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压力淬火工艺在金刚石工具中的应用

2019-09-23 00:001240
 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21.75pt; LINE-HEIGHT: 22pt">我公司以生产销售金刚石锯片为主。基体作为金刚石锯片的载体,在整个金刚石锯片制造过程中,无疑占有重要的地位。金刚石锯片主要用来对大理石、花岗岩、沥青和混凝土等进行切割。要完成正常切割,基体必须有足够的强度,同时要有一定的韧性和刚度,综合体现为要有足够的硬度。在服役过程中基体要受到强烈的震动、冲击,由于切削部位(刀头)比基体厚,工作时基体与被切割石材之间有一定的间隙,为了不使基体因震动、冲击而过早地造成强度或疲劳断裂,基体必须有一定的塑韧性、较高的疲劳极限和弹性极限,以起到缓和冲击、吸收震动的作用。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21.75pt; LINE-HEIGHT: 22pt">我公司根据基体使用要求与国家标准对基体的技术参数作如下规定:基体硬度38~42HRC,基体平面度要求0.05~0.15mm。就微观组织而言,基体使用组织为回火托氏体,通过采用65Mn(28crMo)经过淬火+中温回火处理后可得到回火托氏体,以满足使用性能要求。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21.75pt; LINE-HEIGHT: 22pt">1.基体热处理技术特点和工艺现状

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    基体淬火有个非常突出的特点,就是淬火变形量和开裂倾向大。由于基体是薄片件,面积大而厚度薄,其直径从300~1200mm,而厚度一般只有2~4mm,这么大的薄片件淬火时的变形和开裂正是基体热处理的难点。如何减少淬火变形和控制开裂,以满足基体平面度和硬度的要求是基体热处理的关键。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    我公司基体选用材料为28crMo,基体热处理一直沿用自由淬火+加压回火的热处理方式。在加压回火中平面度与硬度是两个相互矛盾的因素。为校正淬火变形,回火后达到平面度要求,势必要提高回火温度或增加回火次数,但较高的回火温度和多次回火,必定使基体硬度下降,同时往往得不到需要的回火托氏体组织,而是回火索氏体。因而采用自由淬火+加压回火工艺,很难达到基体平面度和硬度两个技术参数统一,即使宏观技术指标能达到技术要求,但微观金相组织往往是回火托氏体+回火索氏体,因而很难达到使用性能要求,往往造成产品质量稳定性差,基体与切削部位匹配性差,致使锯片早期失效。鉴于此,我们尝试采用压力淬火方式对基体进行热处理。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    2.压力淬火工艺的原理及应用现状

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    压力淬火工艺的原理,即相变超塑性原理。相变超塑性是指金属材料在低应力状态下进行相变时,材料的塑性会异常提高的现象。相变超塑性是包括热处理转变在内的过程中具有普遍规律。钢淬火时的马氏体相变过程具有显著的相变超塑性,一旦产生马氏体转变,即贡献出塑性。随着外加应力的增加马氏体相变在应力诱发下不断进行,相变塑性不断增加。

基体淬火压床

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1.柴油支承钉 2.上压平板 3.气压缸

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>4.集体 5.下压平板

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    据资料显示,现有的这种压力淬火机床仅适合于大工件的加压淬火,工件从保温结束到装上淬火机床,需花较长时间,并且易出现较深压痕,不适宜做小件、薄件的淬火工艺。为此我们对该种压力淬火机床进行了改造。上图为基体淬火压床的简图。该机构设有上下压板,下压板固定,上压板为动压板,在加压平面上沿同心圆布置206个喷油嘴支撑钉,以点接触压紧基体,并用喷油冷却锯片。为防止氧化皮与石墨粒子堵塞油孔,将压缩空气管路与油路相连,以便清理喷油孔。该机压力为20kN,适用于处理直径≤600mm、厚2.0~4.Omm的圆锯片。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">  3.试验过程及结果

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    以Φ400mm×2.4mm规格的基体进行说明。其技术要求:平面度≤0.10mm,热处理硬度38~42HRC。分别采用自由淬火与压力淬火两种热处理工艺进行热处理,每组20片(见下表)。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>两种热处理工艺试验对比结果

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>检验项目

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>压力淬火

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>自由淬火

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>淬火

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>硬度

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>HRC

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>46.5,47,48

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>47,47.5,48

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>47,48,47.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>48,47,48

