超硬高速鋼及普通高速鋼絲錐的使用

1、超硬高速鋼及普通高速鋼絲錐的使用壽命1引言機(jī)用絲錐傳統(tǒng)用材料以W6Mo5Cr4V2高速鋼居多，這一類鋼具有良好的紅硬性和耐磨性。但隨著對(duì)新材料研究的深入，對(duì)刃具材料提出了更高的要求，希望刃具的常溫和高溫力學(xué)性能得到顯著提高。為此在普通高速鋼的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)整其化學(xué)成分，添加其他合金元素，制造出性能更加優(yōu)越的超硬高速鋼，如鈷高速鋼、鋁高速鋼在銑刀、鉆頭等方面得到了很好的應(yīng)用，使用壽命成倍提高，但在絲錐上的應(yīng)用研究較少。另外深冷處理亦對(duì)高速鋼

2、刀具，如滾齒刀、銑刀、鉆頭等的使用壽命有不同程度的提高。因此作者研究了超硬高速鋼和普通高速鋼絲錐的使用壽命及深冷處理對(duì)普通高速鋼絲錐使用壽命影響。2材料與試驗(yàn)方法試驗(yàn)材料試驗(yàn)用鋁高速鋼為成都工具研究所提供的W6Mo5Cr4V2Al，鈷高速鋼為M35(美國(guó)牌號(hào))，普通高速鋼為W6Mo5Cr4V2，以上三種材料均由上海刃具廠有限公司進(jìn)行熱處理，加工成機(jī)用絲錐并進(jìn)行切削試驗(yàn)。深冷前后機(jī)用絲錐(W6Mo5Cr4V2)的切削試驗(yàn)委托上海三強(qiáng)模具有

3、限公司進(jìn)行。鈷高速鋼、鋁高速鋼與普通高速鋼的淬火淬火工藝如下：鈷高速鋼820℃預(yù)熱，1240℃加熱，600℃分級(jí)后空冷；鋁高速鋼850℃預(yù)熱，1200℃加熱保溫，550～600℃分級(jí)后空冷；普通高速鋼820℃預(yù)熱，1190℃加熱，600℃分級(jí)后空冷(時(shí)間分別為預(yù)熱10min，加熱5min，分級(jí)5min)。淬火后分別用XJG05型光學(xué)顯微鏡觀察組織，比較晶粒大小。紅硬性對(duì)比試驗(yàn)根據(jù)紅硬性試驗(yàn)方法閉將淬過(guò)火的普通高速鋼和鋁高速鋼試樣分別在6

4、00、625和650℃加熱保溫4h，然后空冷至室溫，測(cè)量硬度值，重復(fù)三次。絲錐切削性能對(duì)比試驗(yàn)將普通高速鋼與鋁高速鋼制成6mm機(jī)用絲錐，根據(jù)GBT9691994規(guī)定的切削規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)，切削在臺(tái)鉆上進(jìn)行，被加工材料為45鋼，硬度170HB，切削速度為5.3mmin(即280rmin)，切削深度8mm，冷卻液(乳化液)流量為5Lmin。再將普通高速鋼與鈷高速鋼制成8mm全磨制螺旋槽絲錐進(jìn)行切削試驗(yàn)，切削在Z305鉆床上進(jìn)行，被加工材料為1C

5、r18Ni9Ti不銹鋼，硬度190HB，切削速度采用4.8mmin(即190rmin)，切削深度8mm，冷卻液流量為5Lmin。8mm普通高速鋼絲錐平均切削壽命為188個(gè)孔(3個(gè)絲錐分別為196、180、188)，鈷高速鋼絲錐切削壽命達(dá)到406個(gè)孔(3個(gè)絲錐分別為404、376、440)，是前者的2.16倍。切削完后觀察發(fā)現(xiàn)前者刃部有磨損，后者基本沒(méi)有磨損。因?yàn)楦咚黉撝屑尤脞捒梢源龠M(jìn)回火時(shí)從馬氏體中析出鎢、鉬碳化物，提高彌散硬化效果，并

