一、W18Cr4V钢的锻造与热处理
1. W18Cr4V钢的组织结构
W18Cr4V钢的铸态组织结构为包括呈骨骼状的、碳化物片状与马氏体或屈氏体相间排列的莱氏体、以及黑色组织(δ偏析)和白色组织(马氏体和残余奥氏体)。高速钢的铸态组织和化学成分是尤其不均匀的,而且热处理也不能改变,因而必须进行压力加工,将粗大的共晶碳化物打碎,并使其均匀分布,然后再用以制造各种刃具及模具。
2.锻造工艺
高速钢加热时很容易发生过烧,接近此温度范围锻造很容易出现碎裂。应严格控制加热温度[1,2]。
(1)锻造温度范围 W18Cr4V属于高合金钢其特点是升温速度慢,锻造温度范围窄。始锻温度:
1100~1150℃,终锻温度: 900~950℃。
(2)加热时间的确定 因W18Cr4V钢的导热性差,一般都需分段加热。低温段加热温度为800~900℃,加热时间一般按1min·mm-1计算。高温时快速加热,加热时间一般按0·5min·mm-1计算。加热时,为了防止过热或过烧,要严格控制上限温度。同时,炉内的坯料要装炉适量,还要不停的翻转,以使其内外温度均匀。 (3)锻造比 因钢锭在锻轧过程中,其锻轧比都在8以上,因而,锻造时锻造比选在5~7之间即 可。
(4)加热火次的确定 W18Cr4V钢加热火次由镦拔次数、设备能量以及操作工人的熟练程度来确定。根据我们多年来的生产实践和对锻件的技术要求,前三火为三镦三拔,或前四火为四镦四拔,最后一火修整成形。火次不宜太多,在可能的情况下,应尽量减少火次,以免因锻造抗力过大而开裂。
3.锻后冷却及退火
(1) 锻件锻后应立即放入白灰箱或干砂箱中掩埋缓冷,不可有外露部分。锻件埋入前,白灰或干砂的温度以100~200℃为宜。小锻件锻后,可在炉内保温后随炉冷至50℃出炉空冷。
(2) 锻件冷却后应立即进行退火,退火的目的不仅是为了消除内应力、降低硬度以利于切削加工,同时也为了以后的淬火准备较好的原始显微组织。W18Cr4V的退火工艺有普通退火和等温退火工艺两种,参见图1、图2。
二、深冷处理后W18Cr4V高速钢的显微组织
1 实验
1·1 实验材料和深冷处理方法
实验材料为W18Cr4V高速钢,化学成分(质量分数,%)为:C 0·76,Mn 0·24,Si 0·25,P 0·028, S 0·011, Cr 3·98, Ni 0·08, Cu 0·14, W 18·40, V1·04,Mo 0·05。试样尺寸10 mm×10 mm×20 mm。
热处理工艺采用1 235℃淬火后油冷,不进行回火处理,以避免析出回火碳化物,干扰组织观察。
淬火后采用直浸式深冷处理,介质为液氮,深冷处理工艺分别为:1次12 h深冷、2次1 h深冷和3次1 h深冷。每次深冷后将试样放在空气中升温至室温。
1·2 观察及分析
采用D/MAX-2400型X射线衍射仪,选用Cu-KαX射线分析物相。用H-600型透射电子显微镜(TEM)观察深冷处理前后W18Cr4V高速钢的显微组织。
2 实验结果及分析
2·1 奥氏体含量
用X射线衍射法分析和测量深冷处理前后W18Cr4V高速钢中残余奥氏体含
量。由于奥氏体
(111)晶面衍射峰与马氏体(110)晶面衍射峰重叠,所以选择以(200)面的衍射峰来分析不同深冷处理后奥氏体衍射峰的变化,结果示于图1。可以看出,深冷处理后奥氏体衍射峰强度下降,说明深冷处理使奥氏体继续转变为马氏体,奥氏体含量减少。此外还观察到,循环深冷处理后奥氏体衍射峰强度下降显著,这说明循环深冷处理有利于奥氏体转变。经不同深冷处理后,残余奥氏体含量计算结果列于表1。可以看出,深冷处理时间对奥氏体含量影响不大,但处理次数对奥氏体含量影响显著。
表1 深冷处理前后W18Cr4V钢中的残余奥氏体含量
2·2 马氏体轴比和碳含量
为了便于计算马氏体轴比,研究选用马氏体的(112)和(121)晶面衍射峰。图2示出了深冷处理前后马氏体衍射峰的变化。可以看出,随深冷时间和深冷次数增加,马氏体衍射峰渐渐向大角度偏移,并且逐渐变窄。这表明深冷处理后马氏体内的碳含量发生了变化,有碳含量较高的碳化物从马氏体中析出,并且碳化物析出量随深冷处理次数增加而增加;3次深冷处理后马氏体变化最显著,说明循环深冷处理对碳化物析出有利。这也将在本文透射电子显微镜观察结果中得到证实。为定量研究不同深冷处理工艺中马氏体轴比和碳含量的变化,将计算结果列于表2。可见,深冷处理后马氏体轴比和碳含量下降,多次循环深冷处理后下降更为显著,说明随着深冷处理次数增加,碳化物析出量增多。观察马氏体衍射峰可见,由于深冷处理后碳化物析出,马氏体正方度下降,(112)与(121)之间的晶面间距减小,(112)与(121)晶面衍射峰相互靠拢。
表2 深冷处理后W18Cr4V钢的马氏体轴比和碳含量
2·3 显微组织
为了进一步研究循环深冷处理对W18Cr4V高速钢显微组织(尤其是深冷析出碳化物的形态、尺寸及分布状态)的影响,用TEM观察深冷处理前后W18Cr4V钢的显微组织,结果示于图3~图5。
