同步熱處理是指高速鋼工件在鹽浴熱處理時(shí)，實(shí)行淬火加熱、冷卻、回火各工序采用同樣的時(shí)間，即以同一節(jié)拍進(jìn)行生產(chǎn)。它可以實(shí)現(xiàn)熱處理的全過(guò)程自動(dòng)化。大大縮短生產(chǎn)周期，同時(shí)也保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。生產(chǎn)實(shí)踐證明，自動(dòng)化生產(chǎn)的高速鋼工具，比普通熱處理工具的切削壽命可以提高20%~40%。

   實(shí)現(xiàn)同步熱處理的關(guān)鍵是正確選擇回火溫度和保溫時(shí)間，以便和淬火加熱的保溫時(shí)間相匹配，實(shí)現(xiàn)同節(jié)拍生產(chǎn)。圖6提供了W6Mo5Cr4V2和W6Mo5Cr4V2Co5高速鋼的高溫回火溫度與保溫時(shí)間的關(guān)系，可以用于選擇回火規(guī)范時(shí)參考。

  ▲圖6   高速鋼高溫回火溫度與保溫時(shí)間的關(guān)系 

a）W6Mo5Cr4V2（1200℃加熱淬火）

b）W6Mo5Cr4V2Co5（1235℃加熱淬火）

   圖6中，在Ⅰ區(qū)內(nèi)任何一點(diǎn)的回火溫度與回火時(shí)間搭配組成的回火規(guī)范，均可使高速鋼達(dá)到正?；鼗鸬哪康?。在Ⅱ區(qū)內(nèi)選擇的回火規(guī)范會(huì)造成過(guò)度回火，在Ⅲ區(qū)內(nèi)選擇的回火規(guī)范會(huì)造成回火不足。

七  高溫鹽浴熱處理表面脫碳的檢查和溫度控制

7.1 鹽浴加熱表面脫碳的檢測(cè)

   高速鋼工具在高溫鹽浴爐中加熱，雖然有對(duì)鹽浴定期進(jìn)行脫氧的工藝，但由于加熱溫度高，脫氧過(guò)的鹽浴加熱工件，其表面也不可避免地要產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象，因此將影響高速鋼工具的淬火質(zhì)量。

   國(guó)外很多國(guó)家采用鋼箔法測(cè)量高溫鹽浴的脫碳傾向，這比測(cè)量鹽浴中氧化鋇的含量能更直接地反映出工具表面的脫碳情況。具體的方法是：用0.1mm厚、尺寸為70mm×20mm的含碳為1.0%的高碳鋼箔，在鹽浴的使用溫度下加熱8min，然后水冷。根據(jù)鋼箔的脫碳情況可以判斷鹽浴的脫碳傾向。

用這種方法判斷鋼箔的脫碳情況有以下三種做法：

(1)彎曲法。

   對(duì)加熱并水冷的鋼箔進(jìn)行彎曲，根據(jù)鋼箔的彎曲程度，可以判斷鹽浴的脫碳傾向。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合化驗(yàn)分析，可以確定某個(gè)彎曲度以上為合格標(biāo)準(zhǔn)。

(2)定碳法。

    化驗(yàn)經(jīng)高溫鹽浴加熱并水冷的鋼箔的碳含量，如果含碳量在0.96%以上，

即可確定鹽浴狀態(tài)良好。

(3)儀器法。

   由于鋼的碳含量不同，其熱電勢(shì)的高低也不同，因此可以利用測(cè)量鋼箔表面熱電勢(shì)的方法來(lái)顯示鋼的表面碳含量的高低。國(guó)外已有專門的儀器——交流器，來(lái)測(cè)量鋼箔的脫碳情況。

    圖7是這種儀器的原理示意圖，主要是利用兩個(gè)熱電對(duì)2和3，一個(gè)是被加熱的電極，另一個(gè)是冷的電極，兩個(gè)電極之間由于溫差產(chǎn)生熱電勢(shì)，并且這個(gè)電勢(shì)隨鋼箔表面的含碳量不同而有規(guī)律地變化。

▲圖7  交流器示意圖

1-機(jī)殼    2、3-被加熱的、冷的熱電對(duì)  

