對(duì)于一個(gè)搞冷加工的打工仔來(lái)說(shuō)，熱工的知識(shí)總是感覺(jué)那么新鮮。本期一起來(lái)學(xué)習(xí)一下切削刀具的熱處理的一點(diǎn)點(diǎn)內(nèi)容，雖然不是那么專業(yè)，但是了解一些還是很有好處的，廢話不多說(shuō)了，直接開(kāi)始：
切削刀具熱處理的作用
切削刀具熱處理是指材料在固態(tài)下經(jīng)過(guò)加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織和性能的金屬熱加工工藝。一般指金屬材料，特別是鋼的處理。也可以說(shuō)通過(guò)溫度控制和冷卻速度調(diào)整來(lái)改變材料的特性。
刀具熱處理可分為真空熱處理、鹽浴熱處理、化學(xué)熱處理、涂層處理等，本期主要學(xué)習(xí)一下對(duì)鹽浴熱處理。
什么是鹽浴熱處理？其加工優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)有哪些？
鹽浴爐的加熱原理是將工業(yè)鹽融化成液體作為加熱介質(zhì)，然后將需要熱處理的刀具放入融化的液體鹽內(nèi)部加熱，最后進(jìn)行熱處理。由于在融化的液體鹽涂層下工件加熱表面形成一層鹽膜涂層，可以隔離空氣，更好地減少氧化，防止脫碳，由于加熱介質(zhì)是液體，加熱更加均勻，液體鹽加熱介質(zhì)加熱速度更快，從而有效節(jié)省時(shí)間?？偨Y(jié)鹽浴爐的優(yōu)點(diǎn)：隔離空氣減少氧化脫碳，液體加熱溫度更均勻，加熱速度更快，工件可以局部熱處理。
鹽浴熱處理的優(yōu)點(diǎn)：
1、淬火加熱時(shí)間短，晶粒不會(huì)粗化，韌性強(qiáng)。
2、爐溫分布好，加熱均勻，產(chǎn)品整體穩(wěn)定性好。
3、高溫區(qū)冷卻快，低溫區(qū)冷卻慢，淬火容易，變形減小
4、能應(yīng)對(duì)大范圍的熱處理工藝變化（斷續(xù)淬火、等溫淬火、局部熱處理、短時(shí)間加熱、冷卻、復(fù)雜的溫度變化等）
5、氧化、脫碳少，表面硬度高，耐磨性強(qiáng)。
6、熱處理溫度穩(wěn)定，時(shí)間調(diào)整可在短時(shí)間內(nèi)完成，可對(duì)應(yīng)多品種、批量生產(chǎn)。
7、設(shè)備成本相對(duì)較低。
加熱時(shí)間之所以能縮短，與鹽浴的熱容量和熱導(dǎo)率有密切的關(guān)系。25mm高速工具鋼淬火時(shí)表面與中心部的溫差在900℃時(shí)需3min，而在1180℃時(shí)僅需2min，且內(nèi)外溫差消失。一般用真空爐等加熱約需20-30min，溫差明顯增大。鋼結(jié)晶的粒度取決于轉(zhuǎn)變點(diǎn)正上方奧氏體晶體的尺寸，因此為了獲得細(xì)小的奧氏體晶體尺寸，提高鋼的加熱速度是十分重要的。鹽浴熱處理，由于浴溫均勻性高，能在短時(shí)間內(nèi)均勻加熱。
在真空爐等加熱過(guò)程中，容易造成被處理件加熱不均勻，因此增加時(shí)間或提高淬火溫度，都會(huì)造成奧氏體晶粒粗化，韌性下降。將真空爐與鹽浴爐的奧氏體化時(shí)間進(jìn)行比較可知，在1000℃時(shí)真空爐的奧氏體化時(shí)間是鹽浴爐的4-5倍，在1200℃時(shí)約為鹽浴爐的9倍。另外，隨著近年來(lái)高壓氣體冷卻真空爐的進(jìn)展，相當(dāng)多的材料都可以進(jìn)行淬火。即便如此，與油冷、鹽浴冷卻相比，氣體冷卻導(dǎo)熱性較差，冷卻效果不如鹽浴冷卻。
鹽浴的突出優(yōu)點(diǎn)是高溫區(qū)冷卻能力強(qiáng)。高速工具鋼是一種對(duì)熱處理極其敏感的材料，因?yàn)樘蓟锏奈龀鰷囟葹?000-600℃。如果碳化物析出，材料的韌性和硬度就會(huì)下降。因此，高速工具鋼熱處理的關(guān)鍵是如何在這個(gè)溫度范圍內(nèi)快速冷卻。采用鹽浴冷卻時(shí)，700℃以上的冷卻速度較高，因此可以避免碳化物的析出。另外，如果在形成馬氏體的低溫區(qū)域快速冷卻，應(yīng)變會(huì)增加，因此也希望避免。與油淬相比，鹽浴在450℃以下的冷卻能力降低，這也是希望的。從這些特性來(lái)看，鹽浴熱處理是高速工具鋼淬火最合適的方法。
高速鋼熱處理的目的是提高刀具的強(qiáng)度和硬度，增強(qiáng)耐磨性，使刀具更加鋒利，改善高速鋼刀具的性能：
1、碳化物轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)變。
