高速鋼W18Cr4V的鍛造及熱處理

1、w 18cr4v鋼熱處理工藝研究 摘 要 通過對w 18cr4v鋼的性能特點進行了分析、對w 18cr4v鋼的鍛造工藝以及對w 18cr4v鋼進行退火、淬火及回火等熱處理研究，得到了在實際生產(chǎn)中, w 18cr4v鋼采用正確的鍛造及熱處理工藝處理后, 用它生產(chǎn)的刃具及冷作模具綜合力學性能好, 使用 壽命長. 關(guān)鍵詞 w 18cr4v鋼；鍛造；熱處理 ; 退火；淬火；回火一、對w 18cr4v鋼的介紹高速鋼w 18cr4v是一種高合金工具鋼,鋼中含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素, 其總量超過 10%.特點是紅硬性和耐磨性高,淬透性好,并且具有一定的韌性, 因而在實際生產(chǎn)中常用來制造刃具和冷作模具.

2、我們在產(chǎn)品使用中發(fā)現(xiàn),決定其使用壽命的主要因素是鍛造和熱處理工藝的合理制定. 1、 w 18cr4v鋼的性能特點 w18cr4v鋼的化學成分見表 1。在鋼中, 碳的質(zhì)量分數(shù)為0. 70% 0. 80%, 它一方面要保證能與鎢、鉻、釩形成足夠數(shù)量的合金碳化物,又要有一定的碳量溶于奧氏體中,使淬火后獲得碳含量過飽和的馬氏體, 以保證高硬度和高耐磨性, 以及良好的熱硬性。鎢是使高速鋼具有熱硬性的主要元素, w18cr4v 鋼在退火狀態(tài)下鎢與鋼中的碳形成合金碳化物fe4w2c, 淬火加熱時, 一部分fe4w2 c溶入奧氏體,淬火后形成含有大量鎢及其他合金元素, 有很高回火穩(wěn)定性的馬氏體。在 560 回

3、火時鎢又以w2 c形式彌散析出,造成二次硬化現(xiàn)象, 使鋼具有高的熱硬性,未溶的合金碳化物起阻礙奧氏體晶粒長大及提高耐磨性作用.。鉻對高速鋼性能的主要影響是增加鋼的淬透性并改善耐磨性和提高硬度。釩與碳的結(jié)合力比鎢或鉬大,碳化物很穩(wěn)定,淬火加熱時高溫下才可溶解, 能顯著阻礙奧氏體晶粒長大。 并且碳化釩的硬度高,顆粒細小、均勻,對提高鋼的硬度、耐磨性和韌性有很大影響, 回火時釩也引起二次硬化現(xiàn)象.。2 組織結(jié)構(gòu)特點 w18cr4v鋼的鑄態(tài)組織中有大量的萊氏體, 萊氏體中有粗大、不均勻分布的魚骨狀碳化物, 這些碳化物的存在導致高速鋼在使用中容易崩刃和磨損。 而這些粗大的碳化物不能用熱處理的方法消除,

4、只能用鍛造的方法將其擊碎,并使它均勻分布,再用來制造各種刃具和模具.。w18cr4v鋼(鍛后退火、淬火及回火處理)的金相圖工藝情況：鍛后退火、淬火及回火處理浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕組織說明：黑色回火馬氏體和呈帶狀聚集分布的碳化物顆粒。高速鋼由于碳和合金元素含量較高，所以形成大量的碳化物。嚴重的碳化物不均勻性，易造成鍛造或熱處理過程中的過熱或開裂，還會造成刀具在使用過程中的崩刃現(xiàn)象。3、化學成分w18cr4v高速鋼化學成份：碳 c ：0.700.80(偏差:±0.01)矽 si：0.200.40(偏差:±0.05)錳 mn：0.100.40(偏差: 0.04)硫 s ：

5、0.030磷 p ：0.030鉻 cr：3.804.40(偏差:±0.05)鎳 ni：殘余含量0.30銅 cu：殘余含量0.25釩 v ：1.001.40(偏差:±0.05)鉬 mo：0.30(偏差:尺寸6,±0.05;尺寸6,±0.10)鎢 w ：17.5019.00(偏差:尺寸10,±0.10;10,±0.20)4、w18cr4v高速鋼特性及適用范圍是使用最廣泛的鎢系通用型高速鋼，硬度、紅硬性及高溫硬度較高，易于磨削加工。適用作工作溫度在 600以下仍能保持切削性能的刀具，如車、刨、銑、鉸、拉刀、鉆頭、各種齒輪刀具及絲錐等，適于加

6、工軟的或中等硬度 (300320hb以下) 的材料。及制作高溫耐磨機械零。二、 w 18cr4v鋼的鍛造工藝 2. 1 鍛造溫度及加熱速度 w18cr4v鋼的始鍛溫度為1140 1180 ,終鍛溫度在 900 左右。終鍛溫度太低會引起鍛件開裂,太高會造成晶粒不正常長大, 出現(xiàn)萘狀斷口。 w18cr4v屬于高合金鋼,導熱性差,應分段加熱, 低溫時加熱速度慢一些, 高溫時則快速加熱, 同時要控制好裝爐量,并適當?shù)胤D(zhuǎn),使工件受熱內(nèi)外溫度均勻。 2. 2 鍛造過程 w 18cr4v鋼的鑄態(tài)組織中有大量粗大、不均勻分布的碳化物, 必須經(jīng)過反復鐓粗和拔長, 經(jīng)驗表明,鍛造比達到10左右時, 碳化物分布得

