编号

中国

前苏联

美国

日本

瑞典

1

5CrMnMo

5XrM

SKT₃

2

5CrNiMo

5XHM

SKT₄

3

4Cr5MoVSi

4X₅MψC

H-11

SKD₆

4

4Cr5MoV1Si

H-13

SKD₆₁

8402

4Cr5MoV1Si

H-13

DAC

8407

5

3Cr2W8V

3X₂B₈ψ

H-21

6

4Cr5W2VSi

4X₂B₈ψ

7

3Cr4W2Mo2V

3X₄B₂M₂ψ(πu-470)

8

40Cr2SiWMoVAe

40X₂CBMψm(πu-640)

9

4Cr5WMoVSi

4X₅BMψC

H-12

10

4Cr4Mo2WVS

4X₄M₂BψC(πu22)

11

3Cr3Mo3V

3X3Msψ

H-10

12

45Cr3W3MoV$i

45X₃B₂MψC(πu23)

13

4Cr3W5Mo3V

4X₃B₅M₂ψC(πu-471)

14

3Cr3-3Mo系

SKD₇

15

3N13Mo系

DH75

16

20Cr2Mo2WVNiCo

YHD-3

17

4Cr5W5

H-14

18

4Cr4W4MoV2C04

H-19

SKD8

19

4Cr3W11V

H-22

20

见表3

QRO-80M

21

见表3

QRO-90M

22

55CrNiMoV6

德国2713

23

5Cr4Mo3SiMnVAe(012Ae)

24

6Cr4Mo3Ni2WV(CG·2)

25

35Cr3Mo3W2V(HM-1)

根据轴承的安装特点及加工的可行性，车工工艺上设计带15°引导的装配倒角，以保证轴承和配合面的引导，使轴承顺利装入(见图1)。

轴 承装配倒角的尺寸、形状及角度直接影响轴承的装配质量，影响轴承及相配合零件的寿命。车制轴承装配倒角的方法很多，如采用数控车床车削或用非标准成形车刀 车制，质量好，但成本高。现把普通液压半自动车床(C7620)采用切入方式车削装配倒角，手工磨制成形车刀的方法介绍如下。

要 想实现切入方式车削倒角，与倒角形状相吻合的成形刀的磨制是关键。由于磨刀用的砂轮轮廓是操作者手工修型，使得磨制成形刀的形状控制成为一个难点，为了解 决这个问题，根据产品装配倒角特点，设计了倒角磨刀样板(见图2)。此样板的工作部位形状与刀具刃口形状互补，在磨刀时用光隙法检查刀具刃口形状，只要刀 具刃口和样板刃口靠紧并光隙一致，就说明刀具形状已合格，稍有经验的操作者很容易就能把车刀准确磨制成形。

刀 具的安装角度是影响倒角坐标尺寸及角度的另一关键因素，由于普通焊接刀在机床上重复安装无法保证刀具重复定位精度，导致加工出的倒角角度很难与工艺要求相 符，经过实践，设计两个测量倒角角度的专用样板(见图3)，这样重复磨刀安装后，经过首件试车检验，操作者很快就能正确调整好刀具加工角度。只要刀具安装 高度与主轴中心高一致，加工出的倒角可完全满足工艺要求。在倒角坐标尺寸检测上，利用0～150mm三用游标卡尺，经过对卡尺前端测角改制成专用卡尺，使 倒角测量精度达到0.02mm。

图2 倒角磨刀样板

机械传动技术的发展对齿轮零件的性能要求越来越高，为了获得承载能力大、抗点蚀能力强、传动精度高、表面质量好的齿轮产品，淬硬齿面(HRC48～ 62)齿轮加工技术已成为齿轮制造业的研究热点。

硬 齿面滚剃刀是一种用于硬齿面终加工的新型齿轮刀具，它既保留了硬质合金刮削滚刀的特点，又具有盘形剃齿刀密齿和刃带的优点，同时采用了圆磨法滚刀的圆磨工 艺方法。该刀具加工硬齿面齿轮时，采用“连滚带剃”的切削方式，可获得较高的加工精度、切削效率和较低的表面粗糙度值。设计、制造硬齿面滚剃刀的技术关键 之一是获得高精度的滚剃刀齿形，尤其对于大模数滚剃刀，由于齿形曲线弧较长，要达到较高齿形精度难度更大。因此，根据硬齿面滚剃刀齿形的制造方法，通过选 择合理的齿形近似造型方法以提高滚剃刀齿形精度，是滚剃刀设计、制造的重要内容。

