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高速钢刀具淬火裂纹的原因分析及预防措施

2007-12-27 15:29:07

高速钢属莱氏体钢，含有大量合金元素，冶炼后形成大量一次共晶碳化物和二次碳化物(约占成分总量的18%～22%)，这对高速钢刀具的淬火质量及使用寿命有很大影响。高速钢淬火温度接近熔点，淬火后组织中仍有25%～35%的残余奥氏体，致使高速钢刀具容易产生裂纹和腐蚀。下面分析影响高速钢刀具淬火裂纹和腐蚀的原因，并提出相应预防措施。

1 高速钢原材料的冶金缺陷

高速钢中所含大量碳化物硬而脆，为脆性相。一次共晶碳化物呈粗大骨骼状(或树枝状)分布于钢基体内。钢锭经开坯压延和轧制后，合金碳化物虽有一定程度的破碎和细化，但碳化物偏析依然存在，并沿轧制方向呈带状、全网状、半网状或堆积状分布。碳化物不均匀度随原材料直径或厚度的增加而增加。共晶碳化物相当稳定，常规热处理很难消除，可导致应力集中而成为淬火裂纹源。钢中硫、磷等杂质偏析或超标也是导致淬裂的重要原因。高速钢的导热性和热塑性差、变形抗力大，热加工时易导致金属表层和内层形成微裂纹，最终在淬火时因裂纹扩展而导致材料报废。大型钢锭在冶炼、轧制或锻造等热加工过程中形成的宏观冶金缺陷如疏松、缩孔、气泡、偏析、白点、树枝状结晶、粗晶、夹杂、内裂、发纹、大颗粒碳化物及非金属夹渣等均易导致淬火时应力集中，当应力大于材料强度极限时便会产生淬火裂纹。

预防措施为：①选用小钢锭开坯轧制各种规格的刀具原材料；②选用二次精炼电渣重熔钢锭，它具有纯度高、杂质少、晶粒细、碳化物小、组织均匀、无宏观冶金缺陷等优点；③对不合格原材料进行改锻，击碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物不均匀度≤3级；④采取高温分级淬火、再高温回火的预处理工艺，通过精确控温等措施，可有效避免高速钢原材料冶金缺陷引起的淬火裂纹。

2 高速钢过热、过烧组织

高速钢过热、过烧组织的特点为晶粒显著粗化，合金碳化物出现粘连、角状、拖尾状及沿晶界呈全网状、半网状或连续网状分布；钢组织内部局部熔化出现黑色组织或共晶莱氏体，形成过烧组织，显著降低晶间结合力和钢的强韧性。引起高速钢过热、过烧组织的主要原因有：淬火加热温度过高，测温和控温仪表失准；盐浴炉淬火加热时，因盐浴表面烟雾导致辐射高温计测温出现误差；变压配电盘磁力开关失灵；刀具加热时离电极太近或埋入炉底沉积物中；原材料存在大量角状碳化物或碳化物不均匀度等级太高等。高速钢过热、过烧组织极易导致淬火裂纹。

预防措施为：①严格控制原材料质量，共晶碳化物级别应≤3～3.5级；②原材料入库和投产前应作金相检查，确保无宏观冶金缺陷；③刀具淬火加热前用试片校验高温盐浴炉，检查晶粒等级与淬火加热温度的关系是否合理(参见下表)；④采用微机控温与测温，测温精度达到±1.5℃。

**表 W6Mo5Cr4V2高速钢碳化物级别与过热淬火加热温度**
共晶碳化物不均匀度等级	出现过热(晶粒度8^#)的淬火温度(±5℃)
≤3	1260℃
3.5	1250℃
4.5	1245℃
7.5	1240℃
8.5	1230℃

3 萘状断口

萘状断口是高速钢常见的组织缺陷，断口呈鱼鳞状，类似大理石，具有萘的光泽，断口极粗糙，晶粒粗大(可达Ø1mm)。由于材料脆性大，强韧性低，高温奥氏体化淬火时容易形成淬火裂纹。在热锻、轧制、压延等热加工时，经1050～1100℃高温奥氏体化，热塑性变形在5%～10%临界变形、精锻温度不当及重复淬火时未经中间退火(或退火不充分)等因素均易形成萘状断口，导致淬火裂纹。

预防措施为：①合理选择精锻温度，严格控制终锻温度(≤1000℃)，锻后缓冷；②锻坯淬火前应充分退火；③避免在5%～10%临界变形；④进行超晶粒细化处理等。采取以上措施可有效抑制高速钢萘状断口的形成，避免产生淬火裂纹。

4 机械设计与冷加工不当引起应力集中

刀具厚薄不均、因棱角、锐边、尖角、沟槽、孔、凸台等形状突变而产生缺口效应以及冷加工表面粗糙、刀纹较深、存在碰伤及打标记等均可导致高速钢刀具淬火时应力集中，从而诱发淬火裂纹。<

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