刀具高速钢深冷处理

利用液氮深冷箱进行刀具高速钢深冷处理工作必须掌握好深冷工艺，并对工艺过程进行严格控制；还要知道刀具材料的成分和热处理的工艺过程。深冷处理不同于一般的表面处理，它可以使被处理工具的全部材料性能都得到提高，这样刀具经过多次修磨后仍能保持一致的性能。深冷处理并不能代替热处理工艺，它是提高经热处理后材料机械性能的一种有效补充手段

深冷处理后效果对比
    硬质合金刀具经深冷处理后效果比较见附表。实验条件：切削试件为灰铸铁(HT250)；刀具材料为硬质合金；深冷处理前、后切削参数相同。
    经过深冷处理后，材料稳定性得到提高，有害应力得到减小，刀具寿命有所提高。通过对灰铸铁零件的加工试验证实，以同样的切削参数加工同一零件，从附表中可看出，经过深冷处理的刀具的平均寿命明显提高约1.53～8.4倍左右。

       在机械加工中, 良好的红硬性和高的耐磨性对于提高刀具的使用寿命是十分重要的。为提高刀具的使用寿命, 人们采用了多种技术措施, 其中深冷处理已在生产中得到了应用, 取得了可喜的效果。前苏联较早采用深冷处理提高高速钢刀具使用寿命, 并将深冷处理工艺纳入国家标准; 美、日、英、澳大利亚等国通过研究人员的大量试验研究, 得出的结论为: 车刀、钻头、铣刀和丝锥等工具经过深冷处理后的性能明显改善, 制作出的刀具不会因重磨而使其内部组织结构发生变化,从而提高了刀具的耐磨性和使用寿命, 根据刀具种类和使用工况的不同, 可提高使用寿命2～ 4倍, 有的甚至更高〔1〕。

3-1 深冷处理对高速钢红硬性的影响

       随着测试红硬性附加回火温度的提高, 无论是常规热处理状态还是经过深冷处理的W 18Cr4V 及W 6Mo5Cr4V 2高速钢, 其硬度值均不断下降, 但在相同的附加回火温度下, 深冷处理的高速钢硬度值下降的程度小于常规热处理, 且随附加回火温度的提高, 这种趋势表现的愈加明显, 如W 18Cr4V 高速钢600℃、615℃和630℃附加回火后, 常规热处理态的硬度分别下降了212、313和612HRC, 而经- 196℃深冷处理后硬度分别下降210、219和514HRC, 比常规热处理态相同附加回火温度下硬度值分别高012、014和018HRC。在深冷处理与热处理工艺组合方式相同的条件下, 随深冷处理温度的降低, 高速钢红硬性不断提高。如W 6Mo5Cr4V 2高速钢, 分别经- 135℃、- 165℃和- 196℃深冷处理与常规热处理进行比较, 在600℃附加回火后硬度值较常规热处理分别高117、213218HRC, 在615℃附加回火后硬度值较常规热处理分别高119、217和319HRC, 而在630℃附加回火后硬度值较常规热处理分别高211、314和415HRC。

       深冷处理与热处理工艺组合方式对W 18Cr4V 和W 6Mo5Cr4V 2高速钢的红硬性有较大影响(见表3) ,淬火后立即进行深冷处理然后再回火的高速钢的红硬性优于淬火回火后再进行深冷处理的; 淬火回火后再进行深冷处理仍可使高速钢红硬性得到提高, 因而成品刀具使用厂家可采用深冷处理来改善高速钢刀具的性能。W 18Cr4V 钢红硬性测试结果还表明, 深冷处理工艺规范对高速钢的红硬性亦有影响(见表4)。以630℃附加回火前后硬度相比较, 同样在- 196℃温度下深冷处理时, 其中以慢速长时间方式深冷处理的高速钢硬度值的下降幅度均小于以快速短时间方式深冷处理和快速多次冲击式深冷处理的。

3-2 深冷处理对高速钢耐磨性的影响

      W 18Cr4V、W 6Mo5Cr4V 2两种高速钢深冷处理后较常规热处理态的磨损量大幅度下降、耐磨性明显提高(见表5)。其中, 淬火后立即进行深冷处理然后再回火的W 18Cr4V 钢和W 6Mo5Cr4V 2钢耐磨性分别提高了2137倍和2113倍; 而淬火回火后再深冷处理耐磨性的提高幅度较小。

       高速钢淬火后立即进行深冷处理, 除大量的残留奥氏体转变为马氏体之外, 同时由于淬火马氏体在- 196℃超低温度处于热力学更不稳定的状态, 分解驱动力较大, 而且在此超低温度下, 碳原子扩散迁移能力较弱, 便在马氏体基体上析出大量弥散超微细碳化物,使高速钢的抗回火性能和耐磨性均有不同程度的提高; 常规热处理淬火回火后, 残留奥氏体量明显减少,且发生热稳定化, 马氏体的过饱和度也降低, 此后的深冷处理虽仍可使高速钢的红硬性和耐磨性提高, 但提高幅度要低于淬火后立即进行深冷处理再回火的状态。

       深冷处理提高高速钢的耐磨性, 是因深冷处理有利于提高室温硬度和红硬性并能改善高速钢的塑韧性。

       深冷处理+ 高温回火可使高速钢析出更细小的数量多的E碳化物。深冷处理中由残留奥氏体转变的片状不完全孪晶马氏体的周围, 存在较宽的位错组列区域, 这些因素均有利于钢的塑韧性的提高〔3〕。依据摩擦学理论, 在硬度相同的条件下, 材料的塑韧性越好, 则耐磨性越高。当硬度一定时, 材料的塑韧性越好, 磨屑脱离母体前的塑变越剧烈, 磨屑产生的过程也越长, 磨屑产生时所消耗的外力功也就越大, 材料的耐磨性也随之提高。

3-3 深冷处理高速钢刀具的实际应用

      采用5种高速钢工具对5种材料的机械零件进行了加工, 评定了深冷处理对高速钢刀具使用寿命的影响,结果见表6。由于加工工艺参数及加工材料的不同, 深

冷处理对提高高速钢刀具寿命的影响也不相同, 一般可提高刀具寿命1～ 2倍。

 结论

(1) 深冷处理可提高高速钢的红硬性, 深冷处理温度、工艺操作规范及深冷处理与热处理工艺组合方式均对高速钢的红硬性产生影响。

(2) 深冷处理可提高高速钢的耐磨性, 淬火后立即进行深冷处理再回火处理, 可使高速钢耐磨性提高1倍以上。

(3) 深冷处理显著提高高速钢刀具使用寿命。