501铝高速钢材料在加工汽轮机用刀具中应用

姜秀英

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

501铝高速钢材料在加工汽轮机用刀具中应用

姜秀英

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

通过对W6Mo5Cr4V2Al高速钢（501高速钢）热处理特性的研究，自制了501铝高速钢立铣刀、玉米铣刀，使汽轮机叶片加工效率和加工质量大幅提高，成本大幅降低，值得推广应用。

501铝高速钢；铣刀；热处理

0 引言

W6Mo5Cr4V2Al高速钢属无钴超硬型高速钢（简称501铝高速钢），因其价格便宜，切削性能良好，刀具耐用度高，在工具行业早已被广泛推广和使用。近年来，我公司由于高强度钢和耐热不锈钢材料用量越来越大，已大面积推广和使用501铝高速钢刀具，但由于对501铝高速钢的热处理工艺特性认识不足，未掌握其工艺规律和操作要领，所以制约了501铝高速钢刀具的自制，该类刀具长期全部依赖外购。因此，501铝高速钢刀具的热处理成为一个亟待解决的课题。

为此，公司通过对501铝高速钢材料进行大量热处理试验，掌握了501铝高速钢的热处理特性，选择合理的501铝高速钢热处理方法，确定合理的热处理的工艺参数，使501铝高速钢刀具材料获得稳定的使用性能和稳定的加工质量，以及较高的使用寿命、较高的切削效率。

1 试验过程

1.1 选定试验材料

根据哈汽公司现有高性能高速钢刀具的应用情况，选定W6Mo5Cr4V2AL（501）为本试验所用材料。与普通高速钢相比，主要加入铝（Al）来提高热硬性、耐磨性。其化学成分如表1所示，力学性能如表2所示。

表1 高性能高速钢的化学成分质量分数%

表2 高性能高速钢力学性能表

1.2 技术要求

热处理后硬度为66～68HRC，均匀一致；金相组织：淬火晶粒度9.5～10级；脱碳层：不允许有脱碳现象。

1.3 热处理工艺过程

低温预热（450～500℃，在台式电炉内保温1～1.5 h）→中温预热（850～900℃，加热时间按有效截面20～25s/mm）→淬火加热（1210±10℃，加热时间按有效截面15～20 s/mm）→分级冷却（580～620℃，中性盐浴）→空冷（随炉冷到600℃时，出炉空冷至室温）→清洗→首次高温回火（550± 10℃，保温2～3 h）→第二～四次正常回火（530±10℃，保温2～3 h）→喷砂→检查。

501铝高速钢热处理工艺流程如图1所示。

图1 501铝高速钢热处理工艺曲线

2 热处理工艺特点

与普通高速钢热处理工艺相比较，采用了首次高温和随后的三次中温回火共四次回火工艺，其原因在于经550±10℃第一次回火后，只对淬火马氏体进行了回火，并消除了淬火所造成的内应力，而对回火后的冷却过程中，有大量残余奥氏体转变所形成的马氏体，并未进行回火，由此而产生的内应力也未消除，因此首次高温和随后的三次中温回火不仅可以加速铝高速钢中残余奥氏体的转变，使其在钢中含量减少到最低，而且可使钢中马氏体得到回火，内应力得到消除，因此提高了铝高速钢的机械性能，尤其是硬度均匀一致达到66～68HRC范围内。

3 应用情况

如图2～图4所示，501铝高速钢立铣刀及玉米铣刀已批量制造，并已经在哈汽公司叶片分厂投入使用，其使用效果良好，经表面涂层处理后，效果更佳。

其中包括：锥柄立铣刀4种，玉米铣刀8种。

1）与W9材质相比，501价格相同，但501材质刀具加工效率提高30%，切削速度提高58%，刀具寿命延长2～3倍；

2）与M42材质相比，501刀具加工效率和切削性能基本相同，但是M42材质价格是501的3倍。应用情况对比表见表3。

4 经济效益

图2 自制501铝高速钢刀具

图3 φ32锥柄立铣刀使用现场

图4 玉米铣刀使用现场

表3 501铝高速钢刀具应用数据表

1）501替代W9应用于所有通用高速钢刀具，则哈汽公司整体叶片的加工效率和加工质量大幅度提高。相关的经济效益虽然无法具体的计算，但是仅从刀具材料的采购方面可计算出：普通高速钢W9的采购价与501铝高速钢棒料基本相同，而与普通高速钢W9刀具相比，自制501铝高速钢刀具在切削时加工效率提高30%，切削速度提高58%，刀具寿命延长2～3倍，提高了生产效率，且减少了操作者的换刀、填单、取刀等辅助时间，保证了叶片加工的同一性，提高了叶片的质量，刀具的性价比同比大大提高，而且缩短了交货周期，提高了企业信誉。

2）与同类外购501铝高速钢刀具相比，自制501铝高速钢刀具在切削性能及使用寿命已达到同样的水平，可以替代外购，大大节约了刀具外购成本，同时缩短了刀具的订货采购周期。

5 结语

通过大量的试验数据分析，课题组掌握了合理的501铝高速钢的热处理工艺方法，填补哈汽公司501铝高速钢热处理空白，在国内501铝高速钢热处理方面处于领先地位。

（编辑昊 天）

TG 71

B

1002－2333（2014）05－0277－02

姜秀英（1980—），女，工程师，主要从事工具工装设计及工艺编制工作。

2014-03-05