[发明专利]一种钒三氮超硬高速钢热处理工艺

说明书

本发明属于高速钢热处理技术领域，具体讲是一种V3N超硬高速钢真空淬火及回火工艺。

北京科技大学陈景榕教授主持研制的W12Mo3Cr4V3N（简称V3N）是一种新型无钴超硬高速钢，1981年获得国家发明三等奖。经过正确的热处理，V3N钢与世界现用含钴的3%V级超硬高速钢HSP-15（瑞典）具有相同的硬度（HRC66-69.5）和红硬性，同时保持满意的韧性及优良的工艺性能，而价格远比含钴超硬高速钢低得多，国际市场上V3N产品的价格约是HSP-15的1/4·V3N刀具比普通型W18Cr4V（T1）及W6Mo5Cr4V2（M2）高速钢提高寿命2～3倍;用于冷作模具比普通型模具钢CrWMn及Cr12MoV提高寿命5～20倍。因此，V3N刀具、模具具有广阔的市场前景，经济效益和社会效益都十分显著，是一种上水平的换代产品。V3N超硬高速钢自发明以来，一直采用盐浴淬火，540～560℃四次回火工艺。按照这种工艺路线进行工业生产，往往发生质量不够稳定，硬度难以稳定达到超高硬度HRC68～69.5的高水平。这给高性能V3N刀具的生产、应用带来困难。究其原因V3N钢热处理工艺严格，特别是淬火温度控制要精确，而盐浴温度控制不准确，温度波动大，淬火操作工序受人为因素影响大，因而大工业生产不能保证均一的高硬度。采用540～560℃间某一数值进行四次回火工艺也难于达到最佳的二次硬化效果。此外，盐浴加热污染严重，工作环境差，能源消耗大，辅助设备多，占地场地大。近十几年来，随着真空技术、装备的发展，国内外高速钢热处理逐渐采用真空淬火技术。真空热处理可以保证质量稳定、性能提高，变形微小、减小环境污染，节省电力。实际应用中经济效益分析表明，真空热处理炉的耗电量为盐浴炉的1/2～1/4，同时真空炉的运行费用比盐浴炉降低30%左右。真空淬火技术一般为真空油淬和真空气淬。真空气淬在淬火压力较小时（＜1×10⁵Pa），冷却能力不够，降低了二次硬化效果，可使硬度降低HRC2～3（见表1）。对于尺寸较大（＞12×12mm）需要采用高压气淬，才能保证二次硬化能力。但高压气淬设备比真空油淬设备贵得多，运行中纯氮消耗量大，增加了生产成本。采用真空油淬即可以提高综合性能保证质量，又可以降低生产成本。

本发明的目的在于保证大工业生产产品质量稳定，具有高性能、节省能源、降低生产成本、加速新型超硬高速钢V3N的推广应用，以获得显著的经济效益和社会效益。

本发明构成如下：

本发明采用真空油淬加上变温多次回火工艺。淬火设备为双室真空油淬炉或者双室真空油气淬两用炉。工件的加热淬火都在真空炉内进行，生产一炉的运行时间为2～4小时。

1.真空加热油淬工艺

（1）真空度1×10°～1×10³Pa

（2）加热预热温度及时间

第一次预热850～900℃，保温40～120分钟

第二次预热1050～1100℃，保温20～40分钟

（3）淬火温度及保温时间

淬火温度1220～1280℃，通常在1240～1270℃，

保温时间40秒/毫米～6分钟/毫米

（4）冷却方式油冷

油温度50～80℃

出油温度200～600℃

淬油压力2×10³～1×10⁵Pa

2.变温多次回火工艺。二组工艺等效，可任选其中一组。

第一组

第一次回火温度，540～560℃，保温1.5～2小时;

第二次回火温度，570～590℃，保温1.5～2小时;

第三次回火温度，540～560℃，保温1.5～2小时;

第四次回火温度，520～540℃，保温1.5～2小时;

第二组

第一次回火温度，570～580℃，保温1.5～2小时;

第二次回火温度，540～560℃，保温1.5～2小时;

第三次回火温度，540～560℃，保温1.5～2小时;

第四次回火温度，520～540℃，保温1.5～2小时;

本发明功效在于保证工模具达到超高硬度HRC68～69.5高水平，同时节能降耗、降低成本、操作方便、易于工业化生产。

实施例见表1。（表见文后）

表1实施例1

工件名称    白钢车刀    白钢车刀    白钢车刀    剪切模具

钢料    V3N    V3N    V3N    V3N