4-被測(cè)鋼箔  5-夾持壓緊器  6-夾持壓緊器外殼  

7-交流器的連接線和補(bǔ)償接頭

   由于鹽浴的脫碳情況不同，因而鋼箔的碳含量不同，所以在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生的熱電勢(shì)不同，由此可以檢測(cè)出試樣的脫碳情況。由于事先測(cè)量了不同的碳含量鋼箔的熱電勢(shì)，因此很容易測(cè)出鋼箔的脫碳情況。

7.2 高溫鹽浴的溫度控制

  高溫鹽浴的溫度控制一直是個(gè)難題，其難點(diǎn)在于，在1200℃~1300℃的高溫下，由于沒(méi)有合適的耐高溫材料作保護(hù)管，無(wú)法直接用熱電偶作為感溫元件。長(zhǎng)期以來(lái)一直采用輻射高溫計(jì)作為感溫元件。

   采用輻射高溫計(jì)作為感溫元件的最大缺點(diǎn)是由于輻射高溫計(jì)固定在鹽浴爐的上方，高溫鹽浴表面有大量的煙霧，影響測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；且輻射高溫計(jì)測(cè)量的只是鹽浴表面溫度，這與鹽浴內(nèi)部加熱的工件的實(shí)際溫度有一定的差值。

   有一種插入式輻射高溫計(jì)可以克服上述缺點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)如圖8所示。

▲圖8 插入式輻射高溫計(jì)示意圖

（1in即1英寸=25.4mm）

   它是在輻射高溫計(jì)的下面，接一個(gè)封閉的延長(zhǎng)管，并把延長(zhǎng)管插入鹽浴內(nèi)部。在工作時(shí)，向管內(nèi)通壓縮空氣，還可以吹走管頂端的煙霧。這樣就測(cè)到了鹽浴內(nèi)部的溫度，并克服了煙霧對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響。

   制作插入式輻射高溫計(jì)的關(guān)鍵，是插入鹽浴內(nèi)部的那一段管子的材料，它既要耐高溫，又要耐急冷急熱。一種稱為硅線石的陶瓷材料具有這種耐高溫又耐急冷急熱的性能，插入式輻射高溫計(jì)頂端的接管，就是用這種材料制造的。

   隨著對(duì)耐高溫材料的開發(fā)，已經(jīng)可以制造耐高溫的熱電偶保護(hù)管，可以用高溫?zé)犭娕贾苯硬迦臌}浴爐進(jìn)行測(cè)溫、控溫，因而可以更穩(wěn)定、更精確地控制高溫鹽浴爐的溫度。雖然國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)有關(guān)于在鹽浴中試驗(yàn)和使用高溫?zé)犭娕嫉膱?bào)道，但是，熱電偶套管的壽命是這項(xiàng)技術(shù)能否普遍應(yīng)用的關(guān)鍵。

八    高速鋼工具的真空熱處理

   高速鋼工具在真空爐中進(jìn)行熱處理，畸變小，表面光潔，無(wú)氧化脫碳，車間工作環(huán)境好，采用微機(jī)控制可以減少手工操作，工藝重復(fù)性好。工件在真空爐中加熱，只能靠輻射傳熱，加熱速度比鹽浴爐慢得多，必須采用多段預(yù)熱，長(zhǎng)時(shí)間保溫?？刹捎?~4段預(yù)熱，4段預(yù)熱的溫度可以采用700°C、800°C、1050℃、1150℃。加熱系數(shù)可以延長(zhǎng)到40~60s/mm。在裝爐量不太大時(shí)，可以采用接近或稍低于鹽浴爐加熱的淬火加熱溫度。例如W6Mo5Cr4V2高速鋼可以采用1200-1220°C。在裝爐量較大時(shí)，應(yīng)注意爐子中心部位的工件被遮擋，形成“陰影"，造成較大的溫差，因此應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)淬火加熱的保溫時(shí)間。

