一、前言

如何提高高速钢刀具使用寿命是提高生产效率、降低生产成本的一个重要手段。我校和新乡重型机械厂合作利用氧氮处理法对成品刀具进行后续处理，使刀具的使用寿命比原来提高了2倍以上。

二、工艺试验

试验对象为材料W6Mo5Cr4V2的f45立铣刀、f250×2mm圆盘铣刀；材料为W18Gr4V的f19钻头、f34扩孔钻。

试验设备采用JT—620井式气体渗碳炉。

试验用渗剂为HN₃:H₂O=60:40，其中渗剂中每ml加入氯化稀土0.003g；稀土元素主要成分是镧(La)和铈(Ce)。

氧氮处理工艺：处理温度为550±10℃，保温时间1.5h(具体工艺如下图所示)。

氧氮处理工艺图

在进行氧氮处理前首先应对刀具的表面上的油污进行清洗，特别对于刀具切削刃等重点部位一定要清洗干净。然后把圆盘铣刀三片为一组加垫片绑扎，防止处理过程中刀具变形；钻头和立铣刀按一定的顺序分开放在架子上进行处理。

三、试验结果与分析

试验结果
氧氮处理后对刀具外形尺寸进行测定，发现刀具形体尺寸基本上没有变化。利用XH-1000型显微硬度计对试验刀具渗层表面和内部进行硬度测定，并制作金相试样。在金相显微镜下对渗层的深度进行测定，具体测定结果见表1。
表1 氮处理后的硬度与渗层深度材料渗层表面硬度
HV 渗前硬度
HV 渗层深度
mm W6Mo5Cr4V2 1037 856 0.037 W18CrV2 1055 889 0.040表2 氧氮处理前后的刀具寿命刀具加工材料硬度
HB 加工内容未处理
寿命处理后
寿命 f250×2圆盘铣刀铸钢毛坯 200-220 铣长槽劈头 12件 28件 f45立铣刀铸钢毛坯 200-220 铣65mm长槽 7件 16件 f19钻头 45钢 180-212 钻f19mm 14件 81件 f34扩孔钻 40Cr 280-310 扩f34mm孔 25件 49件
利用氧氮处理后的工具，上机进行切削对比试验，试验结果见表2。
试验分析
高速钢刀具经氧氮处理后，刀具表面形成了一层比较致密的Fe₃O₄氧化膜层，它的存在能够增加散热能力并具有润滑作用；向内是渗氮层，具有高的硬度和耐磨性；由于在氨水中加入稀土元素使渗层的深度和渗入速度较无稀土元素更大；同时由于氨水中的水和稀土元素的共同作用，使渗氮层中的氮浓度较低，向内扩散较深，避免了单一渗氮时渗层的脆性，从而避免了刀具在使用过程中渗层脱皮脆裂的可能，由于高速钢刀具在制造过程中经过了三次高温回火，其形体尺寸较稳定，所以在氧氮处理过程中尺寸基本上没有变化。
氧氮处理工艺具有设备简单、成本低廉、周期短和工艺简单的优点。经处理过的高速钢刀具较未处理前寿命提高2倍以上；此工艺适合于各类机械厂，它的应用对于提高成品刀具的寿命，提高效益降低消耗具有实际意义。