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悠悠淬火岁月-56年的热处理人生感悟

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发表于 2024-7-8 15:21:39 | 显示全部楼层 |阅读模式

原创 赵步青 嘉龙锋钢 热家网 2024年07月08日 14:00 安徽

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 楼主| 发表于 2024-7-8 15:23:54 | 显示全部楼层
摘要: 本人从事热处理工作56年,有成功的喜悦,也有失败的愁怅。人生感悟颇多。妒才是社会现象、45钢最难处理、高速钢奥妙无穷,创作的灵感源于企业,创新是企业发展的原动力,敢为人先勇立潮头。
关键词:45钢;高速钢;热处理;创新。
1 序言
我1968年毕业于扬州工业学院(现扬州大学)金属热处理工艺与设备专业,先后在山西304厂。广西5604厂、广西301厂、浙江汤溪工具厂(1995年更名为浙江工具厂)工作过,2002年汤工倒闭后,退休再就业,曾在江苏飞达、浙江金华工具厂、江苏拓普工具、浙江台州索立机械。河南一工、江苏晶工,安徽嘉龙等共16个单位工作过。截止2024年4月在全国30多种期刊上共发表论文及实用文章300多篇,出版个人热处理专著6部,(其中≪热处理工艺设计与应用≫获“技工科技。2023年度机械领域十大好书”)殊荣,协编图书3部。取得成绩背后的酸甜苦辣,只能自己品味。在历史的长河中,56年只是短暂的一瞬,但对于个人来说,只是人生的大半辈子呀!个人的人生感悟受多方限制,肯定有偏见,仅供参考。
2 妒才是社会现象
因为我就职的单位比常人多,干的事也较多,接触人更多,深感妒才是一种社会现象。它不是一种认识上的偏见,而是意识上的一种仇恨,他不希望你比他好,总是妒嫉你,打击你。我相信不少人亦有同感,以下仅从学术角度阐述之。
1986年5月,在无锡召开的全国材料热处理大会上,我作《高速钢中平衡碳差值问题的探讨》报告,会上就有人提出质疑和反对,同年9月在昆明召开的第四届全国工具热处理大会上,我作《M2钢中碳饱和度问题的探讨》的演讲,遭不少人反对,他们都认为工厂的同志很难写出这样高水平的学术论文,更有甚者在浙江的1988年《机电工程》上署名公开批驳我的文章。科技百家争鸣是好事,但恶意诋毁就不好了。高速钢中碳饱和度相当重要,全国的工具行业、高速钢生产厂、大学、研究所都曾参与讨论、验证,证实我的观点是对的。妒嫉我的人哪里知道,我化了多少年的试验,才得出的科研成果,感谢《金属热处理》杂志社,将我的论文在1987年第四期发表。让从事高速钢科研、生产、工具厂均收益。
再则用45钢制造丝锥、板牙等工具,也引来众人非议,认为45钢不可以做切削工具,顶住压力。争得大量订单,为企业增效。我的《高速钢沸水淬火》也惹怒了不少人,他们认为高速钢怎么能淬水呢?事实上沸水的淬火冷却速度比油还慢,不会致裂。我们用高速钢沸水淬火,代替调质,效果很好,论文发表在《热加工工艺》1987年第1期。
最近几年我帮助安徽嘉龙锋钢刀具有限公司搞成两项重大科研成果:高速钢感应淬火和保护气氛加热淬火。2016年我们试验成功高速钢机械刀片感应淬火,早已形成批量生产。但至少还有很多人不相信,因为国内同行为之奋斗数年无一成功,但我们成功了,论文寄到几家权威杂志社,没人敢录用,后来还是在《金属加工-热加工》2017年第21期公示了。2022年我们又将高速钢大圆刀淬火甩掉盐浴炉和真空炉。直接用保护气氛加热淬火,获得圆满成功,已批量生产,质量稳定。还有很多事例证明妒才的社会现象,如何应付?不少人会退却,我选择迎难而上,只要把产品质量搞上去,你就是胜利者,埋怨有何用?生气更无能。要把别人对你的妒嫉作为一种动力,而不是包袱。你对别人生气1min,就失去自己人生中60S的快乐,所以我们要学会没心没肺,对什么不开心的事都可以释怀。没心没肺快乐万岁。
3 最难热处理的钢
经常有人会问我,你从业半个多世纪了认为最难搞的钢是什么?我会直率地告诉你:碳钢45钢、合金钢中高速钢是最难热处理的。
45钢是应用最广泛的钢种之一,,几乎所有的热处理工作者都和它打过交道,大多数同仁认为45钢是难缠的"对手",水淬易裂,油淬不硬,更难的它还存在一个危险率裂尺寸的问题,如图1所示。从图1可以看出,淬裂尺寸始于5mm,并随着尺寸的增加而增加,其峰值在6~8mm。7mm时率裂几乎100%,大于9mm,淬裂逐渐减少,尺寸增加到12mm后基本上无率裂。
45钢淬裂还有个重要原因是钢临界点的突变。制订热处理工艺的主要依据是根据其化学成分和临界点。而钢的临界点主要取决于含碳量。国标45钢的含碳量0。42%~0。50%,实测45钢的临界点和热处理有很大的差距,如图2所示。从图2可以看出,钢的临界点AC1、Ar1并不随着含C量的升高而平缓下降,而是在一个很小的区间存在着一个较大幅度的升降变化,即临界点的突变,如含破量在0。45%~0。50%时 Ac1点出现一个极低值,大约760℃,如按手册上推存的780℃+50℃制订淬火工艺,肯定要出现质量问题。
为了解决45钢淬火难、危险淬裂尺寸、临界点突变三大难题,笔者动了不少脑筋,试验半年,终于从淬火介质和夹具上解决了问题,即用两硝淬火剂,设计合适的淬火夹具。
纵观当今世界所有的钢种,无论其化学成分、组织、性能之间的复杂关系,还是冶炼、浇注、锻造、塑性成形和热处理等整个制造过程的难度,高速钢无疑最难的。有人说"高速钢奥妙无穷",也有人说"高速钢变化莫测"从不同侧面反映高速钢热处理难度。我从事高速钢热处理50多年,深感高速钢热处理的精髓是改造碳化物,我们所做的一切工作都是在促使碳化物的转换和转化。淬火加热时要关注碳化物的溶解度,回火要看碳化物的弥散度,过热和过烧要看碳化物形态的变化,碳化物颗粒度、不均匀度对钢的性能有很大影响。同一成分同一炉号的高速钢制造不同的工具,热处理工艺各不同,热处理工艺应该个性化。

