏体稳定化校直法”才彻底解决了校直的技术难题。
W18Cr4V高速钢极细长刃具淬火回火工艺流程如下：用铁丝在柄部捆扎成吊环→预热→加热→等温冷却→水中清洗→室温冷压校直→带夹具四次回火→喷砂清理→反向冷敲校直→发蓝→转入下序。
为了尽量减少变形，减轻校直的压力，使细长刃具具有良好韧性，采用了较低的淬火加热温度。为了便于冷压校直，旨在淬火后获得更多的亚稳定奥氏体，在280～320℃进行等温淬火。为在回火过程中使亚稳定奥氏体彻底转变马氏体，应在560℃进行四次回火，每次保温1.5～2h。
由于加热时弯曲变形不可避免，再加上冷校直的方便性等，因此不必过分在意冷却过程的多段分级和趁热校直的作用。如此，减少了其烦琐的操作。
（3）极细长拉刀的淬火回火工艺 兼顾使用性能要求和变形后校直的需要所实施的淬火和回火工艺曲线，如图2⁃42所示。
图2-42 极细长拉刀的淬火和回火工艺曲线
a）细长拉刀示意图 b）淬火回火曲线
（4）操作要点
1）将淬火等温温度及其时间严格控制，是淬火后能够进行冷压校直而获得35%～45%（体积分数）残留奥氏体的关键。
2）实践表明，淬火后变形量不大于2mm时，用冷压校直法可轻松地使变形量≤0.20mm。
3）为防止回火过程中亚稳定奥氏体转变马氏体产生新的变形，应装夹回火。须注意的是装夹时，入炉前不必夹得很紧，而在出炉后应立刻夹紧，使刃具与夹具一起空冷到室温。
4）对回火后直线度仍超差的细长刃具，可采用反向冷敲校直法矫正残余变形或用喷砂方法（只喷刃具的凹面一侧）代替冷敲。
9.通用高速钢制组合丝锥的淬火和回火
组合丝锥是专业工具加工圆板牙的工艺装备，其规格长度为100～150mm，直径为5～20mm。通常用高速钢制作。按常规普通淬火回火处理，通常变形度为每1000mm螺距伸长量超过2mm，且弯曲变形也较大。另外，使用过程不时发生崩刃和尺寸精度不稳定现象。因此，组合丝锥的热处理关键在于提高韧性及控制淬火和回火的变形量。为此，要求原材料碳化物不均匀度≤3级，在热处理时应尽量采用变形小、组织稳定性好的工艺方案。
（1）组合丝锥用料及技术要求 根据其切削速度不高，且切削用量不大等特点，组合丝锥一般采用通用高速钢（W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等）制作。其淬火和回火后技术要求如下。
1）硬度，刃部为63～66HRC；柄部为35～52。
2）变形，偏摆跳动≤0.15mm；每1000mm螺距伸长≤2.0mm。
3）严格控制氧化脱碳，即脱碳层深度不得超过预留磨削加工余量的1/3。预留磨量见附录B，或冷热加工工艺协商确定。
4）组织中残留奥氏体量：≤5%（体积分数）。
5）晶粒度为9.5～10级。
（2）热处理工艺 组合丝锥热处理工艺流程和淬火、回火工艺如下。
1）工艺流程：产前准备→预热→加热→多段分级冷却→等温淬火→趁热校直→回火→趁热校直→稳定化出来或冷处理→清洗→表面发蓝或化学热处理表面强化→转入下序。
2）淬火和回火工艺曲线，如图2-43所示。
图2-43 W18Cr4V钢组合丝锥淬火和回火工艺曲线(www.xing528.com)
（3）操作要点
1）中温和高温盐浴炉均需严格脱氧，避免氧化脱碳。分级冷却不得减少级数。
2）等温过程保持足够时间，不少于1.5～2.0h（视丝锥规格大小而定，大规格者长些，反之相反）。
3）560℃回火不少于四次，每次保温时间不少于1h。
4）稳定化处理在360～380℃保持6～8h。冷处理可在-70～-65℃进行，处理后需在120～150℃去应力回火。
