高速钢双金属带锯是通过真空电子束激光束轰击高速钢与弹簧钢,使其融化从而焊接在一起,制成双金属复合带,而后经过一系列机械加工及热处理工艺生产出双金属带据成品。对于双金属带银的生产来说,热处理工艺的选择极为重要,很大程度上决定了双金属带锯的最终性能。

我国很早之前就开始投入研究对双金属带锯的热处理,在1987年湖南机床厂的杨克福等人就对双金属带锯的淬火工艺进行了研究,研究表明,双金属带锯在奥氏体化保温温度高于并实施长时间保温,油淬后,齿材钢硬度达HRC68,然而晶粒粗大,切削服役过程中常出现崩齿失效;选择奥氏体化保温温度低于1200C°短时间保温并油淬后,齿材W6Mo5Cr4V2钢硬度值低于HRC60,虽然晶粒得到细化,但抗磨损性能不足。

1995年,常正金系统地探索了W6Mo5Cr4V2/50CrVA双金属带锯条的热处理制度,绘出了科学的热处理制度曲线,使我国双金属带锯的适用性能达到了国际标准。白玉光等进行了W8Mo4Cr3V/50CrNiMoVA双金属带锯的回火制度探索研究,研究表明:对双金属带锯进行分级回火方式更能加强于二次硬化作用,极大地优化了双金属带锯的齿材性能。

退火在双金属带锯热处理工艺中必不可少,目的是尽量消除双金属带银条的焊接处的残余应力,并且随后的的淬火工艺准备良好的齿背材和焊缝的组织。徐维等研究了对表面渗碳后的M42高速钢的退火工艺,得到结论,高速钢表面渗碳之后的随即进行淬火及回火处理,其硬度不足,导致双金属带锯齿材的耐磨性能较差,而在淬、回火之前退火获得晶粒尺寸较小的组织,最终的热处理之后齿材性能优异。秦茶等研究了快速退火工艺对W7Mo4Cr4V2高速钢中一次碳化物聚集的影响,指出快速退火工艺可以明显减弱高速钢中的一次碳化物聚集现象。图1为M42高速钢的曲线,从图中可以看出,其Ac1点温度约为820度,在750度保温约5min珠光体转变才开始进行,700度以上进行退火时需要进行缓冷,使冷却曲线经过珠光体区,退火后才能获得珠光体和碳化物的平衡组织。

图1

齿材高速钢基体上分布着众多的难以溶解的碳化物,这些合金碳化物在1100度以上的温度才出现溶解,所以其淬火加热温度需要在1100度以上,合金碳化物才会出现溶解。然而,洋火温度上升到一定温度时,高速钢基体中碳化物的溶解速度逐渐降低,同时,奥氏体晶粒出现异常长大,并且奥氏体晶界处发生过烧,导致高速钢的硬度以及强韧性大幅度降低,因此高速钢的淬火温度区间狭窄,需要严格。李炳均等人研究了淬火加热温度对双金属带锯切削性能的影响,得到结论,淬火加热温度太高或是太低都将引起双金属带锯的迅速失效,通过进一步研究得出,双金属带锯应在1190-1210区间淬火保温。

白新歌等人研究了淬火加热温度及保温时间对双金属带锯齿材高速钢的组织及性能的影响,得到结论,提高高速钢的淬火温度,奥氏体晶粒发生长大;增加淬火保温时间,奥氏体晶粒先增大而后减小,选择在1205°C下,保温60s后淬火,高速钢综合性能最优。赵建伟等研究了奥氏体化温度和冷却速率对高速钢组织及性能的影响,研究表明,快冷条件下,奥氏体化温度低于1025°C,随着奥氏体化温度升高,硬度升高,超过1050°C硬度反而降低;缓冷条件下,奥氏体化温度对硬度影响结果相似,但峰值硬度的奥氏体化温度高于快冷时的温度;随着奥氏体化温度升高,高速钢轧辊红硬性及耐高温性能得到提高;奥氏体化温度低于1050°C,抗回火稳定性随奥氏体化温度升高而明显增大,超过1050°C时,奥氏体化温度对抗回火稳定性影响逐步减弱。高速钢在淬火后应立即进行多次回火,这样不仅降低淬火应力、同时还能大幅度地降低残余奥氏体量,回火保温时马氏体上析出纳米级别的均匀弥散的二次碳化物,提高高速钢的硬度以及强韧性。

图2为高速钢的回火二次硬化曲线从图中可以知道,在350度以下回火保温,回火温度愈高,高速钢的硬度愈低。在300-400温度区间回火,高速钢硬度值下降到最低,在此温度区间下回火保温,萍火马氏体发生分解,从中析出细小的二次碳化物和合金渗碳体,而残余奥氏体却不发生变化,因此硬度值降低。在400-650度之间回火时,合金渗碳体将会溶解,元素开始与高速钢中的Mo、Cr、V等形成二次合金碳化物从马氏体中析出,随后空冷过程中,残余奥氏体通过“二次淬火”也开始转变为马氏体组织,从而使得高速钢硬度值大幅度增加。在高于650度回火时,二次碳化物开始聚集长大,马氏体组织也开始向平衡组织珠光体转变,钢的硬度值又开始下降。

图2

综上所述,无论是传统热处理工艺还是新型热处理工艺,双金属带锯的热处理研究重点在于齿材综合性能,使齿材、背材同时具有良好的使用性能。[参考文献:双金属带锯条齿材M42高速钢性能评价及淬火冷却方式研究_马凯]