压力淬火工艺在金刚石工具中的应用

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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。 8 U. L: P) I2 }( j

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。

1．基体热处理技术特点和工艺现状

   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。

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    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。

    2．压力淬火工艺的原理及应用现状

    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。

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基体淬火压床

1.柴油支承钉 2.上压平板 3.气压缸

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4.集体 5.下压平板

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    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。

  3．试验过程及结果

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    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)。

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两种热处理工艺试验对比结果

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% U+ q3 h$ }/ _2 m$ ?. M7 q+ k2 Y 检验项目	压力淬火	* p+ N$ l* W" n 自由淬火
5 f' m" S9 f# r+ y" i- E. n. ], @ 淬火 硬度 , q6 R* `: u0 Q+ j) T- w* t0 V HRC	- `: l4 u+ N7 P2 |9 v4 e 46.5，47，48 47，47.5，48 47，48，47.5 3 c2 \. \0 }" `) i& d* V% R 48，47，48 47，47.5，48 4 q, v1 x3 k, t0 U 46.5，47，48 2 v F8 P; k7 z- z4 c 47，46.5	45，46，46.5； 44，46.5，46； 45，46，46.5； 44，46.5，46； 44.5，45，46； 45，46，46.5； 44.5，46
) Z1 O1 l, }# L& k) D1 `5 v 淬火 * u# g7 |7 P" w6 I% \& ?& R 后平 面度 /mm	- w X" Q8 m! y) h& O 0.12，0.12，0.11 0.13，0.15，0.12 5 Y" a E- c/ y 0.15，0.10，0.15 ! i# O4 \8 S' b; {2 J% n$ g' g 0.11，0.12，0.12 0.12，0.15，0.12 ' ^* B) k% H5 @# P4 d: w) l6 T) { 0.20，0.15，0.10	1.5，1.7，1.6， # R! U8 i( S& H9 R& n 1.8，2.0，1.3， 1.8，2.2，2.0， ; V0 M# `+ ]& G4 B( @0 P: {$ K 1.2，1.7，1.6， : n! Q( p7 N1 _9 Q `) J 1.2，1.5，1.6， 1.1，1.3，1.2
回火 " ^8 ~1 J/ f. J* w 硬度 HRC	40.5，4l，42 4l，41.5，42 7 b! D6 f1 S9 F, m. M/ ]9 n 41，42，41.5 8 _( r7 o/ E# J0 Y0 @ 42，41，42 41，41.5，42 40.5，41，42 0 m. t0 `$ f8 N0 t5 v5 \9 _! I$ E 41，40.5	39，40，40.5； 38，40.5，40； * F# S0 Q- e* r; |, ?$ w 39，40，40.5； * N: f; m0 ]+ j- K9 P, ^- m 38，40，40； 0 s- j+ J' q- b- ^+ C6 @+ u) \ 38.5，39，40； 39，40，40.5； " v' v- _+ z% A, u9 |9 Y; w1 A1 O5 D 38.5，40
回火 5 n, ^- W2 R) w2 \9 S 后平 面度 /mm	0.05，0.06，0.05， - \: O/ f# I ^' n' Z 0.06，0.07，0.06， 0.08，0.07，0.10， 0.05，0.06，0.07， 0.05，0.05，0.06， 0.05，0.06，0.07，	0.12，0.12，0.15， 0.11，0.13，0.12， 0.15，0.15，0.20， 0.12，0.12，0.12， + J: [! ]! B9 _. X5 S, M 0.15，0.12，0.20， " j% ^# @( _0 S! q# O. Y- w 0.15，0.15，0.12

 

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。

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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。

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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。

  4．分析及结论

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    从上面试验结果不难看出：

    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。

    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。

    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。

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    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。