Cr8型刃具鋼熱處理工藝優化

  20世紀80年代,國內外先后研制出Cr含量約8%的Cr8型冷作模具鋼(簡稱Cr8鋼),如BOHLERK340、K360、SDC99等。這類鋼含鉻約8%,加入Mo、V、Si等合金元素,其碳化物細小且分布均勻,廣泛應用于耐沖擊性模具、精加工模具以及刃具材料。

  本試驗材料為Cr8鋼,在某企業用來作切割鋼板的刃具。刃具在切削過程中,受到工件強烈的摩擦作用,需要相當高的硬度和耐磨性;同時刀刃承受彎曲、扭轉、剪切和沖擊等不同載荷,材料又需要足夠的韌性。熱處理工藝是獲得優良性能的關鍵,本工作通過探討淬火溫度、回火溫度、回火時間、回火次數及回火冷卻方式對組織和性能的影響,在保證高硬度的條件下,提高該材料的韌性,從而延長其作為刃具的使用壽命。

  試驗材料為商用Cr8型刃具鋼,使用移動式光譜儀(PMI-MASTERPRO)測得該材料的化學成分(質量分數,%)為:C0.508,Cr7.51,Mo2.42,Si0.732,V1.98,Mn0.290,Fe余量。試驗材料的冶金工藝為:出廠狀態—均勻化退火—球化退火—熱處理(淬火+回火)。熱處理工藝在箱式電阻爐中進行,淬火試樣尺寸為10mm×10mm×15mm,淬火溫度的選擇為950~1200℃,在淬火溫度下保溫15min油淬,淬火組織用2%苦味酸鹽酸酒精溶液腐蝕。對淬火鋼進行200~600℃的回火試驗,回火2h。

  選擇熱處理后硬度最高的淬火和回火溫度,在保證高硬度的前提下,討論回火時間、回火次數和回火冷卻方式對硬度和沖擊性能的影響。沖擊試樣采用無缺口試樣,其尺寸為7mm×10mm×55mm。用日立SU-1500型掃描電鏡觀察顯微組織,用洛氏硬度儀和沖擊試驗機測試硬度和沖擊吸收能量,用18kWD/MAX2500V+/PC型X射線儀進行物相分析,并用X射線應力測試儀定量測定試樣中殘留奧氏體含量。結果表明:

  (1)Cr8鋼淬火組織為馬氏體、殘留奧氏體和碳化物。低溫淬火得到板條馬氏體,高溫淬火得到針片狀馬氏體。

  (2)隨回火溫度升高,低溫淬火試樣無二次硬化峰;而高溫淬火試樣在520℃左右回火時有明顯的二次硬化峰,所以選1100℃淬火+520℃回火。

  高溫淬火高溫回火試樣隨回火次數增加沖擊吸收能量先降低后增加,且回火后油冷比空冷的硬度要高1~2HRC。最終熱處理工藝為1100℃油淬+520℃×2h回火2次,油冷。