談特殊用途刀具的選材及熱處理

張士川

摘要：刀具的質(zhì)量對其使用壽命和使用安全性具有較大影響，而刀具質(zhì)量的好壞則取決于刀具的最初選材和對熱處理工藝的精準(zhǔn)控制。為了使人們對刀具的選材和熱處理工藝有全面的了解，本文以特殊用途刀具為研究點(diǎn)，對其選材和熱處理工藝進(jìn)行深入研究分析，以便于人們了解和借鑒。

關(guān)鍵詞：特殊用途刀具;選材;熱處理

在刀具生產(chǎn)中，根據(jù)刀具切削條件和對象的不同，需要應(yīng)用不同的生產(chǎn)加工工藝，只有這樣才能根據(jù)用戶要求生產(chǎn)出符合用戶心意的個(gè)性化刀具，才能保持客戶粘度，為刀具制造企業(yè)穩(wěn)定客戶來源。

一、加工調(diào)質(zhì)鋼和高強(qiáng)度鋼的高性能絲錐

如42 C r M o，35 C r M n S i，40 CrNiMo等合金結(jié)構(gòu)鋼，它具有很高的韌性，在加工過程中不容易產(chǎn)生碎屑。調(diào)質(zhì)后強(qiáng)度仍有較大提高，但韌性仍有提高。切削是很困難的，尤其在切削方面。使用一般圓錐螺紋時(shí)，圓錐線在孔內(nèi)會斷裂，不能加工。為了滿足最先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床和加工中心對刀具的應(yīng)用需求，在刀具制造中最根本的條件是高效絲錐的應(yīng)用，這是對刀具原材料和熱處理工藝進(jìn)行優(yōu)化的根本條件。

（一）材料的選擇

為了滿足高強(qiáng)調(diào)質(zhì)鋼的要求，提高切削速度和加工效率，高性能錐體需要有較高的硬度和較高的耐熱性。在約600度的高溫下，高速工具鋼仍能具有較強(qiáng)的耐磨性和切削功能，但是在鈷系高速工具鋼中，它的熱硬度和硬度比常規(guī)高速工具鋼更高，尤其是在切削難加工的材料時(shí)，能量更大[1]。

通常有M35和M42為鈷高速工具鋼。M35作為鈷系的高速工具鋼在滿足絲錐要求的基礎(chǔ)上具有良好的彎曲性能。在鋼種的選擇上，雖然M35鋼的可控性較大，但是鋼種的整體純度卻較差，在此基礎(chǔ)上它的淬火脆性也會加大。在碳化物形態(tài)上，發(fā)過EM35硬質(zhì)合金鋼的晶粒均勻性和尺寸要明顯高于M35鋼，因此，經(jīng)過對比研究，最終選用發(fā)法國生產(chǎn)的EM35鋼作為刀具生產(chǎn)原料。

（二）熱處理淬回火工藝

EM35高性能浸漬液熱處理工藝要求：硬度65～67HRC，淬火后晶粒度10.5～11.5，溫度1級[2]。ERASTEEL建議其淬火溫度為1180～1220℃，回火溫度為550～570℃。

1.淬火加熱溫度對合金組織性能的影響

于1190，1220，1230攝氏度進(jìn)行了淬火工藝試驗(yàn)，在1200℃淬火時(shí)，基體中晶粒細(xì)小，碳化物在基體中明顯不溶，經(jīng)處理后，基體中的溶碳和合金元素含量降低，即基體合金化程度降低，這不利于提高鋼的硬度，尤其是熱硬化。

經(jīng)1220℃淬火，晶粒尺寸達(dá)到10.5級，基體碳化物含量低，表明基體經(jīng)過淬火，合金化良好，保證了硬度和熱硬度。結(jié)果表明，1230℃淬火的基體合金具有良好的合金化程度，但由于其晶粒較大，容易使絲錐的脆性增加，造成邊坡崩塌、脆斷等早期失效。

2.回火

由于淬火時(shí)殘余奧氏體較多，回火時(shí)容易發(fā)生二次淬火。在3～4次回火的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了完全回火，徹底消除了殘余奧氏體。當(dāng)回火溫度為560℃×1 h×3次時(shí)，按 eraseel建議的回火溫度其組織為1級。