   高速鋼工具在真空爐加熱淬火，現(xiàn)在大都采用高純氮?dú)饫鋮s（純度99.999%）。采用氮?dú)饫鋮s隨著使用壓力的加大，冷卻能力也增加。采用常壓氣體冷卻時(shí)，冷卻速度很小，只適用于很小尺寸或?qū)τ捕纫蟛桓叩牧慵?。常壓氣淬工具畸變小，有碳化物自基體中析出，因此硬度和熱硬性顯著下降。圖9表示出了冷卻方式對(duì)高速鋼熱硬性的影響。

▲圖9  冷卻方式對(duì)高速鋼熱硬性的影響

   采用0.2MPa的壓力進(jìn)行真空淬火時(shí)，高速鋼零件尺寸不能太大，否則也會(huì)產(chǎn)生硬度和熱硬性下降的現(xiàn)象。采用0.5PMa壓力淬火時(shí)，高速鋼工具尺寸可以達(dá)到100mm，接近鹽浴分級(jí)淬火的冷卻能力。也有的真空爐不增加或少增加冷卻氮?dú)獾膲毫?，而是加大氣體流量，這樣也可以達(dá)到理想的冷卻效果。

   高速鋼工模具在真空爐中淬火時(shí)，容易產(chǎn)生混晶現(xiàn)象，即晶粒尺寸大小相差懸殊。有時(shí)也會(huì)因?yàn)槔鋮s不足而產(chǎn)生碳化物析出現(xiàn)象。工件表面合金元素脫離現(xiàn)象也是真理淬火容易產(chǎn)生的表面缺陷。

九  粉末高速鋼的熱處理

9.1 粉末高速鋼的特性

   粉末高速鋼采用熔融的鋼液高壓霧化制粉。經(jīng)過(guò)篩選、裝罐壓實(shí)、抽真空密封和熱等靜壓等工序制成鋼錠，再經(jīng)過(guò)鍛造、軋制而成為粉末冶金鋼材。

   粉末冶金鋼因?yàn)槭怯煞浅＜?xì)小的的顆粒壓制而成，它的碳化物顆粒均勻細(xì)小，因此它克服了冶金高速鋼碳化物偏析帶來(lái)的一系列缺點(diǎn)，并誕生了冶煉法不可能制造的新成分高速鋼。下面敘述粉末高速鋼的一些特點(diǎn)。

9.1.1 改善了材料的力學(xué)性能

   與冶金法制造的普通高速鋼相比，粉末冶金法制造的高速鋼力學(xué)性能大幅度提高。粉末冶金法制造的M2（W18Cr4V）高速鋼力學(xué)性能，比普通M2高速鋼的韌性提高20%。表6為普通M42、T15和CPMM4高速鋼，在相近的化學(xué)成分和熱處理硬度條件下，力學(xué)性能的比較情況。

▼表6  部分粉末冶金高速鋼的力學(xué)性能

   粉末高速鋼熱處理后的硬度更均勻，組織也更均勻，工具不會(huì)因?yàn)樘蓟锒逊e或存在大塊碳化物而產(chǎn)生刀尖崩刃現(xiàn)象。

9.1.2 改善了材料的工藝性能

   首先是改善材料的可磨削性，對(duì)大部分粉末高速鋼來(lái)說(shuō)，可以比普通高速鋼成倍地提高可磨削性。由表6可見(jiàn)，CPMM42、CPMT15、CPMM4三個(gè)牌號(hào)粉末冶金高速鋼的磨削比，分別比普通高速鋼的磨削比提高2.8、3.7、2.5倍。

   普通高速鋼的含V量大于3%時(shí)就已經(jīng)不易磨削，大于5%就幾乎不能磨削了。但粉末高速鋼T15的含V量為5%，仍然有較好的可磨削性。有的粉末高速鋼含V為9%依然可以磨削。

   粉末高速鋼還克服了普通高速鋼的鍛造困難、熱處理易過(guò)熱、開裂、畸變等缺點(diǎn)。

9.1.3 可制造出合金元素含量更高的新牌號(hào)高速鋼

   由于不再擔(dān)心碳化物的偏析問(wèn)題和磨削及鍛造等工藝問(wèn)題，粉末高速鋼的成分有巨大突破。首先是提高了鋼的含V量，幾乎所有的粉末高速鋼的含V量都大于3%，有的含V高達(dá)9.8%。同時(shí)還提高了剛的含碳量，幾乎所有的粉末高速鋼都是高碳高速鋼，含碳量均＞1.2%，有的高達(dá)2%。

