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高速鋼淬火裂紋的原因分析以及預(yù)防措施
預(yù)防措施如下:①酸洗時(shí)如果產(chǎn)生過(guò)多的初始?xì)湓?H)，必須嚴(yán)格控制酸的濃度、溫度和酸洗時(shí)間；酸90低溫老化200℃×2?4小時(shí)內(nèi)釋放氫氣，有效消除氫脆和開(kāi)裂。
預(yù)防措施是:在鋼的C曲線(鼻)拐點(diǎn)處使用淬火介質(zhì)，在鼻Ms點(diǎn)以下緩慢淬火，如氯化鈣C的飽和水溶液？-1有機(jī)猝滅劑、聚乙烯醇水溶液、高錳酸鉀猝滅溶液等。)作為理想的淬火冷卻介質(zhì)；采用熱浴、硝酸浴、堿浴等。)進(jìn)行逐漸淬火、等溫淬火和淬火前預(yù)處理等。通過(guò)消除冷熱加工應(yīng)力，可以有效防止和避免淬火裂紋和刀具變形。
預(yù)防措施是:嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，共晶碳化物等級(jí)應(yīng)≤3.5;原材料入庫(kù)投產(chǎn)前，應(yīng)進(jìn)行金相檢驗(yàn)，確保無(wú)宏觀冶金缺陷；此試件用于檢查淬火前高溫鹽和加熱浴槽爐，檢查等級(jí)與淬火溫度的關(guān)系是否合理地視為可見(jiàn))；
預(yù)防措施是:合理選擇精鍛溫度，嚴(yán)格控制終鍛溫度≤1000℃，鍛后緩慢冷卻；鍛件毛坯應(yīng)在淬火前完全消除；避免5%-10%臨界變形；超細(xì)顆粒被處理和等待。上述措施能有效抑制高速鋼中萘斷口的形成，避免淬火裂紋。
氫脆
預(yù)防措施如下:①淬火前，將淬火工具用100°C的沸水煮30-40分鐘，或低溫回火1小時(shí)。試驗(yàn)表明，該方法可消除20%-30%的淬火內(nèi)應(yīng)力。由于殘余奧氏體略穩(wěn)定，冷處理后可保留2%-5%。
殘余奧氏體具有脆性和韌性，能吸收馬氏體的快速膨脹能，松弛和松弛相變應(yīng)力；②冷處理后，將工具放入溫水(或熱水)中升溫，可消除50%？60%冷處理二次淬火應(yīng)力；許多高溫回火措施可以促進(jìn)殘余奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，有效防止冷裂紋。
刀具腐蝕目前，我國(guó)高速鋼刀具熱處理工藝的淬火加熱一般在鹽浴爐中進(jìn)行，回火加熱一般在硝酸爐中進(jìn)行。此外，必須進(jìn)行酸洗。工具在淬火過(guò)程中局部受熱時(shí)，會(huì)接觸到鹽浴表面附近的高溫鹽浴中產(chǎn)生的有害氣體如有害氯等，不僅容易導(dǎo)致氧化脫碳，還會(huì)造成一定程度的氧化。液體表面和空氣界面的點(diǎn)蝕寬度。
預(yù)防措施是:采用鹽涂層的高溫加熱方式，即在工具完全鹽化后，將局部未淬火的加熱部位暴露在液面上，并覆蓋一層鹽殼。將其與空氣中的有害氣體隔離，以避免腐蝕。大型整體葉片在高溫鹽浴爐中淬火加熱時(shí)，由于溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)，容易與鹽浴中的有害物質(zhì)(如氧化鐵(FeO))發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而腐蝕。預(yù)防措施是:嚴(yán)格執(zhí)行鹽浴加熱介質(zhì)熱處理技術(shù)條件:純度≥98%，硫酸鹽(BaSONa2SO，K2SO等雜質(zhì)含量≤0。碳酸鹽3%(BacoNa2COK2CO等雜質(zhì)≤0。1%，水不溶物≤0。1%;每班必須進(jìn)行鹽浴脫氧除渣，每周挖爐一次，徹底清除爐內(nèi)爐渣雜質(zhì)。酸洗工具時(shí)，硝酸與硝酸鹽的化學(xué)反應(yīng)會(huì)因酸洗過(guò)度或殘留酸未被沖走而引起電化學(xué)腐蝕。預(yù)防措施:酸洗工具后，用自來(lái)水沖洗兩遍，然后完全中和，及時(shí)噴砂加固。在空氣中停放不超過(guò)8小時(shí)，并使用油封有效防止酸洗腐蝕。進(jìn)口高速鋼圓鋸片
WEDM的微裂紋:在電火花加工過(guò)程中，放電點(diǎn)的電坑周?chē)鷷?huì)殘留一部分熔融金屬。由于電火花加工是在油或水中進(jìn)行的，脈沖放電后，熔融金屬會(huì)迅速冷卻凝固，收縮會(huì)導(dǎo)致較大的拉應(yīng)力，于是原有的應(yīng)力場(chǎng)會(huì)重新分布，形成厚度為0。02?0。10毫米熔融變質(zhì)層。變質(zhì)層是枝晶的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)。冷卻后，形成第二高溫硬化層，并形成大量非常穩(wěn)定的殘余奧氏體。
