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M42高速鋼含有很高的碳量和大量的合金元素。在碳元素與合金元素的共同作用下使材料具有很高的硬度、紅硬性、高耐磨性等特點,適于制作各種高精度復雜刀具["。M42高速鋼刀具傳統的熱處理工藝為1190 ~1210℃淬火,550 ℃回火,一般獲得的硬度值在67~69 HRC[2,但成品刀具在使用過程中常出現崩齒、磨損,影響加工產品表面質量。為提高M42高速鋼刀具性能,選用國產材料和日本進口材料作為研究對象,對比兩種材料在質量上的差異,并改進了熱處理工藝。
試驗材料選用國產及日本進口M42高速鋼,其化學成分見表1 ,設計硬度為67~69 HRC。將M42高速鋼材料加工成l5 mm x 15 mm的圓柱試樣,并沿軸線在端面鉆3 mm的孔。試樣經 BCM 100 型中溫鹽爐850±10℃預熱5 ~10 min后,放入BCM75型高溫鹽爐中分別在1160,1170、1180,、 1190 ℃(日本鋼)或退火工藝的適應性問題;只有合適的材料、在合適的鍛造情況下才適合進行鍛造余熱退火。
而實際生產中,鍛造加熱溫度依據產品形狀以及設備能力的不同而不同。所以,汽車齒輪產品鍛造余熱等溫退火工藝的難點和關鍵要素在于晶粒尺寸的控制。
低碳合金鋼國產化材料8620H鋼汽車齒輪鍛坯的余熱退火工藝試驗的成功,為國產化材料在精密制造業.熱處理退火領域的工藝改進有了一個新的認識。在試驗產品成功批產的下,可以對8620H 鋼的其它鍛坯產品進行鍛造余熱等溫退火工藝推廣。同時，不論國產與進口的原材料,只要具有合適的材料成分以及合適的鍛造變形量,通過合理控制鍛造加熱溫度、余熱退火溫度和冷卻等工藝參數,就可以實現鍛造余熱退火。
M42鋼淬火后硬度
圖2中列出了M42高速鋼試樣經不同溫度奧氏體化淬火后回火之前的硬度值。由圖2可見,M42鋼經不同溫度淬火后,硬度值均不高于65 HRC,且在相同的淬火溫度下,國產M42鋼淬火態的硬度高于日產M42鋼。另外,這兩種高速鋼淬火態的硬度都是隨著淬火溫度的增加而降低,日產M42鋼的這種趨勢尤為突出。這種情況主要是由于溫度升高,淬火殘留奧氏體量增加,馬氏體量相對減少的緣故。總之,高速鋼淬火后不經回火達不到設計要求的高硬度。
M42鋼淬火回火后硬度
圖3所示為國產M42高速鋼與日產M42高速鋼分別在520 ~550℃溫度回火后的硬度變化曲線圖。由圖3可見,國產M42鋼與目產M42鋼經回火后,硬度值均有大幅度的提高,達到設計的要求。這種硬度的提高是多次回火后,二次淬火與二次硬化產生的現象[3。圖3( a)中國產M42鋼在520 ~ 550℃溫度回火后在1180℃和 1190℃左右處于高硬度區間;圖3(b)中日本M42鋼在520 ~550℃溫度回火后,在1180℃和1190℃左右也處于高硬度區間。在實際M42工具熱處理生產中,低于1180℃淬火是不采用的,原因是刀具的耐用性很差。因此,國產M42鋼獲得*佳高硬度值的淬火溫度應在1180 ~1190℃。在試驗過程中還發現,在同等條件下,國產M42鋼試件硬度均勻性比日本產M42鋼試件差很多,具體表現就是國產M42鋼的同一個試件多次檢測的硬度值均有一定的差異(0.1 ~0.4 HRC) ,而目本產M42鋼的同一試件多次檢測的硬度幾乎沒有差異。
工藝參數的選定及實踐應用
減小M42高速鋼熱處理后的晶粒度和控制回火時碳化物析出大小可增加刀具的韌性。適當降低淬火溫度,根據不同產品的尺寸合理的控制加熱時間可減小晶粒度;適當降低回火溫度,采用多次回火,每次回火時間不要太長,控制好回火冷卻的速度可使析出的合金碳化物數量增加,顆粒尺寸減小,彌散度加大,既有利于硬度的提高又能增加韌性。
根據試驗的結果,可以確定針對具體M42高速鋼刀具的熱處理工藝參數:采用1180 ~1190 ℃進行加熱,加熱時間按產品大小來確定,冷卻采用分級淬火。采用520 ~530℃三次回火,并嚴格控制回火后的冷卻速度,使每一次回火都能以較快的速度冷卻到室溫,使材料內部組織轉變充分。在隨后的試生產時,對M42材料的刀具進行單獨的淬、回火處理,檢測硬度達到67 ~69 HRC設計的要求。
結論
1) M42高速鋼材料淬火態的硬度值不高,一般為63~65 HRC,需要回火來提高硬度。但為了得到較好的韌性,淬火溫度不宜過高,一般采用1180 ~1190 ℃進行加熱。
2)M42高速鋼經520~530℃回火后,其硬度值*能達到設計要求的67~69 HRC,回火溫度的提高會使其硬度值下降
3)應嚴格控制M42產品回火后的冷卻速度,以保證產品的質量。
