M35高速鋼熱處理性能研究

陳冠宇 胡帥成 肖月美 潘李鎮(zhèn)

摘 要：本文對M35高速鋼進(jìn)行了不同淬火溫度、保溫時間和回火溫度的熱處理，研究了硬度和耐磨性能。結(jié)果表明，M35高速鋼在1 190℃淬火、550℃回火時可以獲得最好的硬度。

關(guān)鍵詞：M35高速鋼;淬火;回火;硬度;耐磨性

中圖分類號：TG161 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）19-0048-02

Abstract： This paper discussed the heat treatment of M35 high speed steel at different quenching temperature， holding time and tempering temperature， and studied hardness and wear resistance. The results show that the M35 high speed steel can obtain the best hardness when quenched at 1 190℃ and tempered at 550℃.

Keywords： M35 high speed steel;quenching;tempering;hardness;wear resistance

近年來，機械加工業(yè)快速發(fā)展，其對切削工具的性能要求不斷提高。人們通過改善金屬元素組成來增強高速鋼性能，從而滿足生產(chǎn)需求。例如，含硫鋼具有降低刀具的磨損、提高生產(chǎn)效率的特性，同時對環(huán)境污染較小、成本低廉[1]。另外，可以添加硼元素來部分代替昂貴的金屬元素，從而獲得高硼高速鋼材料，其具有成本低廉、易于加工和良好的耐磨性等特點，可部分替代高鉻鑄鐵和傳統(tǒng)的高速鋼等材料[2]。

作為目前應(yīng)用最廣泛的高性能高速鋼之一，M35鋼鋼中碳與合金元素配置比較合理，熱處理后的硬度可達(dá)70HRC，同時具有很高的高溫硬度和較好的韌性。由于釩含量較低，M35鋼具有很好的可磨削性[3]，M35鋼中添加Co元素，可通過影響一次碳化物中其他合金元素的含量，從而間接影響碳化物的合金度[4]。本文選用M35鋼進(jìn)行研究，探究其在不同熱處理條件下的性能。

1 試驗材料及方法

試驗所用的材料為M35高速鋼。淬火溫度分別設(shè)為1 170、1 180、1 190℃，并在每個淬火溫度下分別保溫1.5、3.0、5.0min，回火溫度以攝氏度（℃）為單位。使用SX2-2-12TP高溫箱式電阻爐對M35高速鋼試樣進(jìn)行淬火加熱，使用HR-150A洛氏硬度計測量硬度，使用BRUKER摩擦磨損測試儀進(jìn)行耐磨性試驗。

2 試驗結(jié)果和分析

2.1 淬火、回火硬度

圖1為高速鋼在1 170、1 180、1 190℃淬火，并分別保溫1.5、3、5min后的淬火硬度。

淬火后組織中約含有70%的隱晶馬氏體，還有20%～25%的殘留奧氏體，馬氏體的含碳量對其硬度具有重要的作用。在含碳量較低的情況下，馬氏體的硬度隨含碳量的升高有著明顯的提高，但當(dāng)含碳量達(dá)到一定值后，隨著含碳量的升高，馬氏體硬度的提高不再明顯。

由圖1可知，在1 170℃淬火時，隨著保溫時間的延長，M35高速鋼的硬度逐漸上升，這是由于當(dāng)保溫時間延長時，碳化物逐漸溶解，馬氏體中的含碳量也隨之升高。但M35高速鋼在1 170℃淬火時的硬度都低于65HRC，這是由于淬火溫度低，有大量的未溶碳化物存在，導(dǎo)致淬火后馬氏體的含碳量低，所以硬度較低，達(dá)不到65HRC。在1 180℃和1 190℃淬火時，未溶碳化物量少，硬度值都在65～66HRC。隨著保溫時間的變化，其硬度值變化很小，主要因為1 180℃和1 190℃淬火時，未溶碳化物的量變化較小，馬氏體中含碳量變化亦較小，而1 190℃淬火硬度低于1 180℃，這是由于1 190℃淬火殘余奧氏體較多。

圖2為M35高速鋼在1 170、1 180、1 190℃淬火，保溫5min后分別進(jìn)行3次不同溫度回火后的硬度。

由圖2可知，M35高速鋼在回火時具有二次硬化現(xiàn)象，在540～560℃回火時，其硬度值在64～66HRC，并在550℃左右達(dá)到峰值，二次硬化中硬度的上升與下降和二次碳化物的析出與長大有關(guān)。相對540℃回火而言，550℃回火時有更多的二次碳化物彌散析出，使得硬度升高;超過550℃后會產(chǎn)生過回火現(xiàn)象，彌散析出的二次碳化物會發(fā)生長大，使得其彌散強化的作用減弱，回火硬度下降。與1 170℃淬火相比，M35高速鋼在1 180℃和1 190℃淬火，再進(jìn)行三次高溫回火后，其回火硬度要高，說明在1 180℃和1 190℃淬火時溶入奧氏體的合金元素含量較高，使得淬火之后馬氏體的合金元素含量較高。在回火時，自馬氏體中析出了較多的彌散分布的碳化物，回火硬度較高。

2.2 耐磨性

圖3為M35高速鋼在1 170、1 180、1 190℃淬火后分別進(jìn)行3次540、550、560℃保溫1h回火后的摩擦系數(shù)平均值。

從圖3可見，各個淬火溫度和回火溫度下，摩擦系數(shù)均在0.47～0.70。在相同回火溫度下，隨著淬火溫度升高，摩擦系數(shù)逐漸減小，3種回火溫度的變化趨勢一樣。在相同淬火溫度下，隨著回火溫度升高，摩擦系數(shù)先減小后增大，3種淬火溫度的變化趨勢一樣。1 190℃淬火、550℃回火的摩擦系數(shù)最小，比最大的1 170℃淬火、560℃回火的摩擦系數(shù)降低了33%。

表1為M35高速鋼經(jīng)過不同淬、回火工藝后在BRUKER摩擦磨損測試儀上進(jìn)行的耐磨性試驗結(jié)果。

由表1結(jié)果可知，在540、550、560℃ 3個回火溫度中，550℃回火時，M35高速鋼的平均磨損量最低，其相對耐磨性最好;540℃和560℃回火時平均磨損量較大，與550℃相比較而言，相對耐磨性略有不足。在相同的回火溫度和回火次數(shù)下，M35高速鋼的淬火溫度較高時，其平均磨損量較低，相對耐磨性較好。

對比圖2、圖3和表1的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，M35高速在1 170、1 180、1 190℃淬火和540、550、560℃回火的摩擦系數(shù)和磨損量的變化趨勢和硬度的變化趨勢是一致的。

3 結(jié)語

本文研究并討論了M35高速鋼不同熱處理條件下的性能，在本試驗條件下，在1 190℃淬火、550℃回火可以獲得最好的硬度。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳偉，王豫.低合金高速鋼的應(yīng)用及發(fā)展熱處理[J].熱處理，2005（1）：14-18.

[2]陳雷雷.高速鋼合金碳化物控制研究[D].南京：東南大學(xué)，2016.

[3]王堅.含氮M35高速鋼組織與性能的研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2016.

[4]王金雙.M35高速鋼熱處理工藝研究[J].金華職業(yè)技術(shù)學(xué)報，2004（1）：17-19.