超硬高速鋼及普通高速鋼絲錐的使用

1、超硬高速鋼及普通高速鋼絲錐的使用壽命1引言機用絲錐傳統(tǒng)用材料以W6Mo5Cr4V2高速鋼居多，這一類鋼具有良好的紅硬性和耐磨性。但隨著對新材料研究的深入，對刃具材料提出了更高的要求，希望刃具的常溫和高溫力學性能得到顯著提高。為此在普通高速鋼的基礎上通過調整其化學成分，添加其他合金元素，制造出性能更加優(yōu)越的超硬高速鋼，如鈷高速鋼、鋁高速鋼在銑刀、鉆頭等方面得到了很好的應用，使用壽命成倍提高，但在絲錐上的應用研究較少。另外深冷處理亦對高速鋼

2、刀具，如滾齒刀、銑刀、鉆頭等的使用壽命有不同程度的提高。因此作者研究了超硬高速鋼和普通高速鋼絲錐的使用壽命及深冷處理對普通高速鋼絲錐使用壽命影響。2材料與試驗方法試驗材料試驗用鋁高速鋼為成都工具研究所提供的W6Mo5Cr4V2Al，鈷高速鋼為M35(美國牌號)，普通高速鋼為W6Mo5Cr4V2，以上三種材料均由上海刃具廠有限公司進行熱處理，加工成機用絲錐并進行切削試驗。深冷前后機用絲錐(W6Mo5Cr4V2)的切削試驗委托上海三強模具有

3、限公司進行。鈷高速鋼、鋁高速鋼與普通高速鋼的淬火淬火工藝如下：鈷高速鋼820℃預熱，1240℃加熱，600℃分級后空冷；鋁高速鋼850℃預熱，1200℃加熱保溫，550～600℃分級后空冷；普通高速鋼820℃預熱，1190℃加熱，600℃分級后空冷(時間分別為預熱10min，加熱5min，分級5min)。淬火后分別用XJG05型光學顯微鏡觀察組織，比較晶粒大小。紅硬性對比試驗根據(jù)紅硬性試驗方法閉將淬過火的普通高速鋼和鋁高速鋼試樣分別在6

4、00、625和650℃加熱保溫4h，然后空冷至室溫，測量硬度值，重復三次。絲錐切削性能對比試驗將普通高速鋼與鋁高速鋼制成6mm機用絲錐，根據(jù)GBT9691994規(guī)定的切削規(guī)范進行試驗，切削在臺鉆上進行，被加工材料為45鋼，硬度170HB，切削速度為5.3mmin(即280rmin)，切削深度8mm，冷卻液(乳化液)流量為5Lmin。再將普通高速鋼與鈷高速鋼制成8mm全磨制螺旋槽絲錐進行切削試驗，切削在Z305鉆床上進行，被加工材料為1C

5、r18Ni9Ti不銹鋼，硬度190HB，切削速度采用4.8mmin(即190rmin)，切削深度8mm，冷卻液流量為5Lmin。8mm普通高速鋼絲錐平均切削壽命為188個孔(3個絲錐分別為196、180、188)，鈷高速鋼絲錐切削壽命達到406個孔(3個絲錐分別為404、376、440)，是前者的2.16倍。切削完后觀察發(fā)現(xiàn)前者刃部有磨損，后者基本沒有磨損。因為高速鋼中加入鈷可以促進回火時從馬氏體中析出鎢、鉬碳化物，提高彌散硬化效果，并

6、提高熱穩(wěn)定性，故能提高常溫、高溫硬度及耐磨性。增加含鈷量，同時還可以改善鋼的導熱性，降低刀具、工件間的摩擦因數(shù)。因此含鈷高速鋼與普通高速鋼相比使用壽命大大提高了。深冷處理前后組織與切削壽命比較深冷處理前(即淬火＋三次回火)碳化物顆粒的平均直徑約為1.4m，深冷處理后碳化物顆粒平均直徑約為1.0m，顆粒直徑大約下降30%，而且彌散均勻分布，析出的碳化物的顆粒明顯增多。6mm高速鋼絲錐深冷處理前平均加工45.2個孔(5個絲錐分別為45、38

7、、50、45、48)，深冷處理后平均加工62.2個孔(5個絲錐分別為67、72、54、60、58)，壽命提高38%。8mm絲錐在深冷前可加工27.8個孔(5個絲錐分別為20、26、30、28、30)，而深冷處理后為40.4孔，是前者的1.45倍，可見深冷處理能夠較大地提高絲錐的切削壽命。高速鋼淬火后的組織為高碳高合金馬氏體、未溶碳化物及大量的殘余奧氏體，在560℃回火過程中馬氏體中析出大量彌散細小的碳化物，回火冷卻過程中部分殘余奧氏體發(fā)

8、生二次淬火，轉變?yōu)?二次)馬氏體，在第二次回火中又從馬氏體中析出大量彌散細小的碳化物，同時殘余奧氏體繼續(xù)發(fā)生向馬氏體的轉變，這樣經過三次回火后，殘余奧氏體含量(體積分數(shù))由25%～30%下降到1.5%，整個組織為回火馬氏體基體上分布著大量彌散細小均勻的碳化物及極少量的殘余奧氏體。將淬火與三次回火的絲錐放到196℃液氮中，碳原子擴散困難，升至室溫過程中，碳原子擴散加快；回火馬氏體中含碳量為0.2%～0.25%，鐵素體含碳量低于0.008%

9、?；鼗瘃R氏體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，仍處于一定的過飽和狀態(tài)，進一步分解析出超微細碳化物，微細碳化物的析出阻止因溫度上升而引起的組織長大和碳化物粗化，而殘余奧氏體數(shù)量較少(約1.5%)，據(jù)研究深冷處理前后殘余奧氏體量變化不大，因此可認為奧氏體在整個深冷過程中基本沒有變化。這樣深冷后的組織應為回火馬氏體基體上分布著原來的碳化物(三次回火后析出的)和深冷后馬氏體中析出的超微細碳化物，以及極少量的殘余奧氏體。因為有超微細碳化物的彌散析出，導致硬度、強度

10、、韌度、紅硬性、耐磨性均相應得到提高。4經濟效益對比普通高速鋼目前價格為4.8萬元t，鋁高速鋼價格為5.76萬元t，是前者的1.2倍，6mm絲錐原材料成本為0.9元支，產品售價為6.8元支，使用鋁高速鋼材料，原材料的成本變?yōu)?.1元支，其他生產流程一樣，產品售價為7.0元支，比前者高約3%，壽命提高24%，這樣同樣加工相同數(shù)量的螺紋孔，可以減少絲錐用量，節(jié)省換裝時間，降低生產成本，提高經濟效益。普通高速鋼絲錐進行深冷處理所需成本包括30