W18Cr4V钢热处理工艺研究

目录1绪论---------------------11引言----------------------------------21 热处理工艺课程设计的目的 --------------------32 零件的技术要求及选材 ------------------------4 2.1技术要求 -------------------------------4 2.2材料的选择 -----------------------------52.3化学成分及合金元素的作用 ---------------63 热处理工艺课程设计的内容及步骤 -------------8 3.1相变点的确定 ---------------------------8 3.2热处理工艺 -----------------------------8 3.2.1工艺流程 -------------------93.2.2热处理工艺参数的制定 -------------113.2.3所选热处理工艺的目的 -------------14 3.2.4热处理工艺卡片填写 ---------------173.2.5操作过程中的注意事项 -------------18 3.3热处理设备的选择 -----------------------19 3.4夹具的设计或选用以及零件的摆布 ---------223.5组织特点和性能的分析 -------------------234 收获和体会 ---------------------------------285 参考文献 -----------------------------------326 附表1 热处理工艺卡 -------------------------34 1 热处理工艺课程设计的目的热处理工艺课程设计是高等学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。

对W18Cr4V钢的特殊淬火工艺的研究W18Cr4V钢是W系高速工具钢，高速钢的淬火工艺比较特殊：即经过两次预热、高温淬火，然后再进行三次高温回火。

生产中必须严格控制淬火加热及回火温度，淬火、回火保温时间，淬火、回火冷却方法。

如果控制不当，易产生过热、过烧。

萘状断口、硬度不足及变形开裂等缺陷。

油韧性处理可提高该钢的塑性。

第一次预热可烘干工件上的水分。

第二次预热，使索氏体向奥氏体的转变可在较低温度内发生。

高速钢中含有大量难的合金碳化物，淬火加热时，温度必须足够高，才可使合金碳化物溶解到奥氏体中，淬火之后马氏体中的合金元素含量才足够高，钢才会具有高的红硬性。

对高速钢红硬性影响最大的合金元素是W、Mo、及V，只有在1000℃以上时，其溶解量才急剧增加。

当温度≥1300℃时，各元素溶解量虽然还有增加，但奥氏体晶粒则急剧长大，甚至在晶界发生熔化现象，致使钢的强度、韧性下降。

对高速钢来说，合适的晶粒度为9.5～10.5级。

W18Cr4V钢具有高强度、高抗压性、高热稳定性、高硬度及高温硬度，该钢的红硬性很好，耐磨性较好，回火稳定性好，淬硬深度大，其承载能力居各种模具钢之首。

但韧性较差，切削加工性较差，导热性较差，淬火不变形性中等，该钢成本高、制造工艺不佳，热处理工艺复杂，淬火、回火以后的零件变形难以控制。

但在使用中发现该钢脆性较大，易于产生崩刃现象，其主要原因是碳化物不均匀性较大。

高速钢锻造以后必须经过球化退火，有利于切削加工。

返修工件在第二次淬火前也要进行球化退火。

否则，第二次淬火加热时，晶粒将过分长大而使工件变脆。

冷压毛坯软化处理工艺，采用上限温度加热，分段等温，再附加等温回火过程。

高速钢在淬火时要进行两次预热，原因在于高速钢中含有大量合金元素，导热性较差，以免引起工件变形或开裂，特别是对大型复杂工件则更为突出。

通过先预热，可缩短在高温处理停留的时间，这样可减少氧化脱碳及过热的危险性。

淬火温度对该钢的性能影响较大，淬火温度上长升，则耐磨性、抗压性、热稳定性提高，钢的韧性随温度的下降而增高。

W18Cr4V热处理工艺W18Cr4V高速钢被广泛应用于刀具、模具、冲模、金属切削工具等领域，因其高硬度、高耐磨、高韧性和高耐热性。

