真空加压气淬工艺对W2Mo9Cr4VCo8（M42）钢组织和性能的影响.pdf

以W2Mo9Cr4VCo8（M 42）钢为研究对象，研究不同真空气淬压强（1、5和9 bar）对W2Mo9Cr4VCo8（M 42）试验件的心部组织、硬度及淬透效果的影响。研究表明，在不同气淬压强下试验件的淬透性不同，1bar气淬条件下，可以淬透的尺寸为10 mm以下；5bar气淬条件下，可以淬透的尺寸为30 mm以下；9 bar气淬条件下，可以淬透的尺寸为9 0 mm以下。淬火+三次回火后试验件的金相组织均为回火马氏体、碳化物及残留奥氏体。并对W2Mo9Cr4VCo8（M 42）铣刀进行加压气淬试验，得到了满意的效果，关键词：W2Mo9Cr4VCo8（M 42）钢；真空热处理；加压气淬；淬透效果中图分类号：TG142.45,TG115.2文献标识码：A文章编号：16 7 3-49 7 1（2 0 2 3)0 4-0 0 54-0 4Effect of Vacuum Pressure Quenching Process on Microstructureand Properties of W2Mo9Cr4VCo8(M42)SteelZHAO Dong,SUN Chao-hai,QUAN Chun-yi,LUO Jian,HU Fu-chang(AVIC Shenyang Aircraft Corporation,Shenyang Liaoning 110850,China)Abstract:Taking W2Mo9Cr4VCo8(M42)steel as the research object,the effect of different vacuum gasquenching pressures(1,5 and 9 bar)on the core microstructure,hardness and quenching effect ofW2Mo9Cr4VCo8(M42)test pieces was studied.The research showed that the hardenability of the testpiece under different gas quenching pressure was different.Under 1 bar gas quenching conditions,the sizethat could be quenched was less than 10 mm.Under 5 bar gas quenching conditions,the size that could bequenched was below 30 mm.Under 9 bar gas quenching conditions,the size that could be quenched wasbelow 90 mm.The microstructure of the test piece after quenching and three times tempering was temperedmartensite,carbide and retained austenite.And the pressure quenching test was conducted on theW2Mo9Cr4VCo8(M42)milling cutter,and satisfactory results were obtained.Key words:W2Mo9Cr4VCo8(M42)steel;vacum heat treatment;pressure gas quenching;quenching effect近年来，随着国家对环境保护和节能要求的不断提高，对于高能耗、不环保的工艺技术提出了有序退出、逐步替代的要求。针对刀量具产品普遍采用氯化钡高温盐浴炉、硝盐浴等温淬火槽等高能耗设备进行热处理的问题，函需开展清洁、无污染的新型热处理工艺探索。加压真空气淬工艺具有无氧化、收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 3作者简介：赵栋（19 8 8 一），男，工程师，主要从事金属材料热处理和激光表面改性技术研究。联系电话：18 9 0 0 9 2 6 7 39;E-mail;zd1988_55赵第4期栋等：真空加压工艺对W2Mo9Cr4VCo8（M 42）钢组织和性能的影响无脱碳、无合金元素贫化的特点 1-2】，可实现光亮热处理，使零件脱脂、脱气，避免表面污染和氢脆，同时可实现对加热速度和冷却速度的控制，从而减少零件热处理变形，提高产品的综合性能 3-4。