   粉末高速鋼的價(jià)格比普通高速鋼昂貴，一般只有對(duì)特殊要求的齒輪刀具和難加工材料刀具才予以采用。

9.2 粉末高速鋼的牌號(hào)和成分

   目前粉末高速鋼的生產(chǎn)廠家主要在瑞典、美國(guó)、日本、奧地利等國(guó)。其生產(chǎn)的粉末高速鋼牌號(hào)和化學(xué)成分如表7所示。

▼表7  粉末高速鋼的牌號(hào)和化學(xué)成分

9.3 粉末高速鋼的熱處理

   各國(guó)高速鋼根據(jù)牌號(hào)和化學(xué)成分不同都有其相應(yīng)的熱處理規(guī)范。以下為一些熱處理工藝參數(shù)舉例。

9.3.1 退火

   瑞典對(duì)其四種牌號(hào)和化學(xué)成分的粉末高速鋼推薦的退火規(guī)范為：850℃~900℃保溫后，以≤10℃/h冷卻速度，緩冷至700℃出爐。

9.3.2 淬火

   從熱處理基本原理來(lái)說(shuō)，粉末高速鋼與普通高速鋼的熱處理應(yīng)該是相同的，其差別在于粉末高速鋼的碳化物顆粒均勻細(xì)小，更容易溶入基體，因此相同化學(xué)成分的粉末高速鋼可以可以選擇比普通高速鋼低的淬火溫度，一般可以降低5℃~8℃。同樣，由于粉末高速鋼的奧氏體更容易均勻化，可以采用較短的保溫時(shí)間，一般可以比普通高速鋼的保溫時(shí)間縮短1/3 。

   各國(guó)粉末高速鋼根據(jù)牌號(hào)不同，其熱處理規(guī)范也不同。瑞典的四種牌號(hào)粉末高速鋼的淬火溫度均設(shè)為1160℃~1180℃。美國(guó)粉末高速鋼CPM Rex42的淬火溫度采用1230℃，CPM Rex20采用1190℃。奧地利的粉末高速鋼S390PM淬火溫度采用1150℃~1240℃。日本的幾種牌號(hào)高速鋼的熱處理規(guī)范見(jiàn)表8 。

▼表8  日本粉末高速鋼的熱處理規(guī)范

9.3.3 回火

   由于粉末高速鋼的碳化物均勻細(xì)小，奧氏體化更充分回火二次硬化更充分，所以同樣的回火規(guī)范回火效果更好。粉末高速鋼的回火溫度和保溫時(shí)間與普通高速鋼大致相同。一般采用兩次或三次回火。但也有的牌號(hào)粉末高速鋼回火溫度有所調(diào)整。例如，奧地利的S390PM粉末高速鋼回火溫度為500℃ 。

十  高速鋼的深冷處理

     高速鋼一般使用液氮做深冷處理。其流程如圖10所示。

▲圖10  液氮深冷處理箱示意圖

   在深冷處理箱中通常采用較長(zhǎng)的保溫時(shí)間，其程序?yàn)椋壕徖涞?193.9℃，保溫10~40h，然后再升溫到50℃，最后緩冷到室溫。工藝過(guò)程由工控機(jī)控制自動(dòng)完成。

   采用液氮深冷的工具如鉆頭、車刀、銼刀、絲錐、拉刀、齒輪滾刀等刀具比沒(méi)經(jīng)過(guò)深冷的壽命提高2~4倍，高者可達(dá)5倍。詳見(jiàn)表9 。

▼表9  高速鋼深冷處理效果比較

十一  高速鋼刀具的表面強(qiáng)化

   高速鋼刀具的表面強(qiáng)化方法很多，蒸汽處理和氧氮共滲是目前國(guó)內(nèi)在商品鉆頭上應(yīng)用最多的處理方法。QPQ技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用較多，效果也很好。它適用于大量廉價(jià)的通用刀具。PVD氮化鈦涂層是強(qiáng)化的方法，價(jià)格較貴，適用于精密貴重刀具。液體硫氮共滲、點(diǎn)解強(qiáng)化、電火花強(qiáng)化、超聲波強(qiáng)化、鍍硬鉻等方法對(duì)自用刀具也有較好的強(qiáng)化效果。激光表面強(qiáng)化和離子注入等新技術(shù)也正在一起關(guān)注。