高速钢自问世至今,一直以制造刀具称著,随着机械工业的飞速发展,高速钢在模具行业也占有一席之地,除此以外,高速钢还可以用来制造量具,轴承、弹簧等,其工艺也跟刀具有很大的区别。
从以上分析不难看出,高速钢热处理太难了,硬度达到技术要求没问题,但要达到理想的金相组织是很难的,建议从事高速钢热处理的同仁,一定要放眼全局,关注边缘学科,处理好成分一组织一性能一寿命三点一线的关系。
4 创作的灵感源于企业
(1)减少枪身热处理变形 此文载《兵器材料与力学》1984年第5期,微型冲锋枪枪身简图见图3。热处理后变形量在0。05~0。10mm,要求硬度32~38HRC,材料50BA。热处理难点是变形,我们想了多种措施,解决了枪身变的问题,确保微型冲锋枪研制成功。
(2)高速钢碳饱度问题的探讨 此文载《金属热处理》1987年第4期,我化了整整三年的时在车间里试验,积累了大量数据,解决了好多以前难以解决的问题,虽然过去38年了,但技术仍很前沿,非常适用。
(3)高速钢模具的热处理 此文载《金属热处理》1988年第8期。用高速钢做模具,在国内我算早的,1975年在桂林工作时就用M2钢制梅花扳手冲子获得成功,1984年到浙江后,试用M2钢代替Cr12MoV钢制链条冲棒寿命提高3倍以上,为此工厂成立专门的生产车间。
(4)45钢制丝锥板牙的热处理 此文在《机械工人一热加工》1991年第9、10期上连载,热处理难点淬火剂和夹具,产品远销欧美。
(5)高速钢刀具的硬度问题 此文载《金属热处理》1998年第7期,此文发表后在全国工具行业引起热烈讨论。我的著名观点是把刀具硬度标准上升到一个新高度,认为用HSS钢制造的刀具最好把硬度控制在65-66HRC,用HSS-E钢制造的刀具硬度控制66~67HRC,超硬高速钢也不能超硬度,硬度只是表面现象,金相组织才是本质的东西,达到高硬度和用不用高硬度是完全不同的两码事。
(6)高速钢杆状刀具柄部硬度 此文载《金属切削》2009年第5期,虽是小小的问题,但困惑企业好多年,我的观点是不论杆状刀具长短,测量柄部硬度的点应在从柄端向刃25。4mm处,硬度为30~50HRC,超界均判不合格。
(7)无径支罗钻钻的热处理 此文载《金属加工一热加工》2013年第3期。支罗钻如图4所示。在很短的范围内有3种硬度要求,且为对焊件,我一步到位解决问题。
(8)飞达钻头创品牌 2003-2006年间,我荣幸到当时号称世界上最大的麻花钻生产基地-江苏飞达工具集团工作,该公司有职工6000多人,产值10多个亿,我司职计量质检处主任,和大家一道,从原材料选择、轧制、机械加工、热处理,到表面处理氧氮化都作了认真研究,最终得到世界知名商沃尔特公司认可。飞达钻头2006年3月被国家授予知名商标。
(9)高速钢刀具的深冷处理 此文载《中国CMJ机械与金属》2012年第6-7合刊。高速钢刀具不宜搞冷处理颠复了人们的认知。我们嘉龙公司以前也搞刀片的深冷处理,此反复调研后基本上不搞只在特殊情况下进行。
(10)高速钢刀片感应淬火  此文载《金属加工一热加工2017年第21期。因国际市场的需要,安徽嘉龙公司于2016年研发了此项技术,国内首创,国际领先,已批量生产8年,质量稳定深受外商青睐。淬火设备装置如图5所示。


