高速钢刀具硬度与热处理

HEATS

 

硬度是材料抵抗表面层局部塑性变形的能力。到目前为止，唯有硬度这个参数能直接反映材料表面层以及表面耐磨层的机械与工艺特性。现就高速钢刀具的硬度与热处理问题，谈点肤浅看法。  2 \2 `3 m) o( V3 U. r0 R1 r# P8 w, k$ a/ c6 \9 D% \% t. d6 c/ s6 E; H2 @* |7 r6 p" Q# c+ S6 i( G* h3 x4 H, a9 n# U2 W( Z9 Z) o* H0 K5 L4 t9 f1 G, b0 a( \; w- D8 j4 W2 \8 E" Q% J U( l; L6 q7 Z) }# P4 I) a0 Z# c) R5 A5 Z$ [- H6 r9 @+ @/ A' I5 v, x6 p9 j6 j7 g0 r) b/ E0 V: T: F L3 O4 b- V1 m+ p0 h. h9 m5 A! p. ?7 _$ H% M7 w+ p9 r) j1 g2 a4 m' o3 R6 }/ V5 _( @0 ]+ `. a. W. [+ y7 x2 o: z. T5 J1 |. w, e; Y+ \& {& K; D2 Z/ C! U5 Y1 E: v- d v9 q5 t9 ]7 _5 Z& h( ?% B& B& P8 e( e4 S& E) Y2 j; P& j, \9 K) z" P1 A: T7 |9 T9 t0 q1 e ?+ |: ?* S6 c* N) H! i' R7 f6 {3 R; s) {( R! k' t, M" h8 _2 {! C" I6 S7 n6 d' J( B) U% `: z. G! N* A2 d8 G& k) d/ g, D1 R, _$ y4 f7 t: A8 J1 X6 T D0 |. Z# U4 u @6 h; r+ i+ U; O% O0 f, g# [" j7 S9 v- P( U$ l: d! i9 z+ k* }. n H" A3 H6 C6 M# d- ~' i+ x6 G4 N, r; Z) C* x$ K. W+ c5 }" v! S- k1 C/ I$ p' T3 D( L% d. m" [& a! m0 D* a7 J2 E& p" N6 w, p9 F4 R5 H* y" _' i8 L6 i0 Q Q5 U! b8 _% Q% N2 G% v; G n4 R T% X" L! f* N- O: E+ x" z- [/ S& S2 y* L- B3 K6 l! U& s Y @, C) s( {* c/ h' G. y6 R4 m. U2 ?# g. ?& u7 v" ~! Q, n! `# o; e/ @1 \2 |# l: Y/ ^0 \' q) `5 E0 }; L# t# h/ G! Z/ h0 p- [' C0 c; s6 z. g1 O' W7 _2 Q( T2 U/ k- B5 ?+ |0 t# }7 g) m' t9 X" _ u% j# X1 f6 U! u; R4 T/ c6 }5 {, p! N( I0 S" O9 P5 F) s9 C* A- Y; n+ R' Q+ c$ O! w+ S6 g" Y9 L/ `& R6 S9 F' w+ W% G4 ~( t; h8 B$ n, x% T* J4 ^8 v: Q9 Q) e h8 x2 }+ i0 c4 X6 a2 v1 I" i, _% C4 {( q9 `$ q' N5 a" f9 `2 J$ p4 @& f5 u! [* h! g B* h# T: e/ A$ v+ Z- u* u1 b7 J% A, Q9 s Z1 x5 n# R3 o' W" f+ |# p) t, j& d" ^7 J; p+ Z! ?1 ~& j! T4 e+ h- {* R: |- z/ m- l# D1 b- h( x; L& K1 n( X' j# Q4 T9 v9 H' ~* P6 j) _8 b' h- f2 m+ s9 i) N$ s8 P" A# T0 L, q, g1 V0 s& p# U1 D$ M' n, u2 X1 ~: A% F Z- B( f" D0 Z0 M+ K& d! t- K# |: d3 w1 }

表1 高速钢刀具硬度推荐值

刀具名称		推荐硬度值(HRC)		过热级别
		HSS	HSS-E、SPM
直柄麻花钻	≤Ø4mm	63.5～66	64～66	不许过级
	>Ø4mm	64～66	65～67	≤2
密齿大薄片铣刀		62～65	64～66	不许过热
车刀	4～16mm	64～66	66～67	≤2
	>16mm	65～67	66～68	≤4
齿轮滚刀		64～66	65～67.5	≤2
中齿锯片铣刀 螺钉槽铣刀	厚度≤1mm	62.5～65	64～65.5	不许过热
	厚度>1mm	63.5～66	65～67	≤1
立铣刀	≤Ø6mm	63.5～66	65～66.5	≤1
	>Ø6mm	64.5～66.5	65～67	≤2
三面刃铣刀	厚度≤8mm	64～66	65～67	≤1
	厚度>8mm	64～66.5	65～67	≤2
磨牙机用丝锥	M3～8	62～65	64～66	不许过热
	M>8	63～66	65～67	不许过热
凹凸半圆铣刀		64～66	65～67.5	≤1
角度铣刀		63.5～66	64～67	≤1
拉刀		63.5～66	64～67	不许过热
推刀		64～66	65～67.5	≤1
插齿刀		64～66	65～67	≤1
刨齿刀		64～66	65～67	≤2
剁刀片		62～64	63～65	不许过热
锥齿轮铣刀		64～66	65～67	不许过热