为了发挥W18Cr4V高速钢的最大性能，需要采用适当的热处理工艺。

本文将介绍W18Cr4V高速钢的热处理工艺。

1. 退火在退火处理前，W18Cr4V高速钢应先去暴，去掉表面氧化层和碳化物层。

退火温度一般在800℃至900℃之间，保温时间为1至2小时，然后采用炉冷或空冷方式冷却。

此时的钢材结构为球状奥氏体和少量回火组织。

退火处理可以消除钢材加工硬化和初始应力，使其具有较好的韧性和可加工性。

同时，球状组织也有利于提高钢材的强度和延展性。

2. 空冷淬火在无法进行淬火的低温或特殊情况下，可以采用空冷淬火方式来获得较高的硬度和耐磨性。

在750℃至800℃左右加热，保温1至2小时，然后空气冷却。

空冷淬火后的组织为混合贝氏体和少量残余奥氏体，硬度可达到63-64 HRC。

3. 常规淬火4. 回火常规淬火后的钢材硬度太高，易出现脆性断裂现象，需要进行回火处理来降低硬度，提高韧性。

回火温度一般在520℃至560℃之间，保温时间为1至2小时，然后自然冷却。

回火温度越高，韧性越好，而硬度和耐磨性逐渐降低。

典型的回火温度为540℃左右，此时硬度约63-64 HRC。

总之，W18Cr4V高速钢的热处理工艺需要根据具体材料、用途和要求来选择合适的工艺，以达到最佳的性能。

同时，注意热处理过程中要控制好温度和时间，避免产生裂纹、变形和机械性能下降等不良现象。

W18Cr4V钢制三面刃铣刀的分级淬火工艺三面刃铣刀是机械行业广泛使用的普通刀具，要求具有高的硬度和热硬性，由于刀体大、形状较复杂，淬火时易开裂。

而采用多次预热和多次分级淬火，并及时回火，能减少刀具开裂倾向。

其热处理工艺简介如下：（1）预热预热主要是为了消除应力，以减少变形和开裂，缩短高温加热时间。

第一次预热在井式炉中进行，预热时间按1.5～2.0min/mm计算；第二次预热在中温盐浴炉中进行，预热时间为高温加热2倍，预热温度为840～860℃。

（2）加热加热在高温盐浴炉中进行，加热温度为1270～1280℃，淬火高温加热应使碳化物溶解适当，使奥氏体中有足够的碳含量与合金元素含量，以保证高的热硬性。

同时，还应留有一定数量的未溶碳化物。

这样一方面增加刀具的耐磨性，另一方面阻止晶粒长大，防止过热。

由于三面刃铣刀截面变化大，有尖角，有键槽，且原材料存在着严重的碳化物偏析，所以加热温度不宜太高，一般取中上限温度较好。

淬火温度根据同炉号同规格试样的晶粒度确定，加热时间按10～15s/mm计算。

（3）冷却三面刃铣刀高温加热后不宜用油冷，大部分生产单位用一次分级淬火工艺，即480～560℃×10～15s/mm中性盐浴分级冷却后空冷。

而有些生产单位采用两次分级冷却法，即在上述第一次分级冷却后，马上转入250～280℃空气炉中进行第二次分级冷却，分级冷却时间约为第一次分级冷却时间的1.5～2倍，出炉后空冷。

空冷至约70℃（即不带手套能短时间抓住工件），及时回火。

第二次分级冷却能进一步减少热应力和组织应力，减少变形和开裂倾向，特别适用于形状复杂、材质差的大型刀具。

W18Cr4V钢三面刃铣刀的晶粒度控制在9.5～10级较好。

（4）回火从马氏体内析出弥散的碳化物，提高了马氏体硬度，残留奥氏体在回火过程中转变成马氏体，同时析出碳化物，使得回火后硬度比淬火后硬度提高2～4HRC；通过550～560℃×1h×3次硝盐浴回火，应力得以消除，综合力学性能提高，尺寸趋于稳定。

高速钢热处理工艺参数的相关设计引言：高速钢组织中含有大量高硬度的碳化物，同时具有高强度以及高耐磨性，但是由于受到热处理工艺的限制，从而使高速钢的应用仅仅限于在刀具制造业中，采用高速钢制造的冷冲模，其工作寿命比较长，并且精度相对较高。

本文就对高速钢热处理工艺中的相关参数设计进行设计，并研究其性能。

高速钢的耐磨性以及硬度与残余奥式体含量有着密切关系，已经有相关研究表明，残余奥式体含量的高低直接影响高速钢的性能。

一般情况下，高速钢的常用材料为w18cr4v，所以，研究高速钢的热处理工艺，实际就是研究材料w18cr4v的热处理工艺参数，对其参数进行相关优化，能够降低加工成本，提高经济效益，对模具产品的制作过程有着重要意义。

