高速钢M42切削性能的影响因素研究

双金属带锯条齿部材料主要为高速钢M42，而这种切削工具的主要失效形式为磨损，此种磨损，不像其他刀具具有可磨性，属于一次性刀具。另一方面，由于现代生产方式和经济因素的影响，切削方式基本上为高速强力切削，对齿部材料的性能要求更高、更严格，因而要求其具有更好的切削性能。

切削性能是高速钢各种性能的集中反映，提高切削性能主要是提高耐磨性和红硬性，这两项指标对高速钢来说主要反映在硬度上。而在生产实践中，是通过控制淬火晶粒度和回火碳化物的级别来控制回火硬度的，因此研究淬火晶粒度和回火碳化物对硬度的影响具有现实意义。

㈠试验材料及方法
试验用M42钢的化学成分如下所示：（质量分数，％）
C      Si    Cr     Mo     V      W      Co     S      P
1.07  0.27  3.29   4.29   1.14   1.38   7.77  0.007  0.019
试样尺寸为：长100mm，宽1.57mm，基体宽25.5mm，厚0.899mm，试样在高纯N2保护气体中于管式加热炉中奥氏体化，在冷却箱中分级淬火，并在高纯N2保护气氛中于罩式炉内进行540℃X2h二次回火处理。

㈡工艺规范及结果
⒈工艺试验规范
在4025锯床上进行疲劳试验，其主要条件为载荷200kg，线速度100m/min，切削材料为硬度40～44 HRC、直径90mm的不退火轴承钢，5h后测量齿尖磨损量。
用ZISSER Oberver V1m可照相显微镜观察试样的组织形貌；用5 kg载荷维氏硬度计测试硬度，然后转换为洛氏硬度。
⒉晶粒度与碳化物
淬火保温时间不同时的晶粒度及晶粒度与1200℃时的保温时间之间的变化关系可知，随着保温时间的延长，钢的晶粒逐渐长大。
⒊淬火温度不同时的晶粒度
根据保温时间为46S时不同温度淬火后的晶粒度，保温时间一定，晶粒度随淬火温度的变化曲线可知，淬火温度低，晶粒细小，碳化物多；正常的淬火组织具有较清晰的晶粒及未溶解的颗粒状碳化物。随着淬火温度的提高，奥氏体晶粒长大，晶界加宽。

㈢分析研究
由保温时间不同时的碳化物形貌及淬火温度不同时的碳化物形貌可知，随着钢的硬度的升高，切削磨损量逐渐减小，说明耐磨性、红硬性增加，切削性能也随之提高。但硬度过高，会出现崩刃现象导致磨损量增加，切削性能也变坏。因而在一定范围内硬度越高，切削性能也越好。要获取高的硬度和高的耐磨性，就需要控制淬火晶粒度和回火碳化物的级别。
在高速钢加热过程中，从Ac1点到接近熔化温度的温度区间，晶粒有长大的倾向，也即随着加热温度升高晶粒长大。在一定温度下，晶粒又随着保温时间的延长而长大。钢中未溶解的碳化物对奥氏体晶粒长大起着机械阻碍作用，所以高速钢碳化物颗粒愈细，愈均匀，则阻碍奥氏体晶粒长大的作用就愈显著，因而要求原材料中碳化物颗粒应细小弥散；而且细小弥散的碳化物颗粒，也有利于提高加热温度和延长保温时问。
在实际生产中，控制奥氏体晶粒度的问题，正如G．A．Roberts等人指出的那样，高速钢的切削性能，是随着合金元素溶解度的增加而显著地提高，为了得到这样的效果，提高淬火温度是必要的。但是用提高温度使合金元素充分溶解而获得理想的切削性能和保持细小的晶粒，使高速钢有足够的韧性，是相互平衡的，决不能顾此失彼，应综合考虑。
另外，由于淬火操作时在1000～700℃温度范围内，碳化物析出较快，影响回火硬度(600℃时，铁原子1秒钟跳跃20次(扩散)；550℃时1度1次，可以认为不扩散，因而分级时要快冷至600℃以下，减少碳化物析出)，因而在这一区间，要加速冷却。而分级淬火的冷却能力确定后，保温时间和高温区快冷应综合考虑，才能达到理想的结果。碳化物的过热级别决定于淬火保温时间和淬火温度，在生产中，对这二个参数应严格控制，确保钢的淬火质量。

㈣综述
⒈高速钢M42的切削性能，主要反映在硬度上，硬度太低则不耐磨，太高则易脆断。在一定范围内尽可能提高钢的硬度，是提高切削性能的关键。
⒉晶粒度和回火碳化级别的高低，是控制高速钢回火硬度的两个重要参数，也是影响切削性能的重要参数，实际生产中使这二项参数控制在合理范围内具有现实意义。
⒊高速铜M42的淬火晶粒度决定于淬火温度和淬火保温时间，淬火晶粒度和回火碳化物的形貌对钢的耐磨性有较大的影响。将钢的淬火晶粒度和回火碳化物级别控制在合理的范围内，可使其获得良好的耐磨性。

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