搓絲板是用于加工絲錐、螺栓的專用刀具，其齒形大部分都采用滾針冷滾壓成形。熱處理后不再加工，工作時(shí)齒部要求能承受劇烈的沖擊載荷和擠壓應(yīng)力的作用。其壽命的高低和質(zhì)量的好壞直接影響加工出來的絲錐、標(biāo)準(zhǔn)件等工件的精度，同時(shí)對(duì)產(chǎn)生進(jìn)度帶來重要影響。因此，搓絲板的加工質(zhì)量顯得尤為關(guān)鍵。從失效分析可知，熱處理無疑是最關(guān)鍵的影響因素。
一、搓絲板材料及其技術(shù)要求
GB/T972《搓絲板》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定搓絲板采用9SiCr、Cr12MoV鋼制造，工作部分的硬度為59～62HRC，若＞62HRC易崩齒，＜59HRC易磨損；淬火馬氏體＜3級(jí)；工作表面不應(yīng)有脫碳和降低硬度的地方；搓絲板表面不得有裂紋、刻痕、銹跡和磨削燒傷等影響使用性能的缺陷。
搓絲板的結(jié)構(gòu)型式有活動(dòng)搓絲板和固定搓絲板兩種，如圖1所示。
二、搓絲板熱處理工藝
根據(jù)加工對(duì)象，選用合適的搓絲板材料，有針對(duì)性地進(jìn)行熱處理，這樣才能制造出高質(zhì)量、高壽命的刀具。以下按搓絲板用材分別介紹比較適用、穩(wěn)定的熱處理工藝，供同行們參考。
1. 9SiCr鋼搓絲板熱處理
搓絲板是搓制外螺紋刀具，工作時(shí)齒部受強(qiáng)烈沖擊載荷和擠壓應(yīng)力，通常以磨損或疲勞失效。要求熱處理后在齒根下3～5mm之內(nèi)硬度58～61HRC；淬火馬氏體＜3級(jí)；齒面不容許脫碳；齒面變形在公差范圍內(nèi)。一般在充分脫氧的鹽浴中進(jìn)行淬火，熱處理工藝如下。
（1）綁扎
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將兩塊工件背靠背綁扎在專用的淬火夾具上。
（2）淬火
860～870℃×0.4～0.5min/mm，≤M6規(guī)格淬170～180℃硝鹽，＞M6規(guī)格淬60～90℃油，油冷至200℃左右出油空冷。
（3）回火
210～230℃×2～3h硝鹽回火，回火后硬度59～62HRC。
2. Cr12MoV鋼制弧形搓絲板微變形淬火
在儀器儀表行業(yè)，需要大量的幾毫米螺釘，對(duì)這些螺釘?shù)淖冃瘟恳蠛車?yán)，只允許≤0.01mm。這就對(duì)弧形搓絲板提出了更高的要求：變形小、硬度高、耐磨性好。為此，選用Cr12MoV鋼制造搓絲板，熱處理工藝如下。
（1）淬火前的準(zhǔn)備
用多層報(bào)紙將搓絲板包好（不可用鐵絲扎，以防加熱時(shí)腐蝕搓絲板），使搓絲板表面光潔。然后將搓絲板裝入小鐵盒內(nèi)，四周用細(xì)木炭粒填滿壓實(shí)，上面用黃泥巴密封，按固體滲碳要求作好準(zhǔn)備，最后入箱式爐加熱。
（2）淬火加熱
搓絲板對(duì)熱硬性無要求，但耐磨性一定要高，因此選擇淬火加熱溫度以確保淬得高硬度為前提，采用較低的980℃加熱淬火。
（3）冷卻
出爐后迅速取出工件，冷卻時(shí)，搓絲板上下平面用黃銅板壓冷，同時(shí)在外面外工作面吹微量壓縮空氣，待冷至500℃左右時(shí)入油冷。注意，此時(shí)仍用黃銅板夾持續(xù)冷，銅板的厚度一般為12～15mm。
（4）回火
170～180℃×2h×2次油中回火。亦可采用硝鹽回火，但在回火前必須去油。
經(jīng)上述工藝的弧形搓絲板硬度可達(dá)65HRC，而且韌性很好，變形量≤0.007mm，搓絲10萬次以上都未發(fā)現(xiàn)裂紋和磨損，壽命超過15萬次。
3. Cr12MoV鋼制螺釘搓絲板鹽浴淬火
Cr12MoV鋼工具鹽浴淬火一般由兩種工藝：即低淬低回（1020～1030℃加熱淬火，180～200℃回火）和高淬高回（1100～1120℃加熱淬火，500～520℃回火）。本工藝不同于前兩者，采取不高不低的淬火溫度，高溫回火。操作程序如下。
（1）預(yù)熱
經(jīng)400～500℃烘干后進(jìn)入820～850℃的中溫爐中預(yù)熱，加熱系數(shù)取30～40s/mm。
（2）加熱
高溫爐加熱，要經(jīng)充分脫氧撈渣，1040～1050℃×15～20s/mm。
（3）冷卻
Cr12MoV鋼加熱淬火在500℃左右有一個(gè)奧氏體比較穩(wěn)定的區(qū)域，在此區(qū)域保持很長的時(shí)間，奧氏體也不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。鑒于此，采取分級(jí)等溫淬火：即在580～620℃中性鹽浴中分級(jí)3～5min，立即轉(zhuǎn)入250～280℃硝鹽中等溫30～45min。
（4）回火
500～520℃×2h×2次硝鹽中回火。
