趙步青，胡會峰

(安徽嘉龍鋒鋼刀具有限公司，安徽 馬鞍山 243131)

高速鋼熱處理奧妙無窮，難度之大，問題之多，為眾多熱處理同仁所重視。筆者從事高速鋼熱處理50年，親眼看到種種熱處理失誤亂像，現(xiàn)羅列部分如下，希望同行們從中吸取教訓(xùn)，嚴格工藝紀律，不要重犯他人錯誤。

1 脫碳

按工廠工藝規(guī)定，高速鋼刀具連續(xù)淬火5 h，必須脫氧1次，保證鹽浴爐中的BaO含量≤0.50%(質(zhì)量分數(shù))，如淬螺釘槽銑刀之類的不磨齒刀具，則要求BaO≤0.20%。但有些單位盲目追求班產(chǎn)量，淬火6 h也不脫氧，致使爐中的氧化物越來越多，特別工件上氧化皮(Fe2O3)、卡具上的氧化皮不斷掉落，增加了鹽浴中氧化物的含量，使刀具產(chǎn)生脫碳。氧化皮在高溫下產(chǎn)生下列反應(yīng)：

2Fe+O2氧直接與鋼作用

2C(鋼中)+O2→2CO↑

φ40 mm×1 mm螺釘槽銑刀脫碳形貌如圖1所示[1]。

圖1 銑刀脫碳 1500×Fig.1 Decarbonization of milling cutter 1500×

2 過熱

刀具在加熱時因加熱溫度過高或高溫下停置時間過長以致使晶粒激烈長大的現(xiàn)象叫過熱。過熱不完全是壞事，比如車刀、滾刀之類的高速鋼刀具，過熱了才經(jīng)久耐用。但有些刀具如絲錐、板牙、拉刀等，熱處理不允許過熱。我這里講的是不該過熱的過熱了，過熱要掌握一個度。

某工具廠在淬φ17 mm的9341鋼錐柄鉆時，因偏面追求高耐磨性、高紅硬性，使用1235 ℃×200 s加熱淬火，晶粒度達8.5級，過熱4級，金相如圖2所示。

按以前的經(jīng)驗φ17 mm的錐鉆按此工藝處理，過熱1～2級，客戶反映很耐用，但此批來料的碳飽和度達到0.80%，不可以用如此高的溫度加熱，爐前一定把好金相關(guān)，貫徹批量生產(chǎn)試淬制度。

3 過燒

高速鋼刀具淬火加熱溫度繼續(xù)升高至包晶反應(yīng)區(qū)，晶界出現(xiàn)液相，冷卻后晶界有魚骨狀的共晶萊氏體出現(xiàn)，這是過燒的顯著特征。過燒與過熱的最大區(qū)別看晶界上有無萊氏體。過熱超標的刀具可以通過退火返工重淬，過燒只能報廢。

某工具廠熱處理車間同時處理兩種材料同規(guī)格的M8機用絲錐，W18鋼1260 ℃淬火后，未調(diào)溫度繼續(xù)M2鋼，造成過燒，金相如圖3所示。

圖2 錐柄鉆過熱500×Fig.2 Overheating of taper shank drill 500×

圖3 絲錐過燒 500×Fig.3 Overburning of tap 500×

4 萘斷口

萘斷口是高速鋼常見的一種缺陷。淬火正常的高速鋼斷口為無光澤的細陶瓷狀，過熱鋼的斷口較粗糙，過燒者斷口很粗糙，而萘斷口則是具有一種特殊閃光粗斷口。

產(chǎn)生萘斷口的機理和原因眾說紛紜，但一點認知相同，就是重復(fù)淬火時沒經(jīng)中間退火或退火不充分(>28 HRC)。

某工具集團公司φ9 mm的9341鋼磨制鉆，淬火回火后因調(diào)度疏忽，又重返熱處理重淬，發(fā)現(xiàn)萘斷口如圖4所示。

5 畸變

熱處理畸變和熱處理裂紋是一對難兄難弟。從微觀上講，只要經(jīng)過熱處理淬火的工件，或多或少都會產(chǎn)生變形，如果變形在允許的范圍之內(nèi)，可以轉(zhuǎn)下道工序加工；如果畸變超差(雖經(jīng)校直)，就應(yīng)認真對待了。我們熱處理工作的任務(wù)就盡量減少變形，如果變形太大，就要設(shè)法挽救。然而現(xiàn)實生產(chǎn)中，往往由于人為疏忽大意，加劇了工件的變形，僅舉拉刀為例說明之。

圖4 磨制鉆萘斷口 500×Fig.4 Naphthalene fracture of grinding drilling 500×

1)拉刀應(yīng)選擇碳化物不均勻度≤3級的高速鋼制造，但工廠往往做不到，碳化物度≥3級的材料照用不誤，加劇淬火畸變。

2)拉刀經(jīng)機加工后一定會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，預(yù)熱前一定要進行400～550 ℃的去應(yīng)力處理，有些單位往往省去此道工序。

3)拉刀淬火操作水平很高，而且要充分利用馬氏體相變超塑性的原理，適時校直，而有些單位往往貽誤戰(zhàn)機，且操作欠文明。

就拉刀熱處理，注意上述三點，一定會減少畸變。

6 回火走過場

高速鋼正常淬火后需經(jīng)3～4次回火，并且每次需冷到室溫后方能進行下一次回火。某單位生產(chǎn)的M3規(guī)格齒輪滾刀，材質(zhì)M2，以1225℃ 淬火，9.5～10級，550 ℃×1 h×3次回火后，硬度64 HRC。用戶反映不耐磨又崩刃，檢查金相發(fā)現(xiàn)回火不合格，金相如圖5所示。追溯生產(chǎn)記錄，確實進行了三次回火，但時間不對頭，在不到10 h的時間段，是不可以完成三次回火的，實際操作是未等工件冷到室溫就進行下一次回火，是形式主義走過場，雖回了三次，起作用的只有最后一次。