2 滚剃刀齿形制造方法

滚剃刀齿形 的制造采用圆磨渐开线蜗杆的方法，使滚剃刀两侧刀刃的齿形位于渐开线蜗杆上。砂轮的轴截面相对于滚剃刀的轴线旋转一个分圆螺旋升角，使砂轮轴截面与滚剃刀 齿槽的分圆法截面重合，将砂轮放入滚剃刀齿槽中，砂轮与滚剃刀按各自轨迹运动即可进行圆磨加工。滚剃刀齿槽分圆的法截面两侧齿形左右对称，磨完一侧后将滚 剃刀掉头再磨另一侧即可。

理论上，根据已知的滚剃刀渐开线蜗杆和接触线条件求出接触线，再将接触线绕砂轮轴线回转即可得到砂轮回转面及 其轴截面形状，但由于求出的接触线是一条空间复杂曲线，按此修整砂轮非常困难。因此，在实际操作中多采用近似方法，即首先求出滚剃刀渐开线蜗杆齿槽分圆的 法截面曲线，然后将该曲线绕砂轮轴线回转而获得砂轮回转面，由此产生的误差很小，可忽略不计。由于滚剃刀的法截面曲线为复杂的平面曲线，砂轮修整难度较 大，因此可利用简单曲线对滚剃刀法截面曲线进行近似造型，并将造型误差控制在很小范围内。该方法既可降低砂轮修整难度，又能获得较高齿形精度。

3 滚剃刀渐开线蜗杆法截面齿形的近似造型

图1 直线造型误差

图2 圆弧造型误差

1. 直线拟合法

   用 直线拟合滚剃刀渐开线蜗杆法截面齿形曲线显然可降低砂轮修整难度，但由此产生的近似造型误差能否保证要求的齿形精度则需通过计算予以验证。为使直线与滚剃 刀渐开线蜗杆法截面齿形曲线的拟合达到最优状态，它们之间必须具有两个交点，由此产生的三个拟合误差极值如图1所示。e₁、e₃分别为齿根、齿顶的最大拟合误差，e₂为齿中部某点的最大拟合误差。为实现最优拟合，应使三个拟合误差的绝对值相等，即e₁=-e₂=e₃，最大拟合误差∆e=max{|e₁-e₂|，|e₃-e₂|}。可通过优化计算实现上述要求。

   拟合时，首先设直线方程为x=kz+c，确定e₁、e₂、e₃的计算公式后，建立目标函数F=|e₁+e₂|+|e₂+e₃|，设计变量为直线斜率k 和常数c，可通过两个交点的不断移动变化来反映。当F 趋近于0时，即达到最优拟合，根据交点位置可求出k、c 值，从而确定直线位置。

2. 圆弧拟合法

   图2 所示为用圆弧拟合滚剃刀渐开线蜗杆法截面齿形曲线。渐开线蜗杆法截面齿形曲线仍具有渐开线性质，即距基圆越近的点其曲率半径越小，距基圆越远的点其曲率半 径越大。在图2 所示法截面齿形中，a点代表齿根，接近基圆，b 点代表齿顶，远离基圆，a点到b点的曲率半径由小变大。由于圆弧上各点的曲率半径相同，因此若选取一个曲率半径大于a点、小于b点的圆弧与法截面齿形曲线 拟合造型，会出现三个交点和四个拟合极值误差e₁、e₂、e₃、e₄。为达到最优拟合，提高造型精度，需不断改变三个交点的位置，使e₁=-e₂=e₃=-e₄，并据此进行优化计算。

   拟合时，设拟合圆弧方程为(Z-Z_c)²+(X-X_c)²=R²，则拟合极值误差为

   e_i=R-[(Z_i-Z_c)²+(X₁-X_c)²]^½ (i=1，2，3，4)

   式中：R——拟合圆弧半径

   Z_c，X_c——拟合圆弧的圆心坐标

   Z₁，X₁——滚剃刀渐开线蜗杆法截面曲线拟合极值误差处的坐标

   建立优化目标函数为F=|e₁+e₂|+|e₂+e₃|+|e₃+e₄|+|e₁+e₄|，设计变量为Z_c、X_c、R，优化计算时反映为三个交点的不断移动变化。当F 趋近于0时，即达到最优拟合，求得最大拟合误差∆e=max{|e₁-e₂|，|e₃-e₂|，|e₁-e₄|，|e₃-e₄|}。根据最优拟合状态下三个交点的位置，即可求出Z_c、X_c、R 值，从而确定拟合圆弧的位置和半径。
   

