W18Cr4V钢的退火工艺研究

摘要：文章结合我国热处理行业发展现状和热处理基础理论，提出设计中一方面要选择适当的热处理工艺以提高材料的综合性能，进一步挖掘材料的潜力性能，使其能够在高强度的工作环境中正常工作；另一方面要尽量减少能源的消耗和对环境的污染。

关键词：热处理；W18Cr4V钢；退火工艺；金相；硬度

中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0027-02

1 概述

W18Cr4V高速工具钢是一种得到广泛应用的高碳合金钢。通常它是在机加工成型之后再经过合理的热处理，才能获得优良的性能。W18Cr4V钢有两个显著特点：一是含有大量合金元素W、Cr、V；二是采用极高的淬火温度和回火温度进行热处理。因此钢的淬火温度差别会对钢的性能有很大的影响，甚至会带来致命的缺陷，同时回火温度也不能忽视，有时回火温度相差10℃会给高速钢性能带来很大影响。

W18Cr4V是钨系高速钢的典型钢种，它是一种历史最久、应用最广的通用型高速钢，被广泛用于制造车刀、铣刀、拉刀、绞刀、插齿刀、钻头、丝锥等工业

刀具。

但W18Cr4V钢本身也有很多缺陷。如钢中合金碳化物的数量很多，碳化物不均匀性较严重。在碳化物富集处，因碳和合金元素贫乏，又会导致硬度与强度下降，降低热硬性。W18Cr4V钢的始锻温度为1140℃～1180℃，终锻温度在900℃左右，终锻温度太低会引起锻件开裂，太高会造成晶粒不正常长大，出现萘状断口。W18Cr4V钢属于高合金钢，导热性差，应分段加热，低温时加热速度慢一些，高温时则快速加热，同时要控制好装炉量，并适当地翻转，使工件受热内外温度均匀。而通过热处理可以弥补W18Cr4V钢的性能缺陷，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。这对生产和实际应用都有着非常重要的意义。

2 实验部分

2.1 实验材料

本次实验采用的材料为W18Cr4V高速工具钢，形状为矩形，数量为6个。

2.2 实验器材

样品制备仪器：SX2-2.5-12型电阻炉、金相砂纸、P-2型抛光机、4%的硝酸酒精溶液。

观察分析仪器：XJP-6A型金相显微镜、HR-150A型洛氏硬度计、XRD—X射线衍射仪（D/max-RB型）。

抛光机型号为P-2和电阻炉的规格为SX2-2.5-12。

2.3 实验方案

2.3.1 W18Cr4V钢的退火。W18Cr4V高速钢的锻后退火工艺有普通退火和等温球化退火两种工艺，为了减少淬火加热时的过热敏感性、变形、裂纹的倾向性，要求高速钢淬火前的原始组织应为球状珠光体，且含碳量大于0.5%的球状珠光体的切削性能优于片状珠光体，含碳量愈高，差别愈大，普通退火工艺为860℃～880℃加热保温，然后以每小时15℃～20℃的冷却速度冷到500℃出炉，仅冷却就需10小时左右，而如果采用等温退火，可大大缩短退火时间。因此为保证质量和缩短退火时间对高速钢锻后采用等温球化退火工艺，退火温度不能超过Ac1过高（W18Cr4V钢Ac1：820℃～840℃），否则大量合金元素将溶入奥氏体中，使其在冷却时稳定性增大，退火后硬度偏高。

热处理实验方案：试验中采用的普通退火工艺如下：加热温度为880℃，保温4h后缓冷至550℃出炉空冷；等温退火工艺如下：加热到880℃保温4h后，打开炉门快冷至760℃保温6h，再缓冷至550℃后出炉空冷。

硬度测试：硬度是指在金属表面上的一个很小体积内抵抗弹性变形、塑性变形和破裂的能力。是衡量材料物理性能的重要指标。本文对退火工艺以及退火后的淬火、回火处理后的W18Cr4V钢试样进行了洛氏硬度测试。每个试样测量五个点，最终结果取其平均值。

2.3.2 金相组织观察。试样经过热处理之后，将样品试样用不同粒度的金相砂纸，从粗到细进行预磨，每换一型号的砂纸，磨向也要垂直改变，直到试样面光滑只有非常小的划痕为止，再用抛光机对试样进行

抛光。

然后再采用腐蚀剂对观察截面进行腐蚀处理，所用的腐蚀剂为4%硝酸酒精溶液。采用浸泡腐蚀的方式，腐蚀约10～15s至试样表面显浅灰色，用清水冲洗吹干。如果腐蚀过轻或过重需再次进行抛光和腐蚀。制成的金相试样用金相显微镜进行观察选取最佳视场进行拍摄，获得金相组织照片后再进行观察和研究。硬度试验的结果为，试样1、2、3、4所得的平均硬度值（HRC）分别为26.4、22.2、63.3、62.2。

