1.高速工具钢的淬火及其质量控制

高速工具钢的淬火加热及保温是为了获得高合金的奥氏体，以便淬火后可获得高合金的马氏体。这种马氏体具有高的耐回火性，在高温回火时析出弥散合金碳化物，产生二次硬化现象，使模具具有高的硬度和热硬性。由于高速工具钢中有大量的Cr、W、Mo及V的合金碳化物，因此只有在很高的加热温度下才能使这些合金碳化物较快较多地溶解于奥氏体中。但必须注意，淬火加热温度不能过高，温度过高会使碳化物形状发生变形，长大成角状，并优先沿晶界扩展，进而形成网状（这就是过热组织）；如果温度再高，由于合金元素的分布不均匀，会导致晶界熔化，从而出现铸态组织特征，主要为鱼骨状共晶莱氏体及黑色组织（这就是过烧组织）。过烧和严重过热的钢脆性很大，不能使用。

（1）淬火加热 高速工具钢热作模具淬火工艺见表3-34。

表3-34 高速工具钢热作模具淬火工艺

高速工具钢淬火加热的温度可结合模具工作条件及材料中碳化物不均匀程度在表3-34中的温度范围内选择。要求高硬度和高热硬性的冲头等，只要碳化物分布比较均匀，可选择上限淬火加热温度；要求热硬性和韧性兼备的热作模具等以及碳化物均匀度较差的材料，应选择下限，甚至下限以下淬火加热温度。

高速工具钢导热性差，不容易热透，淬火加热前必须进行预热。根据模具形状和要求，可分别选用一次预热或多次预热。一次预热适用于形状简单或开裂变形倾向小的、尺寸不大的模具，其加热温度为800～850℃，保温系数为0.4～1min/mm（盐浴炉）。如果是含钴（Co）的高速工具钢，则预热温度需提高至950℃。二次预热适用于大型及形状复杂的模具，第一次预热的加热温度为550～650℃，保温系数为0.8～1min/mm（盐浴炉）；第二次预热的加热温度为800～850℃，保温系数为0.4～1min/mm（盐浴炉）。三次预热适用于形状极为复杂、易变形开裂的大型模具，第一次和第二次预热与前相同，第三次预热的加热温度为1050～1100℃，保温时间与淬火加热时间相同。三次预热工序复杂，经济性差，较少使用。

高速工具钢在正常温度加热淬火后，组织有如下特征：晶粒度为9～10级，马氏体为隐针马氏体和细针马氏体，残留奥氏体分辨不清，碳化物没有快速长大，也没有角状化。如果淬火加热温度过低，大量的碳化物未溶解，就会形成欠热组织。这种情况将降低模具的使用寿命。

高速工具钢淬火加热保温时间确定的基本原则是：一定量碳化物溶入奥氏体，而奥氏体晶粒不长大。对于一定的淬火温度，应有一个合适的保温时间。高速工具钢的保温时间控制很严格，一般是以秒（s）来计算与控制的。通常以模具的有效厚度乘以加热系数来计算，在盐浴炉中以1150～1240℃加热时可选用10～12s/mm，以1250～1300℃加热时可选用8～12s/mm。

W18Cr4V高速工具钢在正常温度加热淬火后，晶粒度为9～10级，马氏体为隐针马氏体和细针马氏体，残留奥氏体分辨不清，碳化物未开始长大，也没有角状化。W18Cr4V高速工具钢在上下限温度区间内加热时，晶粒度和马氏体针长变化比较缓慢，钢材不易过热。如果超出以上温度范围，达到1300℃后油冷时，晶粒尚未长大，晶粒度为8.5～9级，组织为粗针马氏体，碳化物颗粒明显减少，但个别碳化物开始长大，并有角状化倾向。(www.daowen.com)

W6Mo5Cr4V2高速工具钢采用下限温度1220℃加热淬火，晶粒度为9级，马氏体针已清晰可辨，为细针马氏体。采用上限温度1250℃加热奥氏体化、油冷淬火时，晶粒已长大到8级，碳化物已不圆整，大部分已角状化，组织为轻度过热。

W9Mo3Cr4V高速工具钢采用下限温度1220℃加热、油冷淬火后，马氏体细针特别清晰，奥氏体也清晰可辨，晶粒度为9级，碳化物比较均匀且细小，比W6Mo5Cr4V2高速工具钢还要细小。采用1240℃加热奥氏体化、油冷淬火后，晶粒已长大到8.5级左右，碳化物明显减少，并有轻度角状化，残留奥氏体清晰可见。

综合上述情况，高速工具钢的淬火晶粒度和马氏体针长可以同时作为评价高速工具钢热处理工艺质量的主要参数。对此应予以重视。

（2）淬火冷却 高速工具钢的冷却很重要，从确保在冷却过程中碳化物不从奥氏体析出、保证最好的合金化程度的角度来说，冷却速度应该越快越好；但从避免模具产生开裂和减少变形的角度来说，冷却速度越慢越好。实际生产往往都是在保证淬火硬度的前提下，尽量缓慢冷却，以免产生废品。对于淬火后变形和开裂倾向不严重，以及淬火硬度要求较高的模具用高速工具钢，通常采用油冷淬火；如果淬火后变形和开裂倾向严重，则应采用分级淬火，如在580～600℃进行一次分级淬火。

2.高速工具钢的回火及其质量控制

高速工具钢的回火应达到最佳的二次碳化物析出硬化效应、残留奥氏体充分分解和彻底消除残余应力的三个目标。普通高速工具钢的回火硬化峰值在560℃左右，所以高速工具钢的回火温度通常选择在560℃。高速工具钢淬火后存在体积分数为20%～25%的残留奥氏体，这些奥氏体稳定性很高，在回火加热过程中不易分解，只有在冷却到室温时部分残留奥氏体才能发生马氏体转变，残留奥氏体量可减少到10%（体积分数）左右。但高速工具钢淬火后仅回火一次还不够，其残留奥氏体量还需要进一步降低，并且要消除新产生马氏体引起的内应力，所以高速工具钢一般需要在560℃左右进行三次回火。经三次回火后残留奥氏体下降到体积分数为2%左右，并出现回火二次硬化现象，硬度可达65～66HRC。回火后的显微组织为回火马氏体、碳化物以及少量残留奥氏体。形状简单的一般高速工具钢模具可以采用两次回火，形状复杂的大型模具要采用三次回火。

高速工具钢淬火后应及时回火，否则会使残留奥氏体形成稳定化，导致回火转变不能充分进行，造成模具硬度低而脆性大。形状复杂的大型模具入炉的温度应比回火温度低，可先在400℃加热后再升温至回火温度进行回火。

3.高速工具钢过热与过烧缺陷及其对策

高速工具钢淬火加热温度超过淬火温度上限时，会造成奥氏体晶粒粗大，马氏体针粗长，碳化物不但数量减少，而且会随着淬火温度升高逐步长大并出现角状化，甚至进一步会沿奥氏体晶界扩展成拖尾碳化物和断续网状或网状碳化物，这就是程度不等的过热组织。对此，应经常校对炉温仪表，严格控制淬火加热温度和保温时间，并加强炉前金相组织的检验。