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真的能做出来,高速钢刀片感应加热淬火

文章出处:亚博全站APP官网登录发表时间:2017年11月29日

1.感应淬火的金属学问题

(1)快速加热临界点升高
 

感应加热的升温速度从每秒几十度到几百度,脉冲淬火可达到每秒数千度,激光淬火更可达上万度,由于加热速度快,持续时间短,因此淬火温度比盐浴淬火要高,才能使组织转变为奥氏体。对于碳钢和低合金钢而言,感应淬火温度比常规要提高80~150℃,但高速钢淬火温度提高的幅度没有这么大,往往只高20~40℃。


感应加热的比功率远比炉内加热大,因此加热速度极快,从而促使珠光体向奥氏体转变开始和完成的温度升高所需的时间短。施行快速加热时,钢的临界点(Ac3)也随着加热温度的升高而升高。


(2)快速加热使钢获得细晶粒或超细晶粒

在加热速度较低的范围内,随着加热速度的增大,刚完成奥氏体化所形成的奥氏体起始晶粒显著减小,但在加热速度很高时,奥氏体起始晶粒几乎不再随加热速度的增加而减小。实践证明,在感应加热条件下,加热速度极高,所得的起始晶粒极为细小且与加热速度无关。但是,已形成的奥氏体晶粒的长大与加热速度有关。当继续加热到某一温度时,加热速度越慢,所形成的实际奥氏体晶粒越大,因此只要加热温度与加热时间控制得当,感应加热是不会产生过热的。


根据霍尔·佩茨公式,晶粒越细,钢的强度越高。感应加热获得的细小晶粒,对提高工具强度及寿命有贡献。


2.感应加热淬火在高速钢机械刀片中的应用

高速钢的淬透性很好,在空气中也能淬上火,因此叫“风钢”,其淬硬性也好,空淬也能淬到64HRC以上的高硬度,磨出很锋利的刃口,故也称为“锋钢”。高速钢感应加热淬火属自冷式硬化,节能环保,生产效率高。


不管采取何种方法淬火必备两个基本条件:第一必须奥氏体化,第二必须立即快冷,而且冷却速度应大于钢的临界冷却速度。感应加热的特点只是工件表面被加热,如果表面奥氏体化后立即停止加热,而邻近未被加热的金属能迅速地将加热层的热导走,并且其冷却速度远大于临界冷却速度,则表面即被淬硬,它不是靠表面喷淬火液快冷,而是由内部的冷金属来冷却,这种特殊的淬火工艺只有在高能密度加热下才能实现。感应加热是高能密度的加热方法之一。由于功率密度极大,加热时间极短,因此也称脉冲加热。


感应加热时涡流在工件上产生的热量主要用在已加热的表面层,在此过程中有两种热量同时从工件上散发,第一种是从被加热表面向空气中散发称之为辐射热;第二种是从工件加热层向心部传导的称之为传导热。这两种热损耗,特别是内热传导的作用,加深了理论上的热层深度。如果工件不太厚,热传导很快就从表面传到了心部,整个截面都热透了。高速钢属自硬性材料,加热停止马上就能淬上火,这是其他钢材难以具备的特异功能。


感应加热温度的测量可以用红外光电高温计或光学高温计测量,也可以用目测(根据加热工件的颜色),判断加热温度的高低。


安徽嘉龙锋钢刀具从2014年开始,应用高频感应加热技术,试淬厚度≤6mm的M2钢刀片,投放市场,客户反映很耐用,其使用寿命比在保护气氛炉淬火者高出1倍以上,增强了我们扩大市场的信心。为适应市场对厚刀片需求量的增大,2015年我们又引进了超音频(20~100Hz),自制淬火机床,能淬厚度8~16mm的刀片,图1为全套淬火装置;

 

图1  淬火装置 

图2为尺寸为2600mm×75mm×12mmM2刀片淬火后的金相组织。

 

图2  淬火金相


图3为淬火后侧面及端面硬度分布情况,图3a中侧面硬度分布,1点为3HRC、2点为60.5 HRC、3点为64.5 HRC,图3b中端面硬度分布,1点为64.5HRC、2点为62 HRC、3点为60 HRC;图4为回火后的金相。

 

图3  M2钢刀片感应加热淬火硬度分布
 

 

 图4 回火金相

测得的有效硬化层深度为5.5~6.0mm,其硬度由表面向内递减:64.5 HRC→62 HRC→60HRC。表面较硬,心部较软,机械刀片的工作面始终在表面,这正是很理想的硬度分布。市场调查发现,刀片仍属磨损失效,说明硬度还有提升的空间,但很有限,搞得不好有可能崩刃,应小心谨慎。

 

3.感应淬火刀片的质量检验

感应淬火工件在完成淬火工序以后,一般作如下检查:
 


(1)外观检查

工件表面不得有烧熔、裂纹、撞伤等宏观缺陷。正常淬火后表面是米白色夹有黑色,钢号不一样会有一些差别,有经验的操作工能根据表面颜色判断淬火加热温度的高低。若局部烧熔及明显裂纹、崩落、掉角,在外观检查时即能发现。凡是感应淬火件,检查率100%。


(2)硬度检查

有经验的检验员应用标准锉刀锉触刃面及淬火带,现场可用肖氏或手提式洛氏硬度计或更先进的较准确的硬度计。


(3)金相检验

硬度只是表面现象,金相组织才是本质的东西。金相检查可以在工件上取样,也可以在任何硬化的部位作检查(进口的金相仪)。晶粒号不可以大于10级。其他参数见JB/T9204—2008《钢件感应淬火金相检验》。


(4)淬硬区域检查

不管是淬火后还是回火,均用肖氏硬度计测量。淬硬区域的划定根据刀具宽度及客户需求。


(5)淬硬层深度检验

淬硬层深度目前大多采用切割淬火工件规定部位,测量该部的淬硬层深度。以前大多用金相法测量,现在基本用GB5617标准,以测量淬硬层的断面硬度来确定其深度,此种方法往往需破坏工件检查而造成浪费,因此除特殊工件需故意加长工件,大多参照表面硬度的高低,估计淬硬层深度。


(6)变形检查

尽管刀片感应加热很少畸变,但还是要逐条检查,如发现变形超差,要利用马氏体相变超塑性的原理,及时校正。


(7)裂纹检查

可用磁粉无损检测或用萤光粉显示裂纹。用磁粉检测过的工件应经退磁处理后才能进入下道工序。


4.结语

高速钢感应加热淬火,过去认为是很难的事,现在已经商品化了。随着科学技术的深入发展,热处理工作者“挑战不可能”的信心提高,奇迹一个个涌现,感应加热淬火必将成为热处理的核心竞争力。

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