图3 双曲线拟合

图4 双曲线造型误差

• 双曲线拟合法

  一条与回转轴距离为H、倾斜角为a的直线绕回转轴旋转，可得到一个方程为x²/H²+y²/H²-z²/(H/tana)²=1 的回转双曲面。沿双曲面回转轴线任意方向剖开均可得到双曲线，按该直线轨迹修整砂轮可得到轴截面为双曲线的砂轮。图3所示为用双曲线拟合滚剃刀渐开线蜗杆 的法截面齿形曲线。双曲线是绕砂轮轴旋转获得的，其坐标系为O'-Z'X'，线段a'b'为双曲线上的一段。O-ZX 为滚剃刀法截面齿形曲线所在坐标系，ab 为滚剃刀的法截面齿形曲线，a表示齿根，b表示齿顶。两曲线拟合时，需对O'-Z'X'坐标系进行坐标变换，经平移、旋转后与OZX坐标系重和，并使两曲 线的坐标系相同。

  由于滚剃刀法截面齿形曲线的曲率半径从a点到b点逐渐变大，根据曲率半径公式求得双曲线曲率半径从a'点到b'点逐渐 变小，因此应选择合适参数使双曲线上a'点区域的曲率半径大于滚剃刀蜗杆齿形上a 点区域的曲率半径，双曲线上b'点区域的曲率半径小于滚剃刀蜗杆齿形上b 点区域的曲率半径。拟合时，会出现三个交点并产生四个拟合极值误差e₁、e₂、e₃、e₄。如图4所示，当达到最优拟合时，有e₁=-e₂=e₃=-e₄，由此可建立优化目标函数F=|e₁+e₂|+|e₂+e₃|+|e₃+e₄|+|e₁+e₄|。砂轮的双曲线形状由参数H、a确定，砂轮位置由参数Z₀、X₁、b确定。虽然砂轮的形状和位置由五个参数确定，但拟合曲线只有三个交点，即只能求出其中三个参数。为此，优化计算时可将其中两个参数(X₀，b)作为约束条件，其余三个参数作为设计变量，反映为三个交点的不断移动变化。当F趋近于0时，即达到最优拟合，求得最大拟合误差∆e=max{|e₁-e₂|，|e₃-e₂|，|e₁-e₄|，|e₃-e₄|}。由三个确定的交点可求出三个设计变量，加上两个给定参数，即可确定砂轮的形状和位置。

4 造型误差计算实例

设大模数硬齿面滚剃刀的基本参数为：法面模数m_n=14mm，法面齿形角a_n=20°，顶圆外径D=290mm，分圆螺旋升角g=3°7'，单头，右旋。采用上述三种近似造型方法对滚剃刀法截面齿形进行近似造型误差仿真计算。计算结果见表1。

表1 近似造型仿真计算误差

造型方法	造型误差(µm)
	e1	e2	e3	e4	∆e
直线拟合	5.89	-5.84	5.86	…	11.73
圆弧拟合	0.326	-0.384	0.308	-0.329	0.674
双曲线拟合	0.577	-0.503	0.570	-0.56	1.133

由 表1可知，直线拟合的造型误差最大(∆e=11.73µm)；双曲线拟合的造型误差较小(∆e=1.133µm)；圆弧拟合的造型误差最小(∆e= 0.674µm)。由于滚剃刀迄今尚未制定相关精度标准，因此可暂时套用滚刀精度标准。ISO4468-1982和GB6064-85 标准规定模数m_n>10～16mm的AA级滚刀的齿形允差为10µm。对照表1结果可知，直线拟合的造型误差大于标准规定齿形允差，不能使用；圆弧拟合和双曲线拟合的造型误差远小于标准允差，是较理想的造型曲线。由于双曲线具有按直线修整砂轮的特点，因此是近似造型的首选曲线。

5 结论

对大模数硬齿面滚剃刀渐开线蜗杆齿槽分圆法截面齿形进行了近似造型计算与分析，结果表明：直线拟合法的误差较大，超过标准规定的齿形允差，不能使用；圆弧拟合法误差最小；双曲线拟合法误差也很小，且可按直线方式修整砂轮，是较理想的近似造型方法。