5）柄部处理在880～900℃加热，按时间系数8～10s/mm计算时间，然后油冷并在150～200℃出油空冷即可。
10.剃齿刀和插齿刀的淬火和回火
剃齿刀是齿轮精加工刃具，图2-44a为高速钢制作的外径为240mm的剃齿刀。按传统方法从圆钢上锯切下料后锻造的过程中，有时只注重毛坯成形而忽视碳化物不均匀度的改善，使剃齿刀在淬火、回火过程中往往出现键槽胀大、内孔开裂，以及使用或放置过程中随时间延长内孔胀大。常因失去精度而报废。经失效分析认为，产生这些问题的主要原因是圆钢直径较大，碳化物不均匀性一般大于6级，如果锻造过程不是反复镦粗-拉拔3～4次，很难将碳化物改善到小于等于4级。另外，按一般刃具的通常淬火加热和油中冷却工艺，往往热应力和组织应力均很大，在有不良碳化物分布不均的条件下是造成淬火变形和开裂的主要原因。
（1）剃齿刀用料和技术要求 剃齿刀属齿轮刀具，要求用耐磨性、热硬性、韧性和强度等综合性能兼备的材料，如通用高速钢中的W6No5Cr4V2和高性能高速钢中的W6Mo5Cr4V2Co5、W2Mo8Cr4V2Co8等制造。毛坯锻造后碳化物≤4级。其热处理技术要求如下。
1）硬度为63～66HRC。
2）成品内孔尺寸稳定性要好，即A级允差为5～8μm；B级允差为8～13μm。
3）表面基本不允许脱碳。
4）晶粒度为10.5～11级。
（2）工艺分析 为了兼顾剃齿刀使用性能的要求和减少变形的需要，淬火前应进行以消除机械加工残余应力为目的的低温去应力退火；淬火时应采用两段预热和较低温度加热；冷却时应采用多段分级冷却后的等温淬火，以减少热应力和组织应力引起的变形和裂纹。为了增加尺寸稳定性，应在淬火后进行多次回火，并进一步施以冷处理或稳定化处理。其热处理工艺流程如下：去应力退火→淬火预热→淬火加热→等温淬火→高温回火→冷处理或稳定化处理→清洗→表面放锈处理→转入下序。
（3）淬火和回火工艺 剃齿刀及其淬火回火工艺曲线如图2-44所示。
图2-44 W6Mo5Cr4V2钢剃齿刀淬火回火工艺曲线
a）剃齿刀示意图 b）淬火回火曲线
（4）操作要点
1）毛坯锻造后应保证碳化物≤4级，通过锻造工艺和操作记录实现控制。
2）淬火前的去应力退化可在600～650℃，保温3～5h。
3）淬火预热和加热用的盐浴必须认真脱氧，避免氧化脱碳。
4）夏季回火后进行-70～-65℃冷处理，并加一次补充低温回火。其他季节可在回火后进行350～380℃，保持5～8h的稳定化处理。
5）回火过程，尽量缓慢加热（如500℃以下装炉）和出炉后装罐缓慢冷却，预防开裂。
6）由于高速钢淬透性好，淬火时内孔放入密排小孔的空心轴，以减缓其冷却速度，也有利于减少内孔变形等。
11.通用高速钢制碗形直齿插齿刀的热处理
碗形直齿插齿刀，如图2-45所示。制作材料为W6Mo5Cr4V2，要求热处理后硬度为64～66HRC。
碗形直齿插齿刀的热处理工艺如下。
1）预热。在500℃左右的空气炉中烘干水分后，在850℃左右预热，预热时间为加热的2倍。
2）淬火过程如下。
①在1220～1230℃盐浴炉中加热。批量生产的装炉量和加热时间如表2-51所示，晶粒度控制在9.5～10级，过热度≤1级。
图2-45 碗形直齿插齿刀简图
②在580～620℃的中性盐浴中停留1～2min后立即转入260～280℃硝盐浴中停留到内、外温度一致后空冷。
3）清洗和回火。在流动的清水中洗净硝盐后回火，在550℃，保温1h后空冷。回火要进行3次。
表2-51 碗形直齿插齿刀淬火工艺参数
12.通用高速钢制锥柄直齿插齿刀的热处理
锥柄直齿插齿刀结构形式如图2-46所示，材料为W6Mo5Cr4V2，要求热处理后刃部硬度为64～66.5HRC；柄部为30～50HRC，晶粒度控制在10～10.5级。
