Q235A钢木工刨刀快速膏剂渗碳 - 文章

Q235A钢木工刨刀快速膏剂渗碳

作者：四川工业学院钟知勉王学前

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【摘要】分别用箱式炉及感应加热对Q235A钢制木工刨刀进行快速局部膏剂渗碳，均可得0.4 mm深的渗层。直接淬火后表面洛氏硬度达90～97HR15N(相当于60～８０HRc以上)，组织为隐晶马氏体。
【主题词】Q235A钢木工刨刀快速膏剂渗碳

本工刨刀是木制品加工制造不可缺少的刃具，无论是手工刨刀还是机用刨刀的用量都很大。它的质量直接影响木制品加工的表面质量，重磨周期及自身寿命。刨刀在使用中的损坏主要是卷刃、崩刃和磨损。硬度符合要求(≥60HRC)的刨刀一般不会卷刃，主要是崩刃和磨损。使用中刨刀损坏后需经重磨修复，因此刨刀除上述三项性能要求外，还应该易于磨制和使用，据现场老师付的经验，用单一高碳工具钢(含碳0.7～1.0%)或单一合金工具钢(GCr15 ·GrWMn等)制造的刨刀不好磨制，使用时亦不爽快。而用高碳工具钢或合金工具钢做刃部，刀体用Q235A或Q235B经锻接后再轧制成的复合材料(俗称贴钢)刨刀，则具有良好的重磨性和使用效果。本文依据刨刀特别锋利的刃部工作部分只有1～2μm的特点［1］，对Q235A钢制刨刀采用局部膏剂快速渗碳方法进行了实验室和工业性试验研究。

1试验与结果

1.1渗碳膏剂的制备

膏剂的化学组成(%wt)：40～60%碳粉(供碳剂)+30～40%碳酸盐(供氧剂)+5～１０%活化剂。膏剂的粘结剂为水玻璃类无机粘结剂或纤维素类有机粘结剂。

配制：各组分(粉剂)按量量比搅拌均匀，然后加入粘结剂合匀，制成泥团状可塑性膏剂。

1.2保护剂(涂料)制备

为减少渗碳过程中膏剂所产生的有效渗碳气氛流失，还需在膏剂层表面再涂一层保护剂，它类似于防氧化脱碳涂料，可购市场上的商品，也可自制(把玻璃粉、炉渣粉及石英砂或无定形耐火材料研细，用水玻璃类或磷酸盐类粘结剂调制成成)。

1.3涂敷

制备涂敷模具，根据生产批量可制备单刨刀或多刨刀涂敷模具。模具以局部渗碳部位确定基本尺寸，再考虑膏剂烘干时各部位膏剂收缩情况及温度场的分布来调整，经过试验来确定。各部位膏剂层厚度应均匀，刃部和两侧也要涂(见图1)。

1.4烘干

经过试验模索出比较好的烘干工艺(见图2)。最好是在<30℃(室温)停放2～3h，然后再入烘箱(炉)，烘干设备内要有风扇。从控温方便考虑以电烘箱(炉)为宜。试验表明先烘干膏剂涂层，然后涂保护剂再入炉短时烘干即可。这样在膏剂层烘干时所出现的裂纹、气泡及局部脱落等可在涂保护剂时修复。为减少开裂和火山口状大气泡，烘前可扎些小透气孔。

1.5快速渗碳与结果

刨刀整体用热轧3mm厚Q235A钢板制成，渗前将渗入面磨去0.1～0.2mm，以去除热轧氧化层。膏剂涂层厚一般约2.5mm，保护层<0.5mm厚，涂层越厚越易开裂及剥落。放入1000℃的SX2—4 —10箱式炉内加热保温5～10min后直接淬盐(或碱)水。淬火后硬度为91～93HR15N，相当于62～65HRC(见图3)。用平均弦长法测奥氏体晶粒为5级。正火态测得渗层深度为0.45mm。组织见图4，1000℃×6min正火态渗层由表层的过共析区+共析区+过渡区一半，过共析区有细小均匀的碳化物颗粒。淬火态组织表层为隐晶马氏体，心部为低碳马氏体及少量铁素体。

为探讨工业应用的可行性，与四川省钢锉厂合作在100kW高频感应加热装置上做刨刀感应加热局部膏剂快速渗碳直接淬火工业性试验，试验的24把刨刀结果见表1。

表1感应加热刨刀膏剂快速局部渗碳淬火后各区硬度(HR15N)平均值

表2不同硬度档次的刨刀数及所占百分数(正火刨刀除外)

图4SX2-4-10箱式炉1000℃×6m in局部膏剂快速渗碳正火组织(a)及淬火组织(b)，100×

2分析讨论

2.1Q235A钢制刨刀对工作部分局部膏剂快速渗碳，试验表明此法可以达到硬度≥60HRC的要求。箱式炉内1000℃×５～１０min快速渗碳可获得0.35～0.45mm渗层。在涂层正常情况下淬火硬度为92HR15N(相当于65HRC)，最高可达94HR15N(相当于70.5HRC)，不存在粗大碳化物，奥氏体结晶粒5级。虽然快速渗碳温度高，但时间短，晶粒与碳化物来不及长大，奥氏体内碳浓度来不及均匀化，故淬火后为隐晶马氏体组织。试验证明由于膏剂层不能太厚，它的供碳能力有限，采用高温短时渗碳比常规渗碳工艺更为适宜，时间长了反而硬度偏低，甚至出现脱碳现象。

2.2高频感应加热快速渗碳，在涂层正常情况下渗碳效果更好。试验的24把刨刀除去3把正火的，其余21把中硬度达到90～95HR15N(相当于60～74HRC)占76.5%，硬度≥90HR15N的刨刀总数占88.9%，最高硬度99.2HR15N(96.5HR15N相当于80HRC)，硬度≥88.8HR15N的(相当于 ≥57HRC)占97.5%。硬度<89HR15N的刨刀都是膏剂层或保护层破损，甚至脱落所致，但还可重新渗碳。

感应加热膏剂局部快速渗碳之所以有如此高的硬度，主要是由于其加热速度快，奥氏体晶粒被细化，同时又由于获得的奥氏体内碳浓度不均匀，使淬火后马氏体再次被细化与碎化［2～４］。其次在感应加热过程中钢件(刨刀)首先快速升温，然后再传热给膏剂(这与炉内加热情况恰恰相反)，渗剂产生的活性碳原子可及时被工件吸收和扩散，提高了渗剂的利用率。感应加热快速渗碳，淬火的双重细化作用使刃部硬度、强度和韧性均得到提高，也必将使刨刀刃部耐磨、抗冲击，使用中不卷、不崩、耐磨和锋利，并使之易于重磨，使用爽快。具有贴钢刨刀的优点。

2.3Q235A钢的膏剂局部快速渗碳刨刀原材料便宜，易加工(不用锻、轧)和球化退火。具有材料及加工成本上的优势。膏剂和保护剂所用原材料便宜、易得，且容易制备。但涂膏剂和烘干手工操作的工作量较大。

3结论

用Q235A(即A３)钢制造刨刀，其刃部区局部膏剂快速渗碳不仅可达到，甚至还超过刨刀的性能要求。对劳动密集型小五金企业用周期式电炉比较适宜，投资少、上马快。对大批量生产的小五金企业，感应加热局部膏剂快速渗碳是一种值得采用的方法。虽然尚无这方面的资料和数据可借鉴，试验表明只要解决了淬火机床传动的平稳性和感应器设计制造问题，大批量生产高质量刨刀类小五金刃具是可行的。

在此向四川省钢锉厂领导、技术人员和工人师付致谢。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/9/2004)


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