高 速钢属莱氏体钢，含有大量合金元素，冶炼后形成大量一次共晶碳化物和二次碳化物(约占成分总量的18%～22%)，这对高速钢刀具的淬火质量及 使用寿命有很大影响。高速钢淬火温度接近熔点，淬火后组织中仍有25%～35%的残余奥氏体，致使高速钢刀具容易产生裂纹和腐蚀。下面分析影响高速钢刀具 淬火裂纹和腐蚀的原因，并提出相应预防措施。

1 高速钢原材料的冶金缺陷

高速钢中所含大量碳化物硬而脆，为脆性相。 一次共晶碳化物呈粗大骨骼状(或树枝状)分布于钢基体内。钢锭经开坯压延和轧制后，合金碳化物虽有一定程度的破碎和细化，但碳化物偏析依然存在，并沿轧制 方向呈带状、全网状、半网状或堆积状分布。碳化物不均匀度随原材料直径或厚度的增加而增加。共晶碳化物相当稳定，常规热处理很难消除，可导致应力集中而成 为淬火裂纹源。钢中硫、磷等杂质偏析或超标也是导致淬裂的重要原因。高速钢的导热性和热塑性差、变形抗力大，热加工时易导致金属表层和内层形成微裂纹，最 终在淬火时因裂纹扩展而导致材料报废。大型钢锭在冶炼、轧制或锻造等热加工过程中形成的宏观冶金缺陷如疏松、缩孔、气泡、偏析、白点、树枝状结晶、粗晶、 夹杂、内裂、发纹、大颗粒碳化物及非金属夹渣等均易导致淬火时应力集中，当应力大于材料强度极限时便会产生淬火裂纹。

预防措施为：①选 用小钢锭开坯轧制各种规格的刀具原材料；②选用二次精炼电渣重熔钢锭，它具有纯度高、杂质少、晶粒细、碳化物小、组织均匀、无宏观冶金缺陷等优点；③对不 合格原材料进行改锻，击碎材料中的共晶碳化物，使共晶碳化物不均匀度≤3级；④采取高温分级淬火、再高温回火的预处理工艺，通过精确控温等措施，可有效避 免高速钢原材料冶金缺陷引起的淬火裂纹。

2 高速钢过热、过烧组织

高速钢过热、过烧组织的特点为晶粒显著粗化，合金 碳化物出现粘连、角状、拖尾状及沿晶界呈全网状、半网状或连续网状分布；钢组织内部局部熔化出现黑色组织或共晶莱氏体，形成过烧组织，显著降低晶间结合力 和钢的强韧性。引起高速钢过热、过烧组织的主要原因有：淬火加热温度过高，测温和控温仪表失准；盐浴炉淬火加热时，因盐浴表面烟雾导致辐射高温计测温出现 误差；变压配电盘磁力开关失灵；刀具加热时离电极太近或埋入炉底沉积物中；原材料存在大量角状碳化物或碳化物不均匀度等级太高等。高速钢过热、过烧组织极 易导致淬火裂纹。

预防措施为：①严格控制原材料质量，共晶碳化物级别应≤3～3.5级；②原材料入库和投产前应作金相检查，确保无宏观 冶金缺陷；③刀具淬火加热前用试片校验高温盐浴炉，检查晶粒等级与淬火加热温度的关系是否合理(参见表1)；④采用微机控温与测温，测温精度达到± 1.5℃。

3 萘状断口

萘 状断口是高速钢常见的组织缺陷，断口呈鱼鳞状，类似大理石，具有萘的光泽，断口极粗糙，晶粒粗大(可达Ø1mm)。由于材料脆性大，强韧性低，高温奥氏体 化淬火时容易形成淬火裂纹。在热锻、轧制、压延等热加工时，经1050～1100℃高温奥氏体化，热塑性变形在5%～10%临界变形、精锻温度不当及重复 淬火时未经中间退火(或退火不充分)等因素均易形成萘状断口，导致淬火裂纹。

预防措施为：①合理选择精锻温度，严格控制终锻温度(≤1000℃)，锻后缓冷；②锻坯淬火前应充分退火；③避免在5%～10%临界变形；④进行超晶粒细化处理等。采取以上措施可有效抑制高速钢萘状断口的形成，避免产生淬火裂纹。

