談特殊用途刀具的選材及熱處理

張士川

摘要：刀具的質量對其使用壽命和使用安全性具有較大影響，而刀具質量的好壞則取決于刀具的最初選材和對熱處理工藝的精準控制。為了使人們對刀具的選材和熱處理工藝有全面的了解，本文以特殊用途刀具為研究點，對其選材和熱處理工藝進行深入研究分析，以便于人們了解和借鑒。

關鍵詞：特殊用途刀具;選材;熱處理

在刀具生產中，根據刀具切削條件和對象的不同，需要應用不同的生產加工工藝，只有這樣才能根據用戶要求生產出符合用戶心意的個性化刀具，才能保持客戶粘度，為刀具制造企業穩定客戶來源。

一、加工調質鋼和高強度鋼的高性能絲錐

如42 C r M o，35 C r M n S i，40 CrNiMo等合金結構鋼，它具有很高的韌性，在加工過程中不容易產生碎屑。調質后強度仍有較大提高，但韌性仍有提高。切削是很困難的，尤其在切削方面。使用一般圓錐螺紋時，圓錐線在孔內會斷裂，不能加工。為了滿足最先進的數控機床和加工中心對刀具的應用需求，在刀具制造中最根本的條件是高效絲錐的應用，這是對刀具原材料和熱處理工藝進行優化的根本條件。

（一）材料的選擇

為了滿足高強調質鋼的要求，提高切削速度和加工效率，高性能錐體需要有較高的硬度和較高的耐熱性。在約600度的高溫下，高速工具鋼仍能具有較強的耐磨性和切削功能，但是在鈷系高速工具鋼中，它的熱硬度和硬度比常規高速工具鋼更高，尤其是在切削難加工的材料時，能量更大[1]。

通常有M35和M42為鈷高速工具鋼。M35作為鈷系的高速工具鋼在滿足絲錐要求的基礎上具有良好的彎曲性能。在鋼種的選擇上，雖然M35鋼的可控性較大，但是鋼種的整體純度卻較差，在此基礎上它的淬火脆性也會加大。在碳化物形態上，發過EM35硬質合金鋼的晶粒均勻性和尺寸要明顯高于M35鋼，因此，經過對比研究，最終選用發法國生產的EM35鋼作為刀具生產原料。

（二）熱處理淬回火工藝

EM35高性能浸漬液熱處理工藝要求：硬度65～67HRC，淬火后晶粒度10.5～11.5，溫度1級[2]。ERASTEEL建議其淬火溫度為1180～1220℃，回火溫度為550～570℃。

1.淬火加熱溫度對合金組織性能的影響

于1190，1220，1230攝氏度進行了淬火工藝試驗，在1200℃淬火時，基體中晶粒細小，碳化物在基體中明顯不溶，經處理后，基體中的溶碳和合金元素含量降低，即基體合金化程度降低，這不利于提高鋼的硬度，尤其是熱硬化。

經1220℃淬火，晶粒尺寸達到10.5級，基體碳化物含量低，表明基體經過淬火，合金化良好，保證了硬度和熱硬度。結果表明，1230℃淬火的基體合金具有良好的合金化程度，但由于其晶粒較大，容易使絲錐的脆性增加，造成邊坡崩塌、脆斷等早期失效。

2.回火

由于淬火時殘余奧氏體較多，回火時容易發生二次淬火。在3～4次回火的基礎上，實現了完全回火，徹底消除了殘余奧氏體。當回火溫度為560℃×1 h×3次時，按 eraseel建議的回火溫度其組織為1級。

3.試驗結果分析

隨著硬化溫度的升高，溶解在基體中的碳和合金元素含量增加，基體合金化程度增加，有利于熱硬化;當硬化溫度超過1230℃時，晶粒尺寸增大到10級，強度降低，脆性增加;高速工具鋼在淬火時，為了獲得最大的熱硬度，必須獲得最大的硬度和強度，因此，應選擇最高溫度，即沒有晶粒長大的最高溫度，以使碳化物最大限度地溶解。在隨后的回火過程中，析出更多的碳化物，以達到較高的硬度和熱硬度，從而滿足高強度鋼的加工要求。

在此基礎上確定了EM35最佳淬火溫度為1210～1220℃，10.5～11級晶粒度，回火工藝為560℃±10℃×1 h×3次，65～67 HRC的回火硬度。

二、加工不銹鋼、有色金屬的涂層刀具

鍍膜刀具是鈦合金、硅鋁合金、不銹鋼等材料加工中常用的刀具。高強度、高剛度、抗腐蝕、耐磨性好等優異的物理和機械性能，廣泛應用于航空航天、軍工等領域。但由于這些特點，它們是典型的，難以加工的材料。切削時切削力大，導熱系數低，切削阻力大，加工硬化嚴重。涂層刀具具有良好的高溫硬度、高耐磨性、最小的表面摩擦系數，降低了加工過程中的摩擦阻力和附著力，有效地提高了切削速度，實現了干切削，減少了生產中斷時間（換刀、研磨、定位），減少了返工，提高了生產效率。

三、M1.8-M2.5小型普通機用絲錐

（一）材料的選擇

M2型國產高速工具鋼價格低廉，但存在冶金質量差，市場混亂等問題。M2生產的小絲錐有很高的斷裂率，調質時還會產生明顯的材料孔隙，硬度分布很大，無法適應小絲錐惡劣的工作環境。選用法國EM35高速工具鋼，全面改善產品品質。其冶金質量、碳化物均勻度和硬度均明顯高于國產M2鋼。

（二） 硬度的確定

為了降低材料的脆性，提高材料的強度，并適當降低其硬度，然后由常規的65～67 HRC降低到62～64 HRC，這樣既可以提高刀具的韌性，又能夠延長其使用壽命，提高刀具的切削性能，同時也可以降低加工絲錐的加工難度。

（三）淬回火工藝

為了保證熱硬性，仍采用1210～1220℃真空淬火，回火要考慮硬度指標，先將第一次回火溫度提高到600℃×2 h，硬度降至62～64 HRC，再按560℃×2 h×2次回火。因硬度公差范圍小，故對加熱爐溫度（a）國產M2 （b）法國EM35圖3國產M2與法國EM35碳化物500×的對比均勻性要求較高，在真空爐淬火，再回火用硝酸鹽回火。

四、結語

刀具質量的提升是一項系統性的工程，其中最關鍵的加工環節就是熱處理環節。另外還要在滿足不同用戶需求的背景下，來選用合適的材料、隨機數、涂層、工藝等來進行制造刀具，只有這樣，才能保證每一個環節的質量完好性，才能實現個性化的刀具生產制造，進而才能從根本上使刀具制造服務業的服務水平得到有效提高。

參考文獻

[1]王彥斌，馮志全.淺談分切不同材質的材料刀具的選材及相關數據[J].科技風，2017，（23）：242.

[2]呂廣庶，呂一凡，成志芳.肉類加工用國產刀具的選材及其規范化[J].食品科技，2003，（z1）：383-386.