W18Cr4V擠壓桿熱處理工藝的設(shè)計

------------------------------------------------------------------------W18Cr4V擠壓桿熱處理工藝的設(shè)計目錄1緒論---------------------11引言----------------------------------21熱處理工藝課程設(shè)計的目的--------------------32零件的技術(shù)要求及選材------------------------42.1技術(shù)要求-------------------------------42.2材料的選擇-----------------------------52.3化學(xué)成分及合金元素的作用---------------63熱處理工藝課程設(shè)計的內(nèi)容及步驟-------------83.1相變點的確定---------------------------83.2熱處理工藝-----------------------------83.2.1工藝流程-------------------93.2.2熱處理工藝參數(shù)的制定-------------113.2.3所選熱處理工藝的目的-------------143.2.4熱處理工藝卡片填寫---------------173.2.5操作過程中的注意事項-------------183.3熱處理設(shè)備的選擇-----------------------193.4夾具的設(shè)計或選用以及零件的擺布---------223.5組織特點和性能的分析-------------------234收獲和體會---------------------------------285參考文獻-----------------------------------326附表1熱處理工藝卡-------------------------341熱處理工藝課程設(shè)計的目的熱處理工藝課程設(shè)計是高等學(xué)校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設(shè)計練習(xí)，是熱處理原理與工藝課程的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學(xué)知識得到鞏固和發(fā)展。（2）學(xué)習(xí)熱處理工藝設(shè)計的一般方法、熱處理設(shè)備選用和夾具設(shè)計等。（3）進行熱處理設(shè)計的基本技能訓(xùn)練，如計算、零件繪圖和學(xué)習(xí)使用設(shè)計資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。因此，本課程設(shè)計要求我們綜合運用所學(xué)知識來解決生產(chǎn)實踐中的熱處理工藝制定問題，包括工藝設(shè)計中的細(xì)節(jié)問題，如設(shè)備的選用，夾具的設(shè)計等。要求我們設(shè)計工藝流程，這需要翻查大量的文獻典籍。如何靈活使用資料、手冊，怎樣高效查找所需信息，以及手冊的查找規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等，均不是一蹴而就的事情，需要我們在實踐中體會并不斷地總結(jié)，才能不斷進步。材料熱處理工藝課程設(shè)計是培養(yǎng)材料專業(yè)學(xué)生在熱處理原理方面能力的重要環(huán)節(jié)，紙上談兵是經(jīng)不起考驗的，扎實的理論唯有通過實踐才能夠證明，且科學(xué)的實踐能夠有效鞏固甚至發(fā)展原有的理論，因此，本課程設(shè)計通過給出20余種不同牌號的材料，要求學(xué)生以個人（允許討論）或組隊的方式完成熱處理工藝的設(shè)計，對學(xué)生鞏固已學(xué)熱處理知識、學(xué)習(xí)使用工具書、增強團隊合作意識等是大有裨益的。