4 机械设计与冷加工不当引起应力集中

刀 具厚薄不均、因棱角、锐边、尖角、沟槽、孔、凸台等形状突变而产生缺口效应以及冷加工表面粗糙、刀纹较深、存在碰伤及打标记等均可导致高速钢刀具淬火时应 力集中，从而诱发淬火裂纹。如刀具淬火前存在较大冷加工内应力(尤其是磨削内应力)未予消除，在淬火加热和冷却时将形成多种应力叠加，当叠加应力超过材料 强度极限时，将产生淬火裂纹和畸变。

预防措施为：①改进刀具设计，使刀具形状合理、厚薄均匀。厚处可开工艺孔，薄处可增加肋条，变形悬 殊处可制成斜坡；②将刀具的棱角、直角、尖角倒圆，孔口处倒角；③冷加工表面光洁度应达到设计要求，防止产生粗大刀纹，用万能笔书写标记；④淬火前通过退 火消除冷加工内应力；⑤采用热浴分级淬火、等温淬火等工艺减少组织应力和热应力，避免应力集中。

5 淬火内应力与淬火冷却介质

高 速钢的组织应力、热应力和附加应力均为淬火内应力。对高速钢进行高温奥氏体化淬火时，过冷奥氏体转变为淬火马氏体，由于前者比容小，后者比容大，钢从收缩 状态逆转为膨胀状态，金属内外层相变引起的比容变化不同时性产生的内应力为组织应力。大型刀具的表面和中心以及厚薄不同处因加热和冷却速度不一致形成温度 差，导致体积膨胀与收缩不同而产生的内应力为热应力。刀具表面和内部组织结构不均匀以及工具内部弹性变形不一致形成的内应力为附加应力。当以上三种应力之 和大于材料的破断抗力时，则形成淬火裂纹。当淬火冷却介质冷速过大，超过该钢种的临界淬火冷速时，则易形成较大的淬火内应力，导致刀具淬裂。当淬火冷却介 质冷速过小，小于该钢种临界淬火冷速时，则得不到所需组织性能。获得淬火马氏体转变的最小冷却速度为临界淬火冷却速度。高速钢淬透性极佳，中小型刀具空冷 即可淬硬。但用硝盐进行等温淬火时，如硝盐含水过量，可能造成淬火冷却速度过大，或当刀具淬火未冷至室温即转入水中清洗，可使大量过冷残余奥氏体在水中高 冷速下转变为淬火马氏体，从而产生大的淬火内应力，导致刀具淬裂。

预防措施为：①选用在钢的C曲线拐点处(鼻部)快冷、在鼻部Ms点以 下缓冷的淬火介质(如氯化钙饱和水溶液、C∆-1有机淬火剂、聚乙烯醇水溶液、高锰酸钾淬火液等)作为理想淬火冷却介质；②采用热浴(硝盐浴、碱浴等)分 级淬火、等温淬火以及淬火前预处理等措施，细化组织，消除冷、热加工应力，可有效预防和避免淬裂和刀具淬火畸变。

6 氢脆

高速钢刀具酸洗、电镀时侵入钢中的初生态氢(H)原子转变为氢分子(H₂)时将发生膨胀，产生巨大压力，导致在钢的晶界上发生龟裂，称为氢脆。酸洗是金属氧化物与酸的化学反应，它使金属氧化物变为可溶性盐而脱离金属表层。淬火高速钢有强烈的酸洗氢脆龟裂倾向。通常用硫酸或盐酸酸洗刀具时，其化学反应方程式为

预防措施为：①酸洗时，如产生过量初生态氢原子(H)，则需严格控制酸液浓度、温度和酸洗时间；②刀具酸洗和电镀后及时用净水冲洗和中和残酸，并在4小时内进行190～200℃×2～4h的低温时效，使氢气释放，可有效消除氢脆龟裂。

7 冷处理裂纹

高速钢刀具经高温奥氏体化，保温后在大于或等于该钢种的临界冷却速度下淬火得到淬火马氏体组织，但尚有部分过冷奥氏体未转变，成为残余奥氏体(A_R)(约 占25%～35%)。若再进行-60℃～-160℃的液氮冷处理，则可使残余奥氏体转变为马氏体(M)。由于残余奥氏体比容小，马氏体比容大，钢件发生膨 胀，将产生较大的二次淬火相变组织应力，并与一次淬火应力叠加，当叠加应力大于该钢种的破断抗力，则会产生冷处理二次淬裂。

