谈特殊用途刀具的选材及热处理

张士川

摘要：刀具的质量对其使用寿命和使用安全性具有较大影响，而刀具质量的好坏则取决于刀具的最初选材和对热处理工艺的精准控制。为了使人们对刀具的选材和热处理工艺有全面的了解，本文以特殊用途刀具为研究点，对其选材和热处理工艺进行深入研究分析，以便于人们了解和借鉴。

关键词：特殊用途刀具;选材;热处理

在刀具生产中，根据刀具切削条件和对象的不同，需要应用不同的生产加工工艺，只有这样才能根据用户要求生产出符合用户心意的个性化刀具，才能保持客户粘度，为刀具制造企业稳定客户来源。

一、加工调质钢和高强度钢的高性能丝锥

如42 C r M o，35 C r M n S i，40 CrNiMo等合金结构钢，它具有很高的韧性，在加工过程中不容易产生碎屑。调质后强度仍有较大提高，但韧性仍有提高。切削是很困难的，尤其在切削方面。使用一般圆锥螺纹时，圆锥线在孔内会断裂，不能加工。为了满足最先进的数控机床和加工中心对刀具的应用需求，在刀具制造中最根本的条件是高效丝锥的应用，这是对刀具原材料和热处理工艺进行优化的根本条件。

（一）材料的选择

为了满足高强调质钢的要求，提高切削速度和加工效率，高性能锥体需要有较高的硬度和较高的耐热性。在约600度的高温下，高速工具钢仍能具有较强的耐磨性和切削功能，但是在钴系高速工具钢中，它的热硬度和硬度比常规高速工具钢更高，尤其是在切削难加工的材料时，能量更大[1]。

通常有M35和M42为钴高速工具钢。M35作为钴系的高速工具钢在满足丝锥要求的基础上具有良好的弯曲性能。在钢种的选择上，虽然M35钢的可控性较大，但是钢种的整体纯度却较差，在此基础上它的淬火脆性也会加大。在碳化物形态上，发过EM35硬质合金钢的晶粒均匀性和尺寸要明显高于M35钢，因此，经过对比研究，最终选用发法国生产的EM35钢作为刀具生产原料。

（二）热处理淬回火工艺

EM35高性能浸渍液热处理工艺要求：硬度65～67HRC，淬火后晶粒度10.5～11.5，温度1级[2]。ERASTEEL建议其淬火温度为1180～1220℃，回火温度为550～570℃。

1.淬火加热温度对合金组织性能的影响

于1190，1220，1230摄氏度进行了淬火工艺试验，在1200℃淬火时，基体中晶粒细小，碳化物在基体中明显不溶，经处理后，基体中的溶碳和合金元素含量降低，即基体合金化程度降低，这不利于提高钢的硬度，尤其是热硬化。

经1220℃淬火，晶粒尺寸达到10.5级，基体碳化物含量低，表明基体经过淬火，合金化良好，保证了硬度和热硬度。结果表明，1230℃淬火的基体合金具有良好的合金化程度，但由于其晶粒较大，容易使丝锥的脆性增加，造成边坡崩塌、脆断等早期失效。

2.回火

由于淬火时残余奥氏体较多，回火时容易发生二次淬火。在3～4次回火的基础上，实现了完全回火，彻底消除了残余奥氏体。当回火温度为560℃×1 h×3次时，按 eraseel建议的回火温度其组织为1级。

3.试验结果分析

随着硬化温度的升高，溶解在基体中的碳和合金元素含量增加，基体合金化程度增加，有利于热硬化;当硬化温度超过1230℃时，晶粒尺寸增大到10级，强度降低，脆性增加;高速工具钢在淬火时，为了获得最大的热硬度，必须获得最大的硬度和强度，因此，应选择最高温度，即没有晶粒长大的最高温度，以使碳化物最大限度地溶解。在随后的回火过程中，析出更多的碳化物，以达到较高的硬度和热硬度，从而满足高强度钢的加工要求。

在此基础上确定了EM35最佳淬火温度为1210～1220℃，10.5～11级晶粒度，回火工艺为560℃±10℃×1 h×3次，65～67 HRC的回火硬度。

二、加工不锈钢、有色金属的涂层刀具

镀膜刀具是钛合金、硅铝合金、不锈钢等材料加工中常用的刀具。高强度、高刚度、抗腐蚀、耐磨性好等优异的物理和机械性能，广泛应用于航空航天、军工等领域。但由于这些特点，它们是典型的，难以加工的材料。切削时切削力大，导热系数低，切削阻力大，加工硬化严重。涂层刀具具有良好的高温硬度、高耐磨性、最小的表面摩擦系数，降低了加工过程中的摩擦阻力和附着力，有效地提高了切削速度，实现了干切削，减少了生产中断时间（换刀、研磨、定位），减少了返工，提高了生产效率。

三、M1.8-M2.5小型普通机用丝锥

（一）材料的选择

M2型国产高速工具钢价格低廉，但存在冶金质量差，市场混乱等问题。M2生产的小丝锥有很高的断裂率，调质时还会产生明显的材料孔隙，硬度分布很大，无法适应小丝锥恶劣的工作环境。选用法国EM35高速工具钢，全面改善产品品质。其冶金质量、碳化物均匀度和硬度均明显高于国产M2钢。

（二） 硬度的确定

为了降低材料的脆性，提高材料的强度，并适当降低其硬度，然后由常规的65～67 HRC降低到62～64 HRC，这样既可以提高刀具的韧性，又能够延长其使用寿命，提高刀具的切削性能，同时也可以降低加工丝锥的加工难度。

（三）淬回火工艺

为了保证热硬性，仍采用1210～1220℃真空淬火，回火要考虑硬度指标，先将第一次回火温度提高到600℃×2 h，硬度降至62～64 HRC，再按560℃×2 h×2次回火。因硬度公差范围小，故对加热炉温度（a）国产M2 （b）法国EM35图3国产M2与法国EM35碳化物500×的对比均匀性要求较高，在真空炉淬火，再回火用硝酸盐回火。

四、结语

刀具质量的提升是一项系统性的工程，其中最关键的加工环节就是热处理环节。另外还要在满足不同用户需求的背景下，来选用合适的材料、随机数、涂层、工艺等来进行制造刀具，只有这样，才能保证每一个环节的质量完好性，才能实现个性化的刀具生产制造，進而才能从根本上使刀具制造服务业的服务水平得到有效提高。

参考文献

[1]王彦斌，冯志全.浅谈分切不同材质的材料刀具的选材及相关数据[J].科技风，2017，（23）：242.

[2]吕广庶，吕一凡，成志芳.肉类加工用国产刀具的选材及其规范化[J].食品科技，2003，（z1）：383-386.