3.試驗(yàn)結(jié)果分析

隨著硬化溫度的升高，溶解在基體中的碳和合金元素含量增加，基體合金化程度增加，有利于熱硬化;當(dāng)硬化溫度超過1230℃時(shí)，晶粒尺寸增大到10級，強(qiáng)度降低，脆性增加;高速工具鋼在淬火時(shí)，為了獲得最大的熱硬度，必須獲得最大的硬度和強(qiáng)度，因此，應(yīng)選擇最高溫度，即沒有晶粒長大的最高溫度，以使碳化物最大限度地溶解。在隨后的回火過程中，析出更多的碳化物，以達(dá)到較高的硬度和熱硬度，從而滿足高強(qiáng)度鋼的加工要求。

在此基礎(chǔ)上確定了EM35最佳淬火溫度為1210～1220℃，10.5～11級晶粒度，回火工藝為560℃±10℃×1 h×3次，65～67 HRC的回火硬度。

二、加工不銹鋼、有色金屬的涂層刀具

鍍膜刀具是鈦合金、硅鋁合金、不銹鋼等材料加工中常用的刀具。高強(qiáng)度、高剛度、抗腐蝕、耐磨性好等優(yōu)異的物理和機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工等領(lǐng)域。但由于這些特點(diǎn)，它們是典型的，難以加工的材料。切削時(shí)切削力大，導(dǎo)熱系數(shù)低，切削阻力大，加工硬化嚴(yán)重。涂層刀具具有良好的高溫硬度、高耐磨性、最小的表面摩擦系數(shù)，降低了加工過程中的摩擦阻力和附著力，有效地提高了切削速度，實(shí)現(xiàn)了干切削，減少了生產(chǎn)中斷時(shí)間（換刀、研磨、定位），減少了返工，提高了生產(chǎn)效率。

三、M1.8-M2.5小型普通機(jī)用絲錐

（一）材料的選擇

M2型國產(chǎn)高速工具鋼價(jià)格低廉，但存在冶金質(zhì)量差，市場混亂等問題。M2生產(chǎn)的小絲錐有很高的斷裂率，調(diào)質(zhì)時(shí)還會產(chǎn)生明顯的材料孔隙，硬度分布很大，無法適應(yīng)小絲錐惡劣的工作環(huán)境。選用法國EM35高速工具鋼，全面改善產(chǎn)品品質(zhì)。其冶金質(zhì)量、碳化物均勻度和硬度均明顯高于國產(chǎn)M2鋼。

（二） 硬度的確定

為了降低材料的脆性，提高材料的強(qiáng)度，并適當(dāng)降低其硬度，然后由常規(guī)的65～67 HRC降低到62～64 HRC，這樣既可以提高刀具的韌性，又能夠延長其使用壽命，提高刀具的切削性能，同時(shí)也可以降低加工絲錐的加工難度。

（三）淬回火工藝

為了保證熱硬性，仍采用1210～1220℃真空淬火，回火要考慮硬度指標(biāo)，先將第一次回火溫度提高到600℃×2 h，硬度降至62～64 HRC，再按560℃×2 h×2次回火。因硬度公差范圍小，故對加熱爐溫度（a）國產(chǎn)M2 （b）法國EM35圖3國產(chǎn)M2與法國EM35碳化物500×的對比均勻性要求較高，在真空爐淬火，再回火用硝酸鹽回火。

四、結(jié)語

刀具質(zhì)量的提升是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，其中最關(guān)鍵的加工環(huán)節(jié)就是熱處理環(huán)節(jié)。另外還要在滿足不同用戶需求的背景下，來選用合適的材料、隨機(jī)數(shù)、涂層、工藝等來進(jìn)行制造刀具，只有這樣，才能保證每一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量完好性，才能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的刀具生產(chǎn)制造，進(jìn)而才能從根本上使刀具制造服務(wù)業(yè)的服務(wù)水平得到有效提高。

參考文獻(xiàn)

[1]王彥斌，馮志全.淺談分切不同材質(zhì)的材料刀具的選材及相關(guān)數(shù)據(jù)[J].科技風(fēng)，2017，（23）：242.

[2]呂廣庶，呂一凡，成志芳.肉類加工用國產(chǎn)刀具的選材及其規(guī)范化[J].食品科技，2003，（z1）：383-386.