Q235A钢木工刨刀快速膏剂渗碳
4610039四川工业学院　　钟知勉 王学前

【摘要】分别用箱式炉及感应加热对Q235A钢制木工刨刀进行快速局部膏剂渗碳，均可得0.4 mm深的渗 层。直接淬火后表面洛氏硬度达90～97HR15N(相当于60～８０HRc以上)，组织为隐晶马氏体 。
【主题词】Q235A钢木工刨刀快速膏剂渗碳

　　本工刨刀是木制品加工制造不可缺少的刃具，无论是手工刨刀还是机用刨刀的用量都很 大。它的质量直接影响木制品加工的表面质量，重磨周期及自身寿命。刨刀在使用中的损坏 主要是卷刃、崩刃和磨损。硬度符合要求(≥60HRC)的刨刀一般不会卷刃，主要是崩刃和磨 损。使用中刨刀损坏后需经重磨修复，因此刨刀除上述三项性能要求外，还应该易于磨制和 使用，据现场老师付的经验，用单一高碳工具钢(含碳0.7～1.0%)或单一合金工具钢(GCr15 ·GrWMn等)制造的刨刀不好磨制，使用时亦不爽快。而用高碳工具钢或合金工具钢做刃部， 刀体用Q235A或Q235B经锻接后再轧制成的复合材料(俗称贴钢)刨刀，则具有良好的重磨性和 使用效果。本文依据刨刀特别锋利的刃部工作部分只有1～2μm的特点［1］，对Q235A钢制 刨刀采用局部膏剂快速渗碳方法进行了实验室和工业性试验研究。
1　试验与结果
1.1渗碳膏剂的制备
　　膏剂的化学组成(%wt)：40～60%碳粉(供碳剂)+30～40%碳酸盐(供氧剂)+5～１０%活化剂。 膏剂的粘结剂为水玻璃类无机粘结剂或纤维素类有机粘结剂。
　　配制：各组分(粉剂)按量量比搅拌均匀，然后加入粘结剂合匀，制成泥团状可塑性膏剂。
1.2保护剂(涂料)制备
　　为减少渗碳过程中膏剂所产生的有效渗碳气氛流失，还需在膏剂层表面再涂一层保护剂，它 类似于防氧化脱碳涂料，可购市场上的商品，也可自制(把玻璃粉、炉渣粉及石英砂或无定 形耐火材料研细，用水玻璃类或磷酸盐类粘结剂调制成成)。
1.3涂敷
　　制备涂敷模具，根据生产批量可制备单刨刀或多刨刀涂敷模具。模具以局部渗碳部位确定基 本尺寸，再考虑膏剂烘干时各部位膏剂收缩情况及温度场的分布来调整，经过试验来确定。 各部位膏剂层厚度应均匀，刃部和两侧也要涂(见图1)。

1.4烘干
　　经过试验模索出比较好的烘干工艺(见图2)。最好是在<30℃(室温)停放2～3h，然后再入烘 箱(炉)，烘干设备内要有风扇。从控温方便考虑以电烘箱(炉)为宜。试验表明先烘干膏剂涂 层，然后涂保护剂再入炉短时烘干即可。这样在膏剂层烘干时所出现的裂纹、气泡及局部脱 落等可在涂保护剂时修复。为减少开裂和火山口状大气泡，烘前可扎些小透气孔。

1.5快速渗碳与结果
　　刨刀整体用热轧3mm厚Q235A钢板制成，渗前将渗入面磨去0.1～0.2mm，以去除热轧氧化层。 膏 剂涂层厚一般约2.5mm，保护层<0.5mm厚，涂层越厚越易开裂及剥落。放入1000℃的SX2—4 —10箱式炉内加热保温5～10min后直接淬盐(或碱)水。淬火后硬度为91～93HR15N，相当于62～65HRC(见图3)。用平均弦长法测奥氏体晶粒为5级。正火态测得渗层深度为0.45mm。组织见图4，1000℃×6min正火态渗层由表层的过共析 区+共析区+过渡区一半，过共析区有细小均匀的碳化物颗粒。淬火态组织表层为隐晶马氏体 ，心部为低碳马氏体及少量铁素体。

　　为探讨工业应用的可行性，与四川省钢锉厂合作在100kW高频感应加热装置上做刨刀感 应加热局部膏剂快速渗碳直接淬火工业性试验，试验的24把刨刀结果见表1。

表1感应加热刨刀膏剂快速局部渗碳淬火后各区硬度(HR15N)平均值

部位

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

中心区
刃部区
两侧左
右

88.9
92.5
93.2
94.5

90.7
89.9
91.7
93.5

94.5
90.1
94.3
96.7

90.7
95.1
95.0
96.1

94.4
90.5
92.2
89.0

90.6
93.3
90.7
-

96.5
91.3
96.1
95.1

89.0
90.6
91.8
89.9

98.2
97.7
96.9
99.2

91.2
94.7
95.2
93.2

95.3
90.6
94.0
94.3

95.3
94.6
94.8
93.5

　