一、高速钢介绍高速钢（high speed steels）也称之为锋钢，是一种具有高硬度、高耐热性以及高耐磨性的工具钢。

最先是由美国的f.w泰勒以及m.怀特在1898年制造出来的，工艺性能、强度以及韧性配合较好。

所以，通常被用来制造比较复杂的耐冲击的金属刀具、薄刃以及冷挤压模具等。

主要的优点就是能够避免熔炼生产导致的碳化物偏析，从而引起的机械性能的降低以及热处理变形等。

高速钢的热处理工艺比较复杂，需要经过退火、淬火、回火等一系列过程，因此，在进行高速钢的热处理工艺时应设计合理的参数以及工艺方案。

二、高速钢的热处理工艺参数设计不同的淬火以及回火温度都会影响高速钢的硬度以及耐磨性，因此，为了能够提高速钢的耐磨性以及硬度，必须对热处理工艺参数进行准确设计。

（一）热处理工艺对材料w18cr4v进行热处理时，工艺流程为：采用1250℃-1350℃进行淬火，采用560℃-580℃进行回火，需要三到四次。

材料w18cr4v 中的主要化学成为c、mo、w、cr以及mn 等，采用铁磁性对残余奥式体进行含量的测定，热处理主要是采用高温箱式电阻以及热炉，将温度控制在100℃-1100℃，控温范围±5℃；加热淬火温度的处理通常设置为1100℃，1150℃，1250℃；最后进行回火处理。

W18Cr4V钢热处理工艺研究【论文摘要】W18Cr4V高速工具钢俗称高速钢或锋钢,合金元素总量超过10%Me。

通过研究发现，其热处理范围较宽淬火不易过热，热处理过程不易氧化脱碳，磨削加工性能较好。

具有良好的红硬性,在切削零件刃部温度高达600℃时,硬度仍不会明显降低。

对W18Cr4V钢进行热处理，能够优化其各方面的性能，使其适用于制作一般的高速切削刃具（如车，平刨刀，拉刀，丝锥等）。

【论文关键词】W18Cr4v；高速钢；热处理；退火；回火；淬火。

【W18Cr4V钢的性能及用途】W18Cr4V高速工具钢俗称高速钢或锋钢,合金元素总量超过10%Me。

具有良好的红硬性,在切削零件刃部温度高达600℃时,硬度仍不会明显降低。

因此,高速钢刃具能以比低合金工具钢高得多的切削速度加工车刀、铣刀、高速钻头等工具零件。

以绩效而言，W18Cr4V是全方位钢种，在热硬性要求不最重要的情况下可被用于切削方面。

W18Cr4V也适用于冷间的应用，举例来说在工具用来作冲孔、成形、冲压、及其它。

W18Cr4V钢中的合金元素高速钢W18Cr4V中的主要合金元素有钨、铬、钒等,而碳平均质量分数一般为(0.70%～1.50%)C。

高碳含量是保证与钨、钼等合金元素形成大量的合金碳化物,阻碍奥氏体晶粒长大,提高回火稳定性;另外在加热时使奥氏体含一定量的碳,淬火得到的马氏体有较高的硬度和耐磨性。

