高速鋼刀具的熱處理裂紋主要發(fā)生在淬火階段，相對(duì)回火產(chǎn)生的裂紋較少，一般在淬火馬氏體形成的過(guò)程中。這是由于材料的塑性很低導(dǎo)致的，大多數(shù)裂紋形成在表面0. 01~1.5 mm深的范圍內(nèi)。由于合金元素多、合金碳化物多、導(dǎo)熱系數(shù)小、冷卻速度慢，表面裂紋特征往往呈龜裂狀，只有深裂紋才和中碳鋼的淬火裂紋一樣呈縱向方向，僅在刀具截面轉(zhuǎn)彎處，切口處附近才改變裂紋的方向。

裂紋形成的原因如下：

1)在馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變和終了轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)因冷速過(guò)大而產(chǎn)生。

在該溫度內(nèi)冷速過(guò)大，導(dǎo)致內(nèi)部溫差過(guò)大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力大。從高溫奧氏體到馬氏體的體積差也很大，產(chǎn)生組織應(yīng)力也很大，當(dāng)應(yīng)力疊加達(dá)到高速鋼馬氏體的斷裂強(qiáng)度1000N/mm²時(shí)，就會(huì)開(kāi)裂了。高速鋼淬火冷到室溫，馬氏體轉(zhuǎn)變完成75%~80%，以后的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?cè)谌位鼗疬^(guò)程中進(jìn)行，淬火介質(zhì)用油。直接淬火或分級(jí)等溫后淬水都會(huì)開(kāi)裂。主要是冷速太快，淬火后需要清洗的刀具也應(yīng)空冷到室溫后進(jìn)行，否則清洗時(shí)開(kāi)裂。

2)淬火加熱溫度過(guò)高，導(dǎo)致淬火開(kāi)裂

淬火加熱溫度過(guò)高，即過(guò)熱，使奧氏體晶粒粗大，淬火后得粗大針狀馬氏體。由于高速鋼淬火馬氏體亞結(jié)構(gòu)是孿晶、脆性大，抗斷裂強(qiáng)度低；極易開(kāi)裂、過(guò)熱裂紋的特征是無(wú)方向性，這些裂紋與工件外形和綱中纖維組織方向無(wú)關(guān)，對(duì)于偏析嚴(yán)重或大量存在萊氏體的鋼，由于熔點(diǎn)低，在正常加熱情況下易過(guò)熱，故應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，實(shí)行試淬火制度，試淬檢查晶粒不粗大、無(wú)開(kāi)裂時(shí)再繼續(xù)進(jìn)行淬火。

3)過(guò)高的加熱速度會(huì)導(dǎo)致淬火裂紋

高速鋼含W、Mo、V等強(qiáng)碳化合物形成元素多數(shù)導(dǎo)熱性極差，過(guò)快的加熱速度，使里外溫差加大，熱應(yīng)力差加大，內(nèi)外組織轉(zhuǎn)變不同步導(dǎo)致不但組織應(yīng)力加大，同時(shí)在內(nèi)外交界處形成斷裂應(yīng)力、多種應(yīng)力疊加，加速開(kāi)裂過(guò)程。故高速鋼淬火加熱應(yīng)經(jīng)過(guò)低溫、中溫兩次預(yù)熱，再入高溫爐最終加熱保溫淬火，預(yù)防溫差引起的內(nèi)外熱應(yīng)力過(guò)大。同樣在淬火冷卻時(shí)，由于高速鋼等溫轉(zhuǎn)變圖的珠光體和貝氏體分開(kāi)，在580~620℃時(shí)有過(guò)冷奧氏體區(qū)域，故可在此溫度分級(jí)或多次分級(jí)等溫以減少冷卻時(shí)因內(nèi)外溫差引起的熱應(yīng)力過(guò)大。即使直接用油淬火，也應(yīng)該在高溫出爐后先在空氣中預(yù)冷，然后淬火。

增加粗加工后退火的高速鋼刀具由于消除了切削應(yīng)力并增加了塑性，出現(xiàn)開(kāi)裂的幾率較小。加熱速度過(guò)高的高速鋼刀具即使在空氣中冷卻也會(huì)形成裂紋。

