七、高速钢刀具打的变形开裂及防止措施淬火变形是钢淬火必然产生的客观规律。

高速钢刀具在热处理过程中经常遇到变形开裂的问题，尺寸较大、形状较复杂的刀具及细长的刀具尤为突出（前者易开裂，后者易变性）。

现在仅将生产过程中遇到的刀具变形、开裂情况及防止措施，结合典型刀具为例作一些说明。

【高速钢刀具产生变形开裂的原因】高速钢刀具产生变形开裂，主要是受到组织应力和热应力的影响。

1、组织应力的影响刀具在加热和冷却过程中发生各种组织转变，由于钢中各组织的比容不同，因此在相变时发生体积变化。

尤其是高速钢，淬火冷却胡得到高合金度的马氏体组织，马氏体的比容大，使刀具淬火后体积膨胀。

另一方面，由于刀具具有复杂的几何形状，加热和冷却是的组织转变非同时进行，一些尖角的地方容易引起应力集中，导致刀具变形开裂。

影响组织应力大小的因素很多，如加热温度、冷却方法等。

要减小组织应力，主要是在热处理中设法调节马氏体。

奥氏体和贝氏体的相对量，这与淬火方法（油淬分级及等温淬火）直接有关。

2、热应力的影响热应力是刀具在加热和冷却是产生内外温差所引起的。

由于工件表里各种存在温差、造成热胀冷缩的不一致。

高速钢的导热性较差，更加剧热应力的作用。

故对一般易裂易变性的刀具应采用多次预热、多次分级、甚至等温的工艺。

3、原材料碳化物偏析导致变形开裂生产实践中由于碳化物的不均匀性，是工具沿碳化物集中处开裂。

例如铣刀、剃齿刀等刀具的内孔开裂，多数是上述原因所导致的。

4、淬火前刀具内部存在较大的应力在处理过程中易引起变形开裂。

例如薄形锯片铣刀在处理前先消除应力，处理后能减少变形。

5、淬火温度过高使钢材强度大大下降，因此在加热和冷却过程中容易发生变形与开裂。

实践经验证明，凡刀具有过热、过烧现象，则刀具变形就大（如车刀、钻头之类），容易引起开裂（如铣刀、滚刀之类）。

6、冷却过快在热应力和组织应力的复杂作用下，易引起变形开裂。

同样，加热过快也易引起变形开裂。

高速钢具有极好的淬透性，只有在600℃以后缓慢的冷却都不妨碍刀具的硬度和其他切削性能。

例如：我厂在处理组合铣刀时（较大，需加热10~15分钟），由于等温硝盐水份过多，冷却过快，致使组合铣刀全部发生开裂。

7、回火不当所引起的变形开裂大型刀具虽然在淬火过程中不发生开裂，但是回火过程中亦易开裂（参阅高速钢的回火）。

例如：一次，我厂在处理大得指形铣刀时，开裂即在回火炉中发生，因此后来我们规定大型刀具的回火采取低温入炉，缓慢升温。

对于细长刀具（如拉刀），最好作垂直拉状进行回火。

8、水冷处理会使大型复杂的刀具发生开裂我厂曾对剃齿刀淬火进行冰冷处理（-70℃），结果发生开裂；如回火一次后进行冰冷处理，也有开裂。

因此对于剃齿刀来说，冰冷处理只能在二次回火后进行。

9、清洗过早易引起开裂我厂在处理一些成型铣刀及粗直径（φ40以上）拉刀时，由于工件未冷至室温而过早的清洗，结果在刀具的键槽处（如成型铣刀）及中心孔处（如拉刀）发生开裂。

