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摘要:

采用正交試驗的方法研究了淬火溫度、保溫時間、冷卻方式對軋制麻花鉆用高速鋼淬火硬度的影響。研究結果表明:在相同淬火溫度和保溫時間下，空冷淬火后高速鋼的硬度要低于分級淬火后的硬度;在相同的冷卻條件下，適當提高淬火溫度或者延長保溫時間可以達到麻花鉆的硬度要求。

關鍵詞:

麻花鉆;高速鋼;分級淬火;空冷淬火;硬度

麻花鉆作為金屬切削工具，通常使用高速鋼為原材料進行軋制。為了保證麻花鉆有足夠的耐磨性，延長其使用壽命，對高速鋼的淬回火硬度進行了嚴格要求，要求淬回火后硬度不低于820HV。國內外在麻花鉆熱處理工藝上略有差距，國內高速鋼麻花鉆熱處理通常采用分級淬火的熱處理工藝，達到麻花鉆的硬度要求沒有太大問題;而國外在麻花鉆熱處理方面，部分廠家采用空冷淬火熱處理工藝。本文采用正交試驗方法，對不同的麻花鉆淬火工藝進行了研究分析。

1試驗內容

1．1試樣的選取選用河冶科技有限公司生產的Φ8．5mm，長度25mm的軋制麻花鉆用高速鋼鋼絲作為試樣。試樣經冶煉、開坯、軋制、冷拉、退火等工序后其化學成分見表1。

1．2試驗方法試驗采用正交試驗的研究方法，重點考察淬火加熱(奧氏體化)溫度、奧氏體化溫度下保溫時間以及淬火冷卻方式對高速鋼鋼絲熱處理硬度的影響。試驗后檢測每個試樣的維氏硬度，每個工藝6個試樣，每個試樣檢測5個點，取其平均值作為最終結果。試驗采用的熱處理工藝見圖1。

2試驗結果與分析

對所有試樣按平均硬度值進行統計計算，試驗結果見表2。由表2可以看出，7#試樣的硬度最高，其熱處理條件:1210℃×180s淬火+550℃×1h3次回火。

2．1淬火加熱溫度的影響由圖2可看出，在高速鋼組織未發生過熱的情況下，隨著淬火溫度的升高，高速鋼的硬度也相應地升高。這是因為對于成分一定的高速鋼，淬火后的硬度是由馬氏體中飽和的碳和合金元素的量以及未轉變殘余奧氏體的量所決定。淬火溫度越高，奧氏體中碳和合金元素的溶解度也越高，可以使更多的碳化物溶入奧氏體基體中，為增加淬火馬氏體中碳和合金元素的含量做組織準備。另外淬火溫度過高還會促使晶粒長大、粗化，發生過熱、過燒現象，造成工件的報廢［1］。因此，淬火溫度的選擇要適當，過高或者過低均不利于材料性能的發揮。

2．2奧氏體化保溫時間的影響奧氏體化保溫時間對高速鋼熱處理硬度的影響見圖3。由圖3可以看出，隨著保溫時間的延長，高速鋼的熱處理硬度也呈增加的趨勢。其原因與提高淬火溫度相似，也是為了增加奧氏體基體中碳和合金元素的含量。因為碳化物的溶解是通過元素的擴散運動完成的。高速鋼中合金元素含量高，擴散困難，適當延長保溫時間有利于元素的充分擴散運動和溶入奧氏體，但是保溫時間過長會帶來氧化、晶粒長大、過燒等問題［2］。因此，在選擇保溫時間時要以達到所需性能要求為宜，不要過度長時間保溫。

2．3淬火冷卻方式的影響本次試驗采用的淬火冷卻方式包括2種:一種為分級鹽浴冷卻，即將經過奧氏體化的高溫工件浸入550～600℃的鹽浴中，讓工件以足夠快的速度冷至分級溫度，等溫使工件均溫后，取出空冷，為了達到高速鋼最高淬回火硬度，分級鹽浴冷卻的冷卻速度應≥10℃/s［3］;另一種為空冷冷卻，即將加熱到奧氏體的高溫工件直接從加熱爐中取出，用風機吹冷至室溫。淬火冷卻方式對高速鋼淬火硬度的影響見圖4。由圖4可以看出，在相同的淬火溫度和保溫時間下，分級淬火的材料硬度要高于空冷淬火的材料硬度。這是由于空冷的冷卻強度低于分級冷卻的原因造成的，因為高速鋼從淬火溫度冷卻時，隨著溫度的降低，碳和合金元素的溶解度減小，碳化物從基體中析出。碳化物析出越多，淬火馬氏體中碳和合金元素的含量越低，同時也會相應地減少回火過程中淬火馬氏體溶解時細小的M2C和MC碳化物的析出量，從而降低材料的回火硬度。對于軋制麻花鉆來說，麻花鉆的規格一般較小，鉆頭的蓄熱量小，冷卻速度快，因此兩種冷卻方式對麻花鉆淬回火硬度的影響不是很大。適當地提高淬火溫度或者延長保溫時間，空冷淬火同樣可以滿足麻花鉆的硬度要求。

3結論

(1)高速鋼熱處理硬度受淬火溫度、保溫時間、冷卻方式等因素的綜合影響。(2)采用分級淬火的工藝，更容易達到麻花鉆的硬度要求。(3)軋制麻花鉆采用空冷淬火時，適當提高淬火溫度或者延長保溫時間，可以達到麻花鉆的硬度要求。

參考文獻

［1］郭耕三．高速鋼及其熱處理［M］．北京:機械工業出版社，1985:56．

［2］魏世忠，朱金華，徐流杰，等．殘余奧氏體量對高釩高速鋼性能的影響［J］．材料熱處理學報，2005，26(1):44～47．

［3］姚紅飛，沈哲明，吳元昌．高速鋼鹽浴的冷卻能力分析［J］．河北冶金，2015，(11):53～55．

作者：郝世風 何寧 吳立志 單位：河冶科技股份有限公司 河北省高速工具鋼工程技術研究中心