CN1718774A - 一种高速钢刀具深冷处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是属于一种钢制工件的热处理工艺，特别适用于提高各类高速钢刀具的使用寿命。其特征是刀具经淬火后进行1次回火，回火后将刀具进行预冷，然后进行深冷处理，液氮温度为－185～－196℃，深冷处理的等温时间为：相变孕育期+工件截面尺寸系数×工件截面尺寸。深冷处理后将温度已回升到室温的刀具放入100℃的沸水中加热60分钟。形状复杂或大型刀具，可按上述方法进行2～3次深冷处理。本发明的效果和益处是本发明的深冷处理工艺不仅因减少了回火次数而节约了能源，而且由于增加了工件预冷工序以及合理地计算了深冷保温时间而使深冷处理后高速钢刀具的使用寿命得到明显提高。
Description
技术领域
本发明是属于金属材料的热处理工艺技术领域，涉及到钢制工件的热处理，特别涉及到高速钢刀具深冷处理方法。
背景技术
现有技术中，用于高速钢刀具效果较好的深冷处理工艺为：淬火+回火1次+深冷+回火1次，深冷处理的保温时间为工件的有效厚度或有效直径乘以5～8分钟/毫米，深冷处理方式多采用液体法的直接浸入式。
目前高速钢刀具深冷处理工艺存在的问题是回火次数较多，能耗大。深冷处理工艺对深冷保温时间的计算没有考虑深冷处理相变的孕育期，使碳化物的析出不充分，从而不能更明显地提高高速钢刀具的使用寿命。此外，直接浸入方式会造成对工件表面的剧烈热冲击，形成表面微裂纹，影响深冷处理效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速钢刀具深冷处理工艺，解决目前在高速钢刀具深冷处理中存在的耗能大且效果不明显的问题。
本发明的技术方案是高速钢刀具根据钢种特定的相变临界点进行淬火处理，淬火后进行一次回火，回火后进行深冷处理，液氮温度为-185～-196℃。采用液体法进行深冷处理，深冷处理工艺过程如下：
1.深冷前对刀具进行预冷处理。
2.刀具的深冷保温
用下面公式(1)计算刀具在液氮中的等温保持时间：
T＝I+KD (1)
式中T为深冷保持时间(小时)；I为孕育期(小时)，是与材质有关的常数；K是与刀具工作部分的截面尺寸有关的系数(分钟/毫米)，系数K的选择方法如下：
刀具截面厚度小于5毫米K取15分钟/毫米；刀具截面厚度大于5毫米K取20分钟/毫米；
刀具截面直径小于5毫米K取16分钟/毫米；刀具截面直径大于5毫米K取22分钟/毫米
D为刀具工作部分的有效截面尺寸(毫米)。
3.刀具的消应力加热
深冷处理后将刀具温度回升到室温。然后进行一次1小时以上，100℃的低温加热处理来消除深冷处理后的残余应力。
对于形状复杂或大型刀具可按上述工艺对其进行2～3次深冷处理。
本发明的深冷处理工艺的效果和益处是因在深冷处理后不再进行回火，将回火次数减少为一次，节约了能源。通过图1和图2中的透射电子显微镜观察发现，与目前的深冷工艺即回火两次且深冷保温时间不计入相变孕育期的工艺比较，经本发明深冷工艺处理后的高速钢工件在马氏体板条内析出大量的纳米尺度的M6C或MC型碳化物。因在计算深冷处理保持时间时计及了相变孕育期，使碳化物析出数量明显增加，分布更均匀。通过图3和图4中的扫描电子显微镜观察发现，与目前的深冷处理工艺比较，经本工艺处理后的高速钢工件的冲击断口脆性裂纹数量明显减少，韧窝数量增加。实验结果表明，冲击韧性提高1倍，耐磨性提高1～2倍。深冷前的预冷处理消除了直接浸入式深冷工艺产生的微裂纹，使深冷处理效果更稳定。
附图说明
附图1为目前深冷工艺处理后的W18Cr4V高速钢工件内部析出碳化物分布状态的透射电镜暗场照片。图中可见，碳化物颗粒数量少，且分布不均匀。
附图2为本发明深冷工艺处理后W18Cr4V高速钢工件内部析出碳化物的分布状态的透射电镜暗场照片。图中可见，碳化物颗粒数量明显增加，且弥散分布。
附图3为目前深冷工艺处理后W18Cr4V高速钢冲击断口的扫描电镜照片。图中可见，存在脆性裂纹。
附图4为本发明深冷工艺处理后W18Cr4V高速钢冲击断口的扫描电镜照片。图中可见，脆性裂纹消失，韧窝数量增加。
具体实施方式
下面结合技术方案，详细叙述本发明的具体实施例。
对于W18Cr4V钢制刀具，淬火温度为1280℃，油淬，淬火后进行一次回火1小时，回火温度为600℃，回火后在-185～-196℃的液氮中进行深冷处理。采用液体法进行深冷处理。深冷处理工艺过程如下：
步骤1深冷前刀具的预冷
将刀具放在液氮的液面上停留30分钟，或将刀具高度的1/3快速放入液氮中不做停留立即取出，如此反复2～3次也可达到预冷效果。
步骤2刀具的深冷保温
将预冷后的刀具缓慢放入液氮中，按公式(1)计算深冷保温时间。对于W18Cr4V钢刀具孕育期I取3小时。
步骤3刀具的升温
刀具深冷处理保温阶段完成后，要回升温度到室温，不同钢种采用不同升温方式，W18Cr4V钢刀具可放在空气中缓慢升温。
步骤4刀具的消应力加热
温度已回升到室温的刀具放入100℃的沸水中加热60分钟消除应力，加热结束后将刀具放入空气中降温。
对于形状复杂或大型W18Cr4V钢刀具，可按上述方法进行3次深冷处理。
深冷处理设备为一开口式100立升真空绝热设备，其技术参数为：储存介质：液态氮，公升容积：100ml，容器日蒸发率≤3.5％/天，容器封口真空度≤6.67×10-3Pa，容器夹层静态漏放气率≤1.33×10-5Pa.L/s，绝热方式：高真空+多层多屏绝热，最大承重≤50Kg。
Claims (3)
1.一种高速钢刀具深冷处理方法，其特征是刀具在淬火后进行一次回火，回火后进行深冷处理，液氮温度为-185～-196℃，深冷处理后待刀具回复到室温后将其放入100℃沸水中加热60分钟。
2.根据权利要求1所述的一种高速钢刀具深冷处理方法，其特征是深冷处理的等温时间为：相变孕育期+工件截面尺寸系数×工件截面尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种高速钢刀具深冷处理方法，其特征是刀具在放入液氮保温前需进行预冷处理。
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