經(jīng)上述工藝處理的搓絲板變形小，硬度59～60HRC，使用壽命較常規(guī)處理高。
4. Cr12MoV鋼制搓絲板真空淬火
Cr12MoV鋼制M2.5搓絲板用于搓自行車幅條螺紋，長期采用鹽浴淬火，硬度比較低、脫碳易變形，最高壽命為12萬件。采用1030～1060℃真空淬火，120～150℃×5～6h真空回火后，硬度高，畸變小，平均壽命68.85萬件，較鹽浴處理壽命提高4倍多。
5. Cr12鋼搓絲板高溫快速加熱淬火
Cr12鋼制工具，一般采用960～980℃鹽浴加熱淬火，為了改善基體的韌性和細(xì)化晶粒，高溫鹽浴快速加熱用于搓絲板熱處理獲得了成功。試驗(yàn)證明，常規(guī)工藝處理的搓絲板使用壽命一般在54萬～55萬件，而高溫快速加熱者壽命為145萬～154萬件，壽命提高近3倍。熱處理工藝為：
（1）預(yù)熱
400～500℃烘干后820～850℃×2～3min預(yù)熱。
（2）加熱
1080℃×100～200S（視具體產(chǎn)品而定）加熱。
（3）冷卻
50～80℃熱油中冷卻。
（4）回火
去凈油漬，在230～240℃×2h硝鹽中回火。
高溫快速加熱為什么能提高搓絲板的壽命？一般認(rèn)為是由于高溫快速加熱時(shí)，碳化物不均勻溶解、奧氏體中平均含碳量降低、奧氏體成分也不極不均勻，故淬火后可得到部分的低碳馬氏體，同時(shí)在原先碳化物周圍和奧氏體晶界處，由短時(shí)間（100～200s），碳來不及擴(kuò)散，形成碳含量高的奧氏體。淬火后，韌性高的殘留奧氏體呈膜狀連續(xù)分布于碳化物的周圍和晶粒間界處，這就有助于強(qiáng)度和韌性的提高。
6. Cr12鋼制搓絲板滲釩復(fù)合處理
目前在各種化學(xué)熱處理中滲釩是獲得表面高硬度和高耐磨性的方法之一。物理氣相沉積的優(yōu)點(diǎn)是處理溫度低，工件變形小，但設(shè)備成本昂貴；化學(xué)氣相沉積所用的設(shè)備也較貴較復(fù)雜，且處理溫度高，工件變形大；利用熔鹽法滲釩是在工件表面形成釩的碳化物覆蓋層，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，操作方便，無公害。滲釩通常采用在鹽浴中加入釩鐵粉末的方法，但成本較高，工藝又較復(fù)雜。以下介紹的是硼砂鹽浴滲釩工藝在Cr12鋼搓絲板上的應(yīng)用。
滲釩處理是在自制的鹽浴爐中進(jìn)行，熔鹽為無水硼砂，滲劑為V2O5粉末。待鹽完全熔化后再加入少量鋁粉，經(jīng)充分熔化后加熱到950℃，把經(jīng)過強(qiáng)韌化處理過的試樣和工件放入爐中并保溫3.5h和4.5h后出爐。為了簡化工藝，進(jìn)行了試樣經(jīng)過1050℃淬火+680℃回火后直接入950℃鹽浴中滲釩的試驗(yàn)，基體經(jīng)強(qiáng)韌化處理和滲釩復(fù)合處理后，其力學(xué)性能如表1所示。
表1 Cr12鋼經(jīng)不同熱處理工藝后的力學(xué)性能
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熱處理工藝
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硬度
/HRC
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抗彎強(qiáng)
度/MPa
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撓度
/mm
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沖擊韌度
/(J/cm2)
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1050℃油淬+680℃×2h回火+950℃淬火+220℃×2h回火
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61.5
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2685
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1.98
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4.9
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1050℃油淬+680℃×2h回火+950℃×3.5h滲釩
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61.5
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2853