2.3.3 金相组织。图1至图4为W18Cr4V钢经热处理后的金相组织照片：

金相分析：本实验钢进行的是退火及退火后的淬火、回火。由金相图1和图2中观察到退火后的组织为：索氏体基体和在其中均匀分布的细小粒状碳化物。对比图3和图4观察到的组织为马氏体、残余奥氏体、碳化物。回火时W和V的合金碳化物从马氏体中析出，使V、W、Cr的碳化物以极细小的粒度弥散分布在马氏体基体上，使其硬度明显上升，同时淬火马氏体转变为回火马氏体，残余奥氏体在回火冷却时转变为马氏体，也使硬度提高，由此也造成二次硬化，保证了钢的高硬度和红硬性。组织为黑色回火马氏体、少量残余奥氏体、颗粒状碳化物。

硬度分析：对进行退火、淬火、回火处理后的W18Cr4V钢试样进行了洛氏硬度测试，对比1和2试样等温退火比普通退火后的硬度明显降低，因为等温退火采用二级等温退火工艺，在第一级温度下片状或大颗粒碳化物断裂为许多细小的点状碳化物，弥散地分布在奥氏体基体上。第二级退火温度应选择在曲线的拐弯处，此时奥氏体最不稳定，最进行珠光体转变，所以硬度比普通退火下的硬度低。对比3和4，退火后对淬火硬度的影响，等温退火下的淬火硬度偏低，由金相图可知：等温退火下的淬火得到的碳化物较少，而马氏体和残余奥氏体更加粗大造成。退火后对回火硬度的影响，等温退火下的回火硬度较低，由金相图可知：等温退火下的回火得到更加多的马氏体，白色碳化物减少造成硬度

较低。

3 结语

（1）由金相组织分析可知，W18Cr4V钢退火后的索氏体基体和在其中均匀分布的细小粒状碳化物、等温退火后的组织索氏体偏多，碳化物减少。等温退火后得到的球状珠光体的切削性能优于普通退火后的片状珠光体。因此为保证质量对W18Cr4V钢采用等温退火对于实际高强度的零件要求效果明显。（2）对比退火后对淬火、回火硬度的影响，可以发现等温退火后对淬火、回火的硬度都比普通退火后的低，具有较强的韧性。

参考文献

[1] 朱春华，肖溪，刘春东.高速钢W18Cr4V的锻造及热处理[J].河北建筑工程学院学报，2008，（1）.

[2] 钟平，孙方宏.TiAlN涂层铣刀铣削9SiCr钢切削性能试验研究[J].现代制造工程，2005，（2）.

[3] 刘敏，曹玉东.W18Cr4V钢拉刀断裂分析[J].金属热处理，2004，（1）.

作者简介：郭成良（1983-），男，山西忻州人，大同煤矿集团机电装备公司中央机厂助理工程师，研究方向：热

处理。

摘要：文章结合我国热处理行业发展现状和热处理基础理论，提出设计中一方面要选择适当的热处理工艺以提高材料的综合性能，进一步挖掘材料的潜力性能，使其能够在高强度的工作环境中正常工作；另一方面要尽量减少能源的消耗和对环境的污染。

关键词：热处理；W18Cr4V钢；退火工艺；金相；硬度

中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0027-02

1 概述

W18Cr4V高速工具钢是一种得到广泛应用的高碳合金钢。通常它是在机加工成型之后再经过合理的热处理，才能获得优良的性能。W18Cr4V钢有两个显著特点：一是含有大量合金元素W、Cr、V；二是采用极高的淬火温度和回火温度进行热处理。因此钢的淬火温度差别会对钢的性能有很大的影响，甚至会带来致命的缺陷，同时回火温度也不能忽视，有时回火温度相差10℃会给高速钢性能带来很大影响。

W18Cr4V是钨系高速钢的典型钢种，它是一种历史最久、应用最广的通用型高速钢，被广泛用于制造车刀、铣刀、拉刀、绞刀、插齿刀、钻头、丝锥等工业

刀具。

但W18Cr4V钢本身也有很多缺陷。如钢中合金碳化物的数量很多，碳化物不均匀性较严重。在碳化物富集处，因碳和合金元素贫乏，又会导致硬度与强度下降，降低热硬性。W18Cr4V钢的始锻温度为1140℃～1180℃，终锻温度在900℃左右，终锻温度太低会引起锻件开裂，太高会造成晶粒不正常长大，出现萘状断口。W18Cr4V钢属于高合金钢，导热性差，应分段加热，低温时加热速度慢一些，高温时则快速加热，同时要控制好装炉量，并适当地翻转，使工件受热内外温度均匀。而通过热处理可以弥补W18Cr4V钢的性能缺陷，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。这对生产和实际应用都有着非常重要的意义。