钨是使高速钢具有较高红硬性的主要元素,钨在钢中主要以Fe4W2C形式存在,加热时部分溶人奥氏体中,淬火时存在于马氏体中,使钢的回火稳定性得以提高。

560℃回火时,钨会以弥散的特殊碳化物形式出现,形成了“二次硬化”现象。

加热时部分未溶的Fe4W2C则会阻碍奥氏体晶粒长大,降低过热敏感性和提高耐磨性。

合金元素钼的作用与钨相似,一份钼可代替两份钨,而且钼还能提高韧性和消除第二类回火脆性。

但是含钼较高的高速钢脱碳和过热敏感性较大。

铬在高速钢中的主要作用是提高淬透性、硬度和耐磨性。

W18Cr4V高速钢处理研究（南湖机自三班蒋嵩 24111900279）高速钢W18Cr4V是一种高合金工具钢,钢中含有钨、钼、铬、钒等合金元素,其总量超过10%.特点是红硬性和耐磨性高,淬透性好,并且具有一定的韧性,因而在实际生产中常用来制造刃具和冷作模具.我们在产品使用中发现,决定其使用寿命的主要因素是锻造和热处理工艺的合理制定.1W18Cr4V钢的性能特点1.1化学成分特点表1W18Cr4V钢的的化学成分(质量分数)(%)C W Cr V Mo Si0.70~0.8017.50~19.003.80~4.401.00~1.40≤0.30≤0.40W18Cr4V钢的化学成分见表1.在钢中,碳的质量分数为0.70%~0.80%,它一方面要保证能与钨、铬、钒形成足够数量的合金碳化物,又要有一定的碳量溶于奥氏体中,使淬火后获得碳含量过饱和的马氏体,以保证高硬度和高耐磨性,以及良好的热硬性.钨是使高速钢具有热硬性的主要元素●W18Cr4V高速钢特性及适用範圍：是使用最廣泛的鎢系通用型高速鋼，硬度、紅硬性及高溫硬度較高，易于磨削加工。

适用作工作溫度在600℃以下仍能保持切削性能的刀具，如車、刨、銑、鉸、拉刀、鑽頭、各種齒輪刀具及絲錐、闆牙等，适于加工軟的或中等硬度(300～320HB以下) 的材料。

及制作高溫耐磨機械零●W18Cr4V高速钢化學成份：碳C ：0.70～0.80(答應偏差:±0.01)矽Si：0.20～0.40(答應偏差:±0.05)錳Mn：0.10～0.40(答應偏差: 0.04)硫S ：≤0.030磷P ：≤0.030鉻Cr：3.80～4.40(答應偏差:±0.05)鎳Ni：答應殘餘含量≤0.30銅Cu：答應殘餘含量≤0.25釩V ：1.00～1.40(答應偏差:±0.05)钼Mo：≤0.30(答應偏差:尺寸≤6,±0.05;尺寸＞6,±0.10)鎢W ：17.50～19.00(答應偏差:尺寸≤10,±0.10;＞10,±0.20)●W18Cr4V高速钢力學性能：硬度：交貨硬度:(其他加工方法)≤269HB; (退火)≤255HB。

W18Cr4V热处理工艺W18Cr4V钢为W系高速钢，是在T8A钢的基础上主要加入W、Cr、V元素形成的，W18Cr4V钢常用来制造高速切削，也可以用来制造冷作模具。

⒈W18Cr4V钢的特性⑴、由于W18Cr4V钢中加入大量W、Cr、V元素，使Fe-C相图中的ES线上升并左移，所以钢中出现大量的共晶莱氏体碳化物，其组织形态有布直接影响钢的性能及使用。

故W18Cr4V钢需经反复锻造加工，使其组织中出现的铸态鱼骨状共晶碳化物碎裂成细小的碳化物颗粒，并呈弥散分布，才能使用。

⑵、W18Cr4V钢中加入Cr元素，主要是提高钢的淬透性，固溶于基体强化基体组织，并改善钢的回火稳定性；同时形成Cr的碳化物作为钢中的强化相。

⑶、W18Cr4V钢中加入W、V元素主要是形成碳化物，作为钢中的强化相，提高钢的强度、硬芳与耐磨性；同时细化晶粒，改善钢的韧性。

尤其是V元素细化晶粒作用较强。

⑷、W18Cr4V 钢在奥氏体化时，W、V元素可随时其碳化物少量地固溶于奥氏体中，进一步提高钢的淬透性，同时冷却后存在于基体组织中，强化基体组织和提高钢的回火稳定性。

⑸、W18Cr4V钢中加入大量的C、W、Cr、V元素，会使MS线（马氏体相变开始点）下移，淬火后组织中存在大量的残余奥氏体，在经回火冷却时会转变成马氏体，即出现二次淬火现象。

而淬火组织中的马氏体因溶有大量的W、Cr、V元素，使其保持相当稳定。

在270℃回火时才有碳化物ε相析出，至400℃，碳化物ε转变为Fe3C相并进行聚集，此时马氏体硬度下降。

回火温度升至400℃以上，开始生成特殊碳化物，400℃至500℃，主要析出铬的碳化物。

500℃至600℃，部分Fe3C重新溶解而自回火马氏体中开始析出弥散度很高的碳化物W2C和VC，使硬度回升，即出现二次硬化现象。

由于回火马氏体中溶有大量的W、Cr、V元素，使回火马氏体保持较高的硬度，而析出的碳化物聚集的速度较缓慢，因而会产生显著的红硬性。