                  图5 高速钢刀片感应淬火

(11)高速钢制大圆刀保护气氛淬火 此文在《热处理》2024年第1期发表,如图6、图7所示。2022年12月以前外协盐浴淬火,费用高、周期长、质量不稳定。为了生存开源节流,我们开发了保护气氛淬火,对国内外有深远影响。

                图6 大圆刀保护气氛淬火(进炉)



                图7 大圆刀保护气氛淬火(出炉)

5 创新是企业发展的动力

当今社会科技发展日新月异,墨守陈规很难生存,只有创新才能为明天的发展生存带来机遇。对我们热处理工作者来,创新必须从材料和热处理工艺入手,以下谈点体会。

5.1  材料是搞好热处理、创优的基础,符合国家标准的材料只能保证你生产的产品达到合格,但要制造出名优产品,全凭你的智慧。

(1)用45钢制造的丝锥、板牙,其含C量必须在中上限,且不能淬水,否则很难达到硬度≥54HRC的技术要求。

(2)用M2钢制麻花钻,其碳饱和度必须≥0。76,否则达不到65HRC以上的高硬度。

(3)用3Cr2W8V钢制热模具,其含C量应取中下限。

(4)用20CrMnTiA制汽车防滑链链,其含C量必须是上限,否则心部硬度强度就达不到要求

(5)W系高速钢制车刀比W-Mo。系钢车刀耐用,而制铣刀,前者就不如后者。

所有钢的临界点,并不是一个不变的温度点,而是一个随成分变化的温度带。在所有的钢中,C是最重要的元素,那怕是0。01%C(质量分数)的变化都会对钢的硬度和力学性能产生影响,明白了这一点,不盲从手册数据,结合产品特点,科学选材和制订热处理规范,挖掘材料潜力。

