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国内外普谝采用摩擦焊生产10mm以上的杆式刀具。同闪光焊相比,摩擦焊具有节电、焊缝质量好、结合强度高等优点,用摩擦焊生产的高速钢刀具同整体高速钢相比可节材50%以上。但如果操作不当,也会出现质量问题,甚至批量报废。郑州高氏就以下就摩擦焊刀具热处理工艺及容易产生的缺陷作简单介绍。

 

1)摩擦焊后热处理工艺。

 

①焊后冷却及退火处理。摩擦焊时产生高温,在焊缝两侧很小区域内产生较大的温差,焊后若直接空冷,高速钢一侧发生马氏体转变,45钢和未受热的部分则为索氏体+珠光体组织,由于比体积的差异,将引起很大的组织应力,以致产生开裂。为此,焊后的刀具应立即放到650 -730℃的炉中保温,待料罐装满后再保温I .-2h,使之发生珠光体转变,然后直接升温至850 -870℃x4 -6h 退火,炉冷至500℃以下出炉空冷。如果生产量很大,无法实施上述工艺时,应将保温温度选在740-760℃,保温时间延长至2 -3h,使焊缝两侧充分转变成珠光体+索氏体组织,随后空冷再退火。摩擦焊刀具的退火温度应比高速钢普通退光体+索氏体组织,随后空冷再退火。摩擦悍刀具的退火温度应比高速钢普通退火高10 -20℃,目的是强化扩散作用,提高焊缝强度。焊缝高速钢部分退火后的硬度应<255HBW,焊后的质量检验按JB/T 6567一2006《刀具摩擦焊接质量要求和评定方法》执行。

 

②淬火。焊接刀具热处理的关键是高温加热是否超过焊缝,目前主要有低于焊缝和超过焊缝加热两种工艺之争。前者在国外应用较普通,其主要论据为:改善了焊接后的原始组织;考验了焊接质量;提高了焊缝的强度;节省了高速钢。而后者也大批量应用于生产,得到许多大工具厂的认可。摩擦焊后,在焊缝处有0.1 -0.3mm厚的脱碳层,这是焊接强度最薄弱的部位。在1 200aC以上高温加热,W、Mo、V等化学元素有非常强的扩散能力,加热温度愈高,溶解到奥氏体中的碳化物愈多,此时脱碳区与贫碳区两边的金属原子与C迅速结合,从而改变了该区的化学成分,而焊缝在随后的淬火冷却中得到强化,强度增高。如果只在焊缝以下15 -20mm加热,实际上是缩短了高速钢的切削部分长度,造成浪费。现在不少锥柄钻、等柄钻、立铣刀等刀具生产厂将高速钢长度峰缩再缩,如果加热到焊缝以上(将高速钢部分全部浸入高温盐浴),则可以充分利用昂贵的高速钢,对于大批量生产的专业刀具厂来说,经济效益相当可观;而氐于焊缝以下15 -20mm加热,可以省去一些质量纠纷,降低成本,二者各有千秋。加热温度取中、上限,加热系数6 - 8s/mm,金相控制在10 - 10. 5 级(M2、9341、7441 等HSS 钢),550℃回火,860 -920℃淬柄,喷砂,最终进行氧氮共渗处理。

 

2)热处理缺陷分析。由于锥柄钻等焊接刀具的特殊性,在热处理过程中,易出现开裂和过热等缺陷。以下就这两个缺陷作简单分析。

 

①开裂。经研究发现,并非高温加热超过焊缝引起开裂。从多个单位焊接现场发现,焊接以后根本不保温,直接扔到地下,或者放到一个很长的输送带上10s左右才入炉。尤其在<500℃的井式炉中保温时很容易引起开裂。摩擦焊时温度在1 000℃左右,对于高速钢而言,靠近焊缝处的组织为马氏体组织,而邻近焊缝处的组织为托氏体+马氏体,其余部分仍为原来的珠光体+索氏体组织。在一个不到10mm长的区域内竟有3种组织出现;至于碳钢部分,焊缝处则是珠光体与索氏体组织,由于体积的变化也增加了内应力。如果应力超过钢的强度时,即可能开裂。裂纹多发生在离焊缝2 -5mm 的高速钢部分,断口大多无黑斑,不管加热是否超过焊缝,裂纹都会发生。如果焊接不牢,在焊缝处就会见明显黑斑,且脱碳层较厚。如果加热超过焊,喷砂酸洗时间过长可能造成氢脆,此时断裂不一定在焊缝处,可能发生在高速钢的任何部位。在焊接450mm以上的锥柄钻时,如果碳化物不均匀度超过5 级,由于焊接接口处高速钢产生过大的变形,在焊缝内部虽可使碳化物偏析出,并摩擦成碎屑,但在焊缝外部,则其碳化物偏析与变形区域相平行,于是使强度有方向性,在热应力和组织应力的双重作用下,就有可能沿碳化物带及变形方向产生开裂,并向高速钢部分延伸。

 

②过热超标。5Omm以上的工件加热时间长,金相组织较难控制,坚持首检和巡检都是控制过热的有效途径,混炉号和甚至混钢号是造成过热的一个原因,只要加强原材料管理,完全可以避免此类现象发生。除了以上两个经常发生的缺陷外,还有腐蚀、磕碰、崩刃、扁尾硬度不稳定等缺陷,只要严格按工艺去操作,就会不出或少出质量问题。

 

3)实际应用。为了避免摩擦焊刀具开裂,采取焊后立即保温的方法,即在机床旁设置一只保温箱或直接放进保温炉内,这样可以减少焊接开裂。在喷砂酸洗工序中,严格控制酸洗浓度、时间以及温度是减少氢脆的有效方法,必要时在酸中加缓蚀剂,可减少焊接刀具的环状开裂。2003年某厂因酸洗时间过长,产生氢脆,23mm的9341钢锥柄钻从1.5m高处自由落下,10件断掉5件。酸洗后立即进行去氢处理,不会再发生断裂现象。

 

郑州高氏电磁感应加热设备厂家根据多年生产高频焊接设备技术的经验来看。摩擦焊刀具有着广阔的应用前景,但质量不容乐观,焊后缓冷、保温、及时退火对刀具质量影响较大。高温加热浸液不宜超过焊缝。焊接刀具较大的质量隐患是断裂,它不仅与热处理工艺有关,还受到原材料及酸洗的最大的制约。