其热处理工艺如下。
1）预热。在500℃左右的空气炉中烘干水分后，在850℃左右预热，预热时间为加热的2倍。预热时，柄部全部浸入盐浴中加热。
图2-46 锥柄直齿插齿刀简图
2）淬火过程如下。
①在1225～1235℃盐浴炉中加热。批量生产的装炉量和加热时间如表2-52所示，晶粒度控制在10～10.5级。加热时提出柄部。
②整体（包括柄部）在580～620℃的中性盐浴中冷却，冷却时间与加热时间相同，随后空冷。
表2-52 锥柄直齿插齿刀淬火工艺参数
3）清洗和回火。在流动的清水中洗净硝盐后回火，在550℃，保温1h后空冷。回火要进行3次。
13.常用高速钢制直柄钻头的热处理
钻头是机械制造厂使用量较大的金属切削刃具，要求良好的耐磨性、热硬性和一定的韧性，一般使用成本较低的通用高速钢，如W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等制作。切削难加工材料的钻头应选择高性能高速钢，如W12Cr4V5Co5和W2Mo9Cr4V2Co8等制作。
由于直柄钻头的直径一般不大，所用的棒料碳化物不均匀度一般不超过3～4级。因此，可以根据所制作的钻头直径，从供应的棒料上锯切。
（1）热处理技术要求
1）硬度为63～66HRC。
2）晶粒度为9～10级。
3）变形量要求。直线度≤磨削加工余量的1/3（预留磨量见附录B）。
4）脱碳层深度≤磨削加工余量的1/3。
（2）工艺分析 鉴于直柄钻头的使用性能要求及其长度与直径比不大，可以采用所用钢的中、上限温度淬火加热，如表2-53所示。保温时间按时间系数8～10s/mm计算。为了减少变形，应在淬火前进行去应力退火，淬火预热和冷却采用多段分级，最后进行等温淬火。为了减少最终的残留奥氏体数量，应进行4次回火。淬火加热装夹方式如图2-47所示。如果淬火后弯曲度较大，可在等温后取出盐浴时采用搓板（零星生产）或直柄钻头校直机（批量生产）校直，如图2-48所示。
表2-53 高速钢直柄钻头淬火加热温度
（续）
图2-47 直柄钻头淬火加热装夹方式示意图
图2-48 直柄钻头弯曲变形校直示意图
a）搓板校直 b）滚压机校直
（3）直柄钻头热处理工艺曲线 以规格尺寸ϕ13.5mm×245mm的W18Cr4V速钢直柄钻头为例，其热处理工艺曲线如图2-49所示。
图2-49 W18Cr4V钢直柄钻头热处理工艺曲线
（4）操作要点
1）该工艺，即所谓的“微变形热处理工艺”，淬火前的第一次600℃回火后进行冷压校直，要求直线度不大于0.05mm，然后进行第二次回火。
2）260℃等温30min后再于120℃停留5min，直接进行560℃的第一次回火。第一次回火空冷到100℃左右直接进行以后的三次正常回火。
3）如果钻头机械加工预留较大磨量时，并拟定淬火后采取趁热校直等措施，可以减少一次600℃的高温回火、1050℃的预热、120℃的分级停留及第一次回火冷却对100℃的控制，对稍大的变形可以通过校直予以解决。这样可以大大简化工序并节能。
4）采用简化后的热处理工艺，进行260℃、30min的等温后，在室温下进行冷压校直。对回火后个别不合格的钻头进行反向冷敲校直即可。
14.通用高速钢制仪表小钻头的热处理
仪表钻头，一般是直径为0.25～2.5mm且长度不等的直柄小钻头。直径为0.25～0.6mm者一般是热处理后磨削出刃槽；直径大于0.6mm者为铣削出刃槽后再热处理。仪表钻头通常用高速钢W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V制作，从光亮的盘条上下料。
