高速钢退火工艺研究

发表时间:2019/8/15   来源:《信息技术时代》2018年12期   作者:尹金枝 罗秀艳 李喜月 张伟
[导读] 本实验是参照国内某钢厂热处理中心而设计的大型综合热处理车间,其典型产品材料为W18Cr4V高合金工具钢。该设计主要以W18Cr4V高合金工具钢制作拉刀为例,介绍了其热处理工艺流程和工艺参数,并说明了热处理过程中材料组织、结构及性能的变化。对企业现行高速钢退火工艺进行试验研究,制定了高速钢最佳退火工艺,并在实际生产中进行实施。实际生产验证新退火工艺是可行的,它解决了退火后锻件硬度高于工艺规定的质量问

(华北理工大学迁安学院,河北 迁安 064400

摘要:本实验是参照国内某钢厂热处理中心而设计的大型综合热处理车间,其典型产品材料为W18Cr4V高合金工具钢。该设计主要以W18Cr4V高合金工具钢制作拉刀为例,介绍了其热处理工艺流程和工艺参数,并说明了热处理过程中材料组织、结构及性能的变化。对企业现行高速钢退火工艺进行试验研究,制定了高速钢最佳退火工艺,并在实际生产中进行实施。实际生产验证新退火工艺是可行的,它解决了退火后锻件硬度高于工艺规定的质量问题,提高了产品质量,节约了能源。

关键词:W18Cr4V;工艺参数;表面强化;节约能源

 


引言

高速钢它虽然年产量不高,但是由于成分复杂,合金含量很高,生产工艺与性能也比较特殊,而且价格昂贵,因此在特殊钢中一直占有非常独特的地位[1]

高速钢经锻轧后,钢材需要退火。高速钢的的Ac1820-860℃范围,故退火温度为820-860℃,保温2-3h,大部分合金碳化物未溶入奥氏体,此时奥氏体中合金元素含量不多,冷却时易转变成粒状珠光体和剩余碳化物。一般冷却速度不大于30/h,冷却到600℃出炉空冷[2]。退火后W18Cr4V钢中碳化物体积分数约为30%,其中M6C16%-19%W18Cr4V3C69%MC1.5%-2%

1 工艺路线设计

试验材料为直径小于11mmW18Cr4V高速钢盘条,其化学成分(质量分数/%)0.87C0.32Si0.26M,5.83W4.61Mo3.99Cr1.76V。对盘条进行等温退火处理,退火工艺制定如下:第一组试样分别加热至840860880900920℃保温2h,然后炉冷至760℃等温5h,再炉冷至室温;第二组试样于880℃分别保温2510h,然后炉冷至760℃等温5h,再炉冷至室温;第三组试样于880℃保温2h,然后炉冷至760℃分别等温257h,再炉冷至室温。

采用Axiovert2200型光学显微镜观察显微组织,腐蚀剂为4%的硝酸酒精;使用CMT5105型拉伸试验机于室温下按GB/T228-2002进行拉伸性能测试,拉伸试样为比例试样,标距为55mm;使用HVI210A型维氏硬度计测试硬度,每个试样测3点取平均值。

2 试验结果与讨论

2.1加热温度对显微组织和力学性能的影响

1 W18Cr4V经不同加热温度保温2h后炉冷至760℃等温5h后的显微组织(600倍)

由图1可见,W18Cr4V高速钢盘条经不同加热温度保温2h炉冷至760℃等温5h后的显微组织基本相同,均为退火索氏体中弥散分布着一次碳化物颗粒。只是当加热温度低于880℃时,一次碳化物颗粒尺寸较小,外观近似呈球状;当加热温度达到920℃时,一次碳化物颗粒急剧长大、粗化,部分碳化物尺寸甚至达到近20μm,形态由球状转变为不规则的块状。

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2 W18Cr4V经不同加热温度保温2h后炉冷至760℃等温5h后的力学性能

由图2可见,840℃加热时,W18Cr4V高速钢的断面收缩率较低,仅10%,而硬度和抗拉强度明显高于其它温度的;随加热温度的升高(880℃前),盘条的断面收缩率逐渐增大,硬度和抗拉强度降低;当加热温度超过880℃后,硬度和抗拉强度变化不大,但断面收缩率则逐渐降低。

W18Cr4V高速钢的奥氏体转变开始温度为840℃,结束温度为890℃,根据退火温度与奥氏体转变温度之间的经验关系[3],理论退火加热温度应控制在870880℃。在840℃加热,盘条没有完全奥氏体化,退火不充分,内部应力未完全消除,使得盘条的抗拉强度和硬度较高而塑性较低,不利于拉拔。当加热温度为920℃时,充分奥氏体化后虽然消除了内应力,但过高温度导致一次碳化物长大,大尺寸碳化物颗粒形成内部缺陷在拉拔时易产生微裂纹造成断裂,损害高速钢的塑性。因此,退火加热温度宜选在880℃。

2.2 保温时间对显微组织和力学性能的影响

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3 W18Cr4V盘条在880℃保温不同时间后炉冷至760℃等温5h后的力学性能

由图3可见,保温时间在2-5h范围内,盘条的断面收缩率较高,塑性良好;延长保温时间,盘条的硬度和抗拉强度变化不大,而断面收缩率明显降低。除加热温度外,保温时间是影响奥氏体转变的另一个重要因素[4]880℃加热时,虽然不同保温时间差别较大,但基体均已充分奥氏体化,应力得到消除,已属于完全退火,因而盘条的硬度和抗拉强度变化不大;然而,保温时间过长,导致一次碳化物颗粒粗化,使盘条的塑性降低。所以适宜的保温时间为2h

3 总结

W18Cr4V高速钢盘条退火时,加热温度过高或保温时间过长,均会造成一次碳化物颗粒长大粗化,使盘条的塑性降;而等温转变时间过短不利于珠光体转变,同样使盘条塑性不变。基于上述实验得出退火加热温度宜选在880℃,适宜的保温时间为2h

参考文献

[1]魏世忠著.高钒高速钢耐磨材料[M].科学出版社.2009.52-53.

[2]李跃军.金属加工[M].北京:机械工业出版社.2010.

[3]许天已编著.钢铁热处理实用技术[M].北京:化学工业出版社.2008.304-313.

[4]吴承建编著.金属材料学[M].北京:冶金工业出版社.2012.120.



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