CN100464003C - 通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法 - Google Patents

通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法 Download PDF

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Abstract

通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法，属于热处理技术领域。为了解决被处理刀具不能同时具有最佳的硬度和耐冲击性的问题，本发明的可变温化学热处理方法如下：先将共渗炉加热至500～520℃，然后将被处理工件置于共渗炉内，待炉温升至500℃开始滴入甲醇或乙醇排空炉内空气，维持炉温在500～520℃，20～30分钟后停止滴入甲醇或乙醇，开始滴入催硬渗剂，处理1.2～1.5小时后升温至550～560℃，继续处理1.5～2.5小时，然后停止滴入催硬渗剂，降温出炉。本方法工艺简便、省时、省力、费用低廉、安全可靠。

Description

通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法
技术领域
本发明属于热处理技术领域，涉及一种适用于机械加工行业、工具制造行业的金属切削刀具的增硬抗磨损的化学热处理元素渗透方法。
背景技术
机械加工最关键的就是切削刀具，而平常90％的刀具都是普通高速工具钢制造，通常最常见的有：W18-W18Cr4V1、W9-W9Mo3Cr4V1、W6-W6Mo5Cr4V2、F205-W6MoCr4VSi等等，这些高速钢淬火硬度都在HRC62～HRC65度左右。
但当前工业的发展，大量稀有超硬材料的应用和数控加工的普及，大多数普通刀具已不适用于当前机械加工条件，取而代之的就是大量进口国外超硬刀具。而这些刀具大多数都是采用高钴钢制造，如M42-W2Mo8Cr4V2Co8、M35-W12Mo3Cr4VCo3N等，原料价格都在20万元/吨左右。
进口成品刀具更是天价，其价格是国内刀具的20～30倍，每年国家要花费几百亿美元去买国外刀具。高钴钢刀具淬火硬度虽然高达HRC66～HRC69度，但抗冲击性却远不如普通高速钢，在工件加工中很容易断裂损坏。而普通高速钢虽然耐冲击、韧性好，但又很难加工超硬材料的工件，这是当前机械加工普遍存在的难题。
发明人经过多年的苦心研究与实验分析，结合哈尔滨工业大学(稀***渗热处理技术)1990年度国家科技发明二等奖，不断研究更新发展，做了大量的试验研究发现，同时满足淬火硬度能达到高钴钢，又具有普通高速钢的耐冲击、韧性材料是不存在的，因为任何材料都有它的两面性，即硬度上去了，韧性、耐冲击性就下来了，所以只能从刀具表面处理这个方面着手。
发明内容
为了解决被处理刀具不能同时具有最佳的硬度和耐冲击性的问题，本发明
提供一种效果更好、操作更简单、更实用的可变温、抗氧化三原化学热处理方
法，即：通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法，该方法可以使被处理刀具达到最佳硬度和耐磨性、可塑性，确保刀具提高寿命2～4倍，具体方法如下：先将共渗炉加热至500～520℃，然后将被处理工件置于共渗炉内，待炉温升至500℃开始滴入甲醇或乙醇排空炉内空气，维持炉温在500～520℃，20～30分钟后停止滴入甲醇或乙醇，开始滴入催硬渗剂，处理1.2～1.5小时后升温至550～560℃，继续处理1.5～2.5小时，然后停止滴入催硬渗剂，降温出炉；所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：250～350g、甲醇150～250g、硫脲：15～25g、硼酐：3～6g、RE：3～6g、抗氧化剂：5～8g；所述抗氧化剂为硫铜。
本发明采用二段升温与变温的方法处理高速钢与硬质合金刀具，具有如下优点：在低温段虽然气氛渗入缓慢，但渗入表层的碳、氮、硼等元素分布均细。当形成0.02毫米渗层后，渗层本身形成阻渗作用，这时升温到高温段，在高温作用下提高了渗透能力，从而达到两段渗透的均衡。
通过共渗后的刀具表面，0.02～0.08mm厚的渗层中存在大量白色点状物，主要成分由Fe3O4、FeS、Fe2B、碳氮化合物组成，碳氮化合物高度弥散分布，具有极高的硬度，随着扩散过度减少，硬度逐渐下降，碳氮化合物也就逐渐减少，而过度到刀具的基本原始硬度由于加入稀***渗与催渗和渗入微合金化作用，尤其对硼原子的催渗作用，使刀具表面Fe2B相增多，加上稀土渗入后引起的畸变作用，使表面硬度很高，亚表层含有大量软相组织Fe3O4、FeS，稀土及硼原子又无法渗入到该层，使该处硬度形成一个低谷，但随着稀土催渗作用使该处集中了大量C、N，而其他原子却无法渗入，从而大量碳氮化合物，极大提高了该处的硬度与耐磨损程度度，从而达到刀具共渗的增硬耐磨目的。
按照本发明所述方法，在20KW井式变温电炉中，经变温强化处理后的普通高速钢工具，其切削效果与寿命比原来均提高2～4倍，切削性能、耐冲击性均超过高钴钢，表面硬度由原来的HRC62～HRC65度提高到HRC67～HRC70度，经本方法处理的硬质合金硬度高达HRC93～HRC95度以上，耐磨度提高1倍以上。本方法工艺简便、省时、省力、费用低廉、安全可靠。采用本发明方法处理的普通高速钢刀具表面硬度和耐磨度高于高钴钢，而韧性和塑性又大大优于高钴钢，所用成本只有高速钢的1/4～1/5左右，是国外进口刀具的1/20。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式按照如下方法对高速钢与硬质合金刀具进行化学热处理：先将共渗炉加热至500～520℃，然后将被处理工件置于共渗炉内，待炉温升至500℃开始滴入甲醇或乙醇排空炉内空气，维持炉温在500～520℃，20～30分钟后停止滴入甲醇或乙醇，开始滴入催硬渗剂，处理1.2～1.5小时后升温至550～560℃，继续处理1.5～2.5小时，然后停止滴入催硬渗剂，出炉2～3分钟油冷即可。
本实施方式中，所述催硬渗剂可以有如下两种配方：
一、常温温和型：
以250～350g甲酰胺与150～250g甲醇的混合物为基液，然后在基液中加入15～25g硫脲、3～6g硼酐(B2O5)、3～6g RE，同时加入5～8g抗氧化剂(硫铜)，混合溶解后即可应用。本渗剂适用于普通高速工具钢和普通硬质合金，处理硬质合金共渗时间减半。被渗刀具硬度可达HRC65～HRC68度，渗层深0.04～0.06mm。
二、增强型：
以450～550g甲酰胺与150～250g乙醇的混合物为基液，然后在基液中加入15～25g硫脲、3～6g硫铜、3～6g RE，混合溶解后即可应用。本渗剂为增强型，被渗刀具硬度可达HRC69～HRC71度，渗层深0.04～0.06mm。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：250g、甲醇150g、硫脲：15g、硼酐：3g、RE：3g、抗氧化剂：6g。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：300g、甲醇200g、硫脲：20g、硼酐：5g、RE：5g、抗氧化剂：5g。
2002年沈阳724工厂，进口一批合金钢弹体，在加工中遇到困难，所有刀具均无法加工，国外高钴钢刀具不行，就采用硬质合金，可硬质合金刀具只能加工2件就崩刃损坏。采用普通高速钢经本发明所述方法处理刀具时，当时用的是国产W9普通高速钢材料，一次加工实验成功。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：350g、甲醇250g、硫脲：25g、硼酐：6g、RE：6g、抗氧化剂：8g。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：450g、乙醇：150g、硫脲：15g、硫铜：3g、RE：3g。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：500g、乙醇：200g、硫脲：20g、硫铜：5g、RE：5g。
2003年至2005年本发明所述方法在哈尔滨汽轮机厂对各种不锈钢、合金钢等多种材料实验加工大获成功，有些刀具已替代进口刀具，为工厂节省了大量外汇支出。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：550g、乙醇：250g、硫脲：25g、硫铜：6g、RE：6g。