2 实验部分

2.1 实验材料

本次实验采用的材料为W18Cr4V高速工具钢，形状为矩形，数量为6个。

2.2 实验器材

样品制备仪器：SX2-2.5-12型电阻炉、金相砂纸、P-2型抛光机、4%的硝酸酒精溶液。

观察分析仪器：XJP-6A型金相显微镜、HR-150A型洛氏硬度计、XRD—X射线衍射仪（D/max-RB型）。

抛光机型号为P-2和电阻炉的规格为SX2-2.5-12。

2.3 实验方案

2.3.1 W18Cr4V钢的退火。W18Cr4V高速钢的锻后退火工艺有普通退火和等温球化退火两种工艺，为了减少淬火加热时的过热敏感性、变形、裂纹的倾向性，要求高速钢淬火前的原始组织应为球状珠光体，且含碳量大于0.5%的球状珠光体的切削性能优于片状珠光体，含碳量愈高，差别愈大，普通退火工艺为860℃～880℃加热保温，然后以每小时15℃～20℃的冷却速度冷到500℃出炉，仅冷却就需10小时左右，而如果采用等温退火，可大大缩短退火时间。因此为保证质量和缩短退火时间对高速钢锻后采用等温球化退火工艺，退火温度不能超过Ac1过高（W18Cr4V钢Ac1：820℃～840℃），否则大量合金元素将溶入奥氏体中，使其在冷却时稳定性增大，退火后硬度偏高。

热处理实验方案：试验中采用的普通退火工艺如下：加热温度为880℃，保温4h后缓冷至550℃出炉空冷；等温退火工艺如下：加热到880℃保温4h后，打开炉门快冷至760℃保温6h，再缓冷至550℃后出炉空冷。

硬度测试：硬度是指在金属表面上的一个很小体积内抵抗弹性变形、塑性变形和破裂的能力。是衡量材料物理性能的重要指标。本文对退火工艺以及退火后的淬火、回火处理后的W18Cr4V钢试样进行了洛氏硬度测试。每个试样测量五个点，最终结果取其平均值。

2.3.2 金相组织观察。试样经过热处理之后，将样品试样用不同粒度的金相砂纸，从粗到细进行预磨，每换一型号的砂纸，磨向也要垂直改变，直到试样面光滑只有非常小的划痕为止，再用抛光机对试样进行

抛光。

然后再采用腐蚀剂对观察截面进行腐蚀处理，所用的腐蚀剂为4%硝酸酒精溶液。采用浸泡腐蚀的方式，腐蚀约10～15s至试样表面显浅灰色，用清水冲洗吹干。如果腐蚀过轻或过重需再次进行抛光和腐蚀。制成的金相试样用金相显微镜进行观察选取最佳视场进行拍摄，获得金相组织照片后再进行观察和研究。硬度试验的结果为，试样1、2、3、4所得的平均硬度值（HRC）分别为26.4、22.2、63.3、62.2。

2.3.3 金相组织。图1至图4为W18Cr4V钢经热处理后的金相组织照片：

金相分析：本实验钢进行的是退火及退火后的淬火、回火。由金相图1和图2中观察到退火后的组织为：索氏体基体和在其中均匀分布的细小粒状碳化物。对比图3和图4观察到的组织为马氏体、残余奥氏体、碳化物。回火时W和V的合金碳化物从马氏体中析出，使V、W、Cr的碳化物以极细小的粒度弥散分布在马氏体基体上，使其硬度明显上升，同时淬火马氏体转变为回火马氏体，残余奥氏体在回火冷却时转变为马氏体，也使硬度提高，由此也造成二次硬化，保证了钢的高硬度和红硬性。组织为黑色回火马氏体、少量残余奥氏体、颗粒状碳化物。

硬度分析：对进行退火、淬火、回火处理后的W18Cr4V钢试样进行了洛氏硬度测试，对比1和2试样等温退火比普通退火后的硬度明显降低，因为等温退火采用二级等温退火工艺，在第一级温度下片状或大颗粒碳化物断裂为许多细小的点状碳化物，弥散地分布在奥氏体基体上。第二级退火温度应选择在曲线的拐弯处，此时奥氏体最不稳定，最进行珠光体转变，所以硬度比普通退火下的硬度低。对比3和4，退火后对淬火硬度的影响，等温退火下的淬火硬度偏低，由金相图可知：等温退火下的淬火得到的碳化物较少，而马氏体和残余奥氏体更加粗大造成。退火后对回火硬度的影响，等温退火下的回火硬度较低，由金相图可知：等温退火下的回火得到更加多的马氏体，白色碳化物减少造成硬度

