高速钢左右铣刀裂纹分析

宋玉强　赵刚华

(陕西航空硬质合金工具公司　勉县724200)

摘　要：W6Mo5Cr4V2左右铣刀经热处理后在键槽根部产生裂纹。对失效铣刀进行了金相分析。结果表明，铣刀键槽R小和热处理分级次数少，使热处理应力大而集中，导致键槽根部产生裂纹。改进了冷、热加工工艺，使随后热处理的左右铣刀避免了类似的事故。

主题词：W6Mo5Cr4V2；　左右铣刀；　键槽；　应力；　分级淬火

1　左右铣刀热处理工艺及失效情况简介

某厂一批<145mm×(50～100)mm的W6Mo5Cr4V2左右铣刀经图1工艺热处理后发现9件有裂纹，裂纹均从键槽根部开始，沿半径方向扩展，见图2。

图1　左右铣刀淬-回火工艺曲线

2　金相检验与结果

显微镜下观察，裂纹呈穿晶发展，走向与碳化物分布无关。裂纹两侧无脱碳层，组织与其它部位一样都是回火马氏体+碳化物+少量残留奥氏体，属正常的淬-回火组织。虽然在接近左右铣刀的中部区域碳化物不均匀度为6级，但无晶粒粗化(奥氏体晶粒度为10级)和碳化物形状改变及碳化物呈网络分布等过热和回火不足现象，见图3和图4。整个裂纹除开口处较粗外，其余均纤细(见图5)，尾部尖细，见图6，这属于典型的热处理应力裂纹。

图2　左右铣刀裂纹分布

     图3　奥氏体晶粒度　500×　4%硝酸酒精溶液侵蚀     图4　碳化物形态　500×　4%硝酸酒精溶液侵蚀

    图5　裂纹开口处　100×　4%硝酸酒精溶液侵蚀         图6　裂纹尾部　100×　4%硝酸酒精溶液侵蚀

3　分析与讨论

刀具热处理时产生的裂纹通常是由于内应力作用的结果，当热处理产生的组织应力和热应力超过钢的强度时，便会使刀具产生裂纹。因此，凡使钢的内应力增大，塑性和强度降低的因素都是促使刀具形成裂纹的因素。

影响高速钢左右铣刀产生裂纹的主要因素有：

(1)铣刀的尺寸　高速钢左右铣刀尺寸较大，导热性很差，在一次分级淬火(580～620°C)冷却过程中温度高于Ms点时产生热应力，当温度低于Ms点时则产生组织应力，而且最大拉应力位于铣刀表面，拉应力峰值随铣刀直径的增加而急剧增大。尺寸越大的铣刀，开裂的危险性就越高。

(2)铣刀的键槽　如图2所示的铣刀内孔键槽冷却条件本来就差，热应力较小，淬火后表层易形成很大的拉应力，槽根圆角半径(小于0.2mm，有的几乎成直角)越小，应力越容易集中。因此，该槽根的拉应力大小几乎达到正常值的数倍，加之网状碳化物的存在，不仅增加淬火冷却时的组织应力，而且降低了钢的强度和塑性，热处理时便在铣刀内孔键槽槽根产生裂纹。

4　改进措施

由于高速钢左右铣刀尺寸较大，导热性很差，在一次分级淬火冷却过程中，铣刀内外存在温差，造成体积变化的不同时性，产生很大的内应力，使铣刀内孔键槽拉应力叠加，而键槽的尖角恰好处在此部分的外表面上，增大了应力集中效应;另外槽根上网状碳化物的存在，不仅增加了拉应力，而且降低了钢的强度和塑性，因此9件铣刀均从键槽开始出现淬火裂纹。为了进一步减少热应力和组织应力，我们在改进冷、热加工工艺和制作方面作了如下工作：

(1)采用二次分级的淬火冷却方式，各分级冷却时间为淬火加热时间的2倍。

(2)按用户设计或按GB6132-85制作键槽尺寸(根部R0.5～1.2mm)，在不影响键槽强度的前提下尽量采用上限，进一步减小热处理应力集中。

(3)选择碳化物级别较低的高速钢制造铣刀。

5　结论

W6Mo5Cr4V2左右铣刀键槽R小和分级次数少，使热处理应力大而集中，导致左右铣刀键槽根部产生裂纹。改进了冷、热加工工艺和制作，使随后热处理的左右铣刀避免了类似的事故。