预防措施 为：①冷处理前将淬火刀具用100℃沸水煮30～40分钟，或低温回火1小时。试验表明，此方法可消除20%～30%的淬火内应力。由于残余奥氏体稍趋稳 定，经冷处理后仍可保留2%～5%。残余奥氏体既脆又韧，可吸收马氏体的急剧膨胀能量，松驰及缓和相变应力；②冷处理后将刀具放入室温水(或热水)中升 温，可消除50%～60%的冷处理二次淬火应力；③采用多次高温回火等措施，促使残余奥氏体转变为马氏体，可有效预防冷处理裂纹。

8 磨削裂纹

高 速钢磨削裂纹常发生在磨削加工过程中，裂纹细而浅(深度不到1mm)，呈辐射网状分布于表面，大多与磨削方向垂直，类似淬火网状裂纹，但形成原因不同。当 磨削速度较高、进给量较大、冷却不良时，可使钢件表层金属温度急剧升高至淬火加热温度，随后冷却即形成金属表层二次淬火，产生二次淬火应力；当材料存在严 重的碳化物偏析未予消除，或淬火刀具中存在较多残余奥氏体未被转变，在磨削加工时则易发生应力诱发相变，促使残余奥氏体转变为马氏体，使组织应力增大，并 与磨削加工二次淬火应力相叠加，形成二次淬火表层磨削裂纹。

预防措施为：①降低磨削速度和进给量，选用缓和磨削冷却液；②严格原材料入 库和投产前检查，控制材料共晶碳化物级别(≤3级)，超过3级者应进行改锻；③避免过高奥氏体化淬火加热温度，采用计算机控温，采用热浴分级淬火、等温淬 火、多次高温回火等措施降低组织应力、热应力和残余奥氏体数量等，可有效避免磨削裂纹。

9 电火花线切割加工显微裂纹

火 花放电加工时，被熔化的金属有一部分残留在放电点的电蚀坑周围。由于电火花加工在油或水中进行，因此脉冲放电结束后熔化金属迅速冷却凝固，因收缩而产生较 大拉应力，使原应力场重新分布，形成厚度0.02～0.10mm的熔化变质层。该变质层为树枝状结晶铸态组织，冷却后形成二次高温淬火硬化层，生成大量极 稳定的残余奥氏体。变质层收缩产生的拉应力与变质层二次高温淬火应力相叠加，在变质层上形成显微裂纹，且随着电火花加工电气参数的加大而加深扩大。

预防措施为：①在电火花线切割加工前应充分消除刀具内应力；②严格控制线切割电气参数；③留足磨削及抛光的加工余量，通过后续加工去除变质层；④通过150～200℃×2～4h油浴消除应力回火，防止电火花加工时产生显微裂纹。

10 回火不当引起二次淬火裂纹

高 速钢刀具具有高温回火二次硬化特性。第一次马氏体淬火后保留了较多残余奥氏体，高温回火时，在回火冷却过程中残余奥氏体相变为马氏体，若在水中或油中快速 冷却，形成二次淬火马氏体时将产生较大淬火内应力；如回火时采用火焰或高频快速加热，表层金属将发生收缩，而内部依然为马氏体组织，因比容大而处于膨胀状 态，从而使表层产生较大拉应力，与一次、二次淬火应力叠加，导致因回火不当引起二次硬化淬火裂纹。刀具表面脱碳会加速裂纹的形成。

预防 措施为：①在保护气氛炉、真空电炉和经充分脱氧的盐浴炉中加热刀具，可防止氧化脱碳；②淬火刀具冷却至该钢种Ms点附近时取出转入缓和冷却介质中，宜在硝 盐热浴、碱热浴中分级淬火、等温淬火和在理想冷却介质中淬火；③低温(≤100℃)入炉回火，缓慢升温至≥300℃后可随炉升温至所需回火温度，高温回火 保温后出炉空冷至室温，在回火缓冷过程中实现残余奥氏体(A_R)→马氏体(M)相变，避免水冷、油冷，防止产生较大二次淬火应力。总之，淬火后及时回火，防止淬火应力萌生与扩大；充分回火，获得稳定组织；多次高温回火，促使残余奥氏体(A_R)→马氏体(M)充分转变，并消除二次淬火应力；较长时间和合回火，提高抗断裂韧性和综合力学性能等措施均能有效防止回火不当引起的二次淬火裂纹。

