切削刀具热处理的作用学习笔记分享

对于一个搞冷加工的打工仔来说，热工的知识总是感觉那么新鲜。本期一起来学习一下切削刀具的热处理的一点点内容，虽然不是那么专业，但是了解一些还是很有好处的，废话不多说了，直接开始：

切削刀具热处理的作用

切削刀具热处理是指材料在固态下经过加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的金属热加工工艺。一般指金属材料，特别是钢的处理。也可以说通过温度控制和冷却速度调整来改变材料的特性。

刀具热处理可分为真空热处理、盐浴热处理、化学热处理、涂层处理等，本期主要学习一下对盐浴热处理。

什么是盐浴热处理？其加工优点和缺点有哪些？
盐浴炉的加热原理是将工业盐融化成液体作为加热介质，然后将需要热处理的刀具放入融化的液体盐内部加热，最后进行热处理。由于在融化的液体盐涂层下工件加热表面形成一层盐膜涂层，可以隔离空气，更好地减少氧化，防止脱碳，由于加热介质是液体，加热更加均匀，液体盐加热介质加热速度更快，从而有效节省时间。总结盐浴炉的优点：隔离空气减少氧化脱碳，液体加热温度更均匀，加热速度更快，工件可以局部热处理。

盐浴热处理的优点：

1、淬火加热时间短，晶粒不会粗化，韧性强。

2、炉温分布好，加热均匀，产品整体稳定性好。

3.高温区冷却快，低温区冷却慢，淬火容易，变形减小

4.能应对大范围的热处理工艺变化（断续淬火、等温淬火、局部热处理、短时间加热、冷却、复杂的温度变化等）

5、氧化、脱碳少，表面硬度高，耐磨性强。

6、热处理温度稳定，时间调整可在短时间内完成，可对应多品种、批量生产。

7、设备成本相对较低。

加热时间之所以能缩短，与盐浴的热容量和热导率有密切的关系。25mm高速工具钢淬火时表面与中心部的温差在900℃时需3min，而在1180℃时仅需2min，且内外温差消失。一般用真空炉等加热约需20-30min，温差明显增大。钢结晶的粒度取决于转变点正上方奥氏体晶体的尺寸，因此为了获得细小的奥氏体晶体尺寸，提高钢的加热速度是十分重要的。盐浴热处理，由于浴温均匀性高，能在短时间内均匀加热。
在真空炉等加热过程中，容易造成被处理件加热不均匀，因此增加时间或提高淬火温度，都会造成奥氏体晶粒粗化，韧性下降。将真空炉与盐浴炉的奥氏体化时间进行比较可知，在1000℃时真空炉的奥氏体化时间是盐浴炉的4-5倍，在1200℃时约为盐浴炉的9倍。另外，随着近年来高压气体冷却真空炉的进展，相当多的材料都可以进行淬火。即便如此，与油冷、盐浴冷却相比，气体冷却导热性较差，冷却效果不如盐浴冷却。

盐浴的突出优点是高温区冷却能力强。高速工具钢是一种对热处理极其敏感的材料，因为碳化物的析出温度为1000-600℃。如果碳化物析出，材料的韧性和硬度就会下降。因此，高速工具钢热处理的关键是如何在这个温度范围内快速冷却。采用盐浴冷却时，700℃以上的冷却速度较高，因此可以避免碳化物的析出。另外，如果在形成马氏体的低温区域快速冷却，应变会增加，因此也希望避免。与油淬相比，盐浴在450℃以下的冷却能力降低，这也是希望的。从这些特性来看，盐浴热处理是高速工具钢淬火最合适的方法。
高速钢热处理的目的是提高刀具的强度和硬度，增强耐磨性，使刀具更加锋利，改善高速钢刀具的性能：

1、碳化物转变与转变。

高速钢热处理的核心是碳化物的转变和变化。处理得好，保证了高速钢的高硬度、耐磨性和红硬性。处理不好，导致过热、过烧，从而影响刀具寿命。为了提高高速钢刀具的使用寿命，必须深入了解钢中的碳化物，了解碳化物的形成和变化规律。最直观的就是检查碳化物的不均匀性，通过压力加工改善碳化物的形态和分布，注意淬火加热过程中碳化物的溶解度，检查回火碳化物的变化。

2.检查晶粒大小一定要看碳化物溶解度

高速钢晶粒度检验是检验高速钢淬火质量的重要手段，有的甚至作为除硬度测量之外的唯一手段。晶粒度对高速钢刀具寿命到底有何影响？国内外同行对此有不同的看法，甚至分歧很大。

有资料显示前苏联对￠8mmP6M5(M2)钢直柄麻花钻进行试验，结果表明，晶粒级数为9.5时，刀具使用寿命最好，晶粒级数过细或过粗都会降低钻头寿命。应补充两点：碳化物溶解要充分；热处理后硬度>65HRC。

不同刀具对淬火奥氏体晶粒大小和碳化物溶解程度的要求不同，如齿轮滚刀晶粒大小9级，车刀晶粒大小8级，碳化物溶解要充分，机用丝锥应为细晶粒大小10.5级，碳化物溶解一般就足够了。【欢迎专业人士评论】

晶粒大小充其量只是淬火加热温度的一个反映，对于要求高红硬性的刀具来说，碳化物溶解程度比晶粒大小更重要，因此炉前看金相时，必须两者兼顾，不可忽视。
3.硬度

对于高速钢刀具来说，要获得较高的硬度>64HRC是比较容易的，但要获得理想的金相组织却并不容易。例如M42等超硬高速钢，有一个合适的范围，而不是硬度越高越好。硬度太高，不但不会长久使用，反而会缩短使用寿命。对于特定钢种制成的特定刀具，在特定的工况条件下，有一个实用的硬度值。人们在实践中发现，高寿命的刀具一般硬度都比较高，但硬度高的并不一定寿命高。应在具有足够韧性的前提下，努力追求高硬度。
4.稳定刀具寿命

优质的刀具产品不仅平均寿命高，而且质量稳定，刀具寿命重复性好。许多刀具厂的问题不是每把刀具寿命都低，而是由于刀具寿命相差悬殊，分散性太大，导致平均寿命大大降低。很多刀具厂家都做过这样的测试：单件对比，一些刀具不比国外差，但拿10把来PK，总会有1~2把国产的刀具不尽人意，这个是目前确实存在的一些问题。

产品质量和刀具寿命的稳定性是一个工厂技术水平和管理水平的综合体现，要把刀具寿命做好不是一件容易的事，是一个系统工程，从原材料的控制、机械加工、热处理，到产品的最终包装出厂，都要有一套严格的规章制度、正确的工艺文件、齐全的检测手段和良好的员工素质。

高速钢热处理过程中存在的问题
高速钢刀具的热处理比以前有了实质性的进展。许多工具进入了国际高端市场，并得到了国际仪器的认可。但差距还是很大的，落后材料，粉末高速钢是 21 世纪高速钢的典型代表，在国外已广泛应用于复杂切削工具，但在国内仍未很好的实现国产化。目前一些高速高寿命的场合使用的粉末高速钢仍然是进口材料。混合炉号和混合钢种会带来很多麻烦。国内一些加工高速钢刀具仍采用老式盐浴炉，环境污染大，能耗高，三废处理差。

所以，提高切削刀具寿命，不仅需要优质的原材料、机械加工水平。严格细致的热处理也是刀具寿命的重要决定因素。

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