量具熱處理后需要具有高硬度、高耐磨性,因為量具是計量尺寸的標準,所以量具必須具有精確而穩定的尺寸、高硬度和高耐磨性。為此,量具用鋼的碳含量都較高,一般為過共析鋼或含有一定量的Cr、W、Mn等元素的合金鋼。量具用鋼主要有:碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼、不銹鋼及滲碳鋼等。為提高量具的尺寸穩定性,除淬火、回火時注意采取措施外,還需進行冷處理、時效處理等。量具的常用工藝過程是:鍛造→球化退火→正火或調質→切削加工→淬火→熱校直→冷水處理→冷處理→回火→時效→清洗→發黑或噴砂→磨削加工→時效→精磨。
(1)預備熱處理量具原材料必須進行球化退火,以降低硬度,便于切削加工,并為最終熱處理做好組織準備。其退火工藝與一般工具的預備熱處理相同。
量具鍛坯為細化晶粒、消除網狀碳化物或改善某些不良組織,可進行正火或調質處理。正火還可改善表面粗糙度。調質可以改善切削加工性能,細化組織,消除機械加工應力,減小淬火變形,并獲得均勻而稍高的硬度。
如果過共析鋼組織粗大或存在較嚴重網狀碳化物,就容易產生淬火裂紋或磨削裂紋。為減輕或消除這些缺陷,可將鋼加熱到稍高于或接近于Accm的溫度并保溫,使碳化物網全部或大部分溶入奧氏體中并適當均勻化,然后快冷,使碳化物不致沿晶界析出,再在Ac1以下合適的溫度回火或正常退火,以得到所需的組織和硬度。
①碳化物網粗、厚、完整者采用上限除網溫度;反之選用較低的除網溫度。
②可用常規退火工藝代替除網處理后的回火。
(2)淬火淬火加熱可選用鹽浴爐、可控氣氛爐、真空爐、流態化爐或感應加熱裝置,也可在具有保護條件的箱式爐中進行。為減少奧氏體中碳和合金元素的含量,以減少殘留奧氏體量,并減少淬火應力,在保證淬硬的前提下,盡量選用低的淬火溫度。
加熱時間根據爐型、裝爐量、工件大小及形狀來確定,在鹽浴爐中加熱系數一般按0.4~0. 8min/mm計算,流態化爐按0.5~1min/mm計算,輻射電阻爐按1~2min/mm計算。
淬火介質可選用油、低溫硝鹽、聚合物水溶液或鹽水,應根據量具形狀和材料選擇。為減少淬火后殘留奧氏體的數量,不宜采用分級淬火或等溫淬火,淬火介質的溫度也不宜過高,如用油淬火,油溫以保持在室溫為宜;使用水溶性聚合物淬火介質,淬火槽內應有攪拌裝置;介質溫度應保持在30℃以下;工件應在淬火介質中冷透。對一些尺寸穩定性要求不嚴格的工件,為減少淬火變形,可以采用低溫硝鹽分級淬火或等溫淬火。
(3)回火量具在淬火后應立即回火,以免產生裂紋。為保證量具有高的硬度和耐磨性,回火溫度都比較低,主要是消除應力。回火溫度一般為130~170℃。當要求硬度為60~64HRC時,取上限,當要求硬度≥64HRC時取下限。
量具回火以在熱浴(熱油或硝鹽)中進行為宜。在帶有風扇的井式爐中也可以,但回火時間需延長1~2倍或更長,且回火溫度可適當提高些。在回火溫度適當的前提下,回火時間稍長,并無不利影響,而保溫時間不足則對量具可能產生不良影響。熱浴回火的時間不應小于1h,當有效厚度≥50mm時,回火時間應為2~4h。