较低。

3 结语

（1）由金相组织分析可知，W18Cr4V钢退火后的索氏体基体和在其中均匀分布的细小粒状碳化物、等温退火后的组织索氏体偏多，碳化物减少。等温退火后得到的球状珠光体的切削性能优于普通退火后的片状珠光体。因此为保证质量对W18Cr4V钢采用等温退火对于实际高强度的零件要求效果明显。（2）对比退火后对淬火、回火硬度的影响，可以发现等温退火后对淬火、回火的硬度都比普通退火后的低，具有较强的韧性。

参考文献

[1] 朱春华，肖溪，刘春东.高速钢W18Cr4V的锻造及热处理[J].河北建筑工程学院学报，2008，（1）.

[2] 钟平，孙方宏.TiAlN涂层铣刀铣削9SiCr钢切削性能试验研究[J].现代制造工程，2005，（2）.

[3] 刘敏，曹玉东.W18Cr4V钢拉刀断裂分析[J].金属热处理，2004，（1）.

作者简介：郭成良（1983-），男，山西忻州人，大同煤矿集团机电装备公司中央机厂助理工程师，研究方向：热

处理。

摘要：文章结合我国热处理行业发展现状和热处理基础理论，提出设计中一方面要选择适当的热处理工艺以提高材料的综合性能，进一步挖掘材料的潜力性能，使其能够在高强度的工作环境中正常工作；另一方面要尽量减少能源的消耗和对环境的污染。

关键词：热处理；W18Cr4V钢；退火工艺；金相；硬度

中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0027-02

1 概述

W18Cr4V高速工具钢是一种得到广泛应用的高碳合金钢。通常它是在机加工成型之后再经过合理的热处理，才能获得优良的性能。W18Cr4V钢有两个显著特点：一是含有大量合金元素W、Cr、V；二是采用极高的淬火温度和回火温度进行热处理。因此钢的淬火温度差别会对钢的性能有很大的影响，甚至会带来致命的缺陷，同时回火温度也不能忽视，有时回火温度相差10℃会给高速钢性能带来很大影响。

W18Cr4V是钨系高速钢的典型钢种，它是一种历史最久、应用最广的通用型高速钢，被广泛用于制造车刀、铣刀、拉刀、绞刀、插齿刀、钻头、丝锥等工业

刀具。

但W18Cr4V钢本身也有很多缺陷。如钢中合金碳化物的数量很多，碳化物不均匀性较严重。在碳化物富集处，因碳和合金元素贫乏，又会导致硬度与强度下降，降低热硬性。W18Cr4V钢的始锻温度为1140℃～1180℃，终锻温度在900℃左右，终锻温度太低会引起锻件开裂，太高会造成晶粒不正常长大，出现萘状断口。W18Cr4V钢属于高合金钢，导热性差，应分段加热，低温时加热速度慢一些，高温时则快速加热，同时要控制好装炉量，并适当地翻转，使工件受热内外温度均匀。而通过热处理可以弥补W18Cr4V钢的性能缺陷，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。这对生产和实际应用都有着非常重要的意义。

2 实验部分

2.1 实验材料

本次实验采用的材料为W18Cr4V高速工具钢，形状为矩形，数量为6个。

2.2 实验器材

样品制备仪器：SX2-2.5-12型电阻炉、金相砂纸、P-2型抛光机、4%的硝酸酒精溶液。

观察分析仪器：XJP-6A型金相显微镜、HR-150A型洛氏硬度计、XRD—X射线衍射仪（D/max-RB型）。

抛光机型号为P-2和电阻炉的规格为SX2-2.5-12。

2.3 实验方案

2.3.1 W18Cr4V钢的退火。W18Cr4V高速钢的锻后退火工艺有普通退火和等温球化退火两种工艺，为了减少淬火加热时的过热敏感性、变形、裂纹的倾向性，要求高速钢淬火前的原始组织应为球状珠光体，且含碳量大于0.5%的球状珠光体的切削性能优于片状珠光体，含碳量愈高，差别愈大，普通退火工艺为860℃～880℃加热保温，然后以每小时15℃～20℃的冷却速度冷到500℃出炉，仅冷却就需10小时左右，而如果采用等温退火，可大大缩短退火时间。因此为保证质量和缩短退火时间对高速钢锻后采用等温球化退火工艺，退火温度不能超过Ac1过高（W18Cr4V钢Ac1：820℃～840℃），否则大量合金元素将溶入奥氏体中，使其在冷却时稳定性增大，退火后硬度偏高。

