量具热处理后需要具有高硬度、高耐磨性,因为量具是计量尺寸的标准,所以量具必须具有精确而稳定的尺寸、高硬度和高耐磨性。为此,量具用钢的碳含量都较高,一般为过共析钢或含有一定量的Cr、W、Mn等元素的合金钢。量具用钢主要有:碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢、不锈钢及渗碳钢等。为提高量具的尺寸稳定性,除淬火、回火时注意采取措施外,还需进行冷处理、时效处理等。量具的常用工艺过程是:锻造→球化退火→正火或调质→切削加工→淬火→热校直→冷水处理→冷处理→回火→时效→清洗→发黑或喷砂→磨削加工→时效→精磨。
(1)预备热处理量具原材料必须进行球化退火,以降低硬度,便于切削加工,并为最终热处理做好组织准备。其退火工艺与一般工具的预备热处理相同。
量具锻坯为细化晶粒、消除网状碳化物或改善某些不良组织,可进行正火或调质处理。正火还可改善表面粗糙度。调质可以改善切削加工性能,细化组织,消除机械加工应力,减小淬火变形,并获得均匀而稍高的硬度。
如果过共析钢组织粗大或存在较严重网状碳化物,就容易产生淬火裂纹或磨削裂纹。为减轻或消除这些缺陷,可将钢加热到稍高于或接近于Accm的温度并保温,使碳化物网全部或大部分溶入奥氏体中并适当均匀化,然后快冷,使碳化物不致沿晶界析出,再在Ac1以下合适的温度回火或正常退火,以得到所需的组织和硬度。
①碳化物网粗、厚、完整者采用上限除网温度;反之选用较低的除网温度。
②可用常规退火工艺代替除网处理后的回火。
(2)淬火淬火加热可选用盐浴炉、可控气氛炉、真空炉、流态化炉或感应加热装置,也可在具有保护条件的箱式炉中进行。为减少奥氏体中碳和合金元素的含量,以减少残留奥氏体量,并减少淬火应力,在保证淬硬的前提下,尽量选用低的淬火温度。
加热时间根据炉型、装炉量、工件大小及形状来确定,在盐浴炉中加热系数一般按0.4~0. 8min/mm计算,流态化炉按0.5~1min/mm计算,辐射电阻炉按1~2min/mm计算。
淬火介质可选用油、低温硝盐、聚合物水溶液或盐水,应根据量具形状和材料选择。为减少淬火后残留奥氏体的数量,不宜采用分级淬火或等温淬火,淬火介质的温度也不宜过高,如用油淬火,油温以保持在室温为宜;使用水溶性聚合物淬火介质,淬火槽内应有搅拌装置;介质温度应保持在30℃以下;工件应在淬火介质中冷透。对一些尺寸稳定性要求不严格的工件,为减少淬火变形,可以采用低温硝盐分级淬火或等温淬火。
(3)回火量具在淬火后应立即回火,以免产生裂纹。为保证量具有高的硬度和耐磨性,回火温度都比较低,主要是消除应力。回火温度一般为130~170℃。当要求硬度为60~64HRC时,取上限,当要求硬度≥64HRC时取下限。
量具回火以在热浴(热油或硝盐)中进行为宜。在带有风扇的井式炉中也可以,但回火时间需延长1~2倍或更长,且回火温度可适当提高些。在回火温度适当的前提下,回火时间稍长,并无不利影响,而保温时间不足则对量具可能产生不良影响。热浴回火的时间不应小于1h,当有效厚度≥50mm时,回火时间应为2~4h。