（1）热处理技术要求
1）硬度，直径≤0.6mm者为61～64HRC；直径>0.6mm者为62～65HRC。
2）热处理后直线度≤0.03mm。
3）严禁氧化脱碳。
4）晶粒度为10～11级。
（2）工艺分析 仪表钻头由于体积小、刃薄，虽然切削量不大，但必须具备较高的强度和韧性，以增强使用时的抗折断的能力，同时要有良好的耐磨性。另外，因其细而小，既易变形又不便操作等，因此，这种刃具一般可不经预热，且采用较低的淬火加热温度和充足的保温时间，以及多段分级冷却等温淬火工艺。
为了消除盘条轧制过程的应力，下料后装箱（罐）进行600～650℃，4～6h的退火。其间可用木炭作保护介质放入箱（罐）中加盖密封。由于仪表钻头细小很难进行冷态校直，因此为了防止变形超差，应在回火过程进行紧压装夹。这一方面可校正淬火变形，另一面可限制产生新的变形。
另外，仪表钻头淬火加热时的装夹也是问题之一。
（3）热处理工艺
1）仪表钻头的淬火加热温度，如表2-54所示。
表2-54 仪表小钻头盐浴热处理工艺参数
2）仪表钻头淬火冷却。加热后分别在580～620℃和350～400℃分级冷却后，在280～320℃等温淬火，保持0.5～1h后空冷到室温。其中，每段分级停留时间以钻头内外温度一致为准（视钻头规格而定）。
（4）操作要点 仪表小钻头的热处理操作要点如下。
1）小钻头淬火加热时，常用图2-50所示的磁性夹具夹持，即其柄部吸附于夹具，刃部浸入盐浴中加热。这种夹具存在的主要缺点是钻头容易掉入炉内，且效率不高、变形较大等。于是，有的企业采用如图2-51所示的钻头紧密装入渗过碳的钢筒内，且将内筒装入外筒中，钻头在内筒中被盐浴隔离加热，以减缓钻头加热速度和筒内温差。由于高速钢淬透性好，钻头加热和冷却均在筒内浸入盐浴中进行。
图2-50 小钻头淬火用磁性夹具示意图
1—钻头 2—铁板 3—磁铁 4—手柄
2）为了校正淬火时产生的弯曲变形，回火时使用了图2-52所示的夹具。钻头彻底清洗后密排在正三角形夹具内，用楔铁插入加压。然后夹具与钻头一起回火加热，出炉后再紧一次楔铁，使钻头紧紧压实后一起空冷到室温。
图2-51 仪表钻头淬火用套筒结构示意图
1—外筒 2—木炭筒 3—石棉板 4—木炭 5—隔板 6—小钻头 7—内筒
图2-52 小钻头回火校直夹具示意图
3）在有真空热处理炉的条件下，小钻头采用真空淬火不仅可以避免氧化脱碳，减少变形，而且可提高生产效率。W6Mo5Cr4V2钢小钻头真空淬火方法如下：用直径约20mm的不锈钢套筒装钻头，筒高应高出钻头5～10mm，装量松紧适度。将筒放在托盘上，一般视炉膛高度可叠状2～4层。
小钻头真空淬火工艺流程如下：
用汽油或酒精彻底清洗干净钻头和套筒→将钻头整齐的装入套筒中→三级预热→淬火加热→淬火冷却。主要工艺参数：低温预热750℃×2min，真空度0.133Pa；中温预热850℃×20min，真空度0.133Pa；高温预热1050℃×20min，真空度133.3Pa；淬火加热1205～1210℃×20min，真空度133.3Pa；淬火冷却，用压力为6.7×103Pa的氮气冷却。
15.通用高速钢直柄小钻头的真空热处理
W6Mo5Cr4V2（M2）通用高速钢制直径3mm以下的直柄小钻头，目前国内多数企业采用盐浴炉加热淬火。尽管对盐浴进行了严格的脱氧捞渣，但仍难免产生轻微脱碳和腐蚀现象，同时变形也较大。实践表明，采用真空热处理具有多种优越性。
（1）材质及技术要求
1）材料为W6Mo5Cr4V2（M2）。
2）技术要求：热处理后硬度为63～66HRC；径向变形，其圆跳动量≤0.06mm；不得有氧化脱碳和腐蚀等缺陷。