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2.74
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4.8
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1050℃油淬+680℃×2h回火+950℃×4.5h滲釩
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62.5
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3003
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2.87
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4.9
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試樣經(jīng)過表面強(qiáng)化后晶粒明顯細(xì)化，力學(xué)性能得到明顯改善。滲釩處理后的表面得到7～12μm厚的白亮層，成分主要是VC化合物，其主要原因是Cr12鋼基體含碳量較高，所以滲釩時(shí)能充分供給碳有利于VC的形成。
Cr12鋼搓絲板經(jīng)強(qiáng)韌化+滲釩復(fù)合處理后能獲得很高的耐磨性，一是表面的硬度高（2800～3000HV），另外基體強(qiáng)度和硬度也很高，滲層和基體結(jié)合牢固，在實(shí)際磨損條件下滲層不易脫落，所以耐磨性得到顯著提高。
經(jīng)實(shí)踐考核，經(jīng)滲釩復(fù)合處理的Cr12鋼搓絲板較常規(guī)處理壽命提高3～4倍。
7. T8鋼制搓絲板熱處理
鐵路螺紋道釘（M24×195）是由Φ20mm的Q235A鋼經(jīng)冷鐓擠后在搓絲機(jī)上搓制而成。搓絲板外形尺寸為350mm×100mm×70mm，其工作時(shí)承受較高的擠壓應(yīng)力、一定的沖擊力、彎曲力和強(qiáng)烈的摩擦力等機(jī)械作用。因此搓絲板應(yīng)具有較高的變形抗力、斷裂抗力、耐疲勞和耐磨損性能，以防止在使用過程中出現(xiàn)早、中期脆斷、軟塌、疲勞斷齒和磨損失效。要求硬度58～62HRC。
搓絲板一般選用9SiCr或Cr12型鋼制造，但也有不少單位就地取材，用T8鋼制作。因T8鋼具有價(jià)廉、實(shí)用、成本低、來源廣和工藝性能好等有點(diǎn)。以下簡介T8鋼搓絲板鹽水一發(fā)藍(lán)液分級(jí)淬火工藝。
（1）原工藝
790℃×2h箱式爐保護(hù)加熱，水淬油冷，180℃×2h回火，表面硬度可達(dá)55～62HRC，使用壽命只有2000～3000件，主要失效形式是軟塌、崩齒、疲勞斷裂和中期磨損。為此，必須進(jìn)行工藝改革。
（2）改進(jìn)后的工藝
600℃×2h預(yù)熱（工作面涂硼酸保護(hù)）后迅速轉(zhuǎn)入處于保溫狀態(tài)（≥900℃）的另一臺(tái)箱式爐中，進(jìn)行830℃×35min淬火加熱，入爐總時(shí)間控制在50min以內(nèi)。淬入10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaC1水溶液35s（按1s/2mm）計(jì)。從鹽水中取出，待搓絲板表面烘干鹽水蒸發(fā)，溫度為300～400℃時(shí)，立即投入140℃沸騰的發(fā)藍(lán)液中等溫30min，空冷至表面約70℃時(shí)，再進(jìn)行160℃×1h+240℃×2h回火處理。
按上述工藝處理的搓絲板表面呈淺褐色，硬度59～61HRC，齒根下5mm處硬度59HRC，硬度較均勻，使用壽命1萬～1.5萬件，較原工藝提高2～4倍。
8. 6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)鋼制干壁釘搓絲板熱處理
隨著機(jī)電、建筑、儀表、塑料行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外對(duì)干壁釘?shù)男枨罅考眲≡黾?，但是，我國加工干壁釘?shù)拇杲z板基本上依賴進(jìn)口。每年不僅要消耗大量外匯，而且進(jìn)口周期長，跟不上干壁釘規(guī)格品種的變化，直接影響生產(chǎn)廠家的正常生產(chǎn)與發(fā)展。目前，該刀具還未國產(chǎn)化，其原因之一是搓絲板形狀復(fù)雜，機(jī)械加工難度大；另一方面我國自行設(shè)計(jì)制造的Cr12MoV、9SiCr搓絲板使用壽命低，而采用65Nb鋼制造的干壁釘搓絲板經(jīng)多種熱處理和表面強(qiáng)化，使搓絲板的使用壽命完全達(dá)到甚至超過進(jìn)口同類產(chǎn)品。
