對于一個搞冷加工的打工仔來說，熱工的知識總是感覺那么新鮮。本期一起來學習一下切削刀具的熱處理的一點點內(nèi)容，雖然不是那么專業(yè)，但是了解一些還是很有好處的，廢話不多說了，直接開始：
切削刀具熱處理的作用
切削刀具熱處理是指材料在固態(tài)下經(jīng)過加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織和性能的金屬熱加工工藝。一般指金屬材料，特別是鋼的處理。也可以說通過溫度控制和冷卻速度調(diào)整來改變材料的特性。
刀具熱處理可分為真空熱處理、鹽浴熱處理、化學熱處理、涂層處理等，本期主要學習一下對鹽浴熱處理。
什么是鹽浴熱處理？其加工優(yōu)點和缺點有哪些？
鹽浴爐的加熱原理是將工業(yè)鹽融化成液體作為加熱介質(zhì)，然后將需要熱處理的刀具放入融化的液體鹽內(nèi)部加熱，最后進行熱處理。由于在融化的液體鹽涂層下工件加熱表面形成一層鹽膜涂層，可以隔離空氣，更好地減少氧化，防止脫碳，由于加熱介質(zhì)是液體，加熱更加均勻，液體鹽加熱介質(zhì)加熱速度更快，從而有效節(jié)省時間?？偨Y(jié)鹽浴爐的優(yōu)點：隔離空氣減少氧化脫碳，液體加熱溫度更均勻，加熱速度更快，工件可以局部熱處理。
鹽浴熱處理的優(yōu)點：
1、淬火加熱時間短，晶粒不會粗化，韌性強。
2、爐溫分布好，加熱均勻，產(chǎn)品整體穩(wěn)定性好。
3、高溫區(qū)冷卻快，低溫區(qū)冷卻慢，淬火容易，變形減小
4、能應對大范圍的熱處理工藝變化（斷續(xù)淬火、等溫淬火、局部熱處理、短時間加熱、冷卻、復雜的溫度變化等）
5、氧化、脫碳少，表面硬度高，耐磨性強。
6、熱處理溫度穩(wěn)定，時間調(diào)整可在短時間內(nèi)完成，可對應多品種、批量生產(chǎn)。
7、設備成本相對較低。
加熱時間之所以能縮短，與鹽浴的熱容量和熱導率有密切的關系。25mm高速工具鋼淬火時表面與中心部的溫差在900℃時需3min，而在1180℃時僅需2min，且內(nèi)外溫差消失。一般用真空爐等加熱約需20-30min，溫差明顯增大。鋼結(jié)晶的粒度取決于轉(zhuǎn)變點正上方奧氏體晶體的尺寸，因此為了獲得細小的奧氏體晶體尺寸，提高鋼的加熱速度是十分重要的。鹽浴熱處理，由于浴溫均勻性高，能在短時間內(nèi)均勻加熱。
在真空爐等加熱過程中，容易造成被處理件加熱不均勻，因此增加時間或提高淬火溫度，都會造成奧氏體晶粒粗化，韌性下降。將真空爐與鹽浴爐的奧氏體化時間進行比較可知，在1000℃時真空爐的奧氏體化時間是鹽浴爐的4-5倍，在1200℃時約為鹽浴爐的9倍。另外，隨著近年來高壓氣體冷卻真空爐的進展，相當多的材料都可以進行淬火。即便如此，與油冷、鹽浴冷卻相比，氣體冷卻導熱性較差，冷卻效果不如鹽浴冷卻。
鹽浴的突出優(yōu)點是高溫區(qū)冷卻能力強。高速工具鋼是一種對熱處理極其敏感的材料，因為碳化物的析出溫度為1000-600℃。如果碳化物析出，材料的韌性和硬度就會下降。因此，高速工具鋼熱處理的關鍵是如何在這個溫度范圍內(nèi)快速冷卻。采用鹽浴冷卻時，700℃以上的冷卻速度較高，因此可以避免碳化物的析出。另外，如果在形成馬氏體的低溫區(qū)域快速冷卻，應變會增加，因此也希望避免。與油淬相比，鹽浴在450℃以下的冷卻能力降低，這也是希望的。從這些特性來看，鹽浴熱處理是高速工具鋼淬火最合適的方法。
高速鋼熱處理的目的是提高刀具的強度和硬度，增強耐磨性，使刀具更加鋒利，改善高速鋼刀具的性能：
