真的能做出來，高速鋼刀片感應加熱淬火

作者:趙步青，胡會峰

單位:

安徽嘉龍鋒鋼刀具有限公司

1.感應淬火的金屬學問題

(1)快速加熱臨界點升高

感應加熱的升溫速度從每秒幾十度到幾百度，脈衝淬火可達到每秒數千度，鐳射淬火更可達上萬度，由於加熱速度快，持續時間短，因此淬火溫度比鹽浴淬火要高，才能使組織轉變為奧氏體。對於碳鋼和低合金鋼而言，感應淬火溫度比常規要提高80~150℃，但高速鋼淬火溫度提高的幅度沒有這麼大，往往只高20~40℃。

感應加熱的比功率遠比爐內加熱大，因此加熱速度極快，從而促使珠光體向奧氏體轉變開始和完成的溫度升高所需的時間短。

施行快速加熱時，鋼的臨界點（Ac3）也隨著加熱溫度的升高而升高。

(2)快速加熱使鋼獲得細晶粒或超細晶粒

在加熱速度較低的範圍內，隨著加熱速度的增大，剛完成奧氏體化所形成的奧氏體起始晶粒顯著減小，但在加熱速度很高時，奧氏體起始晶粒幾乎不再隨加熱速度的增加而減小。實踐證明，在感應加熱條件下，加熱速度極高，所得的起始晶粒極為細小且與加熱速度無關。但是，已形成的奧氏體晶粒的長大與加熱速度有關。當繼續加熱到某一溫度時，加熱速度越慢，所形成的實際奧氏體晶粒越大，因此只要加熱溫度與加熱時間控制得當，感應加熱是不會產生過熱的。

根據霍爾·佩茨公式，晶粒越細，鋼的強度越高。感應加熱獲得的細小晶粒，對提高工具強度及壽命有貢獻。

2.感應加熱淬火在高速鋼機械刀片中的應用

高速鋼的淬透性很好，在空氣中也能淬上火，因此叫“風鋼”，其淬硬性也好，空淬也能淬到64HRC以上的高硬度，磨出很鋒利的刃口，故也稱為“鋒鋼”。高速鋼感應加熱淬火屬自冷式硬化，節能環保，生產效率高。

不管採取何種方法淬火必備兩個基本條件：第一必須奧氏體化，第二必須立即快冷，而且冷卻速度應大於鋼的臨界冷卻速度。感應加熱的特點只是工件表面被加熱，如果表面奧氏體化後立即停止加熱，而鄰近未被加熱的金屬能迅速地將加熱層的熱導走，並且其冷卻速度遠大於臨界冷卻速度，則表面即被淬硬，它不是靠表面噴淬火液快冷，而是由內部的冷金屬來冷卻，這種特殊的淬火工藝只有在高能密度加熱下才能實現。感應加熱是高能密度的加熱方法之一。由於功率密度極大，加熱時間極短，因此也稱脈衝加熱。

感應加熱時渦流在工件上產生的熱量主要用在已加熱的表面層，在此過程中有兩種熱量同時從工件上散發，第一種是從被加熱表面向空氣中散發稱之為輻射熱；第二種是從工件加熱層向心部傳導的稱之為傳導熱。這兩種熱損耗，特別是內熱傳導的作用，加深了理論上的熱層深度。如果工件不太厚，熱傳導很快就從表面傳到了心部，整個截面都熱透了。高速鋼屬自硬性材料，加熱停止馬上就能淬上火，這是其他鋼材難以具備的特異功能。

感應加熱溫度的測量可以用紅外光電高溫計或光學高溫計測量，也可以用目測（根據加熱工件的顏色），判斷加熱溫度的高低。

安徽嘉龍鋒鋼刀具從2014年開始，應用高頻感應加熱技術，試淬厚度≤6mm的M2鋼刀片，投放市場，客戶反映很耐用，其使用壽命比在保護氣氛爐淬火者高出1倍以上，增強了我們擴大市場的信心。為適應市場對厚刀片需求量的增大，2015年我們又引進了超音訊（20~100Hz），自制淬火機床，能淬厚度8~16mm的刀片，圖1為全套淬火裝置；

圖1 淬火裝置

圖2為尺寸為2600mm×75mm×12mmM2刀片淬火後的金相組織。

圖2 淬火金相

圖3為淬火後側面及端面硬度分佈情況，圖3a中側面硬度分佈，1點為3HRC、2點為60。5 HRC、3點為64。5 HRC，圖3b中端面硬度分佈，1點為64。5HRC、2點為62 HRC、3點為60 HRC；圖4為回火後的金相。

圖3 M2鋼刀片感應加熱淬火硬度分佈

圖4 回火金相

測得的有效硬化層深度為5。5~6。0mm，其硬度由表面向內遞減：64。5 HRC→62 HRC→60HRC。表面較硬，心部較軟，機械刀片的工作面始終在表面，這正是很理想的硬度分佈。市場調查發現，刀片仍屬磨損失效，說明硬度還有提升的空間，但很有限，搞得不好有可能崩刃，應小心謹慎。

3.感應淬火刀片的質量檢驗

感應淬火工件在完成淬火工序以後，一般作如下檢查：

(1)外觀檢查

工件表面不得有燒熔、裂紋、撞傷等宏觀缺陷。正常淬火後表面是米白色夾有黑色，鋼號不一樣會有一些差別，有經驗的操作工能根據表面顏色判斷淬火加熱溫度的高低。若區域性燒熔及明顯裂紋、崩落、掉角，在外觀檢查時即能發現。凡是感應淬火件，檢查率100%。

(2)硬度檢查

有經驗的檢驗員應用標準銼刀銼觸刃面及淬火帶，現場可用肖氏或手提式洛氏硬度計或更先進的較準確的硬度計。

(3)金相檢驗

硬度只是表面現象，金相組織才是本質的東西。金相檢查可以在工件上取樣，也可以在任何硬化的部位作檢查（進口的金相儀）。晶粒號不可以大於10級。其他引數見JB/T9204-2008《鋼件感應淬火金相檢驗》。

(4)淬硬區域檢查

不管是淬火後還是回火，均用肖氏硬度計測量。淬硬區域的劃定根據刀具寬度及客戶需求。

(5)淬硬層深度檢驗

淬硬層深度目前大多采用切割淬火工件規定部位，測量該部的淬硬層深度。以前大多用金相法測量，現在基本用GB5617標準，以測量淬硬層的斷面硬度來確定其深度，此種方法往往需破壞工件檢查而造成浪費，因此除特殊工件需故意加長工件，大多參照表面硬度的高低，估計淬硬層深度。

(6)變形檢查

儘管刀片感應加熱很少畸變，但還是要逐條檢查，如發現變形超差，要利用馬氏體相變超塑性的原理，及時校正。

(7)裂紋檢查

可用磁粉無損檢測或用螢光粉顯示裂紋。用磁粉檢測過的工件應經退磁處理後才能進入下道工序。

4.結語

高速鋼感應加熱淬火，過去認為是很難的事，現在已經商品化了。隨著科學技術的深入發展，熱處理工作者“挑戰不可能”的信心提高，奇蹟一個個湧現，感應加熱淬火必將成為熱處理的核心競爭力。

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