6、提高熱穩(wěn)定性，故能提高常溫、高溫硬度及耐磨性。增加含鈷量，同時(shí)還可以改善鋼的導(dǎo)熱性，降低刀具、工件間的摩擦因數(shù)。因此含鈷高速鋼與普通高速鋼相比使用壽命大大提高了。深冷處理前后組織與切削壽命比較深冷處理前(即淬火＋三次回火)碳化物顆粒的平均直徑約為1.4m，深冷處理后碳化物顆粒平均直徑約為1.0m，顆粒直徑大約下降30%，而且彌散均勻分布，析出的碳化物的顆粒明顯增多。6mm高速鋼絲錐深冷處理前平均加工45.2個(gè)孔(5個(gè)絲錐分別為45、38

7、、50、45、48)，深冷處理后平均加工62.2個(gè)孔(5個(gè)絲錐分別為67、72、54、60、58)，壽命提高38%。8mm絲錐在深冷前可加工27.8個(gè)孔(5個(gè)絲錐分別為20、26、30、28、30)，而深冷處理后為40.4孔，是前者的1.45倍，可見(jiàn)深冷處理能夠較大地提高絲錐的切削壽命。高速鋼淬火后的組織為高碳高合金馬氏體、未溶碳化物及大量的殘余奧氏體，在560℃回火過(guò)程中馬氏體中析出大量彌散細(xì)小的碳化物，回火冷卻過(guò)程中部分殘余奧氏體發(fā)

8、生二次淬火，轉(zhuǎn)變?yōu)?二次)馬氏體，在第二次回火中又從馬氏體中析出大量彌散細(xì)小的碳化物，同時(shí)殘余奧氏體繼續(xù)發(fā)生向馬氏體的轉(zhuǎn)變，這樣經(jīng)過(guò)三次回火后，殘余奧氏體含量(體積分?jǐn)?shù))由25%～30%下降到1.5%，整個(gè)組織為回火馬氏體基體上分布著大量彌散細(xì)小均勻的碳化物及極少量的殘余奧氏體。將淬火與三次回火的絲錐放到196℃液氮中，碳原子擴(kuò)散困難，升至室溫過(guò)程中，碳原子擴(kuò)散加快；回火馬氏體中含碳量為0.2%～0.25%，鐵素體含碳量低于0.008%

9、?；鼗瘃R氏體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，仍處于一定的過(guò)飽和狀態(tài)，進(jìn)一步分解析出超微細(xì)碳化物，微細(xì)碳化物的析出阻止因溫度上升而引起的組織長(zhǎng)大和碳化物粗化，而殘余奧氏體數(shù)量較少(約1.5%)，據(jù)研究深冷處理前后殘余奧氏體量變化不大，因此可認(rèn)為奧氏體在整個(gè)深冷過(guò)程中基本沒(méi)有變化。這樣深冷后的組織應(yīng)為回火馬氏體基體上分布著原來(lái)的碳化物(三次回火后析出的)和深冷后馬氏體中析出的超微細(xì)碳化物，以及極少量的殘余奧氏體。因?yàn)橛谐⒓?xì)碳化物的彌散析出，導(dǎo)致硬度、強(qiáng)度

10、、韌度、紅硬性、耐磨性均相應(yīng)得到提高。4經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比普通高速鋼目前價(jià)格為4.8萬(wàn)元t，鋁高速鋼價(jià)格為5.76萬(wàn)元t，是前者的1.2倍，6mm絲錐原材料成本為0.9元支，產(chǎn)品售價(jià)為6.8元支，使用鋁高速鋼材料，原材料的成本變?yōu)?.1元支，其他生產(chǎn)流程一樣，產(chǎn)品售價(jià)為7.0元支，比前者高約3%，壽命提高24%，這樣同樣加工相同數(shù)量的螺紋孔，可以減少絲錐用量，節(jié)省換裝時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。普通高速鋼絲錐進(jìn)行深冷處理所需成本包括30