CN101660031A - 一种成品高速钢刀具周期式深冷处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢制工件的深冷处理工艺，特别适用于刀具使用厂家提利用深冷处理方法提高成品高速钢刀具的使用寿命。其特征是对成品高速钢刀具不再进行淬火和回火处理，直接进行周期式循环深冷处理，采用液体法直浸式深冷，液氮温度为－185～－196℃。根据不同材料选择深冷循环次数。不同钢种采用不同升温方式。本发明深冷处理工艺的效果和益处是为使用成品刀具的厂家提供了一种周期式循环深冷处理工艺，解决了高速钢刀具使用寿命低的问题。不进行淬火和回火处理，为厂家节约了能源。采用的周期式循环深冷处理时间明显少于一次长时间深冷处理，节约了时间，提高了生产效率。考虑了不同材料的升温方法，稳定了深冷效果。
Description
技术领域
本发明是属于金属材料的热处理工艺技术领域，涉及到钢制刀具的热处理，特别涉及到用于成品高速钢刀具的深冷处理工艺。
背景技术
现有技术中，将深冷处理作为钢制刀具热处理的中间工序，需配合淬火和回火工艺进行，现用于高速钢刀具效果较好的深冷处理工艺为：淬火后进行一次回火，回火后进行一次液氮深冷处理，深冷时间按公式计算：T＝I+KD(式中：T为深冷保持时间，I为相变孕育期，K为与刀具工作部分截面尺寸有关的系数，D为刀具工作部分的有效截面尺寸)，液氮温度为185～196℃，然后再进行一次低温消应力加热处理，热处理和深冷处理主要在刀具生产厂家进行。
现有高速钢刀具深冷处理工艺存在的问题是没有针对成品高速钢刀具的深冷处理方法，不能指导刀具使用厂家利用深冷处理提高刀具寿命。另外，现有深冷处理工艺采用1次长时间深冷，耗时长，效率低。此外，在升温过程中没有考虑刀具材料和环境温度，一律采用在空气中升温，影响了深冷处理效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种针对成品高速钢刀具的周期式深冷处理工艺，适合刀具使用厂家利用深冷处理提高刀具使用寿命。
本发明的技术方案是：
对成品高速钢刀具不再进行淬火和回火处理，直接进行深冷处理，即淬火+回火三次+深冷处理，液氮温度为-185～-196℃。采用液体法直浸式进行深冷处理，深冷处理工艺过程如下：
(1)对内部金相组织符合国家标准的刀具进行深冷处理。
(2)深冷前对刀具进行预冷处理。
(3)刀具的周期式深冷处理，按如下工艺进行：将刀具浸入液氮中，保证刀具在深冷处理过程中始终被液氮淹没。每次深冷保持时间为1小时，根据不同材料选择深冷循环次数。
(4)刀具的升温
每次深冷处理后，将刀具取出后回升温度到室温，根据刀具的材料选择在空气中或机油中升温。
(5)刀具的消应力加热
深冷处理结束后，进行一次1小时以上，100℃的低温加热处理来消除深冷处理后的残余应力，可在沸水中进行。
刀具主要指由W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2或W9Mo3Cr4V三种高速钢制造。
本发明深冷处理工艺的益处是为成品高速钢刀具的厂家提供了一种周期式循环深冷处理工艺，解决了高速钢刀具使用寿命低的问题。本发明不进行淬火和回火处理，为厂家节约了能源。本发明采用的周期式循环深冷处理时间明显少于1次长时间深冷处理，节约了时间，提高了生产效率。考虑了不同材料的升温方法，稳定了深冷效果。
附图说明
附图1为高速钢刀具的周期式深冷工艺曲线。
附图2为经1260℃淬火+550℃回火1次+1次12小时深冷后的W6Mo5Cr4V2高速钢刀具内部析出碳化物分布状态的透射电镜暗场照片。
附图3为本发明深冷工艺处理即1260℃淬火+550℃回火3次+2次1小时周期循环深冷处理后，W6Mo5Cr4V2高速钢刀具内部析出碳化物的分布状态的透射电镜暗场照片。图3中可见，碳化物颗粒数量增加，且更加弥散分布。
附图4为经1260℃淬火+550℃回火1次+1次12小时深冷后的W6Mo5Cr4V2高速钢刀具冲击断口的扫描电镜照片。
附图5为本发明深冷工艺处理即1260℃淬火+550℃回火3次+2次1小时周期循环深冷处理后，W6Mo5Cr4V2高速钢刀具冲击断口的扫描电镜照片。图5中可见，脆性裂纹数量更少，韧窝数量增加且变小。
具体实施方式
下面结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。
本发明适用于W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2或W9Mo3Cr4V三种高速钢制造的成品刀具，在-185～-196℃的液氮中进行直浸式深冷处理。深冷处理工艺过程如下：