（2）所有设备为真空炉，工作室尺寸为607mm×607mm×914mm；最大装载量为45kg；最高工作温度为1455℃；炉温均匀度为±5℃；额定功率为150kW；极限真空度为1.33×10-3Pa；压升率6.7×10-1Pa/h；气淬压力为0.5MPa。
（3）热处理工艺
1）工艺路线为：清洗→装夹→入炉→抽真空→真空加热和加压气冷→出炉→装V型夹具→回火→交检→精磨→回火去应力。
2）淬火和回火工艺流程如下。
①先后进行800℃×40min和1000℃×25min两次预热后，进行1250℃×20min淬火加热，随后通氮气冷却。
②进行560℃×2h回火，3次。
（4）操作要点
1）钻头入炉前必须清洗去油和表面污物。
2）清洗剂挥发后，选择恰当的夹具及时装夹，垂直摆放，减小变形。
3）装夹后，平稳放在料框中，互相留有间隙，以利均匀加热和冷却。
16.高速钢精铸刃具的热处理
通常使用的轧制钢材或锻造毛坯制作刃具，具有加工耗时多，切屑量大、工序长及生产效率低等特点。基于这些原因，国内外对铸造刃具进行了大量的研究和试制，并积累了一些可借鉴的经验。由于铸造高速钢刃具与锻、轧材制作的刃具相比，在内部组织结构、热处理工艺、使用寿命和经济性等方面，具有十分重要优势，因此越来越受到人们重视。
试验表明，铸造刃具在一定的切削速度下，其耐磨性比锻造刃具好。一般认为，这是由于铸造刃具的基体中含有硬度极高的共晶莱氏体和塑性较好的黑色组织综合作用的结果。据有关资料的不完全统计，铸造刃具比锻造刃具耐磨性平均高1.5～2倍。在经济价值上，由于工序少、周期短、“变废为利”等优势，使得铸造刃具的制作成本大大降低，相当于锻造刃具制作成本的1/4。特别是在刃具工作时，切削速度较低，在要求热硬性和韧性不是很高的情况下，其耐用度远远超过锻造刃具。在其铸造工艺和热处理工艺逐渐完善的基础上，铸造刃具将有着巨大的市场潜力。
（1）铸造刃具的热处理 试验表明，在所铸刃具质量较轻和截面较薄的情况下，铸态下基体为马氏体组织，硬度达59～60HRC，只需560～580℃两次回火即可使用；质量为2～3kg的铸造刃具热处理工艺与普通锻造刃具热处理相同即可；质量很重的大型刃具，应采用两次淬火法。其中第一次淬火旨在使铸态的骨骼状共晶碳化物的分布和形态通过扩散得到改善。第二次淬火的目的即为强韧化和获得高硬度。
（2）精铸高速钢（W18Cr4V）钻头的热处理实例
1）精铸的直径80mm大型钻头，工艺流程为高速钢重熔→陶瓷型铸造→退火→机械加工刃部和嵌镶尾柄→改善莱氏体淬火→退火→机械加工锥柄成形→正常淬火硬化和回火→清洗→刃磨等。
2）精铸钻头的退火。两次装箱退火工艺相同，工艺曲线和装箱示意如图2-53所示。
图2-53 精铸大型钻头退火工艺及装箱示意图
a）退火工艺曲线 b）钻头装箱示意图
3）改善莱氏体的淬火。以W18Cr4V高速钢直径为80mm的大钻头为例，改善高速钢莱氏体淬火工艺曲线如图2-54。试验表明，当加热温度低于1300℃时，莱氏体改善不够理想，但温度高于1320℃时，刃具表面极易熔化，其内部产生次生莱氏体。因此，操作时应严格控制加热温度。淬火后，化学成分趋于均匀化，莱氏体骨骼得以改善成沿晶界分布的、较大的块状碳化物。如此，再应经正常的淬火和回火后，刃具的力学性能和切削性能可明显提高。为了消除其应力应进行一次高温回火。
图2-54 改善高速钢莱氏体淬火工艺曲线
4）精铸大型钻头的最终热处理。精铸刃具的最终热处理旨在细化晶粒度，提高力学性能和改善切削性。图2-55所示为W18Cr4V高速钢直径为80mm钻头的最终热处理工艺曲线。为了提高韧性采用了较低的淬火加热温度和较长的保温时间，最终热处理后刃部硬度为62～65HRC。