1、碳化物轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)變。
高速鋼熱處理的核心是碳化物的轉(zhuǎn)變和變化。處理得好，保證了高速鋼的高硬度、耐磨性和紅硬性。處理不好，導致過熱、過燒，從而影響刀具壽命。為了提高高速鋼刀具的使用壽命，必須深入了解鋼中的碳化物，了解碳化物的形成和變化規(guī)律。最直觀的就是檢查碳化物的不均勻性，通過壓力加工改善碳化物的形態(tài)和分布，注意淬火加熱過程中碳化物的溶解度，檢查回火碳化物的變化。
2.檢查晶粒大小一定要看碳化物溶解度
高速鋼晶粒度檢驗是檢驗高速鋼淬火質(zhì)量的重要手段，有的甚至作為除硬度測量之外的唯一手段。晶粒度對高速鋼刀具壽命到底有何影響？國內(nèi)外同行對此有不同的看法，甚至分歧很大。
有資料顯示前蘇聯(lián)對￠8mmP6M5(M2)鋼直柄麻花鉆進行試驗，結(jié)果表明，晶粒級數(shù)為9.5時，刀具使用壽命最好，晶粒級數(shù)過細或過粗都會降低鉆頭壽命。應補充兩點：碳化物溶解要充分；熱處理后硬度>65HRC。
不同刀具對淬火奧氏體晶粒大小和碳化物溶解程度的要求不同，如齒輪滾刀晶粒大小9級，車刀晶粒大小8級，碳化物溶解要充分，機用絲錐應為細晶粒大小10.5級，碳化物溶解一般就足夠了?！練g迎專業(yè)人士評論】
晶粒大小充其量只是淬火加熱溫度的一個反映，對于要求高紅硬性的刀具來說，碳化物溶解程度比晶粒大小更重要，因此爐前看金相時，必須兩者兼顧，不可忽視。
3.硬度
對于高速鋼刀具來說，要獲得較高的硬度>64HRC是比較容易的，但要獲得理想的金相組織卻并不容易。例如M42等超硬高速鋼，有一個合適的范圍，而不是硬度越高越好。硬度太高，不但不會長久使用，反而會縮短使用壽命。對于特定鋼種制成的特定刀具，在特定的工況條件下，有一個實用的硬度值。人們在實踐中發(fā)現(xiàn)，高壽命的刀具一般硬度都比較高，但硬度高的并不一定壽命高。應在具有足夠韌性的前提下，努力追求高硬度。
4.穩(wěn)定刀具壽命
優(yōu)質(zhì)的刀具產(chǎn)品不僅平均壽命高，而且質(zhì)量穩(wěn)定，刀具壽命重復性好。許多刀具廠的問題不是每把刀具壽命都低，而是由于刀具壽命相差懸殊，分散性太大，導致平均壽命大大降低。很多刀具廠家都做過這樣的測試：單件對比，一些刀具不比國外差，但拿10把來PK，總會有1~2把國產(chǎn)的刀具不盡人意，這個是目前確實存在的一些問題。
產(chǎn)品質(zhì)量和刀具壽命的穩(wěn)定性是一個工廠技術(shù)水平和管理水平的綜合體現(xiàn)，要把刀具壽命做好不是一件容易的事，是一個系統(tǒng)工程，從原材料的控制、機械加工、熱處理，到產(chǎn)品的最終包裝出廠，都要有一套嚴格的規(guī)章制度、正確的工藝文件、齊全的檢測手段和良好的員工素質(zhì)。
高速鋼熱處理過程中存在的問題
高速鋼刀具的熱處理比以前有了實質(zhì)性的進展。許多工具進入了國際高端市場，并得到了國際的認可。但差距還是很大的，落后材料，粉末高速鋼是 21 世紀高速鋼的典型代表，在國外已廣泛應用于復雜切削工具，但在國內(nèi)仍未很好的實現(xiàn)國產(chǎn)化。目前一些高速高壽命的場合使用的粉末高速鋼仍然是進口材料。混合爐號和混合鋼種會帶來很多麻煩。國內(nèi)一些加工高速鋼刀具仍采用老式鹽浴爐，環(huán)境污染大，能耗高，三廢處理差。
所以，提高切削刀具壽命，不僅需要優(yōu)質(zhì)的原材料、機械加工水平。嚴格細致的熱處理也是刀具壽命的重要決定因素。