變質(zhì)層收縮引起的拉應(yīng)力疊加在變質(zhì)層的二次高溫淬火應(yīng)力上，變質(zhì)層上形成微裂紋，電火花加工過(guò)程的電參數(shù)增加并加深。
冷處理裂紋
裂紋是高速鋼中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷。裂紋類(lèi)似魚(yú)鱗、大理石，有萘的光澤，裂紋很粗糙，更大粗粒度1mm。
由于材料的高脆性、低強(qiáng)度和韌性，在奧氏體高溫淬火過(guò)程中容易形成淬火裂紋。在熱鍛、軋制、壓延等熱加工中，1050后？1100℃奧氏體化，熱塑性變形5%？10%臨界變形、精鍛溫度不當(dāng)、反復(fù)淬火或退火不足時(shí)中間逐漸消失)等因素容易形成萘斷裂，導(dǎo)致淬火裂紋。
高速鋼原料的冶金缺陷高速鋼中含有的大量碳化物是硬脆的，是脆性相。共晶碳化物主要是分布在鋼基體中的粗晶或枝晶。鑄錠經(jīng)軋制和軋制后，合金的碳化物有一定程度的破碎和細(xì)化，但碳化物仍偏析并沿帶分布，呈狀、半網(wǎng)狀或堆積狀。滾動(dòng)方向。碳化物的不均勻性隨著原料直徑或厚度的增加而增加。
共晶碳化物非常穩(wěn)定，常規(guī)熱處理難以消除，會(huì)造成應(yīng)力集中，成為淬火裂紋的來(lái)源。鋼中硫或磷等雜質(zhì)的偏析或過(guò)量也是淬火開(kāi)裂的重要原因。高速鋼的導(dǎo)熱性和熱塑性差，抗變形能力強(qiáng)。在熱處理過(guò)程中，金屬的表面和內(nèi)層容易產(chǎn)生微裂紋，更終導(dǎo)致淬火過(guò)程中裂紋的擴(kuò)展而導(dǎo)致材料的報(bào)廢。宏觀金屬缺陷，如氣孔、收縮、氣泡、偏析、白點(diǎn)、枝晶、粗晶、夾雜物、內(nèi)部裂紋、發(fā)際線、大晶粒碳化等。材料和非金屬夾雜物在淬火過(guò)程中容易引起應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力大于材料的強(qiáng)度極限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生淬火裂紋。
機(jī)械設(shè)計(jì)和冷加工不當(dāng)，造成應(yīng)力集中，刀具厚度不均，邊緣、銳邊、尖角、槽、孔、凸臺(tái)等形狀突變?cè)斐傻娜笨谛?yīng)。、粗糙的冷加工表面、深刀模、碰撞和標(biāo)記等。高速鋼刀具在淬火過(guò)程中會(huì)引起應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生淬火裂紋。如果刀具在淬火前冷加工時(shí)內(nèi)應(yīng)力(特別是磨削時(shí)內(nèi)應(yīng)力)較大，在淬火加熱和冷卻過(guò)程中會(huì)形成各種應(yīng)力疊加。當(dāng)疊加應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生淬火裂紋和變形。
磨削裂紋高速鋼磨削裂紋常發(fā)生在磨削過(guò)程中。裂紋較薄且較淺(深度小于1毫米)，呈放射狀網(wǎng)狀分布在表面，多垂直于磨削方向，類(lèi)似淬火網(wǎng)狀裂紋，但原因不同。
當(dāng)磨削速度高、進(jìn)給速度大、冷卻性能差時(shí)，鋼表面的金屬溫度會(huì)迅速升高到淬火加熱溫度，然后冷卻形成金屬表面的二次淬火，產(chǎn)生二次淬火應(yīng)力。嚴(yán)重碳化物偏析的存在沒(méi)有消除，或者淬火刀具中大量殘余奧氏體沒(méi)有轉(zhuǎn)變，磨削時(shí)容易引起應(yīng)力誘發(fā)相變，從而促進(jìn)殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變。磨削過(guò)程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力增加并與二次淬火應(yīng)力重疊，從而在二次淬火后的表層形成磨削裂紋。
高速鋼刀具在高溫下奧氏體化。淬火后，它們以大于或等于鋼級(jí)的臨界冷卻速率淬火，以獲得淬火馬氏體結(jié)構(gòu)。但部分過(guò)冷奧氏體并未轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄪W氏體(AR)(約25%-35%)。
