孔伟洲

[摘 要]高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢，俗称白钢。这种超硬高速钢由于其成分特点， 使得热加工很困难， 因此人们想直接用铸态超高速钢制造一些高硬度刀具， 但由于铸态超高速钢硬度极高， 脆性也很大， 机械加工很困难， 这样， 如何通过有效的退火工艺来降低这种钢的硬度和脆性就成为关键问题。

[关键词]高速钢 退火工艺 冷却

中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）07-0003-01

高速钢是美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。除用熔炼方法生产的高速钢外，20世纪60年代以后又出现了粉末冶金高速钢，它的优点是避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形。

1.高速钢的主要性能

高速钢又称白钢。意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒、钴等碳化物形成元素。合金元素总量达10～25%左右。它在高速切削产生高热情况下（约500℃）仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。这就是高速钢最主要的特性--红硬性。而碳素工具钢经淬火和低温回火后，在室温下虽有很高的硬度，但当温度高于200℃时，硬度便急剧下降，在500℃硬度已降到与退火状态相似的程度，完全丧失了切削金属的能力，这就限制了碳素工具钢制作切削工具用。而高速钢由于红硬性好，弥补了碳素工具钢的致命缺点，可以用来制造切削工具。

2.高速钢的退火工艺

2.1 普通退火

普通退火是目前应用最广的高速钢预处理工艺， 工艺曲线如图1 所示。退火可在井式炉或箱式炉中进行， 炉中最好设置可控气氛， 工件一定要装箱密封， 以防氧化脱碳。退火后应检查硬度，其方法是：在退火炉的不同部位各取2-3件， 经车削后表面达Ra 2.5 以下， 用布氏硬度计测三点， 取算术平均值为示值（ 以下各工艺测硬度方法相同）。通用高速钢退火后的硬度为207～ 255HB，超硬高速钢允许硬度值上限达269 HB。退火后的金相组织为：细小碳化物均布在索氏体基体上。

2.2 等温退火

普通退火操作时间一般要30h以上， 为缩短时间， 节约能源， 人们寻找到更好的方法—高速钢等温退火工艺， 其规范如图2 所示。退火温度一般为850～870℃ ， 保温后快冷至等温转变曲线的拐弯处（730～750℃ ） ，保持一定的时间， 使奥氏体等温分解， 然后随沪冷至500～ 550℃出炉空冷。等温退火可在空气炉中亦可在盐浴炉中进行， 当在盐浴中退火时保温时间比在空气中缩短1 3/左右。

2.3 循环退火

苏联在1982年曾报道高速钢循环退火工艺， 如图3 所示， 在700～850℃两盐浴炉中进行， 保温10min或30min。研究表明，循环退火的时间不超过7h，在7h内的操作时间因温度、钢种、装炉量而异。直径为30mm 以下的毛坯建议来用675～885℃的无平台循环退火（图3a）；尺寸较大的采用小平台循环退火（图3b）。实践证明， 循环退火后碳化物相的组织、分布、化学成分及硬度与等温退火的差异很小。

2.4 快速球化退火

高速钢中的碳化物即使在锻造温度下也不能完全溶于奥氏体， 锻造后冷却还会析出部分碳化物， 因而在退火温度下， 残余碳化物的数量相当可观， 它是退火冷却过程中奥氏体等温分解的非自发核心， 其形状、大小、数量和分布对退火后的组织起着决定性的作用。锻造后利用余热进行快速球化退火，`是借助于锻造后钢中残留的大量弥散分布的碳化物， 经随后短时较高温度的等温过程， 使一些碳化物粒子圆形化， 且极微细的碳化物发生溶解， 在等温过程中基本上完成了球化步骤。而以45℃/h的冷却速度冷却主要起到降低硬度作用。如图4。

按此工艺，退火后的组织及硬度均优于常规球化退火， 其球化时间仅为后者的1/4～1/3， 既节能，退火件又具有良好的切削加工性。

3.退火工艺参数的选择

3.1 加热速度

加热速度与锻件的形状、尺寸、加热条件、装炉方式和装炉量等因素有关。目前国内外仍以空气炉密封装箱退火为主， 大部分单位对加热应更放任自流， 严格地讲， 在A01以下应缓慢加热， 以50～70℃ /h为宜， 高于A01可适当提高速度， 但也不可超过120℃。

3.2 退火温度

对于通用高速钢， 我厂一直用850～870℃，笔者认为比较合适， 如再提高温度，不但会增加氧化脱碳倾向， 而且使奥氏体合金度增加， 从而导致奥氏体向珠光体转变稳定性增大， 不能充分进行珠光体转变， 使退火后硬度偏高， 低于830℃ 则达不到退火目的。

3.3 保温时间

保温时间取决于退火温度、装炉方式及装炉量等因素。少量退火可按1.8～2 min/mm计，装炉量大时可按吨位计。高速钢的退火保温时间， 虽不象淬火加热时间那样需要精确的计算， 但也要适当控制， 如时间太长， 既影响生产率， 浪费能源， 又会产生严重的氧化脱碳现象，太短则达不到预期的目的。

3.4 冷却方式

高速钢经奥氏体化后，冷却速度愈快， 所得到的硬度愈高（但不成线性关系）；冷却速度愈慢，硬度愈低。这种粗浅的认识，自人们大量研究奥氏体转变后又有一个新的飞跃， 即硬度的上升或下降并不是和冷却速度的快慢成比例，应根据TTT曲线来选择合适的冷却速度，以满足组织和硬度的要求。

结语

综上所述，传统的普通退火方法仍有强大的生命力和广泛的适用性；等温退火较普通退火可提高工效30%以上；循环退火只能在盐浴炉中小批量试验， 不能投入批量生产， 至少在工具厂不能实行；模锻或批量小件铸造时，利用锻造余热进行快速球化退火有发展前途。

参考文献

[1] 李咏梅，樊国权.40×40钢锭开坯料退火工艺试验[J].黑龙江科技信息. 2003（06）.

[2] 汪小平.1Cr13、2Cr13钢退火工艺的选择[J].金属热处理.1996（03）.

[3] 邓玉昆，陈景榕，王世章.高速工具钢[M].北京：冶金工业出版社，2002.