本文采用真空加压气淬的方法，研究在不同压强下W2Mo9Cr4VCo8（M 42）钢的淬透效果、金相组织和硬度，获得不同规格M42铣刀真空加压气淬的应用条件。1试验材料和方法1.1试验材料试验材料为热轧态W2Mo9Cr4VCo8（M 42）高速工具钢，其化学成分如表1所示。表1W2Mo9Cr4VCo8钢化学成分（质量分数，%）Table 1Chemical Composition of W2Mo9Cr4VCo8 stee!(mass fraction,%)元素CSiMnSP含量1.05 1.150.15 0.650.150.400.0300.030元素CrMoWVCo含量3.50 4.259.0010.001.151.850.951.357.758.75真空加压气淬气体为标准CB/T89792008中要求的高纯氮气，热处理前参照标准CB/T394.1一2008进行清洗。采用法国BMI真空高压气淬炉进行热处理；采用OLYMPUSGX51金相显微镜进行金相组织观察；采用HVS-1000A洛氏硬度计进行洛氏硬度检测。1.2试验方法根据W2Mo9Cr4VCo8（M 42）钢在盐浴炉中生产的热处理工艺情况及最终的硬度要求值，确定其主要的真空热处理工艺参数。根据热处理淬透性的要求（长径比2.5 3），选择三种规格的试验件。结合真空加压气炉的气淬能力，选择工艺试验的气淬压强分别为1、5和9 bar。根据心部截面的硬度检测结果，计算试验材料的透深度。试验装炉情况、试样选取及测试示意图如图1所示，并观察心部的金相组织。真空加压气淬试验工艺参数如表2 所示。(b)(c)d60123456789101213-111415:1617-1819元-20212223图1（a)试验件装炉、(b)试样选取及(c)截面硬度测试示意图Fig.1(a)Furnace loading,(b)sample selection and(c)schematic dingram of section hardness testing表2 真空加压气淬试验工艺参数Table2Process parameters of vacuum pressure quenching test气淬压强/bar材料牌号规格/mm加热温度/保温时间/min15990 2701#试样2#试样3#试样预热：6 50预热：9 0W2Mo9Cr4VCo830904#试样5#试样6#试样最终加热：119 0最终加热：12 010307#试样8#试样9#试样2试验结果及分析2.1硬度将三种规格的W2Mo9Cr4VCo8（M 42）试验件在不同气淬压强下进行真空气淬，试验的炉温曲线图见图2。由于W2Mo9Cr4VCo8（M 42）试验件淬火后硬度不高，多次回火后产生二次硬化现象。因此，按照工艺实际情况经不同压强气淬后，进行三次56 0 回火，使其产生进一步的强化效果。气淬+三次回火后W2Mo9Cr4VCo8（M 42）试验件的硬度变化趋势分别见图3、图4和图5。从图3、图4、图5中可以发现，90mm规格的试验件在9 bar气淬条件下，硬度在6 6 6 8 HRC范围内，符合工艺要求；30mm规格的试验件在5bar和9 bar气淬条件下，硬度在6 6 6 8 HRC范围内，符合工艺要求；10mm规格的试验件在1、5和9 bar气淬条件下，硬度在6 6 6 8 HRC范围内，符合工艺要求。因此，可以确定不同气淬压强下的淬透性分56第44卷热处理技术与装备20/12/0107:16:3320/12/0L2B:32:302021/1/256：0 4:2 7ulkkchart9Paatofi图2W2Mo9Cr4VCo8钢加压气淬及回火炉温曲线图Fig.2Furnace temperature curve of pressure quenching andtempering for W2Mo9Cr4VCo8 steel69上限要求值679bar5bar65下限要求值6361575512345678910111213141516171819截面测试点图3不同气淬压强下9 0 mm规格W2Mo9Cr4VCo8试验件的截面硬度变化曲线Fig.3Cross-section hardness variation curve of 90 mmW2Mo9Cr4VCo8 test piece under different gas quenching pressures69上限要求值bar67bar65下限要求值1bar63615957551234567.8 9.1011 121314 15截面测试点图4不同气淬压强下30mm规格W2Mo9Cr4VCo8试验件的截面硬度变化曲线Fig.4Cross-section hardness variation curve of 30 mmW2Mo9Cr4VCo8 test piece under different gas quenching pressures别为：1bar气淬条件下，可淬透的尺寸为10 mm以下;5bar气淬条件下，可淬透的尺寸为30 mm以下；9bar气淬条件下，可透的尺寸为9 0 mm以下。