高速钢刀具的传统热处理工艺:高温淬火,550~570℃×1h×3次回火。这种传统的热处理工艺,处理周期长,刀具寿命不高。而采用脉冲磁场回火新工艺,可使钢的硬度、抗弯强度、冲击性能、热硬性等均有提高,刀具寿命提高1倍左右。脉冲磁场回火工艺方法简介如下:
(1)试验设备及方法 选材采用国产的W6Mo5Cr4V2钢,淬火加热设备为高温盐浴炉和高温箱式炉,在硝盐浴中进行常规回火。脉冲磁场回火在自制的脉冲磁场加热炉中进行,其功率为10kW,冷却介质也为硝盐浴。脉冲磁场强度为1000Oe(1Oe=79.578A/m)以下。冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm(无缺口);抗弯试样是尺寸为10mm×10mm×120mm的方钢。
(2)试验结果及分析
1)脉冲磁场回火最佳工艺的确定。为选择最佳回火工艺,确定在二次硬化峰560℃的温度下,改变磁场强度及回火时间,然后测定硬度的变化。通过试验,560℃×45min2次回火,硬度均能达65.5HRC以上;而常规560℃×1h×3次回火,要保证高硬度有一定难度。
2)脉冲磁场回火对组织和性能的影响 由金相分析可知,经脉冲磁场回火者析出的二次碳化物弥散度大,而且晶粒细小、分布均匀;而常规回火析出的二次碳化物分布明显欠均匀。再看断口形貌,经脉冲磁场回火的断口有局部的纤维区,有较多的撕裂岭。脉冲磁场回火后的抗弯强度和冲击韧度比常规回火高出20%。
3)脉冲磁场回火对残余应力及残留奥氏体的影响。从测试可知,高速钢刀具淬火后的残余应力经脉冲磁场回火后有明显下降,而常规回火下降幅度较小;脉冲磁场回火和常规回火残留奥氏体量相近。但脉冲磁场回火时间短,速度快,完全可以代替常规多次回火。
(3)生产应用实例 选用8mm×8mm、10mm×10mm、12mm×12mm W6Mo5Cr4V2钢制车刀做切削试验,结果表明,经脉冲磁场回火的车刀比常规回火的寿命提高近1倍。
(4)脉冲磁场回火作用机理的讨论
1)脉冲磁场降低铁磁相——马氏体和碳化物的自由能,从而使相变驱动能显著增大。有的文献指出:磁场能使 Ms 点显著上升。因而脉冲磁场可加速碳化物和马氏体的形核,从而使碳化物析出更加均匀弥散,而碳化物的析出又进一步使 Ms 点升高。这可能是脉冲磁场强烈促进残留奥氏体向马氏体转变的原因。
2)磁场能可转化为原子的动能。脉冲磁场中的磁致伸缩效应可使原子间距发生周期性的变化。这些原因都会使扩散激活能降低,加速原子的扩散。脉冲磁场更有利于加速电子的定向流动,这就使回火时碳化物的析出和内应力的降低更加迅速和充分。
3)交变及脉冲磁场可使工件产生强烈的振动,以及磁致伸缩效应,均可加速新相的形核。不难设想,脉冲越尖锐,瞬时能量越高,其加速热处理过程的作用必然更加强烈。
(5)结论 脉冲磁场可显著加速高速钢回火转变,可使高速钢的回火周期缩短一半;高速钢经脉冲磁场回火后,使其硬度、热硬性、抗弯强度、冲击性能都有不同程度的提高,因而使车刀寿命提高1倍。