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。

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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。

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    2．压力淬火工艺的原理及应用现状

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    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。

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基体淬火压床

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1.柴油支承钉 2.上压平板 3.气压缸

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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)。

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两种热处理工艺试验对比结果

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检验项目	# ]/ N7 m8 [$ C% Q3 I" |$ d u 压力淬火	自由淬火
淬火 硬度 9 r) Q8 l0 w- y# G$ ]+ a HRC	46.5，47，48 / r& p* N4 i( u- e) \) \$ V) B 47，47.5，48 47，48，47.5 + q% C w: d& z @% n 48，47，48 6 k6 [2 w2 F5 r# d1 E7 z5 M/ b 47，47.5，48 5 k2 m) [9 x7 U9 u 46.5，47，48 ! r+ S5 k, [6 u& r* y0 G8 } 47，46.5	45，46，46.5； 44，46.5，46； 8 a7 ^2 p! @7 ~1 v 45，46，46.5； 44，46.5，46； 44.5，45，46； 45，46，46.5； 44.5，46
& P9 B# w9 t. O: m 淬火 ; e" |6 m/ P4 p6 g9 K9 k( h3 Y! h 后平 ) g% Y% ?+ v$ ` 面度 /mm	0.12，0.12，0.11 + X) L4 r- L' k1 ?: e; |- e 0.13，0.15，0.12 1 I, g# e; g# ^& g" f9 _# ^& k. f 0.15，0.10，0.15 0.11，0.12，0.12 0.12，0.15，0.12 % p8 V/ H' J3 X* z5 |7 `& P& t! C 0.20，0.15，0.10	6 y+ S0 F1 w1 @% `9 g 1.5，1.7，1.6， 1.8，2.0，1.3， 1.8，2.2，2.0， 1.2，1.7，1.6， ' [! G, R; R$ z8 v 1.2，1.5，1.6， ' r: m8 ]2 \7 Y) x B) _ 1.1，1.3，1.2
回火 ! D8 `3 m. u1 H& i 硬度 HRC	; k- r/ d: B$ f# r& |% }, H 40.5，4l，42 4l，41.5，42 1 Z; F& U9 F" Q/ K8 N 41，42，41.5 $ E1 Q4 Y' Y! g0 B* T- [7 V+ w( g. M R 42，41，42 7 ]+ g1 H) d `( y" y6 E/ c 41，41.5，42 40.5，41，42 - K* @4 v5 q( \- a 41，40.5	8 ~3 H& b. z( C' Y% { 39，40，40.5； 9 O/ `' D1 c0 h! x( N2 z- u$ } 38，40.5，40； 39，40，40.5； ( t! W% X% [3 |# Z0 { 38，40，40； 9 ?* n! q! s, f9 I) Y 38.5，39，40； , d# [( T$ O& n* @ 39，40，40.5； $ e# S: i. v' c 38.5，40
回火 8 g$ P- R% ?* F" Z' H- _! W3 p 后平 ( Y4 v+ B$ J8 c! a9 ?& u 面度 /mm	0.05，0.06，0.05， 4 u% ] O4 E1 o8 D 0.06，0.07，0.06， 7 O6 V1 Y' e+ P) k4 j1 ~ 0.08，0.07，0.10， 0.05，0.06，0.07， % s, q0 Q( u2 } 0.05，0.05，0.06， 1 c3 l4 B: }. A1 ?7 ` o 0.05，0.06，0.07，	0.12，0.12，0.15， . P2 c- q+ m4 S+ m 0.11，0.13，0.12， % U2 ?) S9 H; C* E" h, o# d 0.15，0.15，0.20， . Q# {5 L$ O# M5 E4 w; @ 0.12，0.12，0.12， - N1 R1 W0 v; K: X$ I0 v 0.15，0.12，0.20， 0.15，0.15，0.12

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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。

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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。

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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

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    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。

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    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。

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    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。

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    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。

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