热处理实验方案：试验中采用的普通退火工艺如下：加热温度为880℃，保温4h后缓冷至550℃出炉空冷；等温退火工艺如下：加热到880℃保温4h后，打开炉门快冷至760℃保温6h，再缓冷至550℃后出炉空冷。

硬度测试：硬度是指在金属表面上的一个很小体积内抵抗弹性变形、塑性变形和破裂的能力。是衡量材料物理性能的重要指标。本文对退火工艺以及退火后的淬火、回火处理后的W18Cr4V钢试样进行了洛氏硬度测试。每个试样测量五个点，最终结果取其平均值。

2.3.2 金相组织观察。试样经过热处理之后，将样品试样用不同粒度的金相砂纸，从粗到细进行预磨，每换一型号的砂纸，磨向也要垂直改变，直到试样面光滑只有非常小的划痕为止，再用抛光机对试样进行

抛光。

然后再采用腐蚀剂对观察截面进行腐蚀处理，所用的腐蚀剂为4%硝酸酒精溶液。采用浸泡腐蚀的方式，腐蚀约10～15s至试样表面显浅灰色，用清水冲洗吹干。如果腐蚀过轻或过重需再次进行抛光和腐蚀。制成的金相试样用金相显微镜进行观察选取最佳视场进行拍摄，获得金相组织照片后再进行观察和研究。硬度试验的结果为，试样1、2、3、4所得的平均硬度值（HRC）分别为26.4、22.2、63.3、62.2。

2.3.3 金相组织。图1至图4为W18Cr4V钢经热处理后的金相组织照片：

金相分析：本实验钢进行的是退火及退火后的淬火、回火。由金相图1和图2中观察到退火后的组织为：索氏体基体和在其中均匀分布的细小粒状碳化物。对比图3和图4观察到的组织为马氏体、残余奥氏体、碳化物。回火时W和V的合金碳化物从马氏体中析出，使V、W、Cr的碳化物以极细小的粒度弥散分布在马氏体基体上，使其硬度明显上升，同时淬火马氏体转变为回火马氏体，残余奥氏体在回火冷却时转变为马氏体，也使硬度提高，由此也造成二次硬化，保证了钢的高硬度和红硬性。组织为黑色回火马氏体、少量残余奥氏体、颗粒状碳化物。

硬度分析：对进行退火、淬火、回火处理后的W18Cr4V钢试样进行了洛氏硬度测试，对比1和2试样等温退火比普通退火后的硬度明显降低，因为等温退火采用二级等温退火工艺，在第一级温度下片状或大颗粒碳化物断裂为许多细小的点状碳化物，弥散地分布在奥氏体基体上。第二级退火温度应选择在曲线的拐弯处，此时奥氏体最不稳定，最进行珠光体转变，所以硬度比普通退火下的硬度低。对比3和4，退火后对淬火硬度的影响，等温退火下的淬火硬度偏低，由金相图可知：等温退火下的淬火得到的碳化物较少，而马氏体和残余奥氏体更加粗大造成。退火后对回火硬度的影响，等温退火下的回火硬度较低，由金相图可知：等温退火下的回火得到更加多的马氏体，白色碳化物减少造成硬度

较低。

3 结语

（1）由金相组织分析可知，W18Cr4V钢退火后的索氏体基体和在其中均匀分布的细小粒状碳化物、等温退火后的组织索氏体偏多，碳化物减少。等温退火后得到的球状珠光体的切削性能优于普通退火后的片状珠光体。因此为保证质量对W18Cr4V钢采用等温退火对于实际高强度的零件要求效果明显。（2）对比退火后对淬火、回火硬度的影响，可以发现等温退火后对淬火、回火的硬度都比普通退火后的低，具有较强的韧性。

参考文献

[1] 朱春华，肖溪，刘春东.高速钢W18Cr4V的锻造及热处理[J].河北建筑工程学院学报，2008，（1）.

[2] 钟平，孙方宏.TiAlN涂层铣刀铣削9SiCr钢切削性能试验研究[J].现代制造工程，2005，（2）.

[3] 刘敏，曹玉东.W18Cr4V钢拉刀断裂分析[J].金属热处理，2004，（1）.

作者简介：郭成良（1983-），男，山西忻州人，大同煤矿集团机电装备公司中央机厂助理工程师，研究方向：热

处理。