501鋁高速鋼材料在加工汽輪機用刀具中應用

姜秀英

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

501鋁高速鋼材料在加工汽輪機用刀具中應用

姜秀英

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

通過對W6Mo5Cr4V2Al高速鋼（501高速鋼）熱處理特性的研究，自制了501鋁高速鋼立銑刀、玉米銑刀，使汽輪機葉片加工效率和加工質量大幅提高，成本大幅降低，值得推廣應用。

501鋁高速鋼；銑刀；熱處理

0 引言

W6Mo5Cr4V2Al高速鋼屬無鈷超硬型高速鋼（簡稱501鋁高速鋼），因其價格便宜，切削性能良好，刀具耐用度高，在工具行業早已被廣泛推廣和使用。近年來，我公司由于高強度鋼和耐熱不銹鋼材料用量越來越大，已大面積推廣和使用501鋁高速鋼刀具，但由于對501鋁高速鋼的熱處理工藝特性認識不足，未掌握其工藝規律和操作要領，所以制約了501鋁高速鋼刀具的自制，該類刀具長期全部依賴外購。因此，501鋁高速鋼刀具的熱處理成為一個亟待解決的課題。

為此，公司通過對501鋁高速鋼材料進行大量熱處理試驗，掌握了501鋁高速鋼的熱處理特性，選擇合理的501鋁高速鋼熱處理方法，確定合理的熱處理的工藝參數，使501鋁高速鋼刀具材料獲得穩定的使用性能和穩定的加工質量，以及較高的使用壽命、較高的切削效率。

1 試驗過程

1.1 選定試驗材料

根據哈汽公司現有高性能高速鋼刀具的應用情況，選定W6Mo5Cr4V2AL（501）為本試驗所用材料。與普通高速鋼相比，主要加入鋁（Al）來提高熱硬性、耐磨性。其化學成分如表1所示，力學性能如表2所示。

表1 高性能高速鋼的化學成分質量分數%

表2 高性能高速鋼力學性能表

1.2 技術要求

熱處理后硬度為66～68HRC，均勻一致；金相組織：淬火晶粒度9.5～10級；脫碳層：不允許有脫碳現象。

1.3 熱處理工藝過程

低溫預熱（450～500℃，在臺式電爐內保溫1～1.5 h）→中溫預熱（850～900℃，加熱時間按有效截面20～25s/mm）→淬火加熱（1210±10℃，加熱時間按有效截面15～20 s/mm）→分級冷卻（580～620℃，中性鹽浴）→空冷（隨爐冷到600℃時，出爐空冷至室溫）→清洗→首次高溫回火（550± 10℃，保溫2～3 h）→第二～四次正常回火（530±10℃，保溫2～3 h）→噴砂→檢查。

501鋁高速鋼熱處理工藝流程如圖1所示。

圖1 501鋁高速鋼熱處理工藝曲線

2 熱處理工藝特點

與普通高速鋼熱處理工藝相比較，采用了首次高溫和隨后的三次中溫回火共四次回火工藝，其原因在于經550±10℃第一次回火后，只對淬火馬氏體進行了回火，并消除了淬火所造成的內應力，而對回火后的冷卻過程中，有大量殘余奧氏體轉變所形成的馬氏體，并未進行回火，由此而產生的內應力也未消除，因此首次高溫和隨后的三次中溫回火不僅可以加速鋁高速鋼中殘余奧氏體的轉變，使其在鋼中含量減少到最低，而且可使鋼中馬氏體得到回火，內應力得到消除，因此提高了鋁高速鋼的機械性能，尤其是硬度均勻一致達到66～68HRC范圍內。

3 應用情況

如圖2～圖4所示，501鋁高速鋼立銑刀及玉米銑刀已批量制造，并已經在哈汽公司葉片分廠投入使用，其使用效果良好，經表面涂層處理后，效果更佳。

其中包括：錐柄立銑刀4種，玉米銑刀8種。

1）與W9材質相比，501價格相同，但501材質刀具加工效率提高30%，切削速度提高58%，刀具壽命延長2～3倍；

2）與M42材質相比，501刀具加工效率和切削性能基本相同，但是M42材質價格是501的3倍。應用情況對比表見表3。

4 經濟效益

圖2 自制501鋁高速鋼刀具

圖3 φ32錐柄立銑刀使用現場

圖4 玉米銑刀使用現場

表3 501鋁高速鋼刀具應用數據表

1）501替代W9應用于所有通用高速鋼刀具，則哈汽公司整體葉片的加工效率和加工質量大幅度提高。相關的經濟效益雖然無法具體的計算，但是僅從刀具材料的采購方面可計算出：普通高速鋼W9的采購價與501鋁高速鋼棒料基本相同，而與普通高速鋼W9刀具相比，自制501鋁高速鋼刀具在切削時加工效率提高30%，切削速度提高58%，刀具壽命延長2～3倍，提高了生產效率，且減少了操作者的換刀、填單、取刀等輔助時間，保證了葉片加工的同一性，提高了葉片的質量，刀具的性價比同比大大提高，而且縮短了交貨周期，提高了企業信譽。

2）與同類外購501鋁高速鋼刀具相比，自制501鋁高速鋼刀具在切削性能及使用壽命已達到同樣的水平，可以替代外購，大大節約了刀具外購成本，同時縮短了刀具的訂貨采購周期。

5 結語

通過大量的試驗數據分析，課題組掌握了合理的501鋁高速鋼的熱處理工藝方法，填補哈汽公司501鋁高速鋼熱處理空白，在國內501鋁高速鋼熱處理方面處于領先地位。

（編輯昊 天）

TG 71

B

1002－2333（2014）05－0277－02

姜秀英（1980—），女，工程師，主要從事工具工裝設計及工藝編制工作。

2014-03-05