4)回火工藝不當(dāng)形成裂紋

一般高速鋼刀具淬火后不超過(guò)30min即回火，由于淬火時(shí)間太長(zhǎng)，殘存在工件內(nèi)部的熱應(yīng)力需要釋放，少量殘留的奧氏體在停留過(guò)程中會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)變成馬氏體，結(jié)果殘留熱應(yīng)力和少量馬氏體轉(zhuǎn)變的組織應(yīng)力疊加導(dǎo)致開(kāi)裂，所以淬火后不需清洗的刀具在冷卻到室溫后應(yīng)立即回火。清洗水溫應(yīng)高于80℃以上。不允許用稀酸清洗表面，否則會(huì)降低表面壓應(yīng)力，加速以后的磨削開(kāi)裂。淬火高速鋼刀具殘留奧氏體可達(dá)25%，故不允許放在低溫烘箱中經(jīng)一夜的去應(yīng)力處理后到第二天再回火。否則會(huì)使奧氏體陳化，回火轉(zhuǎn)變困難，硬度偏低。

5)刀具幾何形狀復(fù)雜也會(huì)形成裂紋

同一刀具厚度懸殊太大，在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間的冷卻速度相差較大，會(huì)產(chǎn)生很大應(yīng)力，極易形成開(kāi)裂。刀具凡有尖角、凹凸、孔洞等處，淬火時(shí)都會(huì)有應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，截面過(guò)渡圓角半徑小于0.3 mm，在臺(tái)階處因應(yīng)力集中會(huì)形成淬火裂紋。一般淬火馬氏體抗壓強(qiáng)度大，抗拉強(qiáng)度小，幾乎無(wú)塑性，一般細(xì)長(zhǎng)桿狀刀具，淬火后切向斷裂應(yīng)力大于縱向斷裂應(yīng)力，故常形成縱向裂紋，在臨界淬火尺寸范圍內(nèi)更是如此。高速鋼刀具在直徑Φ25mm左右也易形成縱向裂紋。刀具凹凸部位的邊緣和縫隙往往會(huì)形成斷裂應(yīng)力的缺口，更容易形成淬火裂紋，常稱(chēng)作邊緣開(kāi)裂和爪形開(kāi)裂。過(guò)熱工件更易在此位置形成淬火裂紋。工件內(nèi)孔壁一般縱向裂紋較多，是因纖維組織過(guò)多或因內(nèi)孔壁與其他部位因冷卻速度不同步而引起的。生產(chǎn)中常用堵孔加熱淬火或預(yù)冷淬火方法來(lái)避免。也可先將孔強(qiáng)冷（滴一滴油或吹風(fēng)），然后一起淬火可以防止這類(lèi)裂紋出現(xiàn)。

6)強(qiáng)碳化物偏析會(huì)導(dǎo)致淬火開(kāi)裂

碳化物若沿晶界分布或呈堆集狀都會(huì)降低強(qiáng)度和塑性。嚴(yán)重的碳化物偏析，即萊氏體網(wǎng)未充分破碎會(huì)使鋼具有很低的塑性和強(qiáng)度，淬火時(shí)極易開(kāi)裂。對(duì)Φ40mm以上刀具造成開(kāi)裂更加明顯。高速鋼刀具材料中規(guī)定應(yīng)將碳化物偏析程度控制在3～4級(jí)，大尺寸刀具材料的偏析級(jí)也應(yīng)盡量低。一般刀具的原材料都應(yīng)反復(fù)鍛造，鍛造比在8～12，然后再經(jīng)球化退火可減少偏析。一般偏析較重或顆粒較大的刀具盡量采用下限的淬火加熱溫度或等溫淬火方法，并在冷卻到室溫后立即回火。

7)刀具表層化學(xué)成分變化會(huì)造成開(kāi)裂

刀具在熱處理時(shí)，表面的增碳、減碳會(huì)造成表面化學(xué)成分不均勻。淬火時(shí)，因相變時(shí)間不一致，會(huì)導(dǎo)致形成的馬氏體亞結(jié)構(gòu)和尺寸存在差異，表層會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的斷裂應(yīng)力，易形成裂紋。例如，w(C)=0.8%的高速鋼的Ms點(diǎn)為150℃，若脫碳會(huì)使表面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為w(C) =0.4%，則馬氏體的Ms點(diǎn)會(huì)達(dá)330℃。淬火冷卻時(shí)，表層會(huì)先淬成馬氏體，里層因Ms點(diǎn)低，此時(shí)表層已形成的馬氏體對(duì)里層不起壓縮作用，當(dāng)溫度降到150℃以下時(shí)，內(nèi)層組織也轉(zhuǎn)變成馬氏體時(shí)，表層已完全冷卻，內(nèi)層的高碳孿晶馬氏體體積會(huì)漲大，對(duì)表面形成強(qiáng)大的斷裂應(yīng)力，斷裂應(yīng)力大于馬氏體抗斷強(qiáng)度時(shí)即會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。