7 氫脆

高速鋼刀具發(fā)黑前都要經(jīng)酸洗，其目的在于清除工件表面的氧化皮及銹跡，增加表面活性易于剝皮。如果酸洗不當，氫脆就會發(fā)生。

圖5 滾刀回火不充分 500×Fig.5 Insufficient tempering of hob 500×

世界著名的熱處理學(xué)者日本大和久重雄先生強調(diào)指出：為了防止氫脆，在酸洗以后必須在4 h之內(nèi)進行200 ℃×4 h烘焙[1]。筆者曾經(jīng)做過這樣的試驗，φ150 mm×2 mm、φ100 mm×1.6 mm中齒鋸片銑刀因碰掉類齒而報廢，在酸洗前置2 m高處自由落地不會摔破，經(jīng)2 h酸洗后自由落下全面破裂，說明氫已浸入鋼的內(nèi)部。

我國的軍用標準GJG 480—88規(guī)定，凡抗拉強度>1034 MPa的黑色金屬零件鍍后都要進行150～220 ℃×(3～23)h去氫處理，美國軍用標準規(guī)定高強度鋼不得酸洗。看來對熱處理而言，酸洗是造成氫脆的主要途經(jīng)。如果要酸洗，一定要控制好酸的濃度、溫度及酸洗時間，并且要除氫。

8 應(yīng)力腐蝕開裂

應(yīng)力腐蝕開裂是指工件在受到靜載拉應(yīng)力和特定的腐蝕環(huán)境聯(lián)合作用下，導(dǎo)致材料發(fā)生脆性開裂的過程。

高速鋼應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象較為普遍，但不為人們所重視。高速鉆頭、鉸刀、鍵槽拉刀等桿狀刀具及鋸片銑刀等薄片刀具熱處理后難免會變形，若直線度、平面度超差必須進行校直，反擊校直是常用的一種校直法。經(jīng)反擊校直之工件酸洗后并沒有發(fā)生開裂，而在磨加工或到用戶手里才發(fā)現(xiàn)黑點或黑斑，將工件輕輕扔到地上，工件都會開裂，檢查開裂處都有黑點或黑斑，有腐蝕產(chǎn)物覆蓋著，深度0.1～3.0 mm不等，沒有黑點黑斑的斷裂情況比較復(fù)雜。筆者制訂的工藝規(guī)定，是凡經(jīng)反擊校直的刀具必須經(jīng)550 ℃×1 h去應(yīng)力，嚴禁酸洗。如果先去應(yīng)力再酸洗，開裂機率大大減少，足以說明應(yīng)力的影響及應(yīng)力腐蝕的危害性，必須認真對待。

還有很多應(yīng)力腐蝕開裂的例子，不再列舉。

9 腐蝕

刀具表面與某些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使表層平整性遭到破壞而形成點狀、條狀或塊狀凹坑現(xiàn)象稱為腐蝕(俗稱麻點)。

圖6和圖7分別是麻花鉆和銑刀被腐蝕的圖片。

圖6 麻花鉆腐蝕 1×Fig.6 Corrosive twist drill 1×

圖7 銑刀片腐蝕 1×Fig.7 Corrosive milling insert 1×

產(chǎn)生腐蝕的原因有很多，有兩點容易被遺忘：①回火前清洗不干凈，BaC12等帶入硝鹽回火爐；②夏天回火筐用排風(fēng)扇吹得滴水還在吹。只要我們嚴格按工藝行事，腐蝕現(xiàn)象完全可以避免。

10 開裂(裂紋)

裂紋是熱處理最常見的一種缺陷，此問題一旦發(fā)生，那將是致命的，一般地說發(fā)現(xiàn)裂紋的工具只能報廢。

熱處理產(chǎn)生裂紋原因太多了，這里只介紹淬火結(jié)束后，因清洗過早致裂的實例。圖8為大銑刀淬火后未冷到室溫就清洗致裂圖片。這類尺寸較大的刀具，雖然表面溫度降低了，但心部溫度仍較高，此時產(chǎn)生裂紋的幾率較大。這種裂紋屬高應(yīng)力所致，呈曲率很大的弧線或直線，裂紋邊緣光滑，裂紋閉合，斷口光滑呈細陶瓷狀，金相組織正常。回火后未冷到室溫就清洗，同樣會發(fā)生裂紋。熱處理操作人員一定要提高警惕，一定要等到工件冷到室溫才可清洗。

圖8 大銑刀開裂 1×Fig.8 Cracking of large milling cutter 1×

11 爬電(串電)

所謂爬電是指加熱電極電荷傳到工件上，致使工件接觸點燒熔。這種現(xiàn)象雖然罕見，一旦發(fā)生將是致命的。

某工具廠在淬鉗口銑刀時，用鐵絲拴綁，由于裝爐大，扎頭留得較長，致使最底處工件碰到爐渣或電極，幾串工件搭頭互通，在中溫爐加熱還好；但到高溫加熱時，爐內(nèi)火花閃爍，當時操作工不知所措，待淬火完畢后才發(fā)現(xiàn)每件都有點燒熔，燒熔點都是與鐵絲接觸點。

還有很多亂象，按理是不該發(fā)生，但由于技術(shù)水平、操作水平、人員素質(zhì)、企業(yè)管理諸方面的原因，還是屢屢發(fā)生。所以，要提高高速鋼刀具的壽命任重道遠，中國由制造大國走向制造強國，還有很多工作要做，道路是曲折的，前途是光明的。