硬质合金焊接刀具刀体材料及淬火工艺

硬质合金焊接刀具刀体材料及淬火工艺

全世界每年硬质合金刀具的消耗约占全部刀具消耗的55%以上，其中硬质合金焊接刀具因突出的性价比优势和良好的成形工艺得到了广泛的应用，尤其在中等直径规格范围和异形尺寸成形加工领域占有重要的地位。由于可转位刀具应用在国内尚未普及，焊接刀具在硬质合金刀具总消耗量的占比较高。与其它刀具相比，硬质合金焊接刀具在工业实际应用中存在使用性能不稳定的缺陷以及进一步降低成本的竞争压力。

在高速、大切削力的加工条件下，刀体、刀齿截面积较小的焊接刀具会出现以下问题：新刀具或磨损量在正常范围内的刀具，焊口附近的刀体或刀齿折断；刀体或刀齿产生扭曲变形，使刀具精度下降，导致被加工零件报废；在刀具正常磨损范围内，刀具寿命下降；降低成本的压力主要来自国内硬质合金刀具产量增加而引起的价格下降。

硬质合金焊接刀具的刀体材料主要有45钢、T10A、9SiCr和W6Mo5Cr4V2。45钢主要用于结构强度比较好的车削类刀具，结构强度较差的铣刀和孔加工刀具的刀体主要采用综合性能较好的9SiCr。T10、9SiCr和W6Mo5Cr4V2分别是碳素工具钢、合金工具钢和高速钢，价格高出45钢1倍以上，9SiCr的价格大约是45钢的3倍。由于刀体不直接参与切削，理论上性能要求较低，有的厂家曾用40Cr代替9SiCr，以降低成本，但Z后因严重的刀体断裂而不得不放弃。因此，改进焊接工艺、提高刀具性能稳定性、降低产品成本对于硬质合金焊接刀具厂家及用户具有较大的现实意义。

2 问题原因分析

国内刀具制造厂家目前采用的硬质合金焊接刀具生产工艺流程如图1所示。经分析，问题可能出现在高频焊接硬质合金刀片的环节。采用铜焊料时(普遍使用)，高频焊接的焊接温度通常在900℃-1000℃之间，淬硬的刀体在焊接过程中被二次加热，温度已经达到钢的正火温度，因此焊缝附近的刀体或整个头部刀体被正火，导致该部分刀体的硬度和强度大幅下降。同时，受热传导的影响，靠近焊缝或头部的刀体部分也会被加热，虽然加热的温度低于正火温度，但足以引起该部分刀体的中、高温回火，使该部分刀体的硬度和强度下降。这一点可以从刀具损坏的形式得到验证，焊接刀具的损坏经常发生在焊缝附近的齿部或头部。

在焊接过程中，9SiCr刀体和40Cr刀体同样都被正火和回火，但后者更脆弱。原因应该是40Cr刀体的硬度和强度降得更低，这种分析需要通过试验来验证。

试验采用4齿螺旋铣刀，形状上既接近多数实际应用的杆类刀具，又排除复杂形状刀具容易出现的偶然因素。刀体材料分别采用9SiCr和40Cr，硬质合金刀片材质为YG8；工艺流程如前所述，刀体分别淬火后再焊接硬质合金刀片，9SiCr刀体的淬火硬度为52-54HRC，40Cr刀体的淬火硬度为59-61HRC。