2零件的技術(shù)要求及選材2.1技術(shù)要求冷擠壓是精密塑性體積成形技術(shù)中的一個重要組成部分。冷擠壓是指在冷態(tài)下將金屬毛坯放入模具模腔內(nèi)，在強大的壓力和一定的速度作用下，迫使金屬從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學(xué)性能的擠壓件。顯然，冷擠壓加工是靠模具來控制金屬流動，靠金屬體積的大量轉(zhuǎn)移來成形零件的。冷擠壓技術(shù)是一種高精、高效、優(yōu)質(zhì)低耗的先進生產(chǎn)工藝技術(shù)，較多應(yīng)用于中小型鍛件規(guī)模化生產(chǎn)中。與熱鍛、溫鍛工藝相比，可以節(jié)材30%～50%，節(jié)能40%～80%而且能夠提高鍛件質(zhì)量，改善作業(yè)環(huán)境。目前，冷擠壓技術(shù)已在緊固件、機械、儀表、電器、輕工、宇航、船舶、軍工等工業(yè)部門中得到較為廣泛的應(yīng)用，已成為金屬塑性體積成形技術(shù)中不可缺少的重要加工手段之一。2.2材料的選擇本課程設(shè)計所要求的擠壓桿為重載冷擠壓模的凸模，擠壓模主要用于材料體成形，工作應(yīng)力大，鋼件承受的擠壓力為：2000～2500MPa。材料在型腔中劇烈變形同時產(chǎn)生熱量，模具在反復(fù)的應(yīng)力和溫度約300℃擠壓桿是冷作模具的凸模部分，工作時主要承受著拉壓、沖擊、疲勞、摩擦等多種機械力的作用，使模具發(fā)生脆斷、堆塌、磨損、咬合、啃傷、軟化等現(xiàn)象而失效。因此，擠壓桿作為冷作模具應(yīng)具備高的變形抗力、斷裂抗力、耐磨損、抗疲勞、不咬合等能力。因此凸模選用高速鋼W18Cr4V，工作硬度可達62HRC以上。在W18Cr4V鋼中碳化物分布的均勻性較差，并易產(chǎn)生粗大角狀碳化物顆粒，鋼的韌性和塑形也較差。該鋼不適宜用來生產(chǎn)大斷面鋼材，也不宜進行冷軋或冷拔加工，因為粗大角狀碳化物易在冷加工過程中使鋼開裂產(chǎn)生微裂紋，從而使鋼的性能變差。W18Cr4V鋼可用于制造各種切削工具，例如車刀、刨刀、銑刀、鉸刀、拉刀、滾刀、插齒刀、鋸條、絲錐、板牙和鉆頭等，不適宜制造大截面和熱塑性成形刀具。此外，W18Cr4V鋼還用于制造高溫軸承、模具和耐磨機零件等。2.3化學(xué)成分及合金元素的作用W18Cr4V為常用的鎢系高速鋼的一種，屬于萊氏體鋼，是高速鋼應(yīng)用最長久的一種。和其它高速鋼一樣，常被稱為“白鋼”、“鋒鋼”或“風(fēng)鋼”（空冷即可淬火）。W18Cr4V鋼化學(xué)成分（%）鋼號CSiMnCrW18Cr4V0.70~0.800.20~0.400.10~0.403.80~4.40MoWVP,S≤0.3017.50~19.001.00~1.40≤0.030W18Cr4V鋼的熱導(dǎo)率溫度/℃20200500700900λ/W·m-1·K-127.2125.9625.9625.1225.12W18Cr4V鋼的熱導(dǎo)率比碳含量相同的鑄鋼低溫時熱導(dǎo)率小很多，高溫時略小。W18Cr4V所含元素的作用：碳主要與鉻、鎢、鉬和釩(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及紅硬性。鎢是提高紅硬性的主要元素，它在鋼中形成碳化物。加熱時，一部分碳化物溶入奧氏體，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。在回火時，一部分鎢以碳化物的形式彌散析出，造成二次硬化。在加熱時，未溶的碳化物則起到阻止奧氏體晶粒長大的作用。