M35高速钢热处理性能研究

陈冠宇 胡帅成 肖月美 潘李镇

摘 要：本文对M35高速钢进行了不同淬火温度、保温时间和回火温度的热处理，研究了硬度和耐磨性能。结果表明，M35高速钢在1 190℃淬火、550℃回火时可以获得最好的硬度。

关键词：M35高速钢;淬火;回火;硬度;耐磨性

中图分类号：TG161 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）19-0048-02

Abstract： This paper discussed the heat treatment of M35 high speed steel at different quenching temperature， holding time and tempering temperature， and studied hardness and wear resistance. The results show that the M35 high speed steel can obtain the best hardness when quenched at 1 190℃ and tempered at 550℃.

Keywords： M35 high speed steel;quenching;tempering;hardness;wear resistance

近年来，机械加工业快速发展，其对切削工具的性能要求不断提高。人们通过改善金属元素组成来增强高速钢性能，从而满足生产需求。例如，含硫钢具有降低刀具的磨损、提高生产效率的特性，同时对环境污染较小、成本低廉[1]。另外，可以添加硼元素来部分代替昂贵的金属元素，从而获得高硼高速钢材料，其具有成本低廉、易于加工和良好的耐磨性等特点，可部分替代高铬铸铁和传统的高速钢等材料[2]。

作为目前应用最广泛的高性能高速钢之一，M35钢钢中碳与合金元素配置比较合理，热处理后的硬度可达70HRC，同时具有很高的高温硬度和较好的韧性。由于钒含量较低，M35钢具有很好的可磨削性[3]，M35钢中添加Co元素，可通过影响一次碳化物中其他合金元素的含量，从而间接影响碳化物的合金度[4]。本文选用M35钢进行研究，探究其在不同热处理条件下的性能。

1 试验材料及方法

试验所用的材料为M35高速钢。淬火溫度分别设为1 170、1 180、1 190℃，并在每个淬火温度下分别保温1.5、3.0、5.0min，回火温度以摄氏度（℃）为单位。使用SX2-2-12TP高温箱式电阻炉对M35高速钢试样进行淬火加热，使用HR-150A洛氏硬度计测量硬度，使用BRUKER摩擦磨损测试仪进行耐磨性试验。

2 试验结果和分析

2.1 淬火、回火硬度

图1为高速钢在1 170、1 180、1 190℃淬火，并分别保温1.5、3、5min后的淬火硬度。

淬火后组织中约含有70%的隐晶马氏体，还有20%～25%的残留奥氏体，马氏体的含碳量对其硬度具有重要的作用。在含碳量较低的情况下，马氏体的硬度随含碳量的升高有着明显的提高，但当含碳量达到一定值后，随着含碳量的升高，马氏体硬度的提高不再明显。

由图1可知，在1 170℃淬火时，随着保温时间的延长，M35高速钢的硬度逐渐上升，这是由于当保温时间延长时，碳化物逐渐溶解，马氏体中的含碳量也随之升高。但M35高速钢在1 170℃淬火时的硬度都低于65HRC，这是由于淬火温度低，有大量的未溶碳化物存在，导致淬火后马氏体的含碳量低，所以硬度较低，达不到65HRC。在1 180℃和1 190℃淬火时，未溶碳化物量少，硬度值都在65～66HRC。随着保温时间的变化，其硬度值变化很小，主要因为1 180℃和1 190℃淬火时，未溶碳化物的量变化较小，马氏体中含碳量变化亦较小，而1 190℃淬火硬度低于1 180℃，这是由于1 190℃淬火残余奥氏体较多。

图2为M35高速钢在1 170、1 180、1 190℃淬火，保温5min后分别进行3次不同温度回火后的硬度。

由图2可知，M35高速钢在回火时具有二次硬化现象，在540～560℃回火时，其硬度值在64～66HRC，并在550℃左右达到峰值，二次硬化中硬度的上升与下降和二次碳化物的析出与长大有关。相对540℃回火而言，550℃回火时有更多的二次碳化物弥散析出，使得硬度升高;超过550℃后会产生过回火现象，弥散析出的二次碳化物会发生长大，使得其弥散强化的作用减弱，回火硬度下降。与1 170℃淬火相比，M35高速钢在1 180℃和1 190℃淬火，再进行三次高温回火后，其回火硬度要高，说明在1 180℃和1 190℃淬火时溶入奥氏体的合金元素含量较高，使得淬火之后马氏体的合金元素含量较高。在回火时，自马氏体中析出了较多的弥散分布的碳化物，回火硬度较高。

2.2 耐磨性

图3为M35高速钢在1 170、1 180、1 190℃淬火后分别进行3次540、550、560℃保温1h回火后的摩擦系数平均值。

从图3可见，各个淬火温度和回火温度下，摩擦系数均在0.47～0.70。在相同回火温度下，随着淬火温度升高，摩擦系数逐渐减小，3种回火温度的变化趋势一样。在相同淬火温度下，随着回火温度升高，摩擦系数先减小后增大，3种淬火温度的变化趋势一样。1 190℃淬火、550℃回火的摩擦系数最小，比最大的1 170℃淬火、560℃回火的摩擦系数降低了33%。

表1为M35高速钢经过不同淬、回火工艺后在BRUKER摩擦磨损测试仪上进行的耐磨性试验结果。

由表1结果可知，在540、550、560℃ 3个回火温度中，550℃回火时，M35高速钢的平均磨损量最低，其相对耐磨性最好;540℃和560℃回火时平均磨损量较大，与550℃相比较而言，相对耐磨性略有不足。在相同的回火温度和回火次数下，M35高速钢的淬火温度较高时，其平均磨损量较低，相对耐磨性较好。

对比图2、图3和表1的结果，可以发现，M35高速在1 170、1 180、1 190℃淬火和540、550、560℃回火的摩擦系数和磨损量的变化趋势和硬度的变化趋势是一致的。

3 结语

本文研究并讨论了M35高速钢不同热处理条件下的性能，在本试验条件下，在1 190℃淬火、550℃回火可以获得最好的硬度。

参考文献：

[1]陈伟，王豫.低合金高速钢的应用及发展热处理[J].热处理，2005（1）：14-18.

[2]陈雷雷.高速钢合金碳化物控制研究[D].南京：东南大学，2016.

[3]王坚.含氮M35高速钢组织与性能的研究[D].昆明：昆明理工大学，2016.

[4]王金双.M35高速钢热处理工艺研究[J].金华职业技术学报，2004（1）：17-19.