对于较大的刀具应该采用及时回火（淬火后冷至100℃左右立即回火）。

10、刀具加热时放置不合理易引起变形根据我厂实践经验，扎铁丝作垂拉状加热比插架加热好，不易引起变形。

11、其他如设计不合理（多尖角、厚薄悬殊），造成应力集中；表明脱碳；回火不足；重复淬火不经中间退火；材料疏松等均易引起开裂。

下面我们通过一些实例来介绍防止刀具变形开裂的具体方法。

（一）减少锯片铣刀（图2-11）平面弯曲的工艺材料：W18Cr4V规格：φ230×4毫米技术要求：（1）硬度：HRC63~66（2）平面弯曲：不大于0.15毫米处理前加工情况：反复锻造成饼状再行锯开。

碳化物不均匀度≤5级热处理工艺：1、在淬火前先作500~520℃消除内应力处理，保温4~6小时。

2、淬火回火锯片淬火回火工艺见图2-123、工艺说明锯片铣刀热处理主要问题是平面弯曲难以达到技术要求，这里热应力对弯曲变形引起了很大的影响，为此工艺中采取了如下措施：（1）消除处理以前的加工应力，有利于减少淬火弯曲变形。

（2）采用多次预热和多次分级冷却的方法，降低热应力。

特别在800℃左右的短时分级（20秒左右）对减少冷却时刀具内外温差和降低热应力引起了很大作用。

（3）采用较低的淬火温度，以增加淬火钢的强度使有利于减少变形。

（4）回火中用夹具压紧。

回火前先按弯曲方向一致重叠用压板压紧，回火后趁热再行施压（如图2-13所示）。

（5）操作应平稳，用“T”形架垂挂加热和冷却。

锯片铣刀采用上述工艺后，对于减少变形有显著的效果，绝大多数能达到技术要求，少数不合格者，可以用反击法校直进行挽救。

（二）减少组合丝锥螺距伸长的工艺材料：W18Cr4V钢规格：长100~150毫米，直径5~20毫米左右，有锥度。

技术要求：（1）硬度：刃部HRC63~66，柄部HRC30~52（2）变形：偏摆≤0.15毫米（3）螺距伸长：每1000毫米，升长值应小于2毫米处理前加工情况：棒料割断加工，碳化物不均匀度≤3级。