鉻鉻的碳化物（Cr23C6）在淬火加熱時幾乎全部溶于奧氏體，從而提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性和鋼的淬透性，同時還能提高鋼的抗氧化脫碳和抗腐蝕能力。釩能顯著地提高高速鋼的紅硬性、硬度及耐磨性。釩形成的碳化物在加熱時，部分溶入奧氏體，回火時以細(xì)小的質(zhì)點彌散析出，造成二次硬化而提高鋼的紅硬性。鈷也能顯著提高鋼的紅硬性及硬度。3熱處理工藝課程設(shè)計的內(nèi)容及步驟3.1相變點的確定Fe-18%W-4%Cr-C系的變溫截面圖高速鋼屬于高合金萊氏體鋼，其相圖較復(fù)雜。由上示Fe-18%W-4%Cr-C系的變溫截面圖，并查找資料，可確定W18Cr4V的相變點：項目Ac1Ac3Ar1Ms溫度/℃8208607602103.2熱處理工藝3.2.1工藝流程用W18Cr4V制作擠壓桿的工藝流程為：淬火及回火示意圖：W18Cr4V制作擠壓桿的最終熱處理采用分級淬火+三次回火的工藝，在淬火加熱過程中采用二次預(yù)熱，溫度分別為550℃和820℃，奧氏體化溫度定為1260℃；在淬火冷卻過程中采用二級分淬，溫度分別取600℃和230℃。最后采用560球化退火為往復(fù)球化退火，去應(yīng)力退火是為了去除由于粗加工所引起的及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力（但不引起組織的變化）而進行的退火，由于材料成分、加工方法、內(nèi)應(yīng)力大小及分布的不同，以及去除程度的不同，去應(yīng)力退火的加熱溫度范圍很寬，應(yīng)根據(jù)具體情況決定，例如：對于W18Cr4V高速鋼制作的模具，在粗加工及半精加工之間，淬火之前，常進行600～700℃、2-4h的去應(yīng)力退火。去應(yīng)力退火后，均應(yīng)緩慢冷卻，以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。球化退火、去應(yīng)力退火、回火等工藝過程中均需使用煤油作為保護氣，以防止工件被氧化。3.2.2熱處理工藝參數(shù)的制定根據(jù)時間計算公式τ=a×K×D【其中K-裝爐修正系數(shù)，D-工件有效厚度（mm），a-由鋼種決定的加熱系數(shù)（min/mm）】，以及經(jīng)驗公式等，查找資料，將工藝參數(shù)制表如下：熱處理工藝參數(shù)表工藝溫度/℃時間/saKD加熱加熱+保溫球化退火加熱8603h保溫740去應(yīng)力退火6504h烘干預(yù)熱5500.41.3257801560二級預(yù)熱8200.351.325682.51365奧氏體化12600.181.325351351一級預(yù)冷6000.41.325780780二級預(yù)冷230600空冷20空冷至20三次回火560每次1h注：球化退火，去應(yīng)力退火，一級預(yù)熱，二級預(yù)熱、奧氏體化加熱和回火均采用到爐加熱，加熱時先在爐口預(yù)熱，后放入爐中加熱。一級預(yù)冷和二級預(yù)冷采用到爐冷卻。各參數(shù)確定如下：裝爐修正系數(shù)K的確定：在W18Cr4V擠壓桿熱處理時在吊籃中間隔為50mm，所以裝爐修正系數(shù)K取1.3。2）由鋼種決定的加熱系數(shù)a（min/mm）的確定：所需數(shù)據(jù)為：項目一級預(yù)熱二級預(yù)熱奧實體化一級預(yù)冷溫度/℃5508201260600加熱系數(shù)0.40.350.180.43）工件有效厚度的確定：下表為不同形狀和尺寸的工件加熱計算時的特征尺寸及形狀系數(shù)表，有此可計算出工件的有效厚度為：D=直徑×形狀系數(shù)=25×1.0=25mm。