压力淬火工艺在金刚石工具中的应用
基体作为金刚石锯片的载体，在整个金刚石锯片制造过程中，无疑占有重要的地位。金刚石锯片主要用来对大理石、花岗岩、沥青和混凝土等进行切割。要完成正常切割，基体必须有足够的强度，同时要有一定的韧性和刚度，综合体现为要有足够的硬度。在服役过程中基体要受到强烈的震动、冲击，由于切削部位<FONT size=2>(刀头)</FONT><FONT size=2>比基体厚，工作时基体与被切割石材之间有一定的间隙，为了不使基体因震动、冲击而过早地造成强度或疲劳断裂，基体必须有一定的塑韧性、较高的疲劳极限和弹性极限，以起到缓和冲击、吸收震动的作用。</FONT><DIV><FONT size=2>我公司根据基体使用要求与国家标准对基体的技术参数作如下规定：基体硬度</FONT><FONT size=2>38～42HRC，基体平面度要求0.05～0.15mm。就微观组织而言，基体使用组织为回火托氏体，通过采用65Mn(28crMo)经过淬火+</FONT><FONT size=2>中温回火处理后可得到回火托氏体，以满足使用性能要求。</FONT></DIV>
<DIV><STRONG><FONT size=2>1</FONT><FONT size=2>．基体热处理技术特点和工艺现状</FONT></STRONG></DIV>
<DIV><FONT size=2> </FONT><FONT size=2>基体淬火有个非常突出的特点，就是淬火变形量和开裂倾向大。由于基体是薄片件，面积大而厚度薄，其直径从300～1200mm，而厚度一般只有2～4mm</FONT><FONT size=2>，这么大的薄片件淬火时的变形和开裂正是基体热处理的难点。如何减少淬火变形和控制开裂，以满足基体平面度和硬度的要求是基体热处理的关键。</FONT></DIV>
<DIV><FONT size=2> </FONT><FONT size=2>我公司基体选用材料为28crMo，基体热处理一直沿用自由淬火+加压回火的热处理方式。在加压回火中平面度与硬度是两个相互矛盾的因素。为校正淬火变形，回火后达到平面度要求，势必要提高回火温度或增加回火次数，但较高的回火温度和多次回火，必定使基体硬度下降，同时往往得不到需要的回火托氏体组织，而是回火索氏体。因而采用自由淬火+加压回火工艺，很难达到基体平面度和硬度两个技术参数统一，即使宏观技术指标能达到技术要求，但微观金相组织往往是回火托氏体+</FONT><FONT size=2>回火索氏体，因而很难达到使用性能要求，往往造成产品质量稳定性差，基体与切削部位匹配性差，致使锯片早期失效。鉴于此，我们尝试采用压力淬火方式对基体进行热处理。</FONT></DIV>
<DIV><STRONG><FONT size=2> 2</FONT><FONT size=2>．压力淬火工艺的原理及应用现状</FONT></STRONG></DIV>
<DIV><FONT size=2> </FONT><FONT size=2>压力淬火工艺的原理，即相变超塑性原理。相变超塑性是指金属材料在低应力状态下进行相变时，材料的塑性会异常提高的现象。相变超塑性是包括热处理转变在内的过程中具有普遍规律。钢淬火时的马氏体相变过程具有显著的相变超塑性，一旦产生马氏体转变，即贡献出塑性。随着外加应力的增加马氏体相变在应力诱发下不断进行，相变塑性不断增加。</FONT></DIV>
<DIV align=center><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_6mupgb2008322135926.jpg"></DIV>
<DIV align=center><STRONG>基体淬火压床</STRONG></DIV>
<DIV align=center><FONT face="Times New Roman">1.</FONT>柴油支承钉<FONT face="Times New Roman"> 2.</FONT>上压平板<FONT face="Times New Roman"> 3.</FONT>气压缸</DIV>
<DIV align=center><FONT face="Times New Roman">4.</FONT>集体<FONT face="Times New Roman"> 5.</FONT>下压平板</DIV>
<DIV><FONT size=2> </FONT><FONT size=2>据资料显示，现有的这种压力淬火机床仅适合于大工件的加压淬火，工件从保温结束到装上淬火机床，需花较长时间，并且易出现较深压痕，不适宜做小件、薄件的淬火工艺。为此我们对该种压力淬火机床进行了改造。上图为基体淬火压床的简图。该机构设有上下压板，下压板固定，上压板为动压板，在加压平面上沿同心圆布置206个喷油嘴支撑钉，以点接触压紧基体，并用喷油冷却锯片。为防止氧化皮与石墨粒子堵塞油孔，将压缩空气管路与油路相连，以便清理喷油孔。该机压力为20kN，适用于处理直径≤600mm、厚2.0～4.Omm</FONT><FONT size=2>的圆锯片。</FONT></DIV>
<DIV><STRONG><FONT size=2> 3</FONT><FONT size=2>．试验过程及结果</FONT></STRONG></DIV>
<DIV><FONT size=2> </FONT><FONT size=2>以Φ400mm×2.4mm规格的基体进行说明。其技术要求：平面度≤0.10mm，热处理硬度38～42HRC。分别采用自由淬火与压力淬火两种热处理工艺进行热处理，每组20片(见下表)</FONT><FONT size=2>。</FONT></DIV>
<DIV align=center><B><FONT size=2>两种热处理工艺试验对比结果</FONT></B></DIV>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 border=1>
<TBODY>
<TR>
<TD width=88>
<DIV align=center><FONT size=2>检验项目</FONT></DIV></TD>
<TD width=161>
<DIV align=center><FONT size=2>压力淬火</FONT></DIV></TD>
<TD width=168>
<DIV align=center><FONT size=2>自由淬火</FONT></DIV></TD></TR>
<TR>
<TD width=88>
<DIV align=center><FONT size=2>淬火</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>硬度</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>HRC</FONT></DIV></TD>
<TD width=161>
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<DIV align=center><FONT size=2>47</FONT><FONT size=2>，48，</FONT><FONT size=2>47.5</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>48</FONT><FONT size=2>，47，</FONT><FONT size=2>48</FONT></DIV>
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<DIV align=center><FONT size=2>46.5</FONT><FONT size=2>，47，</FONT><FONT size=2>48</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>47</FONT><FONT size=2>，</FONT><FONT size=2>46.5</FONT></DIV></TD>
<TD width=168>