部位

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

中心区
刃部区
两侧左
右

92.0
93.6
92.7
93.3

88.8
92.2
90.9
89.6

正
火

94.2
91.0
94.3
91.9

86.5
91.9
92.6
95.9

94.2
94.3
97.7
91.2

92.3
95.0
-
-

90.3
90.5
87.2
92.1

正
火

正
火

91.3
90.1
95.6
91.7

94.1
98.5
92.9
95.6

表2不同硬度档次的刨刀数及所占百分数(正火刨刀除外)
硬度档次 <89 ≥89 ≥90 ≥91 ≥92 ≥93 ≥94 ≥95 ≥96 ≥97

刨刀数(把)
所占百分数(%)

4
4.9

5
6.2

12
14.8

10
12.3

9
11.1

7
8.6

14
17.3

10
12.3

5
6.2

5
6.2

 

图4SX2-4-10箱式炉1000℃×6m in局部膏剂快速渗碳正火组织(a)及淬火组织(b)，100×　

2分析讨论
2.1　Q235A钢制刨刀对工作部分局部膏剂快速渗碳，试验表明此法可以达到 硬度≥60HRC的 要求。箱式炉内1000℃×５～１０min快速渗碳可获得0.35～0.45mm渗层。在涂层正常情 况下淬火硬 度为92HR15N(相当于65HRC)，最高可达94HR15N(相当于70.5HRC)，不存在粗大碳化物，奥氏 体结晶粒5级。虽然快速渗碳温度高，但时间短，晶粒与碳化物来不及长大，奥氏体内碳浓 度 来不及均匀化，故淬火后为隐晶马氏体组织。试验证明由于膏剂层不能太厚，它的供碳能力 有 限，采用高温短时渗碳比常规渗碳工艺更为适宜，时间长了反而硬度偏低，甚至出现脱碳现 象。
2.2　高频感应加热快速渗碳，在涂层正常情况下渗碳效果更好。试验的24把刨刀除去3把正 火的，其余21把中硬度达到90～95HR15N(相当于60～74HRC)占76.5%，硬度≥90HR15N的刨 刀总数占88.9%，最高硬度99.2HR15N(96.5HR15N相当于80HRC)，硬度≥88.8HR15N的(相当于 ≥57HRC)占97.5%。硬度<89HR15N的刨刀都是膏剂层或保护层破损，甚至脱落所致，但还可 重新渗碳。
　　感应加热膏剂局部快速渗碳之所以有如此高的硬度，主要是由于其加热速度快， 奥氏体晶粒被细化，同时又由于获得的奥氏体内碳浓度不均匀，使淬火后马氏体再次被细化 与碎化［2～４］。其次在感应加热过程中钢件(刨刀)首先快速升温，然后再传热给 膏剂(这与炉内加热情况恰恰相反)，渗剂产生的活性碳原子可及时被工件吸收和扩散，提高 了渗剂的利用率。感应加热快速渗碳，淬火的双重细化作用使刃部硬度、强度和韧性均得到提高，也必将使刨刀刃部耐磨、抗冲击，使用中不 卷、不崩、耐磨和锋利，并使之易于重磨，使用爽快。具有贴钢刨刀的优点。
2.3　Q235A钢的膏剂局部快速渗碳刨刀原材料便宜，易加工(不用锻、轧)和球化退火。具有 材料及加工成本上的优势。膏剂和保护剂所用原材料便宜、易得，且容易制备。但涂膏剂和 烘干手工操作的工作量较大。
3　结论
　　用Q235A(即A３)钢制造刨刀，其刃部区局部膏剂快速渗碳不仅可达到，甚至还超过刨刀的 性能要求。对劳动密集型小五金企业用周期式电炉比较适宜，投资少、上马快。对大批量生 产的小五金企业，感应加热局部膏剂快速渗碳是一种值得采用的方法。虽然尚无这方面的资 料 和数据可借鉴，试验表明只要解决了淬火机床传动的平稳性和感应器设计制造问题，大批量 生产高质量刨刀类小五金刃具是可行的。
　　在此向四川省钢锉厂领导、技术人员和工人师付致谢。

（收稿日期:2000-04-14)
(责任编辑:王玉禄)