如果在-160°C到-160°C進(jìn)行液氮冷卻處理，殘余奧氏體可以轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體(m)，由于殘余奧氏體的比容小，馬氏體的比容大，鋼件會(huì)膨脹，產(chǎn)生較大的二次淬火組織應(yīng)力，與一次淬火應(yīng)力疊加。當(dāng)疊加應(yīng)力大于鋼的斷裂強(qiáng)度時(shí)，會(huì)發(fā)生冷淬二次裂紋。
淬火內(nèi)應(yīng)力和淬火冷卻介質(zhì)
預(yù)防措施如下:用小鑄錠開(kāi)坯軋制各種刀具材料；選用二次精煉電渣重熔錠，純度高，雜質(zhì)少，晶粒細(xì)小，碳化物少，組織均勻，無(wú)宏觀冶金缺陷；將不合格的原料重新鍛造，粉碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物的不均勻性小于或等于3級(jí)；采用高溫分級(jí)淬火再高溫回火的預(yù)處理工藝，可以有效避免高速鋼原料冶金缺陷引起的淬火裂紋。
當(dāng)鋼中更初的生態(tài)氫H轉(zhuǎn)化為氫分子時(shí)，高速鋼刀具被酸洗電解(H膨脹時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力，導(dǎo)致鋼的晶界產(chǎn)生裂紋，稱(chēng)為氫脆)。
酸洗是金屬氧化物與酸之間的化學(xué)反應(yīng)，使金屬氧化物變成可溶性鹽，與金屬表層分離。淬火高速鋼具有強(qiáng)烈的酸洗和氫脆開(kāi)裂傾向。用硫酸或鹽酸酸洗工具時(shí)，化學(xué)反應(yīng)方程式為FeO+h2so4FeSO4+H2OFeO+HClFeCl+h2OFE+H2SO4-→FeSO4+H2↑Fe+HCl-→FeCl+H2↓
高速鋼的顯微組織應(yīng)力、熱應(yīng)力和附加應(yīng)力為淬火內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)高溫鋼用高溫奧氏體淬火時(shí)，過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榇慊瘃R氏體。由于前者的比容較低，后者的比容較大，鋼從收縮狀態(tài)反轉(zhuǎn)為膨脹狀態(tài)，金屬的內(nèi)層和外層發(fā)生相變。不同時(shí)間引起的體積就是組織應(yīng)力。大型工具的表面、中心、厚度和厚度因加熱和冷卻速度不一致而不同，從而導(dǎo)致溫度差異。不同體積膨脹收縮產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力是熱應(yīng)力。
刀具表面和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不均勻以及刀具內(nèi)部彈性變形不一致所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力為附加應(yīng)力。當(dāng)上述三種應(yīng)力之和大于材料的抗斷裂能力時(shí)，就會(huì)形成淬火裂紋。
當(dāng)淬火冷卻介質(zhì)的冷卻速度過(guò)高，超過(guò)鋼種的臨界淬火冷卻速度時(shí)，容易形成淬火內(nèi)應(yīng)力大的高速鋼圓鋸片進(jìn)口品牌，導(dǎo)致刀具淬火開(kāi)裂。當(dāng)淬火介質(zhì)的冷卻速度太小，小于鋼的臨界淬火冷卻速度時(shí)，不能獲得所需的組織和性能。獲得淬火馬氏體相變的更小冷卻速率是臨界淬火冷卻速率。高速鋼具有優(yōu)異的淬透性，中小型刀具可采用空氣冷卻進(jìn)行淬火。
但是，當(dāng)硝酸鹽用于等溫淬火時(shí)，如果硝酸鹽含有過(guò)多的水，淬火冷卻速率可能過(guò)高，或者當(dāng)工具淬火至室溫時(shí)，用水清洗，可能會(huì)導(dǎo)致大量的清洗。過(guò)冷殘余奧氏體在水中冷卻。高速時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榇慊瘃R氏體，導(dǎo)致較大的淬火內(nèi)應(yīng)力和刀具開(kāi)裂。