3.2.3所選熱處理工藝的目的（1）鍛造W18Cr4V屬于萊氏體鋼，鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗大共晶碳化物M6C，大大降低鋼的力學(xué)性能，特別是韌度。這些碳化物不能用熱處理來消除，只能依靠鍛打擊碎，并使其均勻分布。因此W18Cr4V作為高速鋼，它的鍛造具有成形和改善碳化物的兩重作用，是非常重要的加工過程。為了得到小塊均勻的碳化物，高速鋼需經(jīng)反復(fù)多次鐓拔。高速鋼的塑性、導(dǎo)熱性較差，鍛后必須緩冷。（2）球化退火球化退火的目的是獲得滿意的可加工性，為淬火作好組織準(zhǔn)備，即球化退火可降低硬度，改善切削加工性能和獲得均勻的組織，改善熱處理工藝性能。W18Cr4V毛坯成批球化退火采用往復(fù)球化退火的工藝，這是一種周期退火，目的是加速球化過程。加熱溫度取860℃，保溫溫度取740℃，加熱溫度+保溫時間是2～4h，因為冷擠壓桿有效厚度為25mm，較小，故取球化退火時間為3h。退火后隨爐冷卻到（3）去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火的目的是消除模具淬火或精加工前的殘余應(yīng)力，避免高速鋼在加工過程中出現(xiàn)裂紋。對于精度要求的模具在粗加工之前，常進行600-700℃的去應(yīng)力退火，時間為2-4h。因為冷擠壓桿工作條件苛刻，精度要求高，故采用650℃去應(yīng)力退火4h的工藝。冷卻過程采用隨爐冷卻到（4）淬火淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而賦予工件以需要的綜合機械性能。二次預(yù)熱保溫目的：高合金的高速鋼導(dǎo)熱性差，為防止工件加熱時變形、開裂和縮短加熱的保溫時間以減少脫碳。預(yù)熱溫度分別為550℃（介質(zhì)為31BaCl2+48CaCl2+21NaCl）和820奧實體化加熱溫度選擇為1260℃。W18Cr4V鋼的奧氏體化溫度很高，是因為M23C6：900℃開始溶解，1090℃全部溶解；M6C：1037℃開始溶解；MC：在淬火冷卻過程中采用分級淬火。分級淬火是把加熱好的工件先投入溫度稍高于Ms點的鹽浴或堿中快速冷卻停留一段時間，待其表面與心部達到介質(zhì)溫度后取出空冷，使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。它比雙液淬火進一步減少了應(yīng)力和變形，操作較易。但由于鹽浴、堿浴的冷卻能力較小，故只適用于形狀較簡單、尺寸較小的工作。（5）回火高速鋼對熱硬性的要求較高，在淬火后，材料里還有大量的殘余奧氏體存在，其硬度較低（40～50HRC),后經(jīng)560℃選用三次回火是因為高速鋼淬火后大部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，殘留奧氏體量是20—25%，甚至更高。第一次回火后，又有15%左右的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。還有10%左右的殘留奧氏體，15%左右新轉(zhuǎn)變未經(jīng)回火的馬氏體，還會產(chǎn)生新的應(yīng)力，對性能還有一定的影響。為此，要進行二次回火，這時又有5—6%的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，同樣原因為了使剩余的殘留奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，和使淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體并消除應(yīng)力，需進行第三次回火。經(jīng)過三次回火殘留奧氏體約剩1—3%左右。W18Cr4V鋼球化退火、去應(yīng)力退火和一級預(yù)熱之前需進行烘干，防止表面殘留水分，導(dǎo)致氧化脫碳。