CN105525230A - 一种用高速钢W18Cr4Nb为材料的刀具制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用高速钢W18Cr4Nb为材料的刀具制造方法。本发明属于机械加工技术领域，加工流程为：铸造毛坯—退火处理—粗车—精车—淬火+回火处理—表面处理—精磨抛光处理。本发明的刀具硬度高，热稳定性好，耐磨性强，而且抗疲劳性能好，在热处理中采用碳氮共渗处理，使得刀头具有高的疲劳强度，并且改善了耐腐蚀性，而且加工工序简单，成本低廉，机械性能有了大幅度的提高，切削加工性能也更好了。最后采用精磨抛光使得刀头的摩擦性好，发热少，使用寿命延长。因此常用做钻头、铰刀、拉刀、以及各种齿轮道具和各种成形刀具。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，涉及刀具及其材料。尤其是一种用高速钢W18Cr4Nb为材料的刀具制造方法
背景技术
一般在刀具加工中，其加工材料多采用硬度高的硬质合金，PCD或者陶瓷材料等，但硬质合金有三种类型，即P类，适宜加工黑色金属，M类适用加工长企鹅削或者短切削金属，K类适用于加工短切削或者非金属金属。可见此种材料的加工范围小，而且其抗弯强度低，不能承受较大的冲击载荷，因此只适合一些简单刀具；PCD虽然其硬度和耐磨性极好，但是其韧性和抗弯强度很差，热稳定性也不好，当温度达700℃左右时就失去其硬度；而陶瓷材料虽然有很高的硬度和耐磨性但其断裂韧度和制造工艺差，而且每种陶瓷材料的应用都受到了限制，比如氧化铝系陶瓷刀具不能加工铝合金，钛合金氮化硅系陶瓷材料一般只加工铸铁和高温合金，不能切削钢材。而且以往的加工方法都是普通的热处理，或者加工精度不高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种用高速钢W18Cr4Nb为材料的刀具制造方法。
本发明设计了一种以高速钢W18Cr4Nb为材料的刀具加工制造方法，其材料主要包括了下列元素的百分比含量：Cr4.4％-5.7％，C0.53％-0.70％，W15.2％-17.8％，Nb1.3％-1.7％，S<0.25％，Mo<0.3％，其它成分为铁及其杂质。优选Cr4.5％-5.4％，C0.54％-0.65％，W15.9％-17.1％，Nb1.5％-1.6％，S<0.25％，Mo<0.3％，其加工工艺关键技术如下：(1)铸造刀具毛坯：采用金属型铸造工艺，首先对金属型进行预热，预热温度为400-420℃，并且在金属型腔工作表面喷涂涂料，防止金属液和型壁直接接触，保持浇注温度为:800-830℃,(2)经上述铸造的刀具毛坯进行均匀化退火，使其加热到900-1000℃保温8-10h然后随炉缓冷到400℃，再空冷，(3)对刀具毛坯进行粗加工，去除余量使其公差等级保持在IT11-IT12，表面粗糙度为Ra＝40-12.5μm，再进行精加工，公差等级为IT7-IT8表面粗糙度为Ra＝1.25-2.43μm，(4)对精加工后的刀具毛坯进行热处理，即采用分级淬火和高温回火，将加热到奥氏体化后的工件淬入温度为马氏体的转变温度，即：750-770℃附近的淬火介质中，使得刀具和心部分别以不同的速度达到淬火介质温度，待表面温度一致时再取出空冷，回火温度为510-550℃，硬度为56-59HRC，使得刀具的强度、塑性、韧性等综合性能提高，(5)碳氮共渗处理，温度控制在820-860℃，保温2.1-4.7h，缓慢冷却，渗碳深度为0.9-1.2mm，从而使得刀具具有高耐磨性和抗咬合性，(6)对碳氮共渗处理后的刀具进行超声波抛光处理，即将刀具放在磨料悬浮液中，然后将工件和悬浮液置于超声波场中，通过超声波的震荡作用，使磨粒在高速下撞击刀头表面，使刀头的微凸起被切削掉，使工件表面磨削抛光将且刀尖磨成一段圆弧。加工精度达0.01-0.02mm，表面粗糙度达到0.8-0.1μm，超声波在250000-29000Hz范围内。
本发明优点在于：制备了一种刀具用材料高速钢W18Cr4Nb，其特征在于包括了下列元素的百分比含量Cr4.4％-5.7％，C0.53％-0.70％，W15.2％-17.8％，Nb1.3％-1.7％，S<0.25％，Mo<0.3％；同时本发明的刀具硬度高，热稳定性好，耐磨性强，而且抗疲劳性能好，在热处理中采用碳氮共渗处理，使得刀头具有高的疲劳强度，并且改善了耐腐蚀性，而且加工工序简单，成本低廉，机械性能有了大幅度的提高，切削加工性能也更好了。最后采用精磨抛光使得刀头的摩擦性好，发热少，使用寿命延长。因此常用做钻头、铰刀、拉刀、以及各种齿轮道具和各种成形刀具；表面处理采用碳氮共渗处理，这样就使刀具表面的硬度和耐磨性增强，同时使心部的韧性和塑性也得到改善，因此该发明刀具材料综合机械性能有所提高，切削速度稳定，而且热稳定性好，能满足产业化生产要求，在高速钢刀具材料实用量在现有刀具材料中占有一半以上，从而得到广泛的应用。
