高速钢回火技术及应用

高速钢的回火应该达到三个主要目的：一是产生最佳的二次硬化效应；二是充分分解残留奥氏体；三是彻底消除残余应力。高速钢淬火后形成的是脆性的马氏体，并残留大量的组织应力和热应力，还有大量尚未转变的残留奥氏体，因此高速钢淬火后必须进行充分的回火。

高速钢回火与普通工具钢回火的主要不同之处在于高速钢回火时有二次硬化现象，即在高速钢回火过程中由于细小弥散碳化物的析出和残留奥氏体转变成马氏体，在某一回火温度区间形成硬度峰值。试验已经证明，高速钢冶炼时形成的一次碳化物对高速钢耐磨性和工具寿命的作用远不如回火时析出的细小弥散碳化物的作用大，因此高速钢淬火加热时应尽量使碳化物溶入基体，以便回火时有更多的碳化物析出。同时，回火时应该尽量选择最佳的回火温度和回火保温时间以及回火次数，以便得到最佳的二次硬化效果。

1.高速钢的回火温度和保温时间

高速钢回火时硬度随回火温度的变化情况与普通工具钢有所不同。图3-45显示了回火温度对W18Cr4V高速钢硬度的影响。大约在400℃以前，先是马氏体分解，同时排除的碳形成非常细小的过渡相（ε碳化物），继而形成Fe₃C型渗碳体，ε相消失，这期间伴随着硬度的下降（大约降低2～6HRC）。在400～565℃回火时，渗碳体重新溶解，从回火马氏体中析出M₂C合金碳化物。由于从奥氏体中析出合金碳化物，致使高速钢的马氏体相变点（Ms）升高，因此高速钢从回火温度冷却时某些残留奥氏体转变成马氏体。合金碳化物的析出与残留奥氏体转变的共同作用，即形成所谓的二次硬化峰值，硬度达到最高值。在继续升高回火温度，当回火温度过高时，M₂C碳化物的再溶解及某些碳化物的聚集长大，硬度下降。

高速钢回火硬度峰值的位置除取决于回火温度以外，还与回火的保温时间有一定的关系。图3-46所示为不同回火保温时间对高速钢硬度峰值的影响。回火保温时间从0.1h增加到100h时，随着回火保温时间的增长，回火硬度峰值的位置向低温方向移动。反之，回火保温时间缩短，回火硬度峰值的位置向高温方向移动。这也说明要达到同样的硬度峰值，低温回火需要较长的时间，高温回火需要较短的时间。

图3-45 回火温度对W18Cr4V高速钢硬度的影响

高速钢的回火温度与回火保温时间的关系，可以用回火参量来说明。其表达式为

P=（20+lgt）T

式中 P——回火参量；

T——回火温度（℃）；

t——回火时间（min）。

尽管回火温度，回火保温时间有所不同，只要回火参量相同，回火的效果就应该是一样的。

2.高速钢的回火次数

图3-46 W6Mo5Cr4V2高速钢回火温度和回火时间与硬度的关系

高速钢回火是否充分，残留奥氏体量是重要的标志之一。高速钢必须经多次回火才能使残留奥氏体完全转变。高速钢回火后的残留奥氏体量与回火次数的关系，不同的试验方法针对不同牌号的高速钢有不同的试验结果。表3-19中的数据表明，必须经过3次回火残留奥氏体次才能完全转变。表3-20中的试验数据却表明，高速钢经2次回火，残留奥氏体就完全转变。关于高速钢回火后残留奥氏体的数量和残留奥氏体完全转变所需的回火次数，在不同的国家、不同的试验数据中有一定的差异，这可能与残留奥氏体的测量方法和测量精度有关。

表3-19 残留奥氏体量与回火次数的关系

（续）

表3-20 残留奥氏体量与回火次数的关系

关于高速钢的最佳回火次数，通常的看法是：大多数高速钢工具通常采用3次回火；形状简单的通用高速钢工具可以采用2次回火；形状复杂的大型工具可以采用4次回火；贝氏体等温淬火的高速钢工具和高碳高速钢及钴高速钢工具，由于淬火后残留奥氏体量较多，可以采用4次，甚至5次回火。

