W18Cr4V挤压杆热处理工艺设计(2)

3）工件有效厚度的确定：

下表为不同形状和尺寸的工件加热计算时的特征尺寸及形状系数表，有此可计算出工件的有效厚度为：

D=直径×形状系数=25×1.0=25mm。

3.2.3所选热处理工艺的目的

（1）锻造W18Cr4V属于莱氏体钢，铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C，大大降低钢的力学性能，特别是韧度。这些碳化物不能用热处理来消除，只能依靠锻打击碎，并使其均匀分布。因此W18Cr4V作为高速钢，它的锻造具有成形和改善碳化物的两重作用，是非常重要的加工过程。为了得到小块均匀的碳化物，高速钢需经反复多次镦拔。高速钢的塑性、导热性较差，锻后必须缓冷。（2）球化退火球化退火的目的是获得满意的可加工性，为淬火作好组织准备，即球化退火可降低硬度，改善切削加工性能和获得均匀的组织，改善热处理工艺性能。W18Cr4V毛坯成批球化退火采用往复球化退火的工艺，这是一种周期退火，目的是加速球化过程。加热温度取860℃，保温温度取740℃，加热温度+保温时间是2～4h，因为冷挤压杆有效厚度为25mm，较小，故取球化退火时间为3h。退火后随炉冷却到550℃后出炉空冷，以减少残余应力，提高切削加工性能。球化退火后的组织为索氏体基体和均匀分布的细小粒状碳化物。

（3）去应力退火去应力退火的目的是消除模具淬火或精加工前的残余应力，避免高速钢在加工过程中出现裂纹。对于精度要求的模具在粗加工之前，常进行600-700℃的去应力退火，时间为2-4h。因为冷挤压杆工作条件苛刻，精度要求高，故采用650℃去应力退火4h的工艺。冷却过程采用随炉冷却到500℃后出炉空冷，减少残余应力。

（4）淬火淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而赋予工件以需要的综合机械性能。

二次预热保温目的：高合金的高速钢导热性差，为防止工件加热时变形、开裂和缩短加热的保温时间以减少脱碳。预热温度分别为550℃（介质为31BaCl2+48CaCl2+21NaCl）和820℃（介质为50BaCl2+30KCl+20NaCl），根据公式可计算加热时间，预热时间为加热时间的2倍。

奥实体化加热温度选择为1260℃。W18Cr4V钢的奥氏体化温度很高，是因为M23C6：900℃开始溶解，1090℃全部溶解；M6C：1037℃开始溶解；MC：1100℃开始溶解，为使奥氏体中合金度含量较高，应尽可能提高淬火温度至晶界熔化温度偏下，淬火后获得高合金的M 组织，具有很高抗回火稳定性；在高温回火时析出弥散的合金碳化物产生二次硬化，使钢具有高的硬度和热硬性。但是高速钢奥实体化温度过高易使晶粒粗大，冷却过程中易变形开裂。

在淬火冷却过程中采用分级淬火。分级淬火是把加热好的工件先投入温度稍高于Ms点的盐浴或碱中快速冷却停留一段时间，待其表面与心部达到介质温度后取出空冷，使之发生马氏体转变。它比双液淬火进一步减少了应力和变形，操作较易。但由于盐浴、碱浴的冷却能力较小，故只适用于形状较简单、尺寸较小的工作。

（5）回火高速钢对热硬性的要求较高，在淬火后，材料里还有大量的残余奥氏体存在，其硬度较低（40～50HRC),后经560℃回火3次，由于回火时残余奥氏体分解及碳化物弥散硬化，硬度可升高到

60～62HRC。进行多次回火，是为了逐步减少残留奥氏体量。回火后的组织为回火马氏体、细颗粒剩余碳化物及少量残余奥氏体。

选用三次回火是因为高速钢淬火后大部分转变为马氏体，残留奥氏体量是20—25%，甚至更高。第一次回火后，又有15%左右的残留奥氏体转变为马氏体。还有10%左右的残留奥氏体，15%左右新转变未经回火的马氏体，还会产生新的应力，对性能还有一定的影响。为此，要进行二次回火，这时又有5—6%的残留奥氏体转变为马氏体，同样原因为了使剩余的残留奥氏体发生转变，和使淬火马氏体转变为回火马氏体并消除应力，需进行第三次回火。经过三次回火残留奥氏体约剩1—3%左右。

W18Cr4V钢球化退火、去应力退火和一级预热之前需进行烘干，防止表面残留水分，导致氧化脱碳。在W18Cr4V钢淬火空冷之后需经过清洗，去除表面残留的盐类，然后烘干，并及时回火。

工艺最后按要求还可选择精加工，在此不作详细叙述。

3.2.4热处理工艺卡片填写

见附表1 热处理工艺卡片。

3.2.5操作过程中的注意事项

3.3热处理设备的选择

①球化退火设备：中温井式电阻炉RJ2-40-9。

②去应力退火设备：中温井式电阻炉RJ2-40-9。

RJ系列自然对流井式电阻炉均有一个井式炉膛，且炉内不设风扇的电阻炉。它主要用于长杆工件在空气介质中加热，或加密封措施用作通保护气体保护加热。

③一级预热（550℃）设备：三相埋入式电极盐浴炉RDM-45-6。 ④二级预热（820℃）设备：三相埋入式电极盐浴炉RDM-70-8。 ⑤奥实体化（1260℃）加热设备：三相埋入式电极盐浴炉RDM-90-135。

埋入式电极盐浴炉的电极从浴槽侧壁插入，埋在浴槽砌

体中。 本淬火分级加热方案中的三种埋入式电极盐浴炉采用相同的炉膛尺寸，均为450×350×700（长×宽×深/mm ），保证了加热过程中夹具的一致性和炉膛的使用率，可提高能源利用率和简化操作。 ⑥一级预冷（600℃）保温设备：三相埋入式电极盐浴炉RDM-45-6。 ⑦二级预冷（230℃）保温设备：外热式电热低温浴炉NS-85-63。 低温盐炉广泛用于马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、工件回火、形变铝合金热处理等。

⑧清洗设备：废水池。

⑨烘干设备：烘箱。

⑩回火（560℃）设备：中温井式电阻炉RJ2-40-9

3.4夹具的设计或选用以及零件的摆布

3.4.1夹具的设计

盐浴炉吊篮井式电阻炉吊篮

夹具为自行设计，均采用吊篮形式。长方体形吊篮适用于盐浴炉，圆柱形吊篮适用于井式电阻炉。长方形吊篮为320X240X250（长X宽X深/mm），圆柱形吊篮直径为400mm，高度为250mm。顶部均采用吊环，可使用行车移动，可将吊篮从顶部竖直放入炉中。吊篮上面向下数第一层和第二层正方形间隙边长为300m，第三层间隙为100m，可方便地将工件放入竖直吊篮中，并不从底部掉出或移动。

3.4.2零件的摆布

零件竖直放入吊篮的正方形间隙中，

并使用吊篮移动和放入炉中。