热处理工艺：1、淬火回火组合丝锥淬火回火工艺见图2-14.2、处理采用冰冷处理或稳定化处理。

3、工艺说明组合丝锥是加工圆板牙内螺孔的二类工具，形状如丝锥铰刀（上面有螺纹）。

如按常规处理（不等温），每1000毫米其螺距伸长值要超过2毫米，弯曲变形也大，且切削时有崩齿现象。

同时在使用过程中发现螺距也起了变化。

为此采用贝氏体淬火工艺，时过冷奥氏体部分转变为贝氏体，减少组合丝锥变形的主要矛盾即组织应力，防止体积变形。

为了保证弯曲变形合格，可在等温后进行热校直，弯曲大的，可采用回火后的热校直。

因为等温后残余奥氏体较多，有利于第一次回火后的热校直。

为了保证组合丝锥使用过程中尺寸稳定，采用在四次回火后的稳定化处理，即在370℃左右保温6~8小时，亦可在淬火后进行病理处理（我厂经常用第一种方法）。

最后进行柄部处理：即在900℃左右加热（8~10秒／毫米），而后与200℃硝盐中冷却，使柄部硬度达到HRC30~52.采用上述工艺后，能达到技术要求。

（三）剃齿刀（图2-15）减少内孔开裂及使用中内孔变形的工艺材料：W18Cr4V钢规格：以直径240毫米的剃齿刀为例。

技术要求：硬度HRC63~66成品内孔公差：B级-------8~13微米（生产）A级-------5~8毫米热处理前加工情况：反复锻打后碳化物不均匀度≤4级。

热处理工艺：1、淬火回火剃齿刀淬火回火工艺见图2-16。

2、处理560℃四次回火后稳定化处理：370℃保温6~8小时或560℃二次回火后冷处理（-70℃，4~6小时），然后再回火二次（冰冷处理适用于夏季）。

3、工艺说明剃齿刀早热处理中经常出现三个问题，即键槽涨大、内孔开裂以及使用过程中随着放置时间增长而使内孔涨大。

内孔开裂多数是由于剃齿刀中心处的碳化物不均匀性严重引起的。

因为剃齿刀材料较粗，其中心处的碳化物不均匀性在锻造中难以消除。

内孔涨大是由于热处理后存在的较多残余奥氏体在使用过程中发生了转变所引起的。

以上都是由于组织应力导致变形开裂的原因。

为此在热处理工艺上应采取以下措施：（1）为了防止七内孔开裂，采用稍低的淬火温度，以增加刚才的强度，并且用多次预热、多次分级、最后等温的方法，尽量降低钢材的热应力和组织应力。

等温后冷至150℃左右及时回火也有防止开裂的一个步骤。

（2）回火过程中，采用低温入炉（＜500℃）、缓慢升温、回火后缓慢冷却的方法，防止回火过程中可能引起的开裂。

（3）为了防止剃齿刀在热处理过程中发生键槽涨大，我们除了采用上述措施，还在淬火夹具上作了改进（见图2-17），用半圆形架子增加刀具内孔与夹具的接触面，放置剃齿刀时，把键槽放在下面，不使键槽在侧面，以防止加热时被拉长。

（4）为了防止使用过程中发生内孔涨大，在等温处理后采用四次回火（硝盐炉），最后进行稳定化处理。

在夏季二次回火后进行冰冷处理，然后再补充回火二次。

我们知道反复多次回火能减少残余奥氏体；而稳定化处理的目的，却是使在反复回火中不能转变饿极少量的残余奥氏体稳定下来，不让它在工具使用中发生转变，保证精度。

冰冷处理的目的，则是促使残余奥氏体的转变，以提高回火质量。

夏季室温高，工件又难冷至室温，反复回火对残余奥氏体的转变不利，从金相上反映，夏季易出现回火不足的现象。

我厂对剃齿刀内孔变形进行过实验，目前采用的稳定化处理工艺，已经历一年多时间的考验，证明能保持剃齿刀内孔变形达到技术要求。

（四）减少大型刀具开裂的工艺材料：W18cr4v钢规格：一直径220×67毫米组合铣刀为例热处理前加工情况：经锻打后，碳化物不均匀度≤6级技术要求：硬度HRC63~66热处理工艺：第一次预热：500~550℃，120分（箱式炉）；第二次预热：800~820℃，12分2次。

加热：1200~1265℃，12分→空冷20秒左右。

第一次分级：580~620℃，10分→空冷1分左右第二次分级：350~400℃，10分。

等温：240~280℃，120~180分缓冷至150℃左右及时回火第一次回火：560℃，60分→260~280℃，120分。

静置空气中缓慢冷却；第二、三、四次回火：560℃，60分3次。

操作要领：（1）预热时间必须充分；（2）高温炉须经脱氧后淬火，防止脱碳；（3）进入高温炉1分钟后在升温，升温应缓慢，采取较小的电流，加热温度应严格控制；（4）工件在预热及加热的入炉和出炉前后，必须在盐浴中上下运动1分钟左右；冷却是亦应在冷却剂中上下运动1~2分钟，使内部温度均匀；（5）等温和分级，硝盐浴内应无水份；（6）第一次回火前的工件温度，应在150℃左右；（7）第一次回火最好在400℃入炉，保温30分钟，然后缓慢升温。

其他几次回火，入炉温度应控制在500℃以下，然后缓慢升温；（8）回火冷却应缓慢，最好放在铁筒中静置空冷；（9）回火结束冷透后才可清洗。

上述工艺采用了二次贝氏体淬火，使大型的组合铣刀能达到技术要求。

一般大型刀具只采用一次贝氏体淬火，即能防止开裂（如剃齿刀）。