11.1 蒸汽處理

   蒸汽處理是很老但很實(shí)用的方法，至今在國(guó)內(nèi)外在高速鋼鉆頭等工具上依然普遍應(yīng)用。蒸汽處理是將工件在過(guò)熱的蒸汽中加熱，表面形成1~5μm厚的致密Fe3O4氧化膜。氧化膜不僅使工件有了漂亮的外觀，增加了工件表面的防銹能力，它還能儲(chǔ)存切削液，減少摩擦，從而延長(zhǎng)工具使用壽命。

   蒸汽處理溫度為540℃~560℃，保溫時(shí)間60~90min。進(jìn)氣壓力0.04MPa-0.05MPa。正常處理時(shí)爐膛壓力0.03~0.05MPa。處理次數(shù)為一次或兩次。工件的預(yù)清理可以采用化學(xué)脫脂法，或采用三氯乙烯氣相脫脂。氧化膜的檢驗(yàn)方法是用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的CuSO3溶液浸蝕，10min內(nèi)工件表面不析出銅為合格。

11.2 氧氮化（氧氮共滲）

   氧氮化處理是目前國(guó)內(nèi)在高速鋼直柄鉆頭上應(yīng)用最多的表面強(qiáng)化方法。它是在含氮和含氧的氣氛中做氧氮共滲，滲層內(nèi)部是氮的擴(kuò)散層，外層為氧化膜。滲氮層有較高的耐磨性，氧化膜起防銹作用，對(duì)提高切削性能也有一定好處。機(jī)標(biāo)JB3192對(duì)氧氮化的質(zhì)量和檢驗(yàn)方法作了規(guī)定。高速鋼直柄鉆頭氧氮化層的深度應(yīng)為15~45μm表面硬度為900~1150HV，氧化膜的厚度為1~5μm。氧氮化處理可以使直柄鉆頭的壽命提高50%~100%。

   氧氮化處理根據(jù)使用原料不同分為很多種，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是氨水或者氨氣和水蒸氣混合法。

11.2.1 氨水汽化法

   以質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的氨水滴入滲氮爐中分解。工件約350℃入爐，以45kw的井式爐為例，滴入量為140~160滴/min，排氣30min，升溫到540℃~560℃，滴量加大到200滴/min，保溫90~120min。出爐后空冷、浸油。這種方法設(shè)備投資少，但氨水的濃度不穩(wěn)定，會(huì)引起滲層質(zhì)量的波動(dòng)。

11.2.2 氨水+水蒸氣混合法

   這種方法是，由液氨汽化和鍋爐水蒸氣混合后，通過(guò)加熱的爐子使混合氣的溫度升到250℃以上，然后再通入氧氮共滲爐中。通過(guò)控制水氨氣和水蒸氣的比例，可以控制深層中的氮濃度。通常氨水和水蒸氣的比例為1:1，氧氮共滲的溫度為540-560℃，保溫時(shí)間根據(jù)裝爐量的不同通常為1.5-3h。該法的優(yōu)點(diǎn)是可以較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)氮的濃度，缺點(diǎn)是質(zhì)量不容易控制穩(wěn)定，管道設(shè)備較復(fù)雜，設(shè)備投資較大。

11.3 QPQ處理

   QPQ處理是在鹽浴氮碳共滲基礎(chǔ)上開發(fā)的兼有耐磨和抗蝕雙重作用的表面強(qiáng)化技術(shù)。由于QPQ處理滲層中的氮的濃度更高，它比一般的氮碳共滲和氧氮化處理有更高的耐磨性，而且具有非常好的抗蝕性。它是目前國(guó)外在高速鋼工具上應(yīng)用最多的表面強(qiáng)化方法。

  高速鋼刀具QPQ處理工藝：

1)去油。大量生產(chǎn)采用金屬清洗劑或噴砂，少量生產(chǎn)采用汽油清洗；

2)預(yù)熱。350-400℃的空氣爐中預(yù)熱15~20min;