高速鋼熱處理的核心是碳化物的轉(zhuǎn)變和變化。處理得好，保證了高速鋼的高硬度、耐磨性和紅硬性。處理不好，導(dǎo)致過(guò)熱、過(guò)燒，從而影響刀具壽命。為了提高高速鋼刀具的使用壽命，必須深入了解鋼中的碳化物，了解碳化物的形成和變化規(guī)律。最直觀的就是檢查碳化物的不均勻性，通過(guò)壓力加工改善碳化物的形態(tài)和分布，注意淬火加熱過(guò)程中碳化物的溶解度，檢查回火碳化物的變化。
2.檢查晶粒大小一定要看碳化物溶解度
高速鋼晶粒度檢驗(yàn)是檢驗(yàn)高速鋼淬火質(zhì)量的重要手段，有的甚至作為除硬度測(cè)量之外的唯一手段。晶粒度對(duì)高速鋼刀具壽命到底有何影響？國(guó)內(nèi)外同行對(duì)此有不同的看法，甚至分歧很大。
有資料顯示前蘇聯(lián)對(duì)￠8mmP6M5(M2)鋼直柄麻花鉆進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，晶粒級(jí)數(shù)為9.5時(shí)，刀具使用壽命最好，晶粒級(jí)數(shù)過(guò)細(xì)或過(guò)粗都會(huì)降低鉆頭壽命。應(yīng)補(bǔ)充兩點(diǎn)：碳化物溶解要充分；熱處理后硬度>65HRC。
不同刀具對(duì)淬火奧氏體晶粒大小和碳化物溶解程度的要求不同，如齒輪滾刀晶粒大小9級(jí)，車刀晶粒大小8級(jí)，碳化物溶解要充分，機(jī)用絲錐應(yīng)為細(xì)晶粒大小10.5級(jí)，碳化物溶解一般就足夠了?！練g迎專業(yè)人士評(píng)論】
晶粒大小充其量只是淬火加熱溫度的一個(gè)反映，對(duì)于要求高紅硬性的刀具來(lái)說(shuō)，碳化物溶解程度比晶粒大小更重要，因此爐前看金相時(shí)，必須兩者兼顧，不可忽視。
3.硬度
對(duì)于高速鋼刀具來(lái)說(shuō)，要獲得較高的硬度>64HRC是比較容易的，但要獲得理想的金相組織卻并不容易。例如M42等超硬高速鋼，有一個(gè)合適的范圍，而不是硬度越高越好。硬度太高，不但不會(huì)長(zhǎng)久使用，反而會(huì)縮短使用壽命。對(duì)于特定鋼種制成的特定刀具，在特定的工況條件下，有一個(gè)實(shí)用的硬度值。人們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，高壽命的刀具一般硬度都比較高，但硬度高的并不一定壽命高。應(yīng)在具有足夠韌性的前提下，努力追求高硬度。
4.穩(wěn)定刀具壽命
優(yōu)質(zhì)的刀具產(chǎn)品不僅平均壽命高，而且質(zhì)量穩(wěn)定，刀具壽命重復(fù)性好。許多刀具廠的問(wèn)題不是每把刀具壽命都低，而是由于刀具壽命相差懸殊，分散性太大，導(dǎo)致平均壽命大大降低。很多刀具廠家都做過(guò)這樣的測(cè)試：?jiǎn)渭?duì)比，一些刀具不比國(guó)外差，但拿10把來(lái)PK，總會(huì)有1~2把國(guó)產(chǎn)的刀具不盡人意，這個(gè)是目前確實(shí)存在的一些問(wèn)題。
產(chǎn)品質(zhì)量和刀具壽命的穩(wěn)定性是一個(gè)工廠技術(shù)水平和管理水平的綜合體現(xiàn)，要把刀具壽命做好不是一件容易的事，是一個(gè)系統(tǒng)工程，從原材料的控制、機(jī)械加工、熱處理，到產(chǎn)品的最終包裝出廠，都要有一套嚴(yán)格的規(guī)章制度、正確的工藝文件、齊全的檢測(cè)手段和良好的員工素質(zhì)。
高速鋼熱處理過(guò)程中存在的問(wèn)題
高速鋼刀具的熱處理比以前有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。許多工具進(jìn)入了國(guó)際高端市場(chǎng)，并得到了國(guó)際的認(rèn)可。但差距還是很大的，落后材料，粉末高速鋼是 21 世紀(jì)高速鋼的典型代表，在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于復(fù)雜切削工具，但在國(guó)內(nèi)仍未很好的實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。目前一些高速高壽命的場(chǎng)合使用的粉末高速鋼仍然是進(jìn)口材料?；旌蠣t號(hào)和混合鋼種會(huì)帶來(lái)很多麻煩。國(guó)內(nèi)一些加工高速鋼刀具仍采用老式鹽浴爐，環(huán)境污染大，能耗高，三廢處理差。
所以，提高切削刀具壽命，不僅需要優(yōu)質(zhì)的原材料、機(jī)械加工水平。嚴(yán)格細(xì)致的熱處理也是刀具壽命的重要決定因素。