5.2热处理工艺改革创新  同样的材料制造不同的工具,热处理工艺应当有别,热处理工艺必须个性化。

(1)用W18钢制造的切纸、车刀,淬火必须过热才经久耐用,过热程度视具体情况而定

(2)滚刀、大的三面刀铣刀过热1~2级肯定比不过热好用。

(3)用9341高速钢锥柄钻、立铣刀淬火也要过适当过热好。

(4)对热处理易变形工件,一定要利用马氏体相变超塑性的原理,在淬火后2h以内抓紧校直,定能收到奇效。

(5)高速钢刀片感应淬火是嘉龙的创新,自2016年研制成功以来已有8年,工艺稳定,产品质量好,节能又环保。

(6)高速钢制大圆刀保护气氛淬火是嘉龙又一重大创新成果。之前都到浙江金华外协,盐浴淬火,淬火成本高,交货不及时,而且还有质量纠纷,2022年底,研制保护气氛淬火,新工艺现已成功投入批量生产,质量上乘,产品远销欧美大市场。

6 结束语

前进路上总是崎岖难行,难免磕磕碰碰,只要坚定信心,勇攀高峰,一定能到达光辉的顶点。生命有限,人生短暂,工作期间不努力将成为终身遗憾,爱拼才会赢,当生命快到终点时,回忆往事,你一定会感慨万分,我未白活,潇洒人生走一回,值得!
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 楼主| 发表于 2024-7-8 15:26:35 | 显示全部楼层
(1)用W18钢制造的切纸、车刀,淬火[color=Red]必须过热才经久耐用,过热程度视具体情况而定

(2)滚刀、大的三面刀铣刀过热1~2级肯定比不过热好用。

(3)用9341高速钢锥柄钻、立铣刀淬火也要过适当过热好。
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 楼主| 发表于 2024-7-8 15:43:16 | 显示全部楼层
https://mp.weixin.qq.com/s/qq2-LTTPGMlgXu7680rDDw
热处理工程师教你如何提高切削刀具的使用寿命
原创 赵步青 热处理生态圈 2019年09月09日 10:59 北京