69上限要求值9bar67baribar下限要求值6563615957551234567截面测试点图5不同气淬压强下10mm规格W2Mo9Cr4VCo8试验件的截面硬度变化曲线Fig.5Cross-section hardness variation curve of 10 mmW2Mo9Cr4VCo8 test piece under different gas quenching pressures2.2金相组织不同真空气淬压强下W2Mo9Cr4VCo8（M 42）试验件心部的金相组织如图6 所示。从图6 中可以看出，W2Mo9Cr4VCo8试验件气体淬火+三次回火后的组织均为回火马氏体、碳化物及残留奥氏体。其淬透性较好，均可得到所需的马氏体组织，最低硬度为6 1HRC。但不同的冷速下，从固溶体中脱溶出的金属化合物及碳化物数量及大小不同，使硬度产生差异；而且不同冷速淬火后，残余奥氏体数量不同 5-6 ,在经过多次回火二次硬化后，回火马氏体和残余奥氏体的含量不同，从而导致二次硬化后试验件硬度不同。根据试验结果，对W2Mo9Cr4VCo8钢制造的铣刀试验件进行加压气淬试验，得到了满意的效果，试验件如图7 所示。3结论1）W 2 M o 9 Cr 4VCo 8 钢在不同真空气淬压强下的淬透性分别为：1bar气淬条件下，可以淬透的尺寸为10 mm以下；5bar气淬条件下，可以透的尺寸为30 mm以下；9 bar气淬条件下，可以淬透的尺寸为9 0 mm 以下。2)W2Mo9Cr4VCo8钢淬火+三次回火后金相组织为回火马氏体、碳化物及残留奥氏体。由于多次回火把大量的残余奥氏体进一步转变为回火马氏体，这也是产生二次硬化的主要原因。3)对于工具钢制件，真空加压气淬工艺可以实现淬火+多次回火的连续进行，从而减少以往淬火和回火后清洗、多次绑扎及后续吹砂工序，大约可以缩减整个工艺过程时间的30%。赵57栋等：真空加压气萍工艺对W2Mo9Cr4VCo8（M 42）钢组织和性能的影响第4期ab50 m50.Jum50.Jum50ml50um50.um50m50m50m（a)1#试样；（b)4#试样；（c)7#试样；（d)2#试样；（e)5#试样；（f)8#试样；（g)3#试样；（h)6#试样；(i)9#试样图6 不同真空气淬压强下W2Mo9Cr4VCo8（M 42）试验件心部的金相组织(a）1#s a mp l e；（b)4#s a mp l e；（c)7#s a mp l e；（d)2#s a mp l e；（e)5#s a mp l e；（f)8#s a mp l e；（g)3#s a mp l e；（h)6#s a mp l e；（i)9#s a mp l eFig.6NMicrostructure of the center of W2Mo9Cr4VCo8(M42)test piece under different vacuum gas quenching pressures图7 真空加压气淬铣刀试验件Fig.7Milling cutter test piece after vacuum pressure quenching4)建议根据本研究的淬透性对应关系，在实际零件生产中合理选择气淬压强，以达到生产成本与产品质量最佳搭配。参考文献1张善庆，王广生.真空正压气淬现状和发展趋势 J.国外金属热处理2 0 0 5,2 6（4）：7-10.2阎承沛.真空热处理工艺设备设计M.北京：机械工业出版社,2 0 0 3.3柯美武，郭十奇，吴涛，等.薄片件真空高压气淬畸变控制 J.金属热处理，2 0 12,37（12）：37-41.4王卫，刘英，马军义.WZDGQ型真空高压气淬炉的验收及热处理试验 J.热处理技术与装备，2 0 18,39（1）：58-61.5马征，吕广焱，付莹，等.W2Mo9Cr4VCo8高速钢淬火处理后的组织与性能 J.材料热处理学报,2 0 2 0,41（6）：121-127.6古璟.W2Mo9Cr4VCo8推杆断裂原因分析J.热处理技术与装备，2 0 13,34(6)：46-49.