17.W6Mo5Cr4V2（M2）大型指形铣刀的热处理
W6Mo5Cr4V2高速钢制作的大型指形铣刀（质量为18kg）热处理实践表明，采用淬火后组织为马氏体的普通淬火和回火工艺，结果全部产生了裂纹。即使采用一次等温淬火，回火后仍有部分产生了裂纹。不难判断，产生裂纹的主要原因是淬火过程组织应力。同时，与原材料规格较大，其碳化物不均匀度严重，锻造质量不佳等有关。
图2-55 W18Cr4V钢ϕ80mm钻头最终热处理工艺曲线
（1）热处理技术要求W6Mo5Cr4V2钢大型指形铣刀技术要求如下。
1）硬度为63～66HRC。
2）变形要求，任何部位变形不得超过预留磨削加工余量的1/2（加工余量见附录B）。
3）严禁氧化脱碳。
4）晶粒度为10.5级。
（2）工艺分析 从该指形铣刀失效的特点出发，由于其规格较大、碳化物级别较高等，其淬火加热应采取较低的温度（1215～1225℃）；淬火冷却采用分级冷却后完全贝氏体化处理，以最大限度地减少组织应力，并兼顾其使用性能要求。
（3）淬火和回火工艺 大型指形铣刀淬火回火工艺曲线如图2-56所示。
图2-56 W6Mo5Cr4V2钢大型指形铣刀完全贝氏体化淬火、回火工艺曲线
（4）操作要点
1）该大型指形铣刀热处理的主要关键之一是毛坯锻造后的碳化物的不均匀度。实践证明碳化物不均匀度应确保小于等于5级。
2）为了实现完全贝氏体化，于260～280℃等温后不空冷，即直接转入550～560℃的回火，而且第一次回火后继续在260～280℃等温保持2h，随后再直接进行第二次回火。此次保温后由于残留奥氏体趋于稳定且数量不多，所以可以空冷。随后的第三次回火仅是为消除应力和进一步组织稳定化。因此，可以在370℃左右保持较长时间，3～5h。
18.W18Cr4V（W18）钢制作的套式立铣刀的热处理
套式立铣刀的结构，如图2-57所示。
（1）技术要求 热处理后硬度为64～66.5HRC，回火程度≤2级，过热程度≤1级；表面不得有裂纹、崩刃和麻点等缺陷。
图2-57 套式立铣刀简图
（2）热处理
1）套式立铣刀先后分别在450～500℃和860～880℃两次预热，预热时间是加热时间的2倍。装炉量如表2-55所示。
表2-55 套式立铣刀的热处理工艺参数
2）在1260～1275℃盐浴中加热，加热时间如表2-55所示。晶粒度控制在9～9.5级。
3）在580～620℃中性盐浴中分级冷却，停留时间与加热时间相同。
4）冷却到室温后用开水清洗干净，然后装筐回火，在540～560℃×1h，共进行3次。
19.高速钢制车刀液氮深冷处理
利用液氮进行深冷处理，可使高速钢车刀的硬度提高1～2HRC，使用寿命有很大提高。
（1）产前准备 处理前将车刀装入细网框中或用铁丝绑好，不得使车刀的面与面接触。然后用酒精或汽油去除表面浮油和污物。净化处理后将车刀缓慢装入制冷装置（可以保温的容器）中。
（2）操作要点
1）将液氮注入到制冷装置中，液面应高于车刀200mm，以免液氮挥发后车刀露出液面。然后盖上保温盖子，保持制冷装置处于恒温状态，保持3h以上。
2）盖子上留一小孔，以便液氮挥发时溢出。
3）操作过程不得用手直接接触液氮，以免造成冻伤。
（3）处理效果W18Cr4V钢制作的不同规格的车刀，经深冷处理后，其硬度提高1～2HRC不等，耐用度的提高如表2-56所示。
表2-56 液氮处理后车刀的耐用度
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