| 郑州模具培训为大家讲一讲高速钢刀具深冷处理的目的 深冷处理的机理 古里亚耶夫在1937年就报道，采用冷处理来改善钢性能事例，其目的是使钢中的残留奥氏体转变成马氏体。回火组织稳定化。到了50年代，就有采用-78℃（乾冰）或更高一点的零下温度进行冷处理改善刀具性能的报道，70年代後，由於液N2成本下降，使得工业冷处理的终冷温度大大降低。现在，采用液N2为制冷剂可将终冷速度控制在-196℃以上的各个温度区，而且可控制降温速度，从相当於炉冷或空冷的速度直至将工件直接投入液N2“淬冷”。一般将-100℃～0℃的处理称作“冷处理”，将-100℃～-196℃的处理称为“深冷处理”。工业上常用-120℃～-140℃，不管是冷处理还是深冷处理，都是为了减少一点rR，提高硬度，稳定组织，最终达到提高刀具寿命之目的。钢淬火冷至室温保存在组织中的奥氏体称为残留奥氏体（rR），rR存在於一切淬火钢中（低碳钢加热到一定温度在强烈的淬火介质中冷却亦有微量的rR）。前已述及，高速钢淬火後的金相组织为淬火马氏体+合金碳化物+rR，经过550～570℃×1h×3次回火後，大部分rR转变成回火马氏体和析出碳化物造成二次硬化，仍有约5%rR被保留下来，有没有必要把剩的rR部分消灭或全部消灭？事实表明，含5%rR以下的回火组织回火已经很充分了，热处理已达极致，有必要进行冷处理吗？奥氏体是C在r-Fe中的间隙固溶体，是钢组织中极软的相，其硬度只有200HBW左右，以此数值与高速钢刀具使用硬度65～66HRC相比後可以看出，过多的rR显然不会使刀具高硬度。日本学者饭岛一昭等人通过试验後认为：15%以下的rR不会使刀具硬度下降，但能提高钢的塑性及韧性。因此，用深冷处理来进一步降低rR含量对钢的韧性肯定是不利的。贵阳工具厂经过多次试验，证明深冷处理并不能提高刀具的寿命。哈尔滨有些工具厂把车刀放到-30℃～-40℃的寒天里自然冷处理，也不见车刀硬度和寿命的提高，於是人们觉得，宁可采取常规回火，保留5%左右的rR，对提高刀具综合力学性能有好处，也不主张采用深冷处理。高速钢刀具与超硬材料刀具相比，最大的优势就是韧性高一点，如果真的把rR消灭，本来就不高的韧性简直是向伤口上撒盐。 对於高速钢刀具经正常淬火回火後，保留5%左右的rR，我认为对於刀具的使用没有害处。 关於rR对耐磨性的影响有不同的见解。HSS钢刀具通常的使用硬度在65～66HRC，HSS-E钢刀具在66～67HRC。实践证明，在其他因素都相同的情况下，硬度高者磨损少，刀具的耐用度就高，以此判断，会使硬度降低的rR虽然是不受欢迎的，但是刀具的寿命历来不以硬度高低论英雄，过高的硬度导致脆大增，不光不会提高寿命，反而会折寿。 影响高速钢刀具的寿命因素是多方面的，不能片面地追求高硬度，我们的原则是在保证韧性的前提下力求高硬度，但不唯高硬度，试验证明，回火充分的刀具施以深冷处理，基本上不会增加硬度，更不会提高红硬性，反而会使韧性下降。国内有些工具如剃齿刀、小模数滚刀等应用深冷处理，目的是消除应力、稳定尺寸，因为两者是要以内径定心的，希望刀具在使用过程中，内孔不发生尺寸的变化。 从以上分析可知，高速钢刀具经正常淬火回火後，组织中还残留少量的奥氏体，对刀具的使用及综合性能无大碍，深冷处理是否适用？这个有争议的问题，有待大量的实践数据及实践应用去验证，但笔者持反对态度，国内数百家规模以上企业无人问津就是一个有力论据。所见报章的基本上是大学、研究所的科研成果或是实验室的产物，但到面上推广不行说明有问题。比如高速钢刀具回火工艺就是一个非常深刻的例子，所谓的回火新工艺有数条，但在大生产中应用的还是原始的550～570℃×1h×3次的成熟工艺。 深冷处理的机理 深冷处理是热处理淬火的延续。高速钢淬火组织有25%左右的rR，在随後的深冷处理中大部分转变为马氏体，这一组织转变主要发生在0～-80℃，-196℃深冷处理後仍有约1.5%rR。高速钢深冷过程发生的马氏体分解，是由於Fe的点阵常数缩小使过饱和碳引发点阵畸变增大，从而导致碳化物析出热力学驱动力增大。但由於低温下碳原子的扩散难度较大，故在-196℃超低温下不易发生马氏体分解。由-196℃向室温回升时，碳原子的扩散能力相对增强，在室温附近偏聚於孪晶界或其他晶体结构缺陷处，形成直径仅为2～6μm并与马氏体共格的超微纳米级碳化物，经分析确定该碳化物为M6C型。 深冷处理过程中发生了rR向马氏体转变以及马氏体分解和超微细碳化物析出的组织结构转变，使高速钢的强度、硬度等力学性能略有提高。 深冷处理提高了刀具的硬度及耐磨性 由於深冷处理使少量的rR转变成回火马氏体，加上析出纳米级分散的碳化物，这两种因素促使硬度略有上升（<0.5HRC），而不是很多资料讲的可提高1～2.5HRC。M2钢淬火後硬度为63HRC，经深冷处理後硬度上升到65.5HRC，不能说是深冷处理提高了硬度，而是高速钢固有的二次硬化特性，不经深处理，而经550℃×1h×3次常规回火，硬度照样达到65.5HRC。 随着硬度略有上升，耐磨性提高是自然的。 |