高速钢热处理技术详解

高速钢的热处理包括：机械加工前的球化退火处理和成形后的淬火、回火处理。

1.高速钢球化退火

高速钢锻造以后必须经过球化退火。其目的不仅在于降低钢的硬度，以利于切削加工，而且也为以后的淬火做好组织准备。另外，返修工件在第二次淬火前也要进行球化退火。否则，第二次淬火加热时，晶粒将过分长大而使工件变脆。

退火加热温度一般在Ac₁+30～60℃。W18Cr4V钢的Ac₁在820～840℃之间，所以退火温度应选在860～880℃范围内。W6Mo5Cr4V2钢的Ac₁相对偏低，取下限温度即可。

退火保温时间不宜过长，一般为2～4h，当装炉量较多时可适当延长5～6h。W18Cr4V钢的保温时间不能超过6h，时间过长会降低钢的热硬性。

高速钢退火后的组织为索氏体+碳化物，其硬度为207～255HBW。

2.高速钢淬火

高速钢的热处理工艺曲线如图12-3所示。高速钢的淬火工艺比较特殊：即经过两次预热、高温淬火，然后再进行三次高温回火。

图12-3 W18Cr4V钢热处理工艺曲线

高速钢淬火时进行两次预热，其原因在于：

1）高速钢中含有大量合金元素，导热性较差、如果把冷的工件直接放入高温炉中，会引起工件变形或开裂，特别是对大型复杂工件则更为突出。

2）高速钢淬火加热温度大多数在1200℃以上，如果先预热，可缩短在高温处理停留的时间，这样可减少氧化脱碳及过热的危险性。

高速钢第一次预热温度在600～650℃，可烘干工件上的水分；第二次预热温度在800～820℃，使索氏体向奥氏体的转变可在较低温度内发生。(www.xing528.com)

高速钢中含有大量难溶的合金碳化物，淬火加热温度必须足够高才可使合金碳化物溶解到奥氏体中。淬火之后马氏体中的合金元素含量才足够高。而只有合金元素含量高的马氏体才具有高的热硬性。

对高速钢热硬性影响最大的合金元素是W、Mo及V，只有在1000℃以上时，其溶解量才急剧增加；当温度超过1300℃时，各元素溶解量虽有增加，但奥氏体晶粒急剧长大，甚至在晶界处发生熔化现象，致使钢的强度、韧度下降。所以，在不发生过热的前提下，高速钢淬火温度越高，其热硬性越好，在生产中常以淬火状态奥氏体晶粒的大小来判断淬火加热温度是否合适。对高速钢来说，合适的晶粒度为9.5～10.5级。

淬火冷却通常在油中进行。但对形状复杂、细长杆状或薄片零件可采用分级淬火和等温淬火等方法。分级淬火后使残留奥氏体量增加20%～30%，使工件变形、开裂倾向减小，使强度、韧度提高。油淬及分级淬火后的组织为马氏体+碳化物+残留奥氏体，如图12-4、图12-5所示。

等温淬火与分级淬火相比，其主要淬火组织中除马氏体、碳化物、残留奥氏体外，还有下贝氏体。等温淬火可进一步减小工件变形，并提高韧度。

图12-4 W18Cr4V钢中固溶体成分与淬火温度的关系

图12-5 W18Cr4V钢淬火组织

在分级淬火的分级温度停留时间不宜太长，否则二次碳化物可能大量析出。等温淬火所需时间较长，随等温时间不同，所获贝氏体量不同，在生产中通常只能获得40%的贝氏体，而等温时间过长可大大增加残留奥氏体量。这需要在等温淬火后进行冷处理或采用多次回火来消除残留奥氏体，否则将会影响回火硬度及热处理质量。

3.高速钢回火

为消除淬火应力，稳定组织，减少残留奥氏体量，达到所需要的性能，高速钢一般要进行3次560℃高温回火处理。高速钢的回火转变比较复杂，在回火过程中马氏体和残留奥氏体发生变化，过剩碳化物在回火时不发生变化。

高速钢在热处理操作时，必须严格控制淬火加热及回火温度，淬火、回火的保温时间，淬火、回火的冷却方法。上述工艺参数控制不当，易产生过热、过烧、萘状断口、硬度不足及变形开裂等缺陷。