怎样进行形状复杂高速钢大件的热处理

高速钢中含有很高的碳及大量的合金元素，热处理后硬度高达63~79HRC，这些特点使得高速钢在进行热处理时，经常会出现开裂、硬度不足、过热或过烧、局部熔蚀、变形等缺陷，特别是厚大件、复杂件的热处理。工艺分析指出：硬度不够的问题，主要是热处理过程中发生脱碳所致。热处理保温时间不够或者温度过低，也都可能造成硬度不足。过热、过烧或熔蚀的问题，是由于淬火温度过高或高温保温时间过长。出现裂纹的问题是由于淬火过热、加热速度过快、淬火冷速太快、回火不及时或不充分。形状复杂、零件截面突变，厚薄悬殊的高速钢零件，更容易发生开裂。大尺寸，大厚度，要求高硬度的高速钢零件，热处理过程中产生的应力大，淬火冷速也难以上去，加之零件不同部位的厚度差大，热处理时不仅容易开裂而且经常会出现厚的部分硬度不够，而薄的部分又发生局部过热或熔蚀的情况。
针对上述问题，中航工业昌河飞机公司对高速钢大件的热处理进行了工艺改进。主要有以下几点：
一，锻件毛坏及时退火。为消除坯料在锻造时产生的内应力，细化晶粒，为淬火作组织准备，高速钢锻造后必须及时退火。退火后的组织为索氏体和碳化物。
二，优化淬火工艺。为避免高速钢中碳与合金元素的损失，热处理过程尽量采用中性盐浴保护热处理，且对盐浴采取更严格的脱氧处理。为消除切削应力，减少热处理加热过程中零件内外的温度差，在800~850℃预热的基础上，增加一次500~600℃预热，而且每次预热要热透。要恰当选择淬火加热温度，既要使碳化物充分溶解，又要避免晶粒异常长大及剩余碳化物的聚集。对于W18Cr4V钢而言，可取1260~1280℃，使奥氏体晶粒度在9到10级。同样，保温时间的选择，根据零件的大小和形状、加热介质以及使用要求，既要保证碳化物达最大溶解，又不使零件任何部分有晶粒过分长大、过烧的现象；特别是厚大件，主要保证刀刃的硬度和切削性能。应该以刀刃部位的厚度为基数来确定保温时间，以消除刀刃处晶粒粗、脆性大、开裂或局部熔蚀等缺陷。对于形状复杂的厚大件用油淬或空冷方式淬火冷却，很难既保证硬度，又不开裂，必须使用分级盐浴或多次盐浴冷却。对于W18Cr4V钢而言，可以在600~650℃等温的基础上，增加280~300℃盐浴等温处理，保证表层马氏体转变，心部的马氏体、贝氏体转变，减少应力，防止氧化。
三，改进回火工艺。高速钢淬火后，奥氏体含量会达到30%，回火过程中很难一次消除，故采用560℃三次回火，且每次回火适当延长，在零件热透后保温一小时。
检测证明，经热处理工艺优化后，得到细小的回火马氏体+较多的粒状碳化物及少量残留奥氏体的显微组织，硬度为63~66HRC。其综合机械性能良好，完全满足使用要求。（钢研）