7、比較均勻。當坯料加熱到要求的溫度時, 即開始鍛造。鍛造過程中應嚴格執(zhí)行“兩輕一重”的鍛造方法, 在高溫段 1140 1180 時要輕擊, 以防止開裂; 當鍛造溫度在 1000 1050 時要重擊, 以保證能打碎碳化物; 當坯料溫度低于1000 時要輕擊, 以防內(nèi)裂紋出現(xiàn); 當坯料溫度降至900 左右時停鍛。為避免鍛造時出現(xiàn)裂紋,鐓粗階段捶擊不宜太重,必要時可先將端部“鉚鍛”后再鐓粗,鐓粗后立即拔長。拔長時送進量要控制在鍛件高度的0. 6 0. 8倍,送進量過小鍛不透, 過大則會產(chǎn)生“十字”裂紋。 鐓粗時要避免單面變形或發(fā)生歪斜, 拔長時翻轉(zhuǎn)毛坯要均勻, 拔圓時要先倒角, 不要在同一地方多次捶擊

8、。 鍛造時加熱次數(shù)由鐓拔次數(shù)、設備能量以及操作工人的熟練程度等來確定. 但火次不宜太多, 以免產(chǎn)生開裂。 三、w 18cr4v鋼的熱處理w18cr4v鋼為w系高速鋼，是在t8a鋼的基礎(chǔ)上主要加入w、cr、v元素形成的。1、 w18cr4v鋼的特性、由于w18cr4v鋼中加入大量w、cr、v元素，使fe-c相圖中的es線上升并左移，所以鋼中出現(xiàn)大量的共晶萊氏體碳化物，其組織形態(tài)有 布直接影響鋼的性能及使用。故w18cr4v鋼需經(jīng)反復鍛造加工，使其組織中出現(xiàn)的鑄態(tài)魚骨狀共晶碳化物碎裂成細小的碳化物顆粒，并呈彌散分布，才能使用。、w18cr4v鋼中加入cr元素，主要是提高鋼的淬透性，固溶于基體強化基

9、體組織，并改善鋼的回火穩(wěn)定性；同時形成cr的碳化物作為鋼中的強化相。、w18cr4v鋼中加入w、v元素主要是形成碳化物，作為鋼中的強化相，提高鋼的強度、硬度與耐磨性；同時細化晶粒，改善鋼的韌性。尤其是v元素細化晶粒作用較強。、w18cr4v鋼在奧氏體化時，w、v元素可隨時其碳化物少量地固溶于奧氏體中，進一步提高鋼的淬透性，同時冷卻后存在于基體組織中，強化基體組織和提高鋼的回火穩(wěn)定性。、w18cr4v鋼中加入大量的c、w、cr、v元素，會使ms線（馬氏體相變開始點）下移，淬火后組織中存在大量的殘余奧氏體，在經(jīng)回火冷卻時會轉(zhuǎn)變成馬氏體，即出現(xiàn)二次淬火現(xiàn)象。而淬火組織中的馬氏體因溶有大量的w、cr、

10、v元素，使其保持相當穩(wěn)定。在270回火時才有碳化物相析出，至400，碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)閒e3c相并進行聚集，此時馬氏體硬度下降?；鼗饻囟壬?00以上，開始生成特殊碳化物，400至500，主要析出鉻的碳化物。500至600，部分fe3c重新溶解而自回火馬氏體中開始析出彌散度很高的碳化物w2c和vc，使硬度回升，即出現(xiàn)二次硬化現(xiàn)象。由于回火馬氏體中溶有大量的w、cr、v元素，使回火馬氏體保持較高的硬度，而析出的碳化物聚集的速度較緩慢，因而會產(chǎn)生顯著的紅硬性。、w18cr4v鋼中加入w元素可以消除鋼的回火脆性。、w18cr4v鋼中存有少量的si、mn、mo元素，除提高淬透性外，主要也固溶于基體組織中，起

11、到強化基體組織和改善鋼的回火穩(wěn)定性的作用。2、 w18cr4v鋼的熱處理工藝w18cr4v鋼相變點為： ac1820、accm1330、ar760、ms210。w18cr4v鋼的始鍛溫度11201140，終鍛溫度950，鍛造后堆集冷卻或砂中冷卻。3. 1 退火鍛件鍛后應立即放入白灰箱或干砂箱中嚴埋緩冷, 冷卻后應立即進行退火, 退火的目的是為了消除鍛造應力, 降低硬度以利于切削加工, 同時也為隨后的淬火作組織準備。 w18cr4v鋼常采用等溫退火工藝,其工藝路線見圖1。 3. 2 淬火 w18cr4v屬于高合金工具鋼,導熱性差,淬火加熱時通常要在 800 850 進行預熱, 對于大截面、形狀比較復雜的零件, 需進行兩次預熱。w18cr4v鋼的淬火加熱溫度很高, 一般為1270 1280 , 在這個溫度范圍,溶于奧氏體中的合金元素量才會多,淬火后馬氏體中的合金元素量相應也高,高速鋼的熱硬性才會好。 淬火冷卻一般采用分級淬火或油冷淬火。 3. 3 回火 w18cr4v鋼淬火后殘余奧氏體量較多可達30%,為了減少殘余奧氏體量, 消除應力, 穩(wěn)定組織, 提高力學性能,淬火后要在560 進行回火,高速鋼回火時會產(chǎn)生“二次硬化”現(xiàn)象,使硬度得到提高。由于高速鋼淬火后殘余奧氏體量高達 30%, 經(jīng)一次回火是不能