M42高速钢含有很高的碳量和大量的合金元素。在碳元素与合金元素的共同作用下使材料具有很高的硬度、红硬性、高耐磨性等特点,适于制作各种高精度复杂刀具["。M42高速钢刀具传统的热处理工艺为1190 ~1210℃淬火,550 ℃回火,一般获得的硬度值在67~69 HRC[2,但成品刀具在使用过程中常出现崩齿、磨损,影响加工产品表面质量。为提高M42高速钢刀具性能,选用国产材料和日本进口材料作为研究对象,对比两种材料在质量上的差异,并改进了热处理工艺。

试验材料选用国产及日本进口M42高速钢,其化学成分见表1 ,设计硬度为67~69 HRC。将M42高速钢材料加工成l5 mm x 15 mm的圆柱试样,并沿轴线在端面钻3 mm的孔。试样经 BCM 100 型中温盐炉850±10℃预热5 ~10 min后,放入BCM75型高温盐炉中分别在1160,1170、1180,、 1190 ℃(日本钢)或退火工艺的适应性问题;只有合适的材料、在合适的锻造情况下才适合进行锻造余热退火。

而实际生产中,锻造加热温度依据产品形状以及设备能力的不同而不同。所以,汽车齿轮产品锻造余热等温退火工艺的难点和关键要素在于晶粒尺寸的控制。

低碳合金钢国产化材料8620H钢汽车齿轮锻坯的余热退火工艺试验的成功,为国产化材料在精密制造业.热处理退火领域的工艺改进有了一个新的认识。在试验产品成功批产的下,可以对8620H 钢的其它锻坯产品进行锻造余热等温退火工艺推广。同时，不论国产与进口的原材料,只要具有合适的材料成分以及合适的锻造变形量,通过合理控制锻造加热温度、余热退火温度和冷却等工艺参数,就可以实现锻造余热退火。

M42钢淬火后硬度

图2中列出了M42高速钢试样经不同温度奥氏体化淬火后回火之前的硬度值。由图2可见,M42钢经不同温度淬火后,硬度值均不高于65 HRC,且在相同的淬火温度下,国产M42钢淬火态的硬度高于日产M42钢。另外,这两种高速钢淬火态的硬度都是随着淬火温度的增加而降低,日产M42钢的这种趋势尤为突出。这种情况主要是由于温度升高,淬火残留奥氏体量增加,马氏体量相对减少的缘故。总之,高速钢淬火后不经回火达不到设计要求的高硬度。

M42钢淬火回火后硬度

图3所示为国产M42高速钢与日产M42高速钢分别在520 ~550℃温度回火后的硬度变化曲线图。由图3可见,国产M42钢与目产M42钢经回火后,硬度值均有大幅度的提高,达到设计的要求。这种硬度的提高是多次回火后,二次淬火与二次硬化产生的现象[3。图3( a)中国产M42钢在520 ~ 550℃温度回火后在1180℃和 1190℃左右处于高硬度区间;图3(b)中日本M42钢在520 ~550℃温度回火后,在1180℃和1190℃左右也处于高硬度区间。在实际M42工具热处理生产中,低于1180℃淬火是不采用的,原因是刀具的耐用性很差。因此,国产M42钢获得*佳高硬度值的淬火温度应在1180 ~1190℃。在试验过程中还发现,在同等条件下,国产M42钢试件硬度均匀性比日本产M42钢试件差很多,具体表现就是国产M42钢的同一个试件多次检测的硬度值均有一定的差异(0.1 ~0.4 HRC) ,而目本产M42钢的同一试件多次检测的硬度几乎没有差异。

工艺参数的选定及实践应用

减小M42高速钢热处理后的晶粒度和控制回火时碳化物析出大小可增加刀具的韧性。适当降低淬火温度,根据不同产品的尺寸合理的控制加热时间可减小晶粒度;适当降低回火温度,采用多次回火,每次回火时间不要太长,控制好回火冷却的速度可使析出的合金碳化物数量增加,颗粒尺寸减小,弥散度加大,既有利于硬度的提高又能增加韧性。

根据试验的结果,可以确定针对具体M42高速钢刀具的热处理工艺参数:采用1180 ~1190 ℃进行加热,加热时间按产品大小来确定,冷却采用分级淬火。采用520 ~530℃三次回火,并严格控制回火后的冷却速度,使每一次回火都能以较快的速度冷却到室温,使材料内部组织转变充分。在随后的试生产时,对M42材料的刀具进行单独的淬、回火处理,检测硬度达到67 ~69 HRC设计的要求。

结论

1) M42高速钢材料淬火态的硬度值不高,一般为63~65 HRC,需要回火来提高硬度。但为了得到较好的韧性,淬火温度不宜过高,一般采用1180 ~1190 ℃进行加热。

2)M42高速钢经520~530℃回火后,其硬度值*能达到设计要求的67~69 HRC,回火温度的提高会使其硬度值下降

3)应严格控制M42产品回火后的冷却速度,以保证产品的质量。