CN108359785B - 一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法 - Google Patents

一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法，属于合金工具钢热处理工艺技术领域，具体步骤是将W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀先在盐浴中分级淬火；高温回火2次；然后进行盐浴氮碳共渗处理，温度为540～550℃，时间为20～40min；最后盐浴氧化处理，温度为350～380℃，时间为20～30min，出炉冷却至室温；重复盐浴渗氮和盐浴氧化步骤多次，提高扩散层深度。本发明增加了W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧性，渗层深度明显增加，有效提高拉刀表面硬度，拉刀的使用寿命可以提高2～4倍；此外，拉刀在使用一段时间后，刀刃重磨性比现有一次氮化处理的更好。

Description

一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法
技术领域
本发明属于合金工具钢热处理工艺技术领域，具体涉及一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法。
背景技术
W6Mo5Cr4V2高速钢由于其高硬度、高耐磨性、良好的热稳定性和红硬性、价格适中广泛地用于制造各种类型的非标拉刀，如花键拉刀、圆拉刀、键槽拉刀和多边形拉刀等。现代制造加工业对高速钢刀具高提出了高切削速度、高精度、长寿命和良好的可靠性的要求，因此国内外学者一直致力于对高速钢刀具进行强韧化处理，提高硬度，增加强韧性，从而延长高速钢刀具的寿命，降低生产成本。改善高速钢强韧化的主要方法有两种：一、调整高速钢化学成分或改进热处理工艺，提高高速钢本身的强韧性。二、高速钢表面强化处理，开发表硬心韧的高速钢刀具，如表面涂层技术、激光或离子束表面强化处理、氮化、硫化、钼化、多元共渗等表面化学热处理技术。
中国发明专利(公开号CN 103805890A)公开了一种切削刀具用高速钢的热处理工艺、中国发明专利(公开号CN 101693943A)公开了高速钢刀具热处理方法、中国发明专利(公开号CN 103849739A)公开了一种高速钢刀具的深冷处理方法，三种方法均通过调整W6Mo5Cr4V2高速钢化学成分或改进热处理工艺，从而改变高速钢中碳化物尺寸、形态和分布，以提高高速钢本身的硬度。而高速钢的强度(硬度)与韧性2个性能关键指标是矛盾的，硬度的提高往往以牺牲韧性为代价。
近些年，涂层刀具发展很快，通过物理或化学方法在高速钢刀具表面沉积一层或多层复合涂层，可有效地提高刀具硬度和耐磨性，使刀具具有外强内韧的特性，可提高高速钢刀具使用寿命3-6倍或更高。典型的“硬”涂层材料有金刚石、TiC、TiN、TiCN、Al2O3和TiAlN等。中国发明专利(公开号CN101591780)公开了一种刀具耐磨涂层的制备方法，其特征是采用等离子体扩渗与沉积复合技术，在高速钢刀具表面由里向外形成N//TiN/TiC多层梯度复合涂层。这种方法制备的多层复合涂层增强高速钢刀具，能保持刀具心部韧性的同时，提高刀具表面的强度、硬度、耐磨性和使用寿命。但是，现有的涂层技术不能很好地解决涂层与基体之间的界面结合强度低的问题，涂层易剥落。而且，涂层刀具的重磨性差，设备昂贵、前处理工艺要求较严格，成本高，适用于贵重、精密刀具，如齿轮刀具。
中国发明专利(公开号CN1594605A)公开了高速钢刀具表面强流脉冲离子束处理技术，采用强流脉冲离子束辐照进行高速钢刀具表面处理，并结合后续的深冷处理，改变高速钢刀具表面的组织结构，提高高速钢刀具的硬度、耐磨性，从而提高刀具的使用寿命。该方法的优越性是有目共睹的，但与激光表面处理等其他离子束表面改性技术面临同一个困境，工业化生产难。