11 刀具腐蚀

目前，我国高速钢刀具热处理工艺的淬火加热一般在盐浴炉中进行，回火加热一般在硝盐浴炉中进行。此外必须进行酸洗。

1. 刀 具淬火局部加热时，靠近盐浴面以上部位与高温盐浴挥发氯气等有害气体接触，不仅易发生氧化脱碳，而且还会导致液面与空气交界处形成一定宽度的带状麻点腐 蚀。预防措施为：采用高温加热包盐法，即刀具整体入盐后，再将局部不淬火加热部位露出液面，使之包上一层粘附盐壳，与空气中的有害气体隔绝，避免腐蚀。
2. 大型整体刀片在高温盐浴炉中淬火加热时，因温度高、保温时间长，易与盐浴中氧化铁(FeO)等有害物质起化学反应而发生腐蚀。预防措施为：严格执行盐浴加热介质热处理技术条件：纯度≥98%，硫酸盐(BaSO₄、Na₂SO₄、K₂SO₄)等杂质含量≤0.3%，碳酸盐(BaCO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃)等杂质含量≤0.1%，水不溶解物≤0.1%；每一工作班必须对盐浴进行脱氧捞渣，每周掏炉一次，彻底清除炉膛内炉渣杂质。
3. 刀具酸洗时，因酸洗过度或未冲净残酸，使硝酸与硝盐发生化学反应，将引起电化学腐蚀。预防措施为：刀具酸洗后，两次用流动净水冲洗，再彻底中和，并及时喷砂强化，在空气中停放不超过8小时，并采取油封方式，可有效防止酸洗腐蚀。

由 于复合材料(如纤维增强金属、纤维增强塑料、烧结材料、石英玻璃及陶瓷等)，硬度高，有的脆性大，有的过于强韧，增强基体的纤维与硬物质在切削 过程中相当于磨料反过来磨耗刀具，而且复合材料本身耐热性高，导热性差，切削温度传导不出去，一般刀具材料的红硬性都有一定限度，故在加工过程中刀具很快 被磨损。以前能加工这些材料的只有金刚石类刀具，此类刀具价格昂贵；同时由于其组织是金刚石结晶体，存在突出的棱角，直接影响加工表面粗糙度，并使切屑排 出不畅。

近期开发成功的DLC(类金刚石)涂层是加工复合材料的优异刀具材料。下面将金刚石与类金刚石的特性作一说明。

金刚石

金刚石分为：

1. 天然金刚石(ND)——结晶各向异性，在进行刃磨和使用时，须选择适当的方向。
2. 人造聚晶金刚石(PCD)——以石墨为原料，在高温(约几千℃)、高压(约500MPa)下压制烧结形成。人造金刚石各向同性，硬度低于ND, 韧性高于ND 。
3. 人造聚晶金刚石复合片(PCD/CC)——是以硬质合金刀片为基底，在其上烧结或压制出一层0.5～1.0mm厚的PCD，构成复合刀片，兼有硬质合金与PCD的特性。
4. 金刚石薄膜涂层刀具(CD) , 用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)方法在刀具表面涂覆一层厚10～25µm的金刚石薄膜，是在低压条件下沉积合成的金刚石薄膜。
5. 金刚石厚膜涂层刀具(TFD)——CVD可以在基体上沉积出大于0. 2mm的厚膜，此厚膜可被切割出一定尺寸形状，焊在硬质合金刀片上使用。

由表1可知，金刚石硬度最高可达HV10000 ，自身耐热性高，热导率最高2100W/(m·K) ，故红硬性特高，

金 刚石刀具适合加工各类复合材料以及非铁金属如铝、铜及其合金，包括难加工的高硅铝；尚可加工各类难加工复合系烧结材料、陶瓷、硬质合金、玻璃、木材等。但 不适宜加工铁、镍、钻等铁族材料，因为加工这些材料时切削温度大于700 ℃，铁有催化作用，使金刚石转化为石墨，导致金刚石刀具本身磨损加速。硬质合金中虽含钴结合相，因催化作用较缓和，故也可算为复合材料的硬质合金，可用金 刚石刀具切削，而其他刀具材料硬度不够，根本无法切削此种材料。