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>47,47.5,48

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>46.5,47,48

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>47,46.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>45,46,46.5;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>44,46.5,46;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>45,46,46.5;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>44,46.5,46;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>44.5,45,46;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>45,46,46.5;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>44.5,46

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>淬火

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>后平

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>面度

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>/mm

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.12,0.12,0.11

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.13,0.15,0.12

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.15,0.10,0.15

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.11,0.12,0.12

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.12,0.15,0.12

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.20,0.15,0.10

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1.5,1.7,1.6,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1.8,2.0,1.3,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1.8,2.2,2.0,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1.2,1.7,1.6,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1.2,1.5,1.6,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>1.1,1.3,1.2

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>回火

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>硬度

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>HRC

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>40.5,4l,42

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>4l,41.5,42

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>41,42,41.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>42,41,42

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>41,41.5,42

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>40.5,41,42

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>41,40.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>39,40,40.5;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>38,40.5,40;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>39,40,40.5;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>38,40,40;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>38.5,39,40;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>39,40,40.5;

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>38.5,40

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>回火

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>后平

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>面度

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>/mm

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.05,0.06,0.05,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.06,0.07,0.06,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.08,0.07,0.10,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.05,0.06,0.07,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.05,0.05,0.06,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.05,0.06,0.07,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.12,0.12,0.15,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.11,0.13,0.12,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.15,0.15,0.20,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.12,0.12,0.12,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.15,0.12,0.20,

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 24pt; TEXT-ALIGN: center" align=center>0.15,0.15,0.12

 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21.75pt; LINE-HEIGHT: 22pt">自由淬火生产条件和过程:把20片基体分别用淬火钩钩住中心孔,吊装在流态粒子炉中加热7min,出粒子炉,用淬火钳夹住基体垂直淬入油中8~lOS,然后放进压平机压平(热校正)1~2min;从压平机上取出装入回火夹具,每100片装一轴,用回火加压支架压紧,用螺丝拧紧,装入回火炉中430℃回火4h,出炉空冷,打开工装。对基体淬火、回火后的平面度与硬度进行测量统计结果见附表。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21.75pt; LINE-HEIGHT: 22pt">压力淬火生产条件和过程:把20片基体分州用淬火钩钩住中心孔,吊装在流态粒子炉中加热7min,出粒子炉;用淬火钳夹住基体,迅速平放在淬火压床的下压板上,启动气缸按钮,喷油冷却18s;从淬火压床取出装入回火夹具,每100片装一轴,用回火加压支架压紧,用螺丝拧紧,放入相同的回火炉中430℃回火4h,出炉空冷至室湍,打开工装。对基体淬火、回火后的平面度与硬度进行测量统计结果见附表。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21.75pt; LINE-HEIGHT: 22pt">各取2片基体,分别取样埘金相绀织进行观察,压力淬火与自由淬火回火组织皆为:回火托氏体。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-INDENT: 21.75pt; LINE-HEIGHT: 22pt">  4.分析及结论

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    从上面试验结果不难看出:

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    基体压力淬火后硬度均值47.5HRC,平面度≤0.20mm;自由淬火硬度均值45.5HRC,平面度≥1mm。压力淬火后的变形量远远小于自由淬火后的变形量,压力淬火很好地控制了薄片件淬火时的热处理变形。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    压力淬火回火后的平面度≤0.10mm,达到了基体图样设计要求,而自由淬火回火后的平面度0.11~0.20mm.需后续工序(精校平),加以校正。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    压力淬火后的硬度均值较自由淬火的硬度均值偏高2HRC。在相同的回火条件下,基体压力淬火经回火后硬度均值为41.3HRC,基体自由淬火经回火后硬度均值为39.5HRC,压力淬火回火后硬度均值较自由淬火经回火后硬度均值偏高约2HRC。从而使压力淬火后的基体可以将回火温度提高近20℃成为可能,保证基体更高的平面度要求。

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; LINE-HEIGHT: 22pt">    将这36片基体经多道工序加工成成型基体,并用光焊接上切削部位(刀头),发往美国市场,进行实地切割沥青,发现压力淬火后的锯片切割的稳定性、抗冲击性、抗疲劳等性能远远优于自由淬火的锯片。这次试验的成功,为我公司生产更高品质的金刚石锯片打下了坚实的基础。

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