国产刀具和国外刀具相比,切削寿命有较大的差距,有人怀疑刀具材料不给力,不如国外好,于是从国外进口M42、M35等高性能高速钢甚至粉末高速钢,但刀具质量还是不如人家。行家们分析认为是热处理技不如人。以下就如何提高刀具寿命谈点切身体会,仅供参考。
1.  重视碳化物的核心作用
高速钢热处理搞来搞去都在做碳化物的转变与转化工作。碳化物对高速钢刀具来说,它是一把双刃剑,处理得好,它保证高速钢有很高的硬度、耐磨性和红硬性;处理不好导致过热过烧,从而影响刀具寿命。为了提高高速钢刀具寿命,就必须深入了解钢中的碳化物,深刻认识碳化物的生成与变化规律。我们要和碳化物作斗争,使之向着有利于提高刀具寿命的方向发展。
最直观的要检查碳化物的不均匀度,通过压力加工改善碳化物的形态与分布,淬火加热关注碳化物的溶解度,检查回火态碳化物的变化。
2.检查晶粒度一定要看碳化物溶解度
高速钢晶粒度的检查,历来都作为检查高速钢淬火质量的重要手段,有的甚至作为除测硬度外的唯一手段。晶粒度对于高速钢刀具寿命到底有多大影响?国内外同行看法不一甚至有较大的分歧。
前苏联对¢8mmP6M5(M2)钢直钻进行了试验表明,晶粒度为9.5级时刀具有最佳的使用寿命(钻孔数460个),晶粒度过细或过粗,钻头寿命都会降低。我们在创优创国家品牌钻头活动中,深有同感,但应补充两点:碳化物溶解要充分;热处理后硬度>65HRC。
不同刀具对淬火奥氏体晶粒度和碳化物溶解程度的要求是不一样,如齿轮滚刀晶粒度9级,车刀8级,碳化物溶解要充分,机用丝锥则要10.5号细晶粒,碳化物溶解一般即可。
晶粒度粗细充其量不过是反映淬火加热温度的高低,对要求高红硬性的刀具,碳化物溶解程度比晶粒度更重要,所以炉前看金相时,一定要两者兼顾,不可偏废。
3.硬度问题
笔者在多篇论文中反复强调“硬度是表面现象,金相组织才是本质”的基本观点。对于高速钢刀具而言,要取得>64HRC的高硬度只是举手之劳,但要取得理想的金相组织可不是一件容易的事。比如M42之类的超硬高速钢,并非硬度越高越好,而是有一个比较适合的范围。硬度太高,不光不会高寿命,反而会折寿。高速钢刀具历来不以硬度高低论英雄。对于具体钢号制作的具体刀具在具体工作条件下,存在一个比较实用的硬度值,高了低了都不会高寿命。根据我的经验,HSS钢刀具硬度在65~66HRC;HSS-E钢刀具66~67HRC;HSS-L钢刀具不能因为是低合金而降低硬度,也应该达到HSS钢65~66HRC的水平。人们在实践中发现,高寿命的刀具一般都是高硬度,但高硬度者不一定高寿命。我们要在用足韧性的前提下,力求高硬度。
4.表面强化
有人说高速钢刀具热处理潜力控尽,应该大做表面文章,此话有一定道理,但不太全面。
高速钢刀具表面强化技术发展非常快,目前主要有蒸汽处理、氧氮化、TiN涂层、TiA1N涂层及多层复合涂等。它们对提高刀具寿命很有帮助。
表面强化有两个问题必须注意:即前处理一定要过硬,硬度偏低或过热超标之刀具,不管如何强化都不会有高寿命;表面强化一定要有针对性,以最终提高刀具寿命为衡量标准。
5.努力稳定刀具寿命
国内外市场反馈表明,一个高质量的刀具产品不仅平均寿命高,而且质量稳定,刀具寿命重复性好。我国相当一部分工具厂刀具寿命低,不是每件产品的寿命都低,而是寿命相差悬殊,分散度太大,致使刀具平均寿命大大下降。国内不少工具都曾做过这样的试验:单件相比,国内刀具并不比国外差,但任取10件PK,国内刀具总会有1~2件不尽人意。
产品质量与刀具寿命稳定与否是一个工厂的技术水平、管理水平等方面的综合反映。要使刀具寿命高可不是一件容易的事,它是一项系统工程,从原材料把关、机械加工、热处理、一直到产品的最后包装出厂等各个环节,都必须有一套严格的规章制度、正确的工艺文件、齐备的检测手段和工作人员的良好素质。
计算机在热处理加热炉上精密控温及真空等先进加热设备的成功运用,对稳定和提高刀具产品质量作出了积极贡献,另外德国蔡司金相显微镜也为稳定产品质量增加砝码。
综上所述,提高我国刀具寿命需要正能量,钢厂要给力,机械加工要给力,但最要紧的还是热处理同仁要争气。只要认认真真做好每一个环节,我们一定能够制造出高寿命的刀具,为中国成为世界机械制造强国尽责尽力。
摘自《金属加工(热加工)》杂志
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发表于 2024-7-9 14:05:36 | 显示全部楼层
赵工已到了出神入化的境界,所有的创作源泉都来源于实践。
人之心胸,多欲则窄,寡欲则宽。
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