20世纪80年代实现了在低压条件下用CVD法沉积金刚石薄膜后，进一 步扩大了金刚石在切削工具上的应用，钻头除主、副刀刃外，螺旋排屑槽中也可涂覆金刚石涂层，立铣刀的外刃、底刃、排屑槽及齿槽均可沉积上金刚石涂层，大大 提高了各部位的耐磨性，提高了加工速度及加工效率。沉积CVD涂层的方法很多，但各种方法成膜的质量、膜与基体的结合强度有所不同。

CVD金刚石膜的成长过程包括：核生产，成长，成膜。

CVD金刚石膜的原料气为甲烷，随其浓度增加结晶颗粒大小有变小的倾向，非金刚石成分比会增大，而硬度则随之下降。

维氏硬度与所加负荷的曲线图

类金刚石(DLC)涂层

在 金刚石涂层实用化、商品化过程中，人们又开发了DLC(Diamond Like Carbon)涂层，即类金刚石涂层，又称类金刚石碳。它是金刚石与石墨结构的非晶质碳膜，具有接近金刚石的高硬度，以不同的涂层方法制成后，其硬度约为 HV1000～8000，摩擦系数低(0.005～0.200)，表面非常平滑粗糙度可达R_a0.01µm，而金刚石涂层沉积膜因是金刚石结晶体，结晶晶粒取向不同，形成突起部分，致使表面粗糙度不佳(R_a=0.53micro;m)。

DLC 成膜方式有CVD法，也有三菱神户工具公司新开发的PVD(Physical Vapor Deposition)法，即物理气相沉积法。CVD法用碳化氢气体作原料气使之活性化，通过化学反应沉积析出类金刚石膜，膜中含有氢。而新开发的PVD 法将固体碳棒作为电极，采用阴极电弧溅射法，从固体电源飞出具有运动能量带正电荷的碳原子，使之与基板相撞成膜。在磁路设计上，由于加了一个偏转磁场，使 碳原子发生偏转，在此偏转过程中可除去碳团及不纯物质。由于成膜过程不受基板温度影响，故涂层膜中残余应力小。用此法形成的DLC涂层金刚石与石墨成分比 例适当，从而抑制了易发生的脆性损伤，同时具有高耐磨性和高结合强度。

一般方法制成的DLC涂层，最高硬度HV3500，而三菱新法制 成的DLC涂层最高硬度可达HV8000，涂层中氢、碳团及不纯物质少，其品质可与金刚石涂层相匹敌。DLC涂层在表面粗糙度、摩擦系数、抗粘结熔结性能 方面比金刚石涂层好，价格也有优势，在复合材料加工方面是值得推荐的优异刀具材料。

DLC涂层基体材料为K类硬质合金，一般的DLC涂层压痕边缘膜层剥离，而新开发的PLC 涂层边缘没有出现剥离，可知其与基体结合强度非常高。

DLC涂层刀具加工实例

1. 球头立铣刀DLC-2MB加工铝合金。

   好的DLC涂层适合对铝合金的高质量加工，新方法的DLC涂层抗粘结熔结性好，Ø6mm球头铣刀PLC-2MB的切深a_p为2.0mm , 转速n=20000r/min时，侧吃刀量由0.5mm 增至2.0mm时，一般DLC涂层有切屑粘结产生，而新DLC涂层未出现粘结。

2. 球头铣刀DLC-2MB，加工铝合金零件，连续6h ，表面质量始终恒定良好。
3. Ø0.6mmDLC-2MB球头铣刀加工。

   加工聚碳酸酯零件实例：主要加工聚碳酸酯镜头零件上的槽。切削条件为：转速n=12000r/min，进给速度F=900mm/min ，切深a_p=0.1mm 。一般DLC涂层立铣刀加工时会出现许多毛刺，而新DLC涂层立铣刀加工中未出现毛刺，加工质量好。

4. 玻璃纤维增强塑料(GFRP)加工。

   GFRP 俗称玻璃钢，又强又韧。近来广泛采用的(Al,Ti)N 涂层硬度一般只有HV2900 ，三菱近期开发含(Al,Ti,Si)N的涂层可达到HV37000。现加工GFRP制造的零件中6mm宽，0.5mm深槽，使用的刀具是DLC- 2MAØ6mm与(Ti, Al)N涂层Ø6mm立铣刀，其切削条件为n=8000r/min(151m/min)，进给速度F=2000mm/min。用新DLC涂层刀具可加工 12个零件，用(Ti, Al)N涂层的只能加工3个。