[发明专利]一种改善高速钢强韧性的热处理工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于高速钢件热处理工艺技术领域。

背景技术

高速钢具有很高的硬度、红硬性和耐磨性，现已大量应用于制造各种切削加工工具，除此之外，还被用于制造冷、热作模具、轧辊、高温轴承和具有较高硬度、高精度、耐热和耐磨的特殊机械部件。在现代机械化大生产的背景下，高速钢随着科技发展和工业生产水平的提升，对工业的发展起到促进的作用。

在现有的技术中，高速钢件常用的热处理方法为退火预处理及淬火或等温淬火+多次回火最终热处理。

退火处理方法采用完全退火，退火温度在A_c1点之上，使钢的基体转变为奥氏体。通过相变，可消除在冷或热加工之后产生的晶体缺陷和应力，降低钢的硬度，使钢材具有合适的退火组织，为机械加工和淬火处理做好准备。在完全退火保温后一般采用两种冷却方式：1)缓慢冷却退火，以20～30℃/h的冷却速度冷至550℃左右后进行炉冷，2)等温处理退火，在退火等温转变曲线上奥氏体分解转变为珠光体速度最快的温度保温，在奥氏体完全分解转变之后进行炉冷。经完全退火之后的组织为索氏体基体和较均匀分布的细小粒状碳化物的球化组织。处理后硬度为230～260HBS。

最终热处理方法如下：

(1)淬火+回火热处理工艺：1150～1300℃油淬时，再经520～600℃回火三次；

(2)等温淬火+低温回火热处理工艺：1150～1300℃加热，在下贝氏体转变温度等温油淬，再经520～600℃回火三次.

其中，工艺(1)具有较高的硬度。采用工艺(2)，其硬度比工艺(1)的有所降低，但冲击韧性可以得到一定的提高。以上两种最终处理工艺方法在常规处理工艺下使该材料的强度和韧性不能兼得。不具有最佳综合性能。

为了改善高速钢材料性能，研究同时提高高速钢的强度和韧性的热处理工艺方法，有助于显著提高高速钢的综合性能和使用寿命，开发高速钢的使用潜力，这具有重大的实际价值和意义。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的研究一种改善高速钢强韧性的热处理工艺方法，使之具有更为良好的硬度、韧性和耐磨性能以及较长的使用寿命。

本发明的目的是通过如下手段实现的：

一种改善高速钢强韧性的热处理工艺方法，钢件经退火预处理，在机械加工成型后再施以复合最终热处理，其特征在于：预热处理采用等温球化退火；机械加工成型后的复合最终热处理步骤为：加热奥氏体化后等温油淬，然后深冷处理至少24小时，再经二次循环520～600℃加热分级淬火后深冷处理，最后在520～600℃保温1-2小时回火。

本发明的方案采用了等温球化退火预处理、等温淬火、分级淬火和深冷处理相结合的新工艺，对高速钢材料强韧性能有显著的改变，较大地提高了该类材料的综合性能，同时提高了高速钢加工工具的使用性能和寿命。本方法将等温、分级淬火工艺与深冷技术相结合，获得一种最佳的提高其强韧性的新工艺。与常规淬火/等温淬火+低温回火的处理方法相比较，不仅在力学性能上得到较大提高，同时在红硬性、耐磨性能和使用寿命上都得到了显著提高。

具体实施方式：

一般情况下，等温球化退火在盐浴炉或真空炉或有保护措施的加热炉中进行，工序为：加热到950～1000℃保温，保温时间为工件的有效厚度或直径乘以2～3min/mm，但不少于1小时；然后降至在退火等温转变曲线上奥氏体分解转变为珠光体速度最快的温度保温3～5小时，最后炉冷至550℃出炉空冷；得到索氏体基体和较均匀分布的细小粒状碳化物的球化组织。复合最终处理的等温淬火为：850～900℃预热后加热到1150～1300℃奥氏体化，转移至下贝氏体转变温度等温1～1.5小时油淬，该处理均在盐浴炉或真空炉或有保护措施(通保护气或装箱密封)加热炉中进行。复合最终处理的深冷处理方法为：从室温快速冷却到-160～-190℃，保温24小时或以上，然后取出放在室温水中，待温度回复到室温；深冷处理采用液氮作为深冷介质，深冷方式为气体法(又称干式深冷法)，使工件与液氮不接触。复合最终处理的二次循环520～600℃分级淬火+深冷处理为：在520～600℃保温1小时油冷至室温，然后从室温快速在-160～-190℃深冷处理24小时后取出放在室温水中，待温度回复到室温，该处理过程循环二次；其中520～600℃加热在盐浴炉或真空炉或有保护措施(通保护气或装箱密封)加热炉中进行；深冷处理采用液氮作为深冷介质，深冷方式为气体法，工件与液氮不接触。复合所述最终处理的520～600℃回火为：在盐浴炉或真空炉或有保护措施加热炉中加热到520～600℃，保温1-2小时回火。