中国发明专利(公开号CN 1616705A)公开了高速钢(W6Mo5Cr4V2)滑片(或叶片)的盐浴软氮化处理，中国发明专利(公开号CN 101871087A)公开了对高速钢空调压缩机叶片进行盐浴氮化处理中的盐浴配方及处理方法，这两种方法均是通过在W6Mo5Cr4V2高速钢进行盐浴渗氮处理，提高高速钢表面硬度，耐磨性，使用寿命大幅度提高。盐浴软氮化处理技术成本低，强化效果显著，性能稳定，亦可适用于量大、面广的通用高速钢刀具。以上高速钢表面强化处理技术都是对成品刀具进行后续的处理以提高其性能和使用寿命的，工艺步骤多，考虑节能和生产成本方面还不理想。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法，使其具有表硬心韧的特征，不仅提高了材料的综合性能，而且大大地节约了能源和生产成本。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法，包括如下步骤：
步骤一、分级淬火，得到淬火后的高速钢拉刀；
步骤二、高温回火：将淬火后的高速钢拉刀在盐浴炉中回火，然后空冷至室温，按此工艺进行2次回火，得到高温回火后的高速钢拉刀；
步骤三、盐浴氮化：将高温回火后的高速钢拉刀进行盐浴碳氮共渗处理；
步骤四、盐浴氧化：将盐浴氮化处理后的高速钢拉刀放入氧化盐浴炉中，出炉冷却至室温，经水清洗去表面的盐；
步骤五、抛光：对高速钢拉刀表面进行抛光，去除表面疏松层。
步骤六、重复上述步骤三、四、五进行n次(n≥1)，提高渗层深度，得到表硬心韧的高速钢拉刀。
所述的步骤一中的分级淬火步骤如下：
首先将高速钢拉刀在400～550℃空气炉中低温预热2～4h，然后在850～870℃盐浴炉中中温预热10～20min；然后在高温盐浴炉中加热到淬火温度1200～1220℃，保温时间10～18s/mm；然后在盐浴中分级淬火，温度500～550℃，时间10～18s/mm，得到淬火后的高速钢拉刀；
所述的步骤二中高温回火的温度为560℃；
所述的步骤三中的盐浴氮化步骤如下：
1)清洗：将高速钢拉刀用水进行清洗去除表面的盐；
2)预热：预热温度为350～400℃，时间为20～30min。预热目的是在高速钢拉刀表面形成很薄的FeO膜，促进后面的渗氮；
3)氮化处理：将高速钢拉刀浸入540～550℃的盐浴炉中进行氮碳共渗处理，时间为20～40min。
所述的步骤三中，渗氮处理时，盐浴炉中的CNO-浓度为30～32％。
所述的步骤四的盐浴氧化的步骤为：将盐浴氮化处理后的高速钢拉刀放入350～380℃氧化盐浴炉中，氧化时间为20～30min。
有益效果：与现有技术相比，本发明经过低温盐浴氮化和盐浴氧化处理以后，高速钢表面形成了Fe3O4氧化层和氮、碳在α-Fe中固溶的扩散层，有效地提高了表面的硬度，同时保持了拉刀心部的韧性；同时，节省了一次560℃高温回火工艺，高速钢拉刀经过几次盐浴氮化处理，渗层深度明显增加，有效提高拉刀表面硬度，拉刀的使用寿命可以提高2～4倍；此外，拉刀在使用一段时间后，刀刃重磨性比现有一次氮化处理的更好。
附图说明
图1是W6Mo5Cr4V2高速钢表面的XRD图谱；
图2是W6Mo5Cr4V2高速钢截面梯度硬度值。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明技术方案进行具体说明，但是本发明的保护范围不局限于所述的实施例。
一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法，其具体步骤如下：
步骤一、分级淬火
首先将高速钢拉刀在400～550℃空气炉中低温预热2～4h，然后在850～870℃盐浴炉中中温预热10～20min；然后在高温盐浴炉中加热到淬火温度1200～1220℃，保温时间10～18s/mm；然后在盐浴中分级淬火，温度500～550℃，时间10～18s/mm，得到淬火后的高速钢拉刀；
步骤二、高温回火
将淬火后的高速钢拉刀在560℃盐浴炉中回火1h，然后空冷至室温，按此工艺进行2次回火，得到高温回火后的高速钢拉刀；
步骤三、盐浴氮化
将高温回火后的高速钢拉刀进行盐浴碳氮共渗处理，方法如下：
1)清洗：将高速钢拉刀用水进行清洗去除表面的盐；
2)预热：预热温度为350～400℃，时间为20～30min。预热目的是在高速钢拉刀表面形成很薄的FeO膜，促进后面的渗氮；
