高速工具鋼中含有大量的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素,當(dāng)加熱溶入奧氏體時(shí),使碳在γ-Fe中的最大固溶度點(diǎn)E顯著左移,因此高速工具鋼鑄態(tài)組織中出現(xiàn)了萊氏體組織,屬萊氏體鋼。高速工具鋼的鑄態(tài)組織共晶碳化物呈魚骨狀分布。魚骨狀的共晶碳化物硬而脆,不能用熱處理方法去除,必須通過高溫軋制和鍛壓的方法將其粉碎并使其重新分布。不經(jīng)鍛壓的高速工具鋼,將使刃具的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熱硬性下降,淬火時(shí)易變形和開裂,使用時(shí)容易崩刃和磨損。因此高速工具鋼在出廠時(shí)應(yīng)規(guī)定級別,檢驗(yàn)碳化物分布的不均勻度。
1)高速工具鋼的退火。由于高速工具鋼的奧氏體穩(wěn)定性很好,因此鍛造后空冷也會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織,硬度較高。為消除鍛造應(yīng)力,降低硬度,改善可加工性,并為淬火做組織準(zhǔn)備,必須進(jìn)行球化退火。生產(chǎn)中常采用等溫球化退火(加熱至860~ 880℃保溫,快冷至720~ 750℃等溫,500℃以下出爐空冷),退火后的組織為索氏體及粒狀碳化物,硬度為207~255HBW。
2)高速工具鋼的淬火及回火。高速工具鋼的熱硬性通過正確的淬火和回火處理后才能夠顯現(xiàn)出來。高速工具鋼屬于高合金工具鋼,組織中的各種碳化物,其分解溫度和溶入奧氏體的溫度都很高,所以高速工具鋼的淬火加熱溫度較高,一般為1200~1300℃。由于高速工具鋼的塑性及導(dǎo)熱性差,若從室溫直接加熱到淬火溫度,會(huì)引起較大的熱應(yīng)力,從而導(dǎo)致變形和開裂,因此必須在800~850℃進(jìn)行預(yù)熱,然后再加熱到淬火溫度。
兩次預(yù)熱。為防止刃具表面氧化、脫碳,通常采用鹽浴爐加熱,淬火冷卻一般采用油冷淬火或鹽浴爐分級淬火。高速工具鋼淬火后的正常組織為隱針狀的馬氏體、粒狀碳化物及20%~25%的殘留奧氏體。為了消除淬火應(yīng)力,穩(wěn)定組織,減少殘留奧氏體量,達(dá)到所要求的性能指標(biāo),高速工具鋼淬火后必須及時(shí)進(jìn)行回火(一般進(jìn)行兩次)。隨回火溫度提高,開始時(shí)硬度是降低的,但回火溫度高于300℃后,隨回火溫度提高,鋼的硬度反而又提高了,這是由于在此溫度下,鎢、釩的碳化物(W2C、VC)開始從馬氏體中析出,形成第二相彌散強(qiáng)化的結(jié)果。另外,部分的碳及合金元素從殘留奧氏體中析出,使Ms點(diǎn)升高,則在回火的冷卻過程中殘留奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體,也使硬度提高,由此造成鋼的二次硬化。在560℃左右回火后,硬度達(dá)到最高值,而當(dāng)回火溫度高于560℃后,由于碳化物的聚集長大,則回火溫度提高,硬度降低。
高速工具鋼淬火后殘留奧氏體量多。有時(shí)為了減少回火次數(shù),也可在淬火后,立即進(jìn)行-60~80℃的冷處理,然后再進(jìn)行一次560℃回火。高速工具鋼淬火、回火后的組織應(yīng)為細(xì)的回火馬氏體、粒狀碳化物和少量的殘留奧氏體,硬度為63~67HRC。
為了進(jìn)一步提高高速工具鋼的切削性能和使用壽命,可在淬火、回火后進(jìn)行某些化學(xué)熱處理,如氮碳共滲、硫氮共滲、蒸汽處理,表面氣相沉積等處理,以提高刃具的抗咬合性能、硬度和降低摩擦因數(shù)。