<DIV align=center><FONT size=2>45</FONT><FONT size=2>，46，46.5；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>44</FONT><FONT size=2>，46.5，46；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>45</FONT><FONT size=2>，46，46.5；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>44</FONT><FONT size=2>，46.5，46；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>44.5</FONT><FONT size=2>，45，46；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>45</FONT><FONT size=2>，46，46.5；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>44.5</FONT><FONT size=2>，</FONT><FONT size=2>46</FONT></DIV></TD></TR>
<TR>
<TD width=88>
<DIV align=center><FONT size=2>淬火</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>后平</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>面度</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>/mm</FONT></DIV></TD>
<TD width=161>
<DIV align=center><FONT size=2>0.12</FONT><FONT size=2>，0.12，</FONT><FONT size=2>0.11</FONT></DIV>
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<DIV align=center><FONT size=2>0.15</FONT><FONT size=2>，0.10，</FONT><FONT size=2>0.15</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.11</FONT><FONT size=2>，0.12，</FONT><FONT size=2>0.12</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.12</FONT><FONT size=2>，0.15，</FONT><FONT size=2>0.12</FONT></DIV>
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<TD width=168>
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<DIV align=center><FONT size=2>1.8</FONT><FONT size=2>，2.2，2.0，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>1.2</FONT><FONT size=2>，1.7，1.6，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>1.2</FONT><FONT size=2>，1.5，1.6，</FONT></DIV>
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<TR>
<TD width=88>
<DIV align=center><FONT size=2>回火</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>硬度</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>HRC</FONT></DIV></TD>
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<DIV align=center><FONT size=2>4l</FONT><FONT size=2>，41.5，</FONT><FONT size=2>42</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>41</FONT><FONT size=2>，42，</FONT><FONT size=2>41.5</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>42</FONT><FONT size=2>，41，</FONT><FONT size=2>42</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>41</FONT><FONT size=2>，41.5，</FONT><FONT size=2>42</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>40.5</FONT><FONT size=2>，41，</FONT><FONT size=2>42</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>41</FONT><FONT size=2>，</FONT><FONT size=2>40.5</FONT></DIV></TD>
<TD width=168>
<DIV align=center><FONT size=2>39</FONT><FONT size=2>，40，40.5；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>38</FONT><FONT size=2>，40.5，40；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>39</FONT><FONT size=2>，40，40.5；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>38</FONT><FONT size=2>，40，40；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>38.5</FONT><FONT size=2>，39，40；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>39</FONT><FONT size=2>，40，40.5；</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>38.5</FONT><FONT size=2>，</FONT><FONT size=2>40</FONT></DIV></TD></TR>
<TR>
<TD width=88>
<DIV align=center><FONT size=2>回火</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>后平</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>面度</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>/mm</FONT></DIV></TD>
<TD width=161>