在W18Cr4V鋼淬火空冷之后需經(jīng)過清洗，去除表面殘留的鹽類，然后烘干，并及時回火。工藝最后按要求還可選擇精加工，在此不作詳細(xì)敘述。3.2.4熱處理工藝卡片填寫見附表1熱處理工藝卡片。3.2.5操作過程中的注意事項1鍛造后必須經(jīng)過球化退火后才能進行加工。2球化退火時應(yīng)注意加熱溫度和保溫溫度之間的區(qū)別，并保證足夠的球化退火時間。3球化退火后先爐冷后空冷，減少殘余應(yīng)力。4去應(yīng)力退火注意溫度及保證足夠的保溫時間。5去應(yīng)力退火后先爐冷后空冷，減少殘余應(yīng)力。6球化退火和去應(yīng)力退火都應(yīng)先將工件放在爐口緩慢升溫后才能放入爐內(nèi)。7淬火加熱時應(yīng)注意控制加熱速度。8淬火預(yù)熱時應(yīng)保證足夠的預(yù)熱時間，使工件溫度均勻化。9嚴(yán)格控制奧氏體化溫度和加熱時間。10控制分級冷卻的時間，減少奧氏體穩(wěn)定化。11控制回火溫度，回火保溫時間和回火次數(shù)，保證碳化物的析出，從而保證硬度和紅硬性。12回火冷卻時應(yīng)空冷至室溫后再進行下一次回火，得到較多的回火馬氏體。13淬火加熱時，遇到突然停電，鹽浴爐不能正常工作時，應(yīng)立即從爐中去除工件，空冷。重新加熱淬火前必須經(jīng)過退火，否則，將出現(xiàn)萘狀端口。14鹽浴爐中的工件冷卻到室溫后，必須經(jīng)過清洗，烘干后才能進行回火。15淬火后應(yīng)及時回火。16回火出爐工件應(yīng)隨吊籃一起空冷，不能將工件堆放進行空冷。17中溫預(yù)熱和高溫加熱的鹽浴應(yīng)嚴(yán)格校正。18在生產(chǎn)中要經(jīng)常檢查控溫儀表，常用光學(xué)高溫計核對爐溫的準(zhǔn)確性。19加熱工件與電極，爐底和爐壁應(yīng)保證足夠的距離。20大批工件進行淬火時必須進行試淬，淬火后檢查淬火晶粒度，調(diào)節(jié)爐溫。21在球化退火，去應(yīng)力退火和回火過程中應(yīng)注意添加足夠的保護劑，減少工件表面的氧化脫碳。3.3熱處理設(shè)備的選擇①球化退火設(shè)備：中溫井式電阻爐RJ2-40-9。型號額定功率/kW額定電壓/V相數(shù)額定溫度/℃爐膛尺寸（直徑X深度）/mm在890℃空爐損耗功率/kW空爐升溫時間/h最大裝載量/kgRJ2-40-9403803950600X800≤9≤2.5350②去應(yīng)力退火設(shè)備：中溫井式電阻爐RJ2-40-9。RJ系列自然對流井式電阻爐均有一個井式爐膛，且爐內(nèi)不設(shè)風(fēng)扇的電阻爐。它主要用于長桿工件在空氣介質(zhì)中加熱，或加密封措施用作通保護氣體保護加熱。③一級預(yù)熱（550℃④二級預(yù)熱（820℃⑤奧實體化（1260℃項目RDM-45-6RDM-70-8RDN-90-13額定功率/kW457090電源電壓/V380380380電極電壓范圍/V14.48~30.5916.15~3416.25~34.55額定電極電壓/V25.12828.14相數(shù)333額定溫度/℃6508501300空爐損耗功率/kW<12<24<50爐膛尺寸/mm長450450450寬350350350深700700700外形尺寸/mm長131013101410寬101010101110深107010701070重量/kg163016401770配套變壓器型號ZUSG3-50-3ZUSG3-75-3ZUSG3-100-3埋入式電極鹽浴爐的電極從浴槽側(cè)壁插入，埋在浴槽砌體中。本淬火分級加熱方案中的三種埋入式電極鹽浴爐采用相同的爐膛尺寸，均為450×350×700（長×寬×深/mm），保證了加熱過程中夾具的一致性和爐膛的使用率，可提高能源利用率和簡化操作。