3.高速钢的两次回火(www.xing528.com)

国外曾试验采用2次回火方法大量代替3次回火。具体的做法就是把第一次回火的温度升高到580℃，第二次回火仍然为560℃，回火保温时间为1h。对4种高速钢进行了2次回火与普通3次回火的性能对比试验。试验结果见表3-21，与普通3次回火比较，2次回火法高速钢的强度与韧性有所提高，硬度和热硬性基本上没变化。对2次回火的高速钢工具进行的切削试验表明，2次回火的工具与3次回火的工具寿命基本相同，因此可以省去1次回火，节能并缩短生产周期。

表3-21 高速钢2次回火法与3次回火法的比较

4.高速钢的快速回火

高速钢的高温快速回火方法在苏联早有报道，全苏工具科学研究院曾提出高速钢在580～600℃保温20～30min，2～3次回火，其效果与560℃，3次回火相同。

苏联还报道同步热处理的快速回火方法，其回火保温时间与淬火加热保温时间相同。采用2次回火，分别在540～560℃保温2～4min和600～620℃保温2～4min。据称，此工艺回火效果很好，工件比560℃，3次回火有更高的硬度和抗弯强度。该工艺应用在莫斯科工具厂的自动化生产线上。

另有报道，在工具热处理自动线上也可以采用以下回火规程：

580℃，保温20min，回火2次；或630℃，保温4～5min，回火2次。

5.高速钢的LHH（低高高）回火法

高速钢的LHH（低高高）回火就是先在低温320～380℃进行1次回火后，再于高温560℃进行两次回火。日本的试验证明，LHH回火可以使高速钢得到比普通560℃，3次回火更好的性能，硬度提高0.5～2HRC，冲击韧度提高20%～50%，工具的寿命提高40%。W18Cr4V高速钢低温回火的温度为320～380℃，W6Mo5Cr4V2高速钢低温回火的温度为350～380℃，回火的保温时间均为1h。

W6Mo5Cr4V2高速钢在不同的回火方法回火后的残留奥氏体量见表3-22（淬火后的残留奥氏体量为24.5%），正常560℃，3次回火残留奥氏体量为4.9%，LHH回火后残留奥氏体量只有3.3%。采用其他几种低温和高温回火规范回火后，残留奥氏体量都没有LHH回火低。

表3-22 LHH回火法与3次回火法残留奥氏体量的比较

在同样条件下用硝酸酒精溶液对回火试样进行腐蚀，经LHH法回火的高速钢试样，晶界显现率仅为60%～70%，而采用正常的560℃，3次回火高速钢试样的晶界显现率为90%，可见LHH法回火比较充分。

日本试验者认为，LHH回火提高力学性能的原因可以从以下几个方面考虑：

1）低温回火促进了高温回火时M₂C碳化物的析出。

2）一部分残留奥氏体经320～380℃回火转变成贝氏体。

3）经320～380℃回火，ε相及M₃C碳化物均匀析出，这有利于540～560℃回火时M₂C及MC（V₄C₃）碳化物的弥散化和均匀化。

4）320～380℃回火沿晶界析出碳化物较少。

苏联学者把LHH回火称为低高温回火，他们曾对3种高速钢进行过低高温回火试验。低温回火为350～400℃，保温时间为1h，回火1次。高温回火温度为560℃，保温时间为1h，回火2次。低高温回火与普通回火后高速钢性能试验的结果见表3-23，低高温回火后3种高速钢的抗弯强度、冲击韧度、硬度和热硬性都比普通回火（560℃、1h、3次）有所提高。

对直径8mm的钻头进行了切削试验，试验结果是1次低温回火加2次高温回火钻头的寿命是普通560℃、3次回火钻头寿命的140%，充分肯定了低高温回火的效果。

表3-23 低高温回火与普通高温回火的性能比较