步骤1：深冷处理前的准备
(1)刀具表面质量检查，去除油污和锈斑(2)刀具硬度测量，检查是否符合供货硬度要求(3)刀具内部组织级别检查，在可能的条件下要对成品刀具做奥氏体晶粒级别，碳化物不均匀性级别以及表面脱碳层的金相检查，如级别超差，深冷处理没有效果。
步骤2深冷前刀具的预冷
将刀具放入干冰中30分钟或将刀具高度的1/3快速放入液氮中不做停留立即取出如此反复23次，刀具预冷后立即放入液氮中。
步骤3周期式深冷处理
将刀具浸入液氮中，保证刀具在深冷处理过程中始终被液氮淹没。每次深冷保持时间为1小时，根据不同材料选择深冷循环次数。W18Cr4V钢刀具采用3次周期深冷，W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V钢刀具采用2次周期深冷。操作时保证前一道深冷后刀具温度完全恢复到室温后，再进行第2次或第3次深冷。
步骤4深冷后刀具的升温
刀具深冷处理保温阶段完成后，要回升温度到室温，不同钢种采用不同升温方式。W18Cr4V钢刀具可放在20℃空气中缓慢升温，而W6Mo5Cr4V2或W9Mo3Cr4V钢刀具可入22℃的机油中升温。升温过程中刀具不能溅到水。
步骤5刀具的低温消应力加热
将温度回升到室温的刀具放入100℃的沸水中加热60-90分钟(大型刀具取上限)消除应力，加热结束后放在室温中降温。
步骤6刀具深冷后硬度测量
整个周期式深冷处理完成后，须在洛氏硬度计上测量刀具硬度值。如果深冷后硬度平均值比深冷前提高1-2HRC，说明深冷操作正确。
深冷处理设备为一开口式100立升真空绝热设备，其技术参数为：储存介质：液态氮，公升容积：100ml，容器日蒸发率≤3.5％/天，容器封口真空度≤6.67×10-3Pa，容器夹层静态漏放气率≤1.33×10-5Pa.L/s，绝热方式：高真空+多层多屏绝热，最大承重≤50Kg。
通过透射电子显微镜观察发现，与目前的深冷处理工艺即淬火+1次回火+1次长时间深冷(图2)比较，因为多次深冷为碳化物析出提供了更多的相变驱动力，经本发明深冷工艺处理后的成品W6Mo5Cr4V2高速钢刀具在马氏体板条内析出更多纳米尺度的M6C或MC型碳化物(图3)，而且尺寸更为细小。通过图4和图5中的扫描电子显微镜观察发现，与目前的深冷处理工艺比较，经本发明工艺处理后的W6Mo5Cr4V2高速钢刀具的冲击断口脆性裂纹数量更少，韧窝数量增加且变小。本发明工艺根据刀具材料选择升温方式，使碳化物析出更加弥散，而且更稳定，微观组织更均匀(见图2，图3)。刀具切削加工的实际生产测量结果表明，与现有深冷工艺相比，经本发明工艺处理后，刀具硬度提高1-2HRC，冲击韧性提高20％，耐磨性提高15％。说明对于淬火+3次回火后的成品高速钢刀具，本发明的短时间周期式深冷处理工艺不但可行，而且深冷效果更好。
Claims (4)
1.一种成品高速钢刀具周期式深冷处理工艺，其特征是：
对成品高速钢刀具不再进行淬火和回火处理，直接进行深冷处理，即淬火+回火三次+深冷处理，液氮温度为-185～-196℃；采用液体法直浸式进行深冷处理，深冷处理工艺过程如下：
(1)对刀具进行深冷处理；
(2)深冷前对刀具进行预冷处理；
(3)刀具的周期式深冷处理，按如下工艺进行：将刀具浸入液氮中，保证刀具在深冷处理过程中始终被液氮淹没；每次深冷保持时间为1小时，根据不同材料选择深冷循环次数；
(4)刀具的升温：每次深冷处理后，将工件取出后回升温度到室温，根据刀具的材料选择在空气中或机油中升温；
(5)刀具的消应力加热。
2.根据权利要求1所述的一种成品高速钢刀具周期式深冷处理工艺，其特征是：刀具由W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2或W9Mo3Cr4V三种高速钢制造。
3.根据权利要求2所述一种成品高速钢刀具周期式深冷处理工艺，其特征是：W18Cr4V钢刀具采用3次周期深冷，W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V钢刀具采用2次周期深冷。
4.根据权利要求2所述一种成品高速钢刀具周期式深冷处理工艺，其特征是：在深冷后刀具的升温时，W18Cr4V钢刀具放在20℃空气中缓慢升温，而W6Mo5Cr4V2或W9Mo3Cr4V钢刀具入22℃的机油中升温。
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