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1 常用高速钢刀具硬度推荐值

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通用高速钢(HSS) 淬火回火后的硬度可达63～67HRC，高性能高速钢(HSS-E) 、粉末高速钢(SPM) 可达66～70HRC。对于在一定切削条件下的刀具来说，必定有一个恰当的硬度值，表1是部分高速钢刀具硬度的推荐值。

从表1可以看出，对一般刀具来说，若采用HSS硬度控制在65～66HRC 较好，而M42之类的HSS-E硬度虽可达到69～70HRC，但实际上此类刀具的硬度最佳范围为66～67HRC。

2 刀具的硬度和韧性的关系

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硬度和韧性是集中在刀具上一对最为突出的矛盾，刀具材料从碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金发展到当前的陶瓷、立方氮化硼等超硬材料，刀具的硬度越来越高，韧性却越来越差。从某种意义上讲，谋求刀具的高韧性比高硬度难得多。

在高速钢刀具产品中，只对硬度作具体规定，用HSS制造的刀具，除钻头、中心钻有下限硬度(HRCP63) 要求外，其余产品一律为63～66HRC，而对韧性未作任何要求。

几十年的实践证明，过高的硬度反而使刀具的寿命下降。60年代初，全国工具行业总工程师会议曾决定，高速钢刀具硬度超过66.5HRC 不得出厂。由于当时超硬高速钢和粉末高速钢还未应用，那样的规定对促进刀具业的发展有指导意义。到了70年代，日本学者提出“对于一般刀具把硬度控制在65～66HRC”的观点。从全国历年刀具行评结果可知，凡获一等品、优等品的高速钢刀具，其硬度都在65HRC以上，足以说明，低硬度不可能高寿命。国家规定的硬度下限指标，笔者认为只是合格品的最低水平，如果连合格品标准也达不到，在市场竞争中就没有立足之地。 $ Y+ P! t7 U" I3 x

这里应该特别指出的是，同规格刀具，常因材料不同而使热处理工艺各异，尽管硬度完全相同，但刀具寿命不尽相同，甚至有较大的差距，就是同炉号相同材料制造的同规格刀具，也会出现上述情况。硬度只是表面现象，金相组织才是本质的东西，光测硬度不看金相不可取。高硬度并非高寿命，刀具寿命的高低，还与原材料碳化物偏折、淬火晶粒度、碳化物溶解程度、回火情况、过热级别等诸多因素有关。通过何种热处理工艺达到工艺要求的硬度值，历来是热处理行家们关心的问题，其中淬火加热温度最为重要，稍有疏忽，就会出现质量问题。常用高速钢淬火温度见表2。 4 a8 |% q' a4 ^( t, D A, R& u; a# ]4 V% o% ~* @/ R( O1 C, h) B2 E* k: o4 w1 `1 v( B2 m- ]9 m: d; m& v, r$ l! y) b% H3 Z, Y. a S$ G8 a# t, Y3 c+ c& r x/ ~& z$ f, R6 E* }1 K+ v2 c; @# ^: f" h+ u, Y( @6 F2 c3 J" C" P* j2 ^( p; ^3 |6 i+ q" }7 f1 Z" u0 A" g, u5 Q8 ^- J& o3 H: A5 Q Y, ^, U6 J# g0 L8 }0 t4 t! ~+ p) K0 E3 R# e1 v, Y$ R5 W

表2 常用高速钢淬火温度

牌号	W18Cr4V	W6Mo5Cr4V2	W9Mo3Cr4V	W2Mo9Cr4V	W7Mo4Cr4V	W4Mo3Cr4V	W6Mo5Cr4V2Al
推荐淬火温度(℃)	1260~1290	1210~1230	1220~1240	1180~1200	1210~1240	1160~1185	1200~1215

& |- Z4 ~* Z6 j2 @, p8 @, }. \& J* R5 l! k$ T p8 u ?% h6 _' j3 u' k) {; z6 p/ V+ H( ?4 k1 Y% G. C: |* O3 I' m3 j1 ~$ u8 K e, ]( N# Y. ^- S* W- A0 S0 @3 [: s% U8 D/ k% U7 I/ k7 ^& S0 r% L- X# t- H9 v. R! B! j6 ]% i: ]- S" ^( e, L

牌号	W2Mo9Cr4VCo8	W6Mo5Cr4V2Co5	APM23	HAP50	S390PM	CPM M4
推荐淬火温度(℃)	1160~1190	1190~1215	1170~1190	1180~1220	1190~1230	1170~1190

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1.除大规格钻头、车刀以及滚刀淬火金相奥氏体晶粒度为9～9.5级外，其余刀具淬火金相宜控制在10～10.5级较妥： 2 粉末高速钢淬火金相为10～11级： 3 回火温度一般为550～560℃，回火4次。

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3 结语

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高速钢刀具的硬度是影响刀具寿命的主要指标，硬度高，耐磨，但韧性差。硬度过高在使用中易发生崩刃， 导致刀具永久性失效： 硬度适中，韧性好，使用中难免要磨损，但可以修磨使刀具恢复原有的功能。当被切削材料硬度高时，刀具的硬度取上限， 反之取中下限。硬度63～64HRC的刀具，虽然达到国家标准，但在实际使用中，寿命不会很高。

综上所述，如何给高速钢刀具定值定位，如何将硬度和韧性匹配好，可能是刀具工作者、热处理工作者研究的永恒课题。