3)氮化。530-550℃的鹽浴中，保溫10~40min；

4)氧化。350-370℃的鹽浴中，保溫15~20min；

 5)空冷一清洗→干燥→浸油

   滲氮鹽浴中的氰酸根含量的控制非常重要，通常應(yīng)控制在30%-35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))范圍內(nèi)，最佳含量為32%-34%。影響強(qiáng)化效果最大的因素是滲氮的規(guī)范，滲氮規(guī)范的選擇最好以切削試驗(yàn)為準(zhǔn)。在某一滲氮溫度下，逐漸加長(zhǎng)滲氮時(shí)間，并作相應(yīng)的切削試驗(yàn)，直到得到切削壽命。

   在滲氮爐中工件表面形成氮的擴(kuò)散層，其深度為10~45μm硬度可達(dá)1200HV以上，但脆性很小。在滲氮爐中不允許形成化合物層，否則刀具的刃口會(huì)變脆。工件在氧化爐中處理后，在滲氮層的外面形成了一層厚度為1~3μm的氧化膜，對(duì)提高刀具的壽命也有一定好處。

   QPQ技術(shù)設(shè)備投資少，生產(chǎn)成本低，強(qiáng)化效果好，無(wú)公害，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。QPQ技術(shù)用于鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐、齒輪滾刀和拉刀等刀具，均可提高切削壽命2倍以上。對(duì)切削耐熱合金和難加工材料效果更佳。

   這種方法不僅大幅度提高工具的使用壽命，而且可以大幅度降低工具使用壽命的分散度，提高工具壽命的穩(wěn)定性。表10是對(duì)一盒10支鉆頭，取5支不作QPQ處理，另外5支作了QPQ處理后的壽命對(duì)比數(shù)據(jù)。

▼表10  QPQ處理對(duì)鉆頭壽命的影響

11.4 硫氮共滲

   硫氮共滲也稱硫氰共滲。滲層中除碳氮以外還有硫的滲入，硫在工具表面有潤(rùn)滑和減少摩擦的作用。這種工藝通?？梢蕴岣叩毒邏勖?~2倍。

   硫碳氮共滲的鹽浴含有30%~34%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氰酸根，含氰根0.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以下，鹽浴中加入硫化鉀。活性硫的含量控制在(2~5)×10E-6。為提高鹽浴的活性，要向鹽浴中通空氣，通空氣的量為每100kg鹽浴劑1.53L/min。高速鋼工具硫碳氮共滲的溫度為560~570°C，時(shí)間為10~60min由于硫碳氮共滲的鹽浴中含有氰根，因此硫氮共滲處理后，清洗工件的水必須經(jīng)過(guò)消毒處理才能排放。

11.5 物理涂層(PVD)

   物理涂層也稱氣相沉積，在工具上應(yīng)用的主要是氮化鈦涂層。物理涂層的方法一般是在真空中使金屬Ti氣化，且離子化，與氮離子互相撞擊，在電場(chǎng)的作用下，在工件表面形成氮化鈦涂層。

   作為高速鋼工具的物理涂層方法按沉積過(guò)程中，金屬T熔化，蒸發(fā)并離子化形成的原理不同，鍍層的主要方法有陰極濺射法、輝光放電離子鍍法和弧光放電離子鍍法。目前較先進(jìn)的方法是弧光放電離子鍍方法中的多弧離子鍍。陰極濺射法生成的鍍層組織致密，生產(chǎn)過(guò)程容易控制。多弧離子鍍沉積速度快，生產(chǎn)效率高，結(jié)合強(qiáng)度高，大小件均適合。弧光放電離子鍍就是將Ti置于真空中，用弧光放電使其熔化、蒸發(fā)，由放電的強(qiáng)弱來(lái)控制蒸發(fā)量的大小。圖11是多弧離子鍍的一種裝置原理圖。冷陰極弧源置于上部及四周，可以在整個(gè)真空室內(nèi)獲得大量均布的單原子金屬Ti，可以均勻快速地在工件表面形成鍍層。