⑥一級預(yù)冷（600℃⑦二級預(yù)冷（230℃項目溶劑功率/kW電壓/V相數(shù)接線方法最高溫度/℃升溫時間/hNS-85-63硝鹽383803Y550≤1.2空載功率/kW爐膛尺寸/mm外形尺寸/mm重量/kg長寬深長寬深6Φ6008001580142017102050低溫鹽爐廣泛用于馬氏體分級淬火、貝氏體等溫淬火、工件回火、形變鋁合金熱處理等。⑧清洗設(shè)備：廢水池。⑨烘干設(shè)備：烘箱。⑩回火（560℃3.4夾具的設(shè)計或選用以及零件的擺布3.4.1夾具的設(shè)計鹽浴爐吊籃井式電阻爐吊籃夾具為自行設(shè)計，均采用吊籃形式。長方體形吊籃適用于鹽浴爐，圓柱形吊籃適用于井式電阻爐。長方形吊籃為320X240X250（長X寬X深/mm），圓柱形吊籃直徑為400mm，高度為250mm。頂部均采用吊環(huán)，可使用行車移動，可將吊籃從頂部豎直放入爐中。吊籃上面向下數(shù)第一層和第二層正方形間隙邊長為300m，第三層間隙為100m，可方便地將工件放入豎直吊籃中，并不從底部掉出或移動。3.4.2零件的擺布零件豎直放入吊籃的正方形間隙中，并使用吊籃移動和放入爐中。3.5組織特點和性能的分析高速鋼的組織是由碳化物和基體兩大部分組成，其中的每一部分都復(fù)雜多變。大量合金碳化物的存在是高速鋼組織的重要特征。高速鋼是典型的萊氏體鋼，在冶煉澆注時，在鋼水凝固的最后階段，萊氏體從鋼水中析出，共晶碳化物存在于萊氏體之中。在隨后的鍛造開坯等加工過程以及熱處理過程中，共晶碳化物經(jīng)歷了種種變化，最后以顆粒形狀分布在鋼的基體之中，通常把這種來自共晶碳化物的顆粒稱之為一次碳化物，其數(shù)量、類型、分布、尺寸大小和形狀等因素與鋼的化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝有關(guān)，并對鋼的質(zhì)量和性能產(chǎn)生重要的影響。除了一次碳化物外，從奧氏體等基體中析出的細(xì)小碳化物被稱為二次碳化物，它們對鋼的質(zhì)量和性能同樣產(chǎn)生重要影響。3.5.1鑄態(tài)組織高速鋼在實際鑄錠凝固時的冷卻速度大于平衡冷卻，合金元素來不及擴散，在結(jié)晶和固態(tài)相變過程中的轉(zhuǎn)變不能完全進行。如包晶反應(yīng)不能進行完畢，仍有部分高溫鐵素替體δ相被保留下來，再繼續(xù)冷卻時發(fā)生共析分解δ→γ＋M6C，隨后γ相再發(fā)生共析反應(yīng)。這種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物金相形態(tài)呈黑色，稱為“黑色組織”。γ相的共析反應(yīng)也可能被抑制而過冷到低溫，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體M和殘留奧氏體Ar，形成所謂的“白亮組織”。這樣，高速鋼的鑄態(tài)組織常常由魚骨狀萊氏體（Ld）、黑色組織（δ共析體等）和白亮組織（M+Ar）組成。高速鋼鍛造后，共晶萊氏體網(wǎng)絡(luò)被破碎，碳化物不但細(xì)小，而且分布均勻，從而顯著地提高了鋼材組織的均勻程度及其力學(xué)性能。3.5.2碳化物在高速鋼中碳化物數(shù)量多、類型多、變化復(fù)雜、對鋼性能的影響很大，也很復(fù)雜。各種碳化物的硬度如下表：碳化物類型硬度HV（Fe,W）6C1870（Fe,Mo）6C61890（Fe,W,Mo,Cr,V）6C62060Mo2C2240W2C2740（V,Fe,W,Cr）C2840（Cr,Fe）23C61620（Cr,Fe）7C323003.5.3退火組織W18Cr4V鍛造后經(jīng)球化退火，使鋼中的碳化物球狀化。球化退火可降低硬度，改善切削性能；獲得均勻組織，改善熱處理工藝性能；可經(jīng)淬火、回火后獲得良好的綜合機械性能。