一、采用热处理工艺的常见行业
(1)交通行业(如汽车)
汽车行业为了使汽车零部件在使用过程中获得较高的硬度,较好的耐磨性和抗疲劳性,常采用热处理工艺来增加汽车主要零部件的使用性能,其中经过热处理的工件有汽车驱动桥的差速器齿轮,变速器轴齿类零件,转向器轴齿件,发动机活塞销和齿轮零件等。
如加工汽车齿轮的工艺路线是:下料--改锻成齿轮毛坯—正火--粗车外圆内孔及端面(按标准留加工余量)--调质热处理(淬火+高温回火)--精车外圆内孔及端面(到成活尺寸)--制齿(齿面留磨量)--齿部感应加热表淬或渗碳淬火--齿面磨削加工--验收交活。
汽车齿轮经过热处理后的表面硬度在HRC58-63,心部硬度在HRC33-45
(2)轴承行业
轴承广泛应用于矿山机械、工程机械、纺织、轧钢、农机、冶金,风电等行业,如矿山机械中的轴承工作环境很差,所以通过热处理提高轴承的使用性能,获得良好的耐磨性,抗冲击性和耐腐蚀性。
如回转支承轴承(42CrMo材质)的轴承加工工艺:下料→锻件→车加工→检测→热处理(如轴承滚道表面中频淬火+回火)→磨加工→检测→调质→ 细磨→精磨→检验。
轴承经过热处理后的硬度在HRC45以上。
(3)轧辊行业
常见的轧辊分类:轧辊按材质类别分为铸钢轧辊、铸铁轧辊和锻造轧辊三大类,按工作状态分为热轧辊和冷轧辊。
1)锻钢轧辊:锻钢轧辊根据材质和用途的不同,进行不同的热处理。中碳钢(0.35%~0.65%C)轧辊一般经正火回火或调质处理后用作热轧的初轧辊、粗轧辊和支承辊。处理后的辊身硬度可达HSD80(相当于HRC60);高碳钢(0.7%~1.0%C)轧辊可经正火回火处理或调质处理后用作支承辊。当支承辊辊身硬度要求很高时则需用淬火回火处理,淬火回火后的硬度可达HSD70-80(相当于HRC50-60),淬硬层深度小于50mm。
2)铸铁轧辊:普遍采用退火、正火和回火等工艺,其中退火主要是消除内应力,正火的目的是增加基体中的珠光体或索氏体组织的数目和弥散度,从而提高铸铁轧辊的强度、硬度、耐磨性,并保持一定的塑性与韧性。
3)合金铸钢轧辊:常采用退火(如球化退火)和淬火等工艺,采用球化退火是为了改善轧辊的切削性能,提高切削效率并为后续的淬火处理做好相应的组织准备;淬火是为了使轧辊工作层获得良好的适用组织,充分发挥合金元素在轧辊中的作用,提高辊身工作层的硬度及耐磨性。
如冷轧工作辊(锻钢)的加工工艺:锻造→球化退火→粗加工→调质(淬火+高温回火)→半精加工→探伤检测→预热处理→ 双频淬火→冷处理→低温回火→精加工→硬度、超声波及金相→包装出厂 。
轧辊经过热处理后的硬度一般在HSD60以上(相当于HRC45以上)。
二、加工经过热处理后的工件
经过热处理后的工件需要精加工,来提高被加工工件的表面粗糙度和完成图纸要求尺寸,由于被加工工件硬度较高,比较难加工,所以在选择刀具材料时必须选择高性能,高质量的刀具材料。俗话说“工欲善其事,必先利其器”,刀具的重要性是贯穿机械行业工作始末的,选用了适合的高质量的刀具带来的不仅是工件的完成,更能大大的提高工作效率,节省加工成本。目前,加工热处理后的工件的刀具材料有涂层硬质合金刀具,陶瓷刀具和立方氮化硼刀具。
(1)涂层硬质合金刀具:是在韧性较好的硬质合金刀具表面涂覆一层较薄的耐磨材料,与硬质合金刀具相比硬度得到提高,耐磨性,耐高温性能得到提高,使用寿命高于硬质合金刀具。但由于表面耐磨层较薄,如果表面耐磨材料使用完之后,性能就与未涂层的硬质合金刀具一样磨损加剧,影响加工效率,增加刀具成本。
(2)陶瓷刀具:陶瓷刀具的硬度高于硬质合金刀具,适合加工HRC45-55之间的工件,由于脆性大,比较适合精加工工序和小进给量加工,并且尽量避免断续切削,如遇到大型铸造或锻造件(如轧辊),表面不规整的工件一上去就崩刀,不建议使用。
(3)立方氮化硼刀具:立方氮化硼刀具与硬质合金刀具相比硬度高,耐磨性好;与陶瓷刀具相比抗冲击性好。我国华菱超硬独家研制的非金属粘合剂立方氮化硼刀具BN-S20牌号,与传统的立方氮化硼刀具相比增加了韧性,非金属粘合剂立方氮化硼刀具BN-S20牌号不仅可以断续切削,而且耐磨性和抗冲击性兼优,加工工件精度可达Ra0.8,加工强断续齿面刀片正常磨损,不破裂不崩刀。
以下简单介绍一下华菱超硬加工热处理后的工件的案例。
三、华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号加工热处理后的工件案例
(1)华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号加工大型齿轮齿面(强断续切削)案例:加工材质:齿轮钢,硬度:HRC60,切削参数:吃刀深度:ap=2.5mm,进给量:Fr=0.12mm/r,切削线速度:Vc=90m/min,切削状态:干式切削。加工效果:在华菱立方氮化硼刀具BN-S20牌号的切削速度是陶瓷刀片的一倍的情况下,刀具寿命是陶瓷刀片的15倍,即提高了切削效率,又节省的刀具费用,并且刀具磨损是正常磨损,而不是人们所担心的刀片崩损。
(2)华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号加工高速钢轧辊的案例:硬度:HSD90(相当于HRC64),切削参数: Fr=0.2mm/r,Vc=50m/min.加工效果:华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号的加工节拍是某品牌硬质合金刀具的六分之一的情况下,单刃寿命是硬质合金刀具的8倍,既提高了加工效率,有降低了加工成本。
四、总结
随着热处理工艺的逐渐完善,使工件性能得到很好的提高,并且在恶劣环境下使用寿命得到提高,这对于国内刀具行业来说是一个很好的突破机会,只要不断研制出耐磨性和抗冲击性好的刀具材料或者刀具牌号,就能打破国外刀具对高硬度工件加工的垄断,助力于我国机械制造业的发展。
来源:中国刀具商务网