▲圖11 多弧離子鍍裝置原理圖

1-陰極電弧源  2-主電弧源  3-反應(yīng)氣進(jìn)口

4-工件  5-工件偏壓電源

   PVD涂層法通常是在刀具表面上形成2~5μm的TiN鍍層，其硬度在2000HV以上。鍍層不宜過(guò)厚，否則容易使刀刃脆化。PVD涂層具有很高的耐磨性，一般可以提高工具壽命2~5倍?？梢蕴岣咔邢餍?0%左右，由其適用于齒輪滾刀，插齒刀等精密工具。

11.6 激光表面強(qiáng)化

   很多國(guó)家對(duì)高速鋼的激光熱處理進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究工作。高速鋼表面激光強(qiáng)化有激光淬火，激光熔化和激光合金化涂敷等多種方法。

11.6.1 激光淬火

   他是利用激光束的高密度能量，使高速鋼工具表面快速加熱到相變，然后利用工具本身的質(zhì)量快速冷卻，使表面淬硬?？焖偌訜峒翱焖倮鋮s的結(jié)果，在工具表面形成高硬度淬火層（1000HV以上）從而提高工具的耐磨性。

   工具激光淬火實(shí)際上是一種表面硬化，形成的是馬氏體與碳化物的混合物淬火層。采用激光淬火的工具通常需要預(yù)先進(jìn)行常規(guī)淬火才有較好的效果。

11.6.2 激光熔化

   它是利用激光快速加熱，使工件表面相當(dāng)薄的一層組織快速熔化。高速鋼快速熔化區(qū)的組織為精細(xì)孿晶馬氏體、殘留奧氏體、未熔碳化物和δ鐵素體的混合物，回火后析出支晶狀的M6C碳化物。激光表面熔化區(qū)在高溫回火時(shí)，在600℃時(shí)才能達(dá)到硬度峰值，最高硬度可達(dá)1299HV。

   W6Mo5Cr4V2高速鋼車刀采用800W的CO2激光熔化后，與560℃X2h回火后，熔化區(qū)域深度0.6~0.8mm，結(jié)果是提高了高速鋼的硬度和韌性，車刀壽命提高了2~5倍。

11.6.3 激光合金化涂覆

   它是在工件表面上圖上冶金粉末，利用高能密度激光束使其快速熔化，在工件表面上形成一層合金層，以提高鋼的耐磨性和熱穩(wěn)定性。用于激光合金化的常用元素和化合物有C、WC、Co、BC等粉末，再加添加劑、粘結(jié)劑、混和后制成飽和涂料。

   激光合金化的涂層厚度一般不超過(guò)80~100um，最好利用10-40J銣激光器熔化。利用Co（鈷）作合金化涂料，激光合金化后Co溶入基體，提高了α→B的轉(zhuǎn)變溫度和回火穩(wěn)定性，回火時(shí)形成金屬間化合物，并析出MC碳化物，促進(jìn)彌散硬化，提高了二次硬化作用。表面軟化溫度比普通高速鋼提高了350℃，比激光淬火提高了70-100℃，具可承受675~680℃的高溫。

  用功率1kW的CO2激光器在W6Mo5Cr4V2高速鋼的表面采用W粉末激光合金化，可以形成80-100m的合金層，進(jìn)行560℃兩次回火以后，把合金層磨削到40-50μm，經(jīng)這樣處理的單刃車刀，切削壽命可以提高6倍。

11.6.7 離子注入法

    它首先將要注入的元素離子化，并在數(shù)千伏的電壓下，將離子導(dǎo)入質(zhì)量分

析器進(jìn)行篩選，然后在幾十千伏到幾百千伏的高壓下將離子加速到要求的高能狀態(tài)。最后在處理室內(nèi)對(duì)工件進(jìn)行掃描，把離子注入到工件的表面。

   注入的元素有N、Ti、C、Mo、P、B、Ta、Co等，主要作用是改善材料的耐磨性，抗蝕性和疲勞性能。英國(guó)采用離子注入法可使高速鋼絲錐的壽命提高12倍。美國(guó)對(duì)M35、M7、M2等高速鋼注入WC、Co，可使高速鋼工具壽命提高2~6倍，已經(jīng)大量用于生產(chǎn)。離子注入法用于M2高速鋼的沖頭甚至可以提高壽命70~80倍。