硬質合金焊接銑刀的熱處理工藝改進

我廠生產的B₁279機床，用戶訂貨時要求我廠提供配套的專用刀具如：R7.25、R7.5槽銑刀(見圖1)；1號、2號倒角銑刀等。由於這幾種銑刀工作時切削速度高達5600～6000r/min，切削力大，按傳統方法製作這樣的銑刀投入使用后很快便折斷或變形，不能滿足用戶要求。又如我廠為外廠製作的成型扁鑽(見圖3)，按設計圖樣：刀體為W18Cr4V，刀頭為YG6。按設計圖樣材質，採用先淬刀體而後再焊刀頭的方法製作的此種刀具投入使用便折斷，根本無法使用。再如，我廠產品用φ75mm銑刀、φ38mm、φ44mm擴鑽(見圖4、圖5)使用原方法製作時，有：30％的刀具平均每把只能加工200～400件零件，其損壞形式主要是焊口附近的刀體部分折斷或扭曲變形；此外扭曲變形還使刀具精度喪失，造成被加工零件的報廢。

2.產生問題的原因調查

為弄清採用刀體先淬火而後再在刀體上高頻焊接硬質合金刀頭的製作方法產生前述缺陷的原因，我們做了下面的試驗：首先特製了試驗銑刀，試驗銑刀形狀尺寸的確定原則主要是為了易於金相化驗取樣。試驗銑刀如，其刀體材料為40Cr，刀頭材質為YG8。

對試驗刀體先進行淬火，工藝為830℃加熱30min油冷卻，200℃回火90min，其熱處理工藝曲線見圖7。試驗刀體經淬火后的金相組織為馬氏體+少量鐵素體(見圖8)，對其測試硬度為52～54HRC(見表1)。在淬火刀體上高頻焊接硬質合金刀頭后，對距焊口1mm處的刀體進行金相化驗，金相組織為索氏體型珠光體+碎塊狀鐵素體(見圖9)，靠近刀頭處的硬度為20～24HRC(見表1)。由金相組織和所測的硬度可知，刀體經淬火后的高強度、高硬度的馬氏體組織在高頻焊接過程中轉變為強度和硬度較低的索氏體型珠光體和碎塊狀鐵素體。在這個轉變中，刀體的硬度和強度大大降低。之所以發生這樣的轉變是由於在刀體上高頻焊接刀頭時，焊接溫度較高，一般在900～950℃；這樣高的溫度使淬火后的刀體在靠近焊口處被正火，從而造成此處硬度、強度的大大下降。而離焊口較近的區域也由於焊接時的熱傳導，使該區域的溫度升高，造成該區域的中、高溫回火，也使此區域的強度、硬度下降。刀具使用時，刀具損壞也最易出現在焊接處，說明焊接處刀體硬度、強度下降是刀具損壞的重要原因。

3.熱處理工藝的改進

由以上試驗和分析，先淬刀體后焊刀頭的方法使刀體靠近焊口處的熱處理效果基本喪失。要增加刀體強度，提高刀具壽命，應將刀頭焊接在刀體上后再進行銑刀的整體淬火，以保持刀體的熱處理效果。但這種方法以前我廠從未採用過，人們擔心在淬火的加熱和冷卻過程中會使硬質合金刀頭性能變壞，甚至在加熱過程中焊口發生變化造成刀頭脫落等。為此，我們就硬質合金刀頭在各種不同的熱處理工藝下的性能變化(包括硬度和開裂情況)做了試驗，試驗結果見表2。對焊口耐熱程度進行了試驗，試驗結果見表3。

由以上兩個試驗可以得出：

(1)硬質合金刀頭在900℃以下加熱並冷卻，刀頭硬度不發生明顯變化。

(2)硬質合金刀頭在淬火冷卻中，若淬火介質為鹽水時，硬質合金刀頭由於急速冷卻而開裂；若介質為油時，在900℃以下加熱、冷卻，硬質合金刀頭不會發生開裂。這表明在採用焊接刀具整體淬火時，刀體應選用油冷卻即可淬硬的合金鋼，而不能使用油冷淬不硬、用水才能淬硬的碳素鋼，如刀體採用45鋼或高碳鋼的刀具，焊后整體淬火時，刀體材料應改為合金鋼。

(3)為防止加熱過程中銑刀焊口處焊料熔化，產生焊料流動或刀頭與刀體位置變化，淬火溫度不能超過900℃，最好在850℃以下。大部分的合金鋼的淬火溫度都在850℃附近，而中、高合金鋼的淬火溫度一般在900℃以上，因此用具整體淬火時，刀體材料小應選擇中、高合金鋼，如前文提到的成型扁鑽，刀體材料為W18Cr4V，淬火溫度超越了900℃，就不能進行整體淬火。

遵循以上三條，我們首先對試驗銑刀(見圖6)進行整體淬火，刀體材料、淬火工藝均與先淬后焊的試驗銑刀相同，淬后對刀體距焊口1mm處進行金相化驗，金相組織為馬氏體+少量鐵素體，硬度52～54HRC，與未焊刀頭時刀體淬火的金相、硬度一致。

以上對圖1～圖5所示的各種銑刀、鑽頭進行了整體淬火試驗並納入正式生產均取得了較好效果。

需要注意的是，銑刀整體淬火時，由於刀頭焊於刀體上，而硬質合金刀頭極硬而脆，稍有磕碰便會掉角造成報廢，因而在淬火、回火及以後的噴砂中都必須謹慎小心，決不能有磕碰。

4.效果

採用銑刀整體淬火，焊口處的刀體硬度較原來先淬刀體后焊刀頭有了大幅度的提高。如圖1、圖2所示的槽銑刀、倒角刀等，採用整體淬火后，解決了這些銑刀一工作便折斷的問題。如圖3所示的成型扁鑽，將刀體材料由W18Cr4v改為40Cr，整體淬火后的使用效果很好。又如圖4、圖5所示的刀具經整體淬火后，每把刀可加工零件2000件以上，刀具壽命得到大大提高。