具体实施方式
实施例一
设计了一种刀具，其采用的材料为高速钢W18Cr4Nb，其主要包括了下列元素的百分比含量：Cr4.4％，C0.53％，W15.2％，Nb1.3％，S<0.25％，Mo<0.3％，其加工工艺关键技术如下：(1)铸造刀具毛坯：采用金属型铸造工艺，首先对金属型进行预热，预热温度为400℃，并且在金属型腔工作表面喷涂涂料，防止金属液和型壁直接接触，保持浇注温度为:800℃,(2)均匀化退火，加热到900℃保温8h然后随炉缓冷到400℃，再空冷，(3)粗加工，公差等级IT11，表面粗糙度为Ra＝40μm，再进行精加工，公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra＝1.25μm，(4)热处理，将刀具加热到马氏体的转变温度，即：750℃附近的淬火介质中，待表面温度一致时再取出空冷，回火温度为510℃，硬度为56HRC，(5)碳氮共渗处理，温度控制在820℃，保温2.1h，缓慢冷却，渗碳深度为0.9mm，(6)超声波抛光处理，即将刀具放在磨料悬浮液中，然后将工件和悬浮液置于超声波场中，通过超声波的震荡作用，使磨粒在高速下撞击刀头表面，使刀头的微凸起被切削掉，使工件表面磨削抛光将且刀尖磨成一段圆弧。加工精度达0.01mm，表面粗糙度达到0.8μm，超声波在250000Hz范围内。
实施例二
设计了一种刀具，其采用的材料为高速钢W18Cr4Nb，其主要包括了下列元素的百分比含量：Cr5.7％，C0.70％，W17.8％，Nb1.7％，S<0.25％，Mo<0.3％，其加工工艺关键技术如下：(1)铸造刀具毛坯：采用金属型铸造工艺，首先对金属型进行预热，预热温度为420℃，保持浇注温度为:830℃,(2)经均匀化退火，使其加热到1000℃保温10h然后随炉缓冷到400℃，再空冷，(3)对刀具毛坯进行粗加工，表面粗糙度为Ra＝12.5μm，再进行精加工，公差等级为表面粗糙度为Ra＝2.43μm，(4)热处理，即采用分级淬火和高温回火，淬火温度770℃，回火温度为550℃，硬度为59HRC，(5)碳氮共渗处理，温度控制在860℃，保温4.7h，缓慢冷却，渗碳深度为1.2mm，从而使得刀具具有高耐磨性和抗咬合性，(6)超声波抛光处理，即将刀具放在磨料悬浮液中，然后将工件和悬浮液置于超声波场中，通过超声波的震荡作用，使磨粒在高速下撞击刀头表面，使刀头的微凸起被切削掉，使工件表面磨削抛光将且刀尖磨成一段圆弧。加工精度达0.02mm，表面粗糙度达到0.1μm，超声波在29000Hz范围内。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (1)
1.一种用高速钢W18Cr4Nb为材料的刀具制造方法，其特征在于高速钢W18Cr4Nb包括了下列元素的百分比含量：Cr4.4％-5.7％，C0.53％-0.70％，W15.2％-17.8％，Nb1.3％-1.7％，S<0.25％，Mo<0.3％，其它成分为铁及其杂质；
其加工工艺为：
(1)铸造刀具毛坯：采用金属型铸造工艺，首先对金属型进行预热，预热温度为400-420℃，并且在金属型腔工作表面喷涂涂料，防止金属液和型壁直接接触，保持浇注温度为:800-830℃；
(2)经上述铸造的刀具毛坯进行均匀化退火，使其加热到900-1000℃保温8-10h然后随炉缓冷到400℃，再空冷；
(3)对刀具毛坯进行粗加工，去除余量使其公差等级保持在IT11-IT12，表面粗糙度为Ra＝40-12.5μm，再进行精加工，公差等级为IT7-IT8表面粗糙度为Ra＝1.25-2.43μm；
(4)对精加工后的刀具毛坯进行热处理，即采用分级淬火和高温回火，将加热到奥氏体化后的工件淬入温度为马氏体的转变温度，即：750-770℃附近的淬火介质中，使得刀具和心部分别以不同的速度达到淬火介质温度，待表面温度一致时再取出空冷，回火温度为510-550℃，硬度为56-59HRC，使得刀具的强度、塑性、韧性等综合性能提高；
(5)碳氮共渗处理，温度控制在820-860℃，保温2.1-4.7h，缓慢冷却，渗碳深度为0.9-1.2mm，从而使得刀具具有高耐磨性和抗咬合性；
(6)对碳氮共渗处理后的刀具进行超声波抛光处理，即将刀具放在磨料悬浮液中，然后将工件和悬浮液置于超声波场中，通过超声波的震荡作用，使磨粒在高速下撞击刀头表面，使刀头的微凸起被切削掉，使工件表面磨削抛光。加工精度达0.01-0.02mm，表面粗糙度达到0.8-0.1μm，超声波在250000-29000Hz范围内。
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