D6鋼制大圓刀片熱處理工藝

趙步青，胡會(huì)峰

(安徽嘉龍鋒鋼刀具有限公司，安徽 馬鞍山 243131)

D6鋼系美國牌號(hào)，類屬Cr12系列，是廣泛應(yīng)用的冷作模具鋼，熱處理得當(dāng)，亦是刀具的理想材料，它是高碳高鉻類型的萊氏體鋼。該鋼有很高的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理畸變小。由于該鋼含碳量極高(>2.0%)，所以沖擊韌度不高、脆性大，而且易形成不均勻的共晶碳化物，變形呈多向性且不規(guī)則，這是組織不良的主要缺點(diǎn)。D6鋼中存在大量的鉻元素，主要形成(Cr·Fe)7C3型碳化物，而滲碳體碳化物極少。淬火加熱時(shí)碳化物大多溶入奧氏體，得到高硬度的馬氏體，回火時(shí)馬氏體析出大量的彌散碳化物。鋼中加入W，提高了鋼的耐磨性，形成一定的二次碳化物。由于W的熔點(diǎn)高，可承受較高的淬火溫度，不易過熱，同時(shí)降低了鋼的脫碳敏感性。加入少量的Si，對D6鋼的高溫硬度、紅硬性都是有利的。

以下簡介D6鋼的制圓刀片熱處理工藝。

1 D6鋼的主要成分及退火

D6鋼的主要成分見表1[1]，為便于比較，也將Cr12鋼成分列入其中。

表1 D6鋼和Cr12鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

從表1可以看出，D6鋼是在Cr12鋼成分的基礎(chǔ)上加入少量的W和Si，但含C量有點(diǎn)下調(diào)，有利于提升綜合力學(xué)性能。

D6鋼制圓刀片一般都要經(jīng)改鍛，鍛后退火有兩種工藝：普通退火工藝為870～890 ℃×(2～4) h，以≤20 ℃/h冷卻速度冷卻至550 ℃以下出爐空冷；另一種等溫退火工藝為870～890 ℃×(2～3) h，爐冷至720～740 ℃×(3～4) h，以≤20 ℃/h冷卻速度冷至550 ℃以下出爐空冷，退火后硬度為217～255 HBW。

2 D6鋼鹽浴熱處理工藝

D6鋼制大圓刀的規(guī)格：外徑φ200～φ400 mm，厚度5或10 mm，內(nèi)孔φ145～φ254 mm,硬度要求62.5～64 HRC，熱處理畸變：平面度≤0.15 mm、垂直度≤0.10 mm。成品刀片精度要求非常高：平面度≤0.002 mm、垂直度0.005 mm，一般刀具廠看到如此高的精度要求，大多望而卻步，但我們嘉龍做到了。鹽浴熱處理工藝：去應(yīng)力→預(yù)熱→加熱→冷卻→壓平→清洗→回火→檢驗(yàn)。

D6鋼淬火后硬度與淬火溫度的關(guān)系見表2。采用210 ℃硝鹽分級(jí)后空冷，測其室溫后的硬度。

表2 D6鋼淬火硬度同淬火溫度的關(guān)系

從表2可以看出，D6鋼在940 ℃左右淬火，硬度最高，隨著淬火溫度的提高，組織中殘留奧氏體增多，淬火硬度逐漸下降。D6鋼片960 ℃淬火后的金相組織如圖1所示，共晶碳化物大塊且有棱角，細(xì)粒狀殘余碳化物較粗大，數(shù)量較多，隱針馬氏體和殘留奧氏體很難分辨清楚。

D6鋼960 ℃淬火后回火溫度對硬度的影響見表3。

表3 回火溫度對D6鋼硬度的影響

3 D6鋼制φ249 mm×5 mm×170 mm(內(nèi)孔)鹽浴淬火實(shí)況記錄

圖1 D6鋼淬火金相組織 500×Fig.1 Microstructure of D6 steel after quenching 500×

D6鋼制φ249 mm×5 mm×170 mm(內(nèi)孔)鹽浴淬火步驟如下：

1)綁扎。說起來挺簡單，但很有學(xué)問。用5～6股22#細(xì)鐵絲(直徑大約φ0.5 mm)綁扎，切不可用粗鐵絲。細(xì)鐵絲在高溫加熱時(shí)，它緊貼在刀片表面，在加熱和隨后的進(jìn)出爐過程中，刀片不會(huì)晃動(dòng)，是面接觸，而單根粗鐵絲跟刀片是點(diǎn)接觸，刀片在提起和放下過程中肯定會(huì)擺動(dòng)，加大畸變。雖不能說細(xì)節(jié)決定成敗，但用細(xì)鐵絲綁扎，確實(shí)管用[2]。

2)去應(yīng)力。工藝為450～500 ℃×3 h，在井式爐中進(jìn)行。

3)加熱。工藝為965 ℃×200 s。爐中放2串，每串3件。

4)冷卻。硝鹽浴分級(jí)溫度為222～226 ℃，保持12 s，淬火硬度64.5 HRC，淬火晶粒度10.5～11級(jí)。

5)壓平。從硝鹽槽提出后迅速清洗表面鹽漬，剪掉鐵絲，放到液壓機(jī)上壓平，利用馬氏體相變超塑性的原理，變形不多，極易校直。當(dāng)疊加到50片后換另一臺(tái)壓機(jī)。

6)清洗。待壓機(jī)上的刀片冷卻到室溫后在熱水中清洗干凈。

7)夾直回火。根據(jù)淬火后的金相及硬度，選用200 ℃×2 h回火工藝，回火2次，回火后實(shí)測硬度64～64.2 HRC。

8)檢驗(yàn)?；鼗鸷髾z查硬度、金相及畸變，合格率100%。

9)深冷處理。根據(jù)刀片的實(shí)際使用情況，精度要求非常高，雖經(jīng)兩次回火，組織中仍存有不少殘留奧氏體，我們經(jīng)-100～-120 ℃×1 h的深冷處理，硬度上升0.8～1.2 HRC。

4 結(jié)語

D6鋼制大圓刀經(jīng)965 ℃鹽浴加熱、210～220 ℃硝鹽分級(jí)淬火和200 ℃×2 h回火2次，回火硬度為64～64.2 HRC，精磨之前增加深冷處理，尺寸更加穩(wěn)定，外商滿意，已投入批量生產(chǎn)。