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<DIV align=center><FONT size=2>0.06</FONT><FONT size=2>，0.07，0.06，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.08</FONT><FONT size=2>，0.07，0.10，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.05</FONT><FONT size=2>，0.06，0.07，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.05</FONT><FONT size=2>，0.05，0.06，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.05</FONT><FONT size=2>，0.06，0.07，</FONT></DIV></TD>
<TD width=168>
<DIV align=center><FONT size=2>0.12</FONT><FONT size=2>，0.12，0.15，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.11</FONT><FONT size=2>，0.13，0.12，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.15</FONT><FONT size=2>，0.15，0.20，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.12</FONT><FONT size=2>，0.12，0.12，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.15</FONT><FONT size=2>，0.12，0.20，</FONT></DIV>
<DIV align=center><FONT size=2>0.15</FONT><FONT size=2>，0.15，</FONT><FONT size=2>0.12</FONT></DIV></TD></TR></TBODY></TABLE>
<DIV></DIV>
<DIV><FONT size=2>自由淬火生产条件和过程：把<FONT face="Times New Roman">20</FONT>片基体分别用淬火钩钩住中心孔，吊装在流态粒子炉中加热<FONT face="Times New Roman">7min</FONT>，出粒子炉，用淬火钳夹住基体垂直淬入油中<FONT face="Times New Roman">8</FONT>～<FONT face="Times New Roman">lOS</FONT>，然后放进压平机压平<FONT face="Times New Roman">(</FONT>热校正<FONT face="Times New Roman">)1</FONT>～<FONT face="Times New Roman">2min</FONT>；从压平机上取出装入回火夹具，每<FONT face="Times New Roman">100</FONT>片装一轴，用回火加压支架压紧，用螺丝拧紧，装入回火炉中<FONT face="Times New Roman">430</FONT>℃回火<FONT face="Times New Roman">4h</FONT>，出炉空冷，打开工装。对基体淬火、回火后的平面度与硬度进行测量统计结果见附表。</FONT></DIV>
<DIV><FONT size=2>压力淬火生产条件和过程：把<FONT face="Times New Roman">20</FONT>片基体分州用淬火钩钩住中心孔，吊装在流态粒子炉中加热<FONT face="Times New Roman">7min</FONT>，出粒子炉；用淬火钳夹住基体，迅速平放在淬火压床的下压板上，启动气缸按钮，喷油冷却<FONT face="Times New Roman">18s</FONT>；从淬火压床取出装入回火夹具，每<FONT face="Times New Roman">100</FONT>片装一轴，用回火加压支架压紧，用螺丝拧紧，放入相同的回火炉中<FONT face="Times New Roman">430</FONT>℃回火<FONT face="Times New Roman">4h</FONT>，出炉空冷至室湍，打开工装。对基体淬火、回火后的平面度与硬度进行测量统计结果见附表。</FONT></DIV>
<DIV><FONT size=2>各取<FONT face="Times New Roman">2</FONT>片基体，分别取样埘金相绀织进行观察，压力淬火与自由淬火回火组织皆为：回火托氏体。</FONT></DIV>
<DIV><B><FONT face="Times New Roman" size=2> 4</FONT><FONT size=2>．分析及结论</FONT></B></DIV>
<DIV><FONT face="Times New Roman" size=2> </FONT><FONT size=2>从上面试验结果不难看出：</FONT></DIV>
<DIV><FONT face="Times New Roman" size=2> </FONT><FONT size=2>基体压力淬火后硬度均值<FONT face="Times New Roman">47.5HRC</FONT>，平面度≤<FONT face="Times New Roman">0.20mm</FONT>；自由淬火硬度均值<FONT face="Times New Roman">45.5HRC</FONT>，平面度≥<FONT face="Times New Roman">1mm</FONT>。压力淬火后的变形量远远小于自由淬火后的变形量，压力淬火很好地控制了薄片件淬火时的热处理变形。</FONT></DIV>
<DIV><FONT face="Times New Roman" size=2> </FONT><FONT size=2>压力淬火回火后的平面度≤<FONT face="Times New Roman">0.10mm</FONT>，达到了基体图样设计要求，而自由淬火回火后的平面度<FONT face="Times New Roman">0.11</FONT>～<FONT face="Times New Roman">0.20mm</FONT>．需后续工序<FONT face="Times New Roman">(</FONT>精校平<FONT face="Times New Roman">)</FONT>，加以校正。</FONT></DIV>
<DIV><FONT face="Times New Roman" size=2> </FONT><FONT size=2>压力淬火后的硬度均值较自由淬火的硬度均值偏高<FONT face="Times New Roman">2HRC</FONT>。在相同的回火条件下，基体压力淬火经回火后硬度均值为<FONT face="Times New Roman">41.3HRC</FONT>，基体自由淬火经回火后硬度均值为<FONT face="Times New Roman">39.5HRC</FONT>，压力淬火回火后硬度均值较自由淬火经回火后硬度均值偏高约<FONT face="Times New Roman">2HRC</FONT>。从而使压力淬火后的基体可以将回火温度提高近<FONT face="Times New Roman">20</FONT>℃成为可能，保证基体更高的平面度要求。</FONT></DIV>
<DIV><FONT face="Times New Roman" size=2> </FONT><FONT size=2>将这<FONT face="Times New Roman">36</FONT>片基体经多道工序加工成成型基体，并用光焊接上切削部位<FONT face="Times New Roman">(</FONT>刀头<FONT face="Times New Roman">)</FONT>，发往美国市场，进行实地切割沥青，发现压力淬火后的锯片切割的稳定性、抗冲击性、抗疲劳等性能远远优于自由淬火的锯片。</FONT></DIV>
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