热处理工艺对高速工具钢组织性能的影响

　　高速工具钢简称为高速钢，是特殊钢经过特殊热处理可以获得高硬度(HRC60以上)和高耐磨性的耐热耐磨钢类，其主要用于制造各种机床的切削工具、航空高温轴承及特殊耐热耐磨零部件等。带钢热轧机上的轧辊即为高速钢复合轧辊，辊套采用高速钢材料，与高铬铸铁轧辊相比，高速钢复合轧辊的力学性能已显示出明显的优势。但由于高速钢复合轧辊工作层的基体上通常分布着组织粗大、脆性高的碳化物，导致辊面的硬度和热疲劳性能不佳，耐磨性较差，使用寿命较短，换辊频度上升，加上成本因素综合考虑，仍不能完全取代高铬铸铁轧辊。针对上述问题，本文开展了影响高速钢组织与性能的研究，对加入钒、铌等合金元素的轧辊用高速钢试件进行了淬火与回火热处理试验，分析了淬火温度、回火温度对高速钢硬度的影响，并通过金相组织显微观察和能谱分析，研究了高速钢中碳化物的主要类型，制定了能获得更多颗粒状弥散分布碳化物的热处理工艺参数，进而为高速钢复合轧辊的实际生产提供了依据。

　　实验材料为含钒、铌的高速钢，其化学成分(质量分数，%)为：3.0V，2.0Nb，3.0W，3.0Mo，5.0Cr，0.8C。试样是在真空条件下用感应电炉熔炼，然后在卧式离心机上采用内衬树脂砂的金属模离心铸造φ120mm×140和φ80mm×140mm的试件。铸态试件用线切割机切割成小块的条状试样。将条状试样在不同温度(950、1000、1050、1100、1150和1200℃)下保温1h后油淬，冷却至室温。淬火后的试样分别进行不同温度(500、520、540、575和600℃)保温2h的二次回火试验。

　　轧辊用高速钢中加入V、Nb元素后，可促进颗粒状碳化物MC的生成，改善碳化物的形状、大小和分布。当V、Nb含量较少时，弥散颗粒状碳化物的数量较少，菊花状碳化物大量生成；当V、Nb含量达到5%左右时，生成的弥散颗粒状碳化物较多，此时高速钢的硬度可达到最大值；若V、Nb含量过大，基体中的弥散颗粒状碳化物数量减少，生成的碳物粗大，反会降低高速钢的力学性能。高速钢的更佳淬火温度为1100～1150℃，在此温度下淬火，硬度可达69HRC。淬火温度高于1000℃，高速钢淬火后得到的硬度都相当高，但超过1150℃，随淬火温度的升高，硬度值又会显著下降。高速钢的二次回火更佳温度为500～525℃，此时轧辊用高速钢出现二次硬化峰68.5HRC。回火尽管没有改变碳化物的类型，但对碳化物的大小、分布、体积分数以及基体的性能影响很大，改善了碳化物的沿晶分布，析出的MC型碳化物晶粒细小，分布均匀，纤维状减少而棒状增加。所研究的含V、Nb的轧辊用高速钢，其碳化物主要类型有：M7C3、M6C和MC等，呈菊花状、长条状和颗粒状分布。