鋼件經(jīng)粗加工后需進行去應(yīng)力退火處理，可去除由于粗加工所引起的及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力（但不引起組織的變化）。鑄件由于鑄造應(yīng)力的存在，可能發(fā)生幾何形狀不穩(wěn)定，甚至開裂；尤其是在機械加工后，由于應(yīng)力平衡的破壞，常會造成變形超差，使工件報廢，因此各類鑄件在機械加工前應(yīng)進行消除應(yīng)力處理。3.5.4淬火組織高速鋼的淬火組織是由淬火馬氏體、殘余奧氏體和剩余碳化物組成。高速鋼的淬火溫度很高，接近鋼的熔點，這是高速鋼熱處理的最重要特征，淬火溫度與高速鋼的使用性能密切相關(guān)。在淬火高溫加熱過程中，基體轉(zhuǎn)變成奧氏體，細(xì)小的碳化物顆粒逐漸向基體中溶解。這種溶解過程與加熱溫度和保溫時間有關(guān)，其中加熱溫度的影響最大；還與碳化物的類型和碳化物的顆粒度有關(guān)，尺寸小的碳化物易溶解。M23C6碳化物溶解溫度最低，在W18Cr4V鋼中，M23C6在900℃時開始溶解，至1100℃時基本溶解完畢。M6C碳化物在1100℃時溶解的很少，至1150℃以上時溶解量才逐漸增加。MC碳化物在1200℃之下幾乎不溶解，在淬火鋼的奧氏體晶粒度與淬火溫度密切相關(guān)。隨淬火溫度升高，碳化物溶解，鋼的奧氏體晶粒逐漸長大，具體的長大情況與鋼的化學(xué)成分有關(guān)。當(dāng)淬火溫度更高時，碳化物會在晶界聚集產(chǎn)生過熱，甚至局部熔化過燒。過冷奧氏體在冷卻過程中的轉(zhuǎn)變很復(fù)雜。通常希望在淬火之后獲得淬火馬氏體組織，由于高速鋼的淬透性很高，故在空冷條件下就能淬透，但即便是這樣，冷卻速度仍需要控制得快一些。這是因為在淬火加熱時，由于大量碳化物溶入基體，故使基體中的碳和合金元素的過飽和度很高。在冷卻過程中，先共析碳化物會從基體中首先析出，冷卻速度愈慢，析出則愈多，使基體中的碳和合金元素的過飽和度降低，因而使淬火馬氏體中的過飽和度也降低，最終影響了二次硬化效果，降低了淬火、回火硬度。另外，由于先共析碳化物多在奧氏體晶界上析出，弱化了晶界，會降低鋼的韌性。由此可見，在高速鋼淬火加熱之后應(yīng)當(dāng)快冷，否則對鋼的硬度和韌性都會產(chǎn)生不良影響。當(dāng)冷卻到馬氏體點Ms之下時，過冷奧氏體即發(fā)生馬氏體相變。馬氏體相變也分形核及成長兩個階段，但成長速度很快，形核后不到萬分之一秒即生長完畢，因此馬氏體轉(zhuǎn)變速度幾乎完全是由形核速度所控制。馬氏體轉(zhuǎn)變量只與溫度有關(guān)，隨溫度下降轉(zhuǎn)變量增加；與保溫時間無關(guān)，恒溫停留不會使馬氏體量增加，反而會帶來其他的問題。馬氏體點Ms與奧氏體的化學(xué)成分有關(guān)。其中碳的影響最大，碳含量增加，Ms點降低；合金元素W、Mo、Cr、V均使Ms點降低。淬火溫度高，保溫時間長，使奧氏體中的碳和合金元素含量增加，因而高速鋼淬火后的基體組織中除了馬氏體之外，還有相當(dāng)多的殘余奧氏體。殘余奧氏體的數(shù)量與Ms點有關(guān)。鋼中的碳含量愈高，淬火溫度愈高，則使殘余奧氏體量愈多。在淬火時中斷冷卻，也會使殘余奧氏體量增加，并且中斷冷卻的溫度愈高，則殘余奧氏體量也愈多。3.5.5回火組織高速鋼淬火之后需及時回火，其目的一是消除淬火應(yīng)以，避免產(chǎn)生裂紋；二是使鋼在回火后產(chǎn)生二次硬化，即經(jīng)過回火鋼的硬度非但不降低，反而能提高，同時強韌性也會提高，這是高速鋼的一個重要特征。下左圖為高速鋼在淬火之后的回火過程中，硬度與組織變化的示意圖；右圖為回火二次硬化曲線：W18Cr4V的回火過程可分為四個階段。第一階段，淬火馬氏體分解，鋼的硬度下降。1）從室溫至270℃左右，過飽和的正方馬氏體變