压力淬火工艺在金刚石工具中的应用

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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(刀头)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。 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+中温回火处理后可得到回火托氏体，以满足使用性能要求。1．基体热处理技术特点和工艺现状   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，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。    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+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。    2．压力淬火工艺的原理及应用现状    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。 基体淬火压床1.柴油支承钉 2.上压平板 3.气压缸4.集体 5.下压平板    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的圆锯片。  3．试验过程及结果    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)。两种热处理工艺试验对比结果检验项目压力淬火自由淬火淬火硬度HRC46.5，47，4847，47.5，4847，48，47.548，47，4847，47.5，4846.5，47，4847，46.545，46，46.5；44，46.5，46；45，46，46.5；44，46.5，46；44.5，45，46；45，46，46.5；44.5，46淬火后平面度/mm0.12，0.12，0.110.13，0.15，0.120.15，0.10，0.150.11，0.12，0.120.12，0.15，0.120.20，0.15，0.101.5，1.7，1.6，1.8，2.0，1.3，1.8，2.2，2.0，1.2，1.7，1.6，1.2，1.5，1.6，1.1，1.3，1.2回火硬度HRC40.5，4l，424l，41.5，4241，42，41.542，41，4241，41.5，4240.5，41，4241，40.539，40，40.5；38，40.5，40；39，40，40.5；38，40，40；38.5，39，40；39，40，40.5；38.5，40回火后平面度/mm0.05，0.06，0.05，0.06，0.07，0.06，0.08，0.07，0.10，0.05，0.06，0.07，0.05，0.05，0.06，0.05，0.06，0.07，0.12，0.12，0.15，0.11，0.13，0.12，0.15，0.15，0.20，0.12，0.12，0.12，0.15，0.12，0.20，0.15，0.15，0.12  自由淬火生产条件和过程：把20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7min，出粒子炉，用淬火钳夹住基体垂直淬入油中8～lOS，然后放进压平机压平(热校正)1～2min；从压平机上取出装入回火夹具，每100片装一轴，用回火加压支架压紧，用螺丝拧紧，装入回火炉中430℃回火4h，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。压力淬火生产条件和过程：把20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7min，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18s；从淬火压床取出装入回火夹具，每100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430℃回火4h，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。各取2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。  4．分析及结论    从上面试验结果不难看出：    基体压力淬火后硬度均值47.5HRC，平面度≤0.20mm；自由淬火硬度均值45.5HRC，平面度≥1mm。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。    压力淬火回火后的平面度≤0.10mm，达到了基体图样设计要求，而自由淬火回火后的平面度0.11～0.20mm．需后续工序(精校平)，加以校正。    压力淬火后的硬度均值较自由淬火的硬度均值偏高2HRC。在相同的回火条件下，基体压力淬火经回火后硬度均值为41.3HRC，基体自由淬火经回火后硬度均值为39.5HRC，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2HRC。从而使压力淬火后的基体可以将回火温度提高近20℃成为可能，保证基体更高的平面度要求。    将这36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(刀头)，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。