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利用合金的超塑性现象控制拉刀的变形 |
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作者：山西平阳重工机械有限公司 夏德全 来源：《现代模具》 |
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我厂是大型国有机械加工企业，各种类型的刀具以自己生产为主，同时也对外单位处理各类规格的刀具。在刀具的热处理方法及控制变形上，我们总结了一些经验，本文所讲的就是利用合金的超塑性现象来控制拉刀变形的方法，以供同行参考。
1试验材料及方法
1.1高速钢的特点
高速钢的含碳量均在0.7～1.65%范围内，但每种钢的碳含量均限定在一个较窄的范围内，合金含量均在10～20%，同时还含有很多的碳化物形成元素。而高速钢的使用性能要求预处理组织的碳化物分布要均匀，这对后期热处理得到好的组织至关重要。通过锻造改变高速钢的原始组织，锻扎温度和锻造比对质量有直接影响。锻扎开始温度必须低于共晶莱氏体的熔点，以免使零件产生断裂。锻扎的终止温度不宜过高，否则易使晶粒粗大。为了破碎柱状晶网状碳化物，要求反复墩锻拔长，才能显著提高高速钢的质量。锻后退火的目的是降低硬度，便于加工。我厂生产的拉刀，所常用的材料为W18Cr4V、W6M5Cr4V2、W2Mo5Cr4VCo8及W9Cr4Cr2，技术要求硬度为HRC63～66，导向与柄部硬度要求HRC45～50，拉刀长度1200mm～1400mm，锯齿形拉刀全长直线度要求≤0.2mm，花键拉刀全长跳动量要求≤0.3mm。
1.2拉刀淬火、回火工艺
高速钢品种较多，在此仅对W18Cr4V钢举例，由于它含有较多量的铬（Cr）、钨（W）、钒（V）元素，其淬透性较好，含有较多量的W元素，红硬性也较好。
拉刀的热处理对温度的选择极为苛刻，温度过高容易使拉刀过热、过烧造成报废，为了准确的选择加热温度，当试棒晶粒度相当于9号～10号时，再准确调整淬火温度为1270±5℃，高速钢拉刀淬火回火工艺曲线（如图1所示）。
图1 高速钢拉刀热处理工艺图
高速钢拉刀直接高温加热易形成较大的温差，产生很大的热应力，因此加热过程必须经过两个阶段的预热。淬火时预冷860℃左右，再在油中冷却至200℃左右取出。热处理过程中，由于合金元素含量较大，使“C”曲线右移很多，淬火时易形成大量的残余奥氏体。在淬火时奥氏体转变为马氏体时间内，塑性增加得最为显著（达20倍），在组织转变过程中，塑性的增加量是不均匀的，通常在相变开始时塑性增加的量最大，这时利用超塑现象解决拉刀的变形非常有效，既不需要采用分级淬火减少应力的方法进行处理，也无需采用回火后用压力压焖拉刀的方法进行校正，更不需要回火专用工装等繁琐的工序进行处理。利用材料的超速性现象解决拉刀的变形既简化了工艺，又省时省力。
1.3利用合金超塑性的校直方法
以锯齿拉刀为例，在油中冷却至200℃左右取出后。此时拉刀直线方向变形很大，有的拉刀弯曲度甚至超过30～40mm。将拉刀凹面朝下放在平台上，用双手向下压，感觉并不费力拉刀便很快向下延伸，当凹面与平台相接触时，将拉刀迅速与平台分开。如不及时分开，拉刀受热胀冷缩的影响，凹面会变成凸面。这种校直的方法既简便又快捷。校直示意图（如图2所示）。
图2 拉刀校直示意图
锯齿拉刀校正后，全长平行度为0.1～0.2mm，这样才能有效的保证加工余量，花键拉刀的校正方法同锯齿拉刀一样。在平台上不易看出零件的变形量时，可在工作台上用百分表分三段检测跳动量，跳动量大于0.3mm时，可将工作台两端的顶尖顶紧，并用手压在拉刀的凸面，或者用油棉纱对拉刀的凹面进行湿润，便可将拉刀校直。拉刀校直后，不可以平放，要将拉刀吊挂起来（当拉刀温度降低至70o～80o仍然容易校正）。
拉刀回火时，合金碳化物从固溶体中弥散析出，使拉刀的硬度上升。同时，残余奥氏体在回火冷却时组织转变为二次马氏体也使硬度增高，所以不主张在回火期间做校正处理，原因是此时拉刀的塑性低，回火后二次硬化硬度高、脆性大，不宜校直，而利用合金的超塑性现象在相变过程中就很容易校直。对校正后的拉刀回火要在硝盐液体中吊挂，使拉刀受热均匀。第一次回火完后检测变形情况，下次回火可不做检测，直到回火完为止。
2 结论
30多年来，我厂在生产实践中不断总结摸索，利用合金的超塑性现象来控制各种刀具的变形，效果极佳，处理的拉刀无一例因淬火变形超差而报废。
参考文献
[1]崔昆.钢铁材料及有色金属材料〔M〕.北京：机械工业出版社，1981，（6）147～175.
[2]夏新成.钢件淬火趁热校正原理和校正最佳时机〔J〕.《金属热处理》，1981，（1）24～27. (end)
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(4/5/2007) |
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