若表面出現(xiàn)全脫碳層，淬火后會(huì)得到大部分鐵素體組織，由于鐵素體塑性好，表層又不會(huì)開(kāi)裂，但缺點(diǎn)是硬度較低。

8)刀具焊縫處會(huì)導(dǎo)致淬火開(kāi)裂

成形銑刀等在柄部為節(jié)省高合金鋼，常用中碳鋼或中碳合金鋼焊接。由于焊接溫度高，焊縫一側(cè)的高速鋼在高溫加熱后經(jīng)空冷即會(huì)轉(zhuǎn)變成馬氏體。另一側(cè)的中碳鋼在高溫冷卻時(shí)相當(dāng)于正火，會(huì)得到托氏體組織。由于兩種組織的比體積不一樣，比體積之差產(chǎn)生組織應(yīng)力過(guò)大會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂。要避免刀具焊縫處在焊后冷卻中不開(kāi)裂，則應(yīng)在焊后未冷卻下來(lái)前立即放入700~ 800℃爐中保溫。接著加熱擴(kuò)散退火，退火冷卻后焊縫兩邊都得到珠光體一索氏體組織，此時(shí)比體積差小，不易開(kāi)裂。由于兩種材質(zhì)的電極電位不同，焊后刀具在酸洗時(shí)，酸液濃度不應(yīng)過(guò)高，酸洗時(shí)間盡量短，以降低酸洗開(kāi)裂的概率。

高速鋼刀具在淬火加熱時(shí)，焊縫應(yīng)高出鹽浴面10~ 20mm，分級(jí)或淬火時(shí)，焊縫處不淬入浴液中，以減少開(kāi)裂。中小型刀具也可以在中溫預(yù)熱時(shí)將焊縫入浴，但高溫時(shí)不能放入浴爐中。高溫加熱時(shí)，因焊縫在液面上接受浴面高溫輻射熱和傳導(dǎo)熱，加速了焊縫兩邊金屬溫度的擴(kuò)散，然后一同入分級(jí)浴或淬火，焊縫不但不出現(xiàn)開(kāi)裂，還會(huì)使強(qiáng)度提高15%~20%。

9)冷處理操作不當(dāng)造成開(kāi)裂

高速鋼刀具的冷處理是淬火過(guò)程的繼續(xù)，實(shí)質(zhì)上，冷處理會(huì)使熱應(yīng)力差進(jìn)一步加大，再加上低溫馬氏體塑性差，更易產(chǎn)生冷處理裂紋。小型刀具的開(kāi)裂一般發(fā)生在表層，大型刀具則會(huì)在深層處開(kāi)裂，裂紋的宏觀(guān)形態(tài)同淬火裂紋相似。一般表層脫碳刀具在冷處理時(shí)形成線(xiàn)形裂紋較多，內(nèi)外因含碳量不同在高速鋼淬火后，殘留奧氏體量會(huì)不同。冷處理使內(nèi)外殘留奧氏體轉(zhuǎn)變量不同，在表層出現(xiàn)多向抗力，所以會(huì)先在表面形成裂紋。一般可通過(guò)緩冷來(lái)減少組織應(yīng)力，以便減少冷處理裂紋。

10)防止重復(fù)淬火開(kāi)裂

高速鋼刀具重復(fù)淬火必須經(jīng)過(guò)退火，否則重新加熱淬火時(shí)會(huì)出現(xiàn)萘狀斷口開(kāi)裂。鋼坯鍛造后若空冷未經(jīng)過(guò)退火，同樣會(huì)在最終淬火時(shí)開(kāi)裂。因?yàn)殄懞罂绽湟矔?huì)得到馬氏體組織。