3)氮化处理：将拉刀浸入540～550℃的盐浴炉中进行氮碳共渗处理，时间为20～40min。盐浴炉中的CNO-浓度控制在30～32％左右。
步骤四、盐浴氧化
将盐浴氮化处理后的拉刀放入350～380℃氧化盐浴炉中20～30min，出炉冷却至室温。水清洗5～10min，去表面的盐。
步骤五、抛光
对高速钢拉刀表面进行抛光，去除表面疏松层。
步骤六、重复上述步骤三、四、五进行n次(n≥1)，提高渗层深度，得到表硬心韧的高速钢拉刀。
实施例1
尺寸为Φ30×900mm的W6Mo5Cr4V2高速钢花键拉刀的强韧化处理方法为：
步骤一、分级淬火：将高速钢拉刀在500℃空气炉中低温预热2h；在870℃盐浴炉中中温预热10min；在高温盐浴炉中加热到1220℃，保温时间5min；然后在盐浴中分级淬火，温度550℃，时间5min。
步骤二、高温回火：将淬火后的高速钢拉刀在560℃盐浴炉中回火1h，然后空冷至室温，按此工艺进行2次回火。
步骤三、盐浴氮化：将步骤二处理得到的高速钢拉刀进行盐浴碳氮共渗处理，方法如下：(1)清洗：将高速钢拉刀用水进行清洗去除表面的盐；(2)预热：预热温度为400℃，时间为20min；(3)氮化处理：将拉刀浸入540℃的盐浴炉中进行氮碳共渗处理，时间为40min。盐浴中的CNO-浓度控制在32％左右。
步骤四、盐浴氧化：将盐浴氮化处理后的拉刀放入350℃氧化盐浴炉中30min，出炉冷却至室温。水清洗5min，去表面的盐。
步骤五、抛光：对拉刀表面进行抛光，去除表面疏松层。
步骤六、重复上述步骤三、四、五进行1次。
实施例2
尺寸为Φ30×900mm的W6Mo5Cr4V2高速钢花键拉刀的强韧化处理方法为：
步骤一：分级淬火：将高速钢拉刀在500℃空气炉中低温预热2h；在870℃盐浴炉中中温预热10min；在高温盐浴炉中加热到1220℃，保温时间5min；然后在盐浴中分级淬火，温度550℃，时间5min。
步骤二：高温回火：将淬火后的高速钢拉刀在560℃盐浴炉中回火1h，然后空冷至室温，按此工艺进行2次回火。
步骤三：盐浴氮化：将步骤二处理得到的高速钢拉刀进行盐浴碳氮共渗处理，方法如下：(1)清洗：将高速钢拉刀用水进行清洗去除表面的盐；(2)预热：预热温度为400℃，时间为20min；(3)氮化处理：将拉刀浸入540℃的盐浴炉中进行氮碳共渗处理，时间为20min。盐浴中的CNO-浓度控制在32％左右。
步骤四：盐浴氧化：将盐浴氮化处理后的拉刀放入350℃氧化盐浴炉中30min，出炉冷却至室温。水清洗5min，去表面的盐。
步骤五：抛光：对拉刀表面进行抛光，去除表面疏松层。
步骤六、重复上述步骤三、四、五进行2次表面强韧化处理，提高渗层深度。
实施例3
尺寸为Φ30×900mm的W6Mo5Cr4V2高速钢花键拉刀的强韧化处理方法为：
步骤一：分级淬火：将高速钢拉刀在500℃空气炉中低温预热2h；在870℃盐浴炉中中温预热10min；在高温盐浴炉中加热到1220℃，保温时间5min；然后在盐浴中分级淬火，温度550℃，时间5min。
步骤二：高温回火：将淬火后的高速钢拉刀在560℃盐浴炉中回火1h，然后空冷至室温，按此工艺进行2次回火。
步骤三：盐浴氮化：将步骤二处理得到的高速钢拉刀进行盐浴碳氮共渗处理，方法如下：(1)清洗：将高速钢拉刀用水进行清洗去除表面的盐；(2)预热：预热温度为400℃，时间为20min；(3)氮化处理：将拉刀浸入550℃的盐浴炉中进行氮碳共渗处理，时间为20min。盐浴中的CNO-浓度控制在32％左右。
步骤四：盐浴氧化：将盐浴氮化处理后的拉刀放入350℃氧化盐浴炉中20min，出炉冷却至室温。水清洗5min，去表面的盐。
步骤五：抛光：对拉刀表面进行抛光，去除表面疏松层。
步骤六：重复上述步骤三、四、五进行2次表面强韧化处理，提高渗层深度。
实施例4
尺寸为Φ30×900mm的W6Mo5Cr4V2高速钢花键拉刀的强韧化处理方法为：
步骤一、分级淬火：将高速钢拉刀在500℃空气炉中低温预热2h；在870℃盐浴炉中中温预热10min；在高温盐浴炉中加热到1220℃，保温时间5min；然后在盐浴中分级淬火，温度550℃，时间5min。
步骤二、高温回火：将淬火后的高速钢拉刀在560℃盐浴炉中回火1h，然后空冷至室温，按此工艺进行2次回火。