預(yù)防措施如下:①降低磨削速度和進(jìn)給速度，使用溫和的磨削冷卻液；(2)嚴(yán)格檢查原材料的儲(chǔ)存和生產(chǎn)前檢驗(yàn)，控制材料的共晶碳化物等級(jí)(≤3級(jí))，超過(guò)3級(jí)時(shí)進(jìn)行鍛件更換；③避免奧氏體淬火加熱溫度過(guò)高，采用電腦控溫，采用熱浴分步淬火、等溫淬火、多次高溫回火等措施降低組織應(yīng)力、熱應(yīng)力和殘余奧氏體?？梢杂行П苊饽ハ髁鸭y。
過(guò)剩高速鋼，過(guò)燒組織中的過(guò)剩高速鋼，其特征是晶粒尺寸明顯粗化、粘連、角狀、尾狀和狀、半網(wǎng)狀或沿晶界連續(xù)網(wǎng)狀分布；鋼結(jié)構(gòu)局部熔化出現(xiàn)黑色組織或共晶貝氏體，形成過(guò)燒組織，大大降低鋼的晶間結(jié)合力和韌性。高速鋼過(guò)熱、燃燒過(guò)度的主要原因是:淬火溫度過(guò)高，測(cè)溫、控溫儀表不準(zhǔn)確；鹽浴爐淬火加熱時(shí)，鹽浴表面煙霧引起的輻射高溫計(jì)溫度會(huì)造成輻射高溫計(jì)測(cè)溫誤差；電壓配電盤(pán)電磁開(kāi)關(guān)失靈；工具加熱時(shí)，工具離電極太近或埋在爐底；原料中有大量角狀碳化物或等級(jí)不均勻的碳化物。
高溫鋼的過(guò)熱過(guò)燒結(jié)構(gòu)容易造成淬火裂紋。
預(yù)防措施如下:改進(jìn)工具的設(shè)計(jì)，使其形狀合理，厚度均勻。厚的地方可以做技術(shù)孔，薄的地方可以加筋，斜面可以做成變形區(qū)。工具的邊緣、直角和尖角可以倒圓，孔可以倒角。冷加工表面的光潔度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，防止刀口粗糙。用筆寫(xiě)記號(hào)筆；淬火前退火消除冷加工內(nèi)應(yīng)力；采用熱浴一步淬火和等溫淬火來(lái)降低結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng)力，避免應(yīng)力集中。
預(yù)防措施如下:(1)在保護(hù)氣氛爐、真空電爐、全脫氧鹽浴爐中加入熱刀，防止氧化脫碳；(2)將淬火刀冷卻到鋼種的Ms點(diǎn)附近后，取出并轉(zhuǎn)移到中等冷卻介質(zhì)中。應(yīng)在硝酸鹽浴或堿浴中淬火，等溫淬火，然后在理想的冷卻介質(zhì)中淬火；③低溫回火(≤100℃)，緩慢加熱至≥300℃，隨爐加熱至規(guī)定溫度。高溫回火保溫后，將爐內(nèi)空氣冷卻至室溫。在回火和緩冷過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了殘余奧氏體(Ar)向馬氏體(M)的轉(zhuǎn)變，避免了水和油的冷卻，防止了較大的二次淬火應(yīng)力?？傊?，淬火后要及時(shí)回火，防止淬火應(yīng)力的產(chǎn)生和擴(kuò)大；充分回火以獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；多次高溫回火促進(jìn)了殘余奧氏體(AR)向馬氏體(M)的完全轉(zhuǎn)變，消除了二次淬火應(yīng)力。較長(zhǎng)的時(shí)間和回火，提高斷裂韌性和綜合力學(xué)性能，可有效防止回火不當(dāng)引起的二次淬火裂紋。
預(yù)防措施是:①電火花加工前，應(yīng)徹底消除刀具內(nèi)應(yīng)力；②嚴(yán)格控制線切割的電氣參數(shù)；(3)留有足夠的加工余量進(jìn)行研磨和拋光，并通過(guò)后續(xù)加工去除變質(zhì)層；過(guò)150~200℃×2?4h油浴消除了電火花加工的應(yīng)力回火，防止了微裂紋的產(chǎn)生。進(jìn)口高速鋼圓鋸片
回火不當(dāng)引起的二次淬火裂紋。高速鋼刀具具有高溫回火后二次硬化的特點(diǎn)。次馬氏體淬火后，殘留大量奧氏體。在高溫回火過(guò)程中，殘余奧氏體相在回火和冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。如果在水中或油中快速冷卻，將形成兩個(gè)奧氏體。二次淬火馬氏體會(huì)產(chǎn)生較大的淬火內(nèi)應(yīng)力。回火過(guò)程中如果采用火焰或高頻快速加熱，表面金屬會(huì)收縮，而內(nèi)部仍然是馬氏體，由于比容大，處于膨脹狀態(tài)。結(jié)果，表面層具有大的拉伸應(yīng)力，該拉伸應(yīng)力與一次和二次淬火應(yīng)力疊加，由于回火不當(dāng)導(dǎo)致二次硬化和開(kāi)裂。工具表面脫碳會(huì)加速裂紋的形成。
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