Claims (8)

1.一种通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法，其特征在于所述方法如下：先将共渗炉加热至500～520℃，然后将被处理工件置于共渗炉内，待炉温升至500℃开始滴入甲醇或乙醇排空炉内空气，维持炉温在500～520℃，20～30分钟后停止滴入甲醇或乙醇，开始滴入催硬渗剂，处理1.2～1.5小时后升温至550～560℃，继续处理1.5～2.5小时，然后停止滴入催硬渗剂，降温出炉；所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：250～350g、甲醇150～250g、硫脲：15～25g、硼酐：3～6g、RE：3～6g、抗氧化剂：5～8g；所述抗氧化剂为硫铜。
2.根据权利要求1所述的通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法，其特征在于所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：250g、甲醇150g、硫脲：15g、硼酐：3g、RE：3g、抗氧化剂：6g。
3.根据权利要求1所述的通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法，其特征在于所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：300g、甲醇200g、硫脲：20g、硼酐：5g、RE：5g、抗氧化剂：5g。
4.根据权利要求1所述的通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法，其特征在于所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：350g、甲醇250g、硫脲：25g、硼酐：6g、RE：6g、抗氧化剂：8g。
5.根据权利要求1所述的通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法，其特征在于所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：450～550g、乙醇：150～250g、硫脲：15～25g、硫铜：3～6g、RE：3～6g。
6.根据权利要求1所述的通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法，其特征在于所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：450g、乙醇：150g、硫脲：15g、硫铜：3g、RE：3g。
7.根据权利要求1所述的通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法，其特征在于所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：500g、乙醇：200g、硫脲：20g、硫铜：5g、RE：5g。
8.根据权利要求1所述的通用于高速钢与硬质合金刀具的可变温化学热处理方法，其特征在于所述催硬渗剂由下述成分组成：甲酰胺：550g、乙醇：250g、硫脲：25g、硫铜：6g、RE：6g。
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