高速鋼薄形刀具熱處理工藝

由於高速鋼的淬透性好，高速鋼薄形刀具在淬火時很容易發生變形。同時，高速鋼刀具淬火後硬度高、脆性大，變形不好校正，如果校正操作掌握不好，刀具很有可能在校正時發生斷裂（特別是當刀具變形大的時候），從而導致刀具報廢。因此，高速鋼薄形刀具熱處理難度較大。本文著重介紹高速鋼薄形刀具的熱處理工藝，以及如何保證該類刀具的熱處理質量。

高速鋼薄形刀具簡介

（1）刀片外形

刀片的簡圖如圖1所示，刀片厚度一般為0.8~2.5mm，外圓為φ112~φ180mm，外圓上為均布的齒，內圓周圍有6個均布的定位孔。

圖1刀片示意

（2）刀片材料選用

W6Mo5Cr4V2高速鋼韌性、耐磨性、熱塑性均優於W18Cr4V，而硬度、紅硬性、高溫硬度與W18Cr4V相當。由於該刀片很薄，一般只有0.8~2.5mm，為方便加工，降低生產成本，選用合適厚度的W6Mo5Cr4V2高速鋼板料作為刀片的材料。

近年來，為了提高刀片的性能（包括提高刀片的耐磨性能，降低刀片的脆性，防止刀片崩齒），先後試用了相當於W6Mo5Cr4V2的進口高速鋼材料，如YMX1、EM2、M35等。

（3）熱處理要求

為了降低脆性，防止刀片崩齒，該刀片硬度定為61~64HRC（一般W6Mo5Cr4V2高速鋼刀具硬度要求為63~66HRC）。由於W6Mo5Cr4V2高速鋼具有較高的耐磨性，加工餘量不能留太多，否則將增加刀片的加工難度，增加刀片的磨削時間，大大降低刀片的生產效率，增加刀片的生產成本。

所以該刀片熱處理前一般厚度雙面留0.3~0.4mm的餘量，為保證刀片熱處理後平面能夠加工起來，這就需要提高熱處理的變形要求。該刀片熱處理的平面變形要求為≤0.15mm。

熱處理難點分析

該刀片的厚度很薄，成品尺寸為0.8~2.5mm，而且外圓尺寸較大，為φ112~φ180mm。同時，由於W6Mo5Cr4V2的淬透性非常好，淬火時刀片很容易出現較大的變形。因此，減小刀片的淬火變形，以及刀片熱處理後的校正是該刀片的熱處理難點。

刀片的熱處理

（1）設計專用夾具

根據該刀片的外形和尺寸，設計了專用的二級工具（掛具）。這樣刀片就可以垂直掛在掛具上，有利於減小加熱時產生的變形。同時，掛具橫樑上用一些小鋼棒將刀片隔開，避免刀片粘在一起，使刀片加熱和冷卻均勻，減小組織應力和熱應力，從而減小刀片的熱處理變形。

圖2刀片專用掛具

（2）刀片的熱處理工藝

首先將該刀片掛在掛具上，進中溫鹽爐進行預熱2~3min，加熱溫度為800~850℃；然後進高溫鹽爐加熱，進高溫鹽爐前應進行斷電，防止刀片碰到電極而被燒壞。為了減小刀片的變形，適當地降低加熱溫度，加熱溫度定為1210℃（W6Mo5Cr4V2高速鋼普通刀具的淬火加熱溫度一般為1230℃），因為該刀片的厚度很薄，加熱時間定為90s。

由於該刀片的厚度很薄，大部分刀片厚度不超過3mm，刀片出爐後將刀片掛起，在靜止的空氣中冷卻，這樣簡化了生產操作，減小了淬火變形，同時能夠保證刀片熱處理後的性能，包括硬度、耐磨性、紅硬性。等刀片冷卻到了室溫，先將刀片在熱水中清洗（水溫需高於60℃），煮去鹽渣，將刀片吊出熱水槽。

對於一般的刀具，等瀝干水，刀具基本上冷卻到室溫，下一步就可以進爐回火了。但該刀片是薄形件，刀片面積大，如果變形較大，回火後很難進行校正，將費時費力，還會大大增加生產成本，而且很有可能會校裂，刀片的質量也沒有辦法保證。隨著該刀片需求量的增大，這樣校正，根本滿足不了生產的需要。

為此，專門設計出了該刀片用的回火夾具。等刀片的溫度接近室溫時即可將刀片裝夾在回火夾具上，進爐回火。值得注意的是：第一次裝夾不要夾得太緊，需要在回火加熱到溫後，再一次夾緊，但也不要完全夾緊，要在後面的回火過程中多次上夾。這樣才能避免由於上夾力度過大，導致刀片出現裂紋（高速鋼淬火後的硬度高、韌性差，脆性大）。

（3）刀片回火夾具的設計

回火夾具由螺桿、螺母和兩塊壓板四個部分組成。該刀片回火時就裝夾在兩塊壓板之間，用專用扳手就可以夾緊或鬆開回火夾具。

圖3刀片回火夾具

設計此類回火夾具時，應注意兩個問題。一是壓板的外圓大小要根據刀具的大小來確定，壓板的外圓應比刀片大10~30mm，不能比刀片還小。否則，容易碰傷刀片，導致刀片崩齒。太大則不方便搬運。二是螺桿與刀片內孔的間隙要合適。間隙小了，刀片不容易裝夾，間隙太大，刀片裝夾不整齊，校正效果變差。一般螺桿與刀片內孔的間隙以1~2mm為宜。螺桿與壓板的間隙以0.5~1mm為宜。

應用效果

（1）通過使用專用掛具垂直裝掛刀片，避免了刀片相互粘結在一起，保證了刀片均勻加熱和冷卻，大大減小了該刀片的變形。另外，採用垂直裝掛的方式也有利於減小刀片的變形。

（2）通過適當降低刀片的加熱溫度，能夠較明顯地減小刀片的變形。

（3）刀片高溫加熱後採用懸掛空冷的方法淬火，簡化了熱處理操作，降低了工人的勞動強度，同時也能夠減小刀片的變形，能夠獲得分級淬火一樣的熱處理性能。一般厚度小於3mm的刀片採用懸掛空冷的方法淬火，厚度大於3mm的刀具還是採用分級淬火為宜。

（4）該高速鋼刀片採用專用的回火夾具進行校正，可以大大提高校正的效率，同時可以很好地保證回火後刀片的熱處理質量，而且刀片不容易出現裂紋。刀片回火後只要鬆開夾具即可，操作簡單、方便，而且經過回火夾具校正的刀片的變形很小，可以保證該刀片回火後的變形≤0.15，效果很好。（作者：株洲南方航空工業有限公司潘明)

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