步骤三、盐浴氮化：将步骤二处理得到的高速钢拉刀进行盐浴碳氮共渗处理，方法如下：(1)清洗：将高速钢拉刀用水进行清洗去除表面的盐；(2)预热：预热温度为400℃，时间为20min；(3)氮化处理：将拉刀浸入540℃的盐浴炉中进行氮碳共渗处理，时间为25min。盐浴中的CNO-浓度控制在32％左右。
步骤四、盐浴氧化：将盐浴氮化处理后的拉刀放入380℃氧化盐浴炉中20min，出炉冷却至室温。水清洗5min，去表面的盐。
步骤五、抛光：对拉刀表面进行抛光，去除表面疏松层。
步骤六、重复上述步骤三、四、五进行2次。
实验例4表面强化处理的W6Mo5Cr4V2高速钢的XRD图谱分析
对实施例1-3所提供的表面强化处理的W6Mo5Cr4V2高速钢表面进行相组成分析，其结果如图1所示。研究表明，经过低温盐浴氮化和盐浴氧化处理以后，高速钢表面形成了Fe3O4氧化层和氮、碳在α-Fe中固溶的扩散层，未见化合物层，有效地提高了表面的硬度，同时保持了拉刀心部的韧性。
实验例5表面强化处理的W6Mo5Cr4V2高速钢的截面梯度硬度测试
用显微硬度计(HVS-1000)对W6Mo5Cr4V2高速钢截面进行梯度硬度测试，结果如图2所示。实验证明，由于C、N原子渗入高速钢基体中，高速钢表面硬度明显提高，由表及里硬度呈现梯度变化，逐渐减小到高速钢基体硬度(950Hv0.1左右)。其中实施例2的梯度硬度值最高，表面硬度达1420Hv0.1以上，渗层深度超过70μm。
综上所述，本发明提供的一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法，高速钢拉刀经过几次盐浴氮化处理，渗层深度明显增加，有效提高拉刀表面硬度，而拉刀心部的韧性保持不变。

Claims (5)

1.一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、分级淬火，得到淬火后的高速钢拉刀；
步骤二、高温回火：将淬火后的高速钢拉刀在盐浴炉中回火，然后空冷至室温，按此工艺进行2次回火，得到高温回火后的高速钢拉刀；
步骤三、盐浴氮化：将高温回火后的高速钢拉刀进行盐浴碳氮共渗处理；
步骤四、盐浴氧化：将盐浴氮化处理后的高速钢拉刀放入氧化盐浴炉中，出炉冷却至室温，经水清洗去表面的盐；
步骤五、抛光：对步骤四得到的高速钢拉刀表面进行抛光，去除表面疏松层；
步骤六、重复上述步骤三、四、五进行n次，其中n≥1，提高渗层深度，得到表硬心韧的高速钢拉刀；其中步骤三中，盐浴氮化步骤如下：
1)清洗：将高速钢拉刀用水进行清洗去除表面的盐；
2)预热：预热温度为350～400℃，时间为20～30min， 预热目的是在高速钢拉刀表面形成很薄的FeO膜，促进后面的渗氮；
3)氮化处理：将高速钢拉刀浸入540～550℃的盐浴炉中进行氮碳共渗处理，时间为20～40min。
2.根据权利要求1所述的一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法，其特征在于：步骤一中，分级淬火是首先将高速钢拉刀在400～550℃空气炉中低温预热2～4h，然后在850～870℃盐浴炉中中温预热10～20min；然后在高温盐浴炉中加热到淬火温度1200～1220℃，保温时间10～18s/mm；然后在盐浴中分级淬火，温度500～550℃，时间10～18s/mm，得到淬火后的高速钢拉刀。
3.根据权利要求1所述的一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法，其特征在于：所述的盐浴炉中的CNO-浓度为30～32％。
4.根据权利要求1所述的一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法，其特征在于：步骤四中，将盐浴氮化处理后的高速钢拉刀放入380～400℃氧化盐浴炉中20～30min。
5.根据权利要求1所述的一种W6Mo5Cr4V2高速钢拉刀的强韧化处理方法，其特征在于：步骤六中，重复上述步骤三、四、五进行2次，提高渗层深度。
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