高速钢钻头的热处理工艺by模具大拿.docx

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高速钢钻头的热处理工艺by模具大拿

高速钢钻头的热处理工艺

指导教师：

专业:

材料成型与控制工程

班级：

0903

姓名:

模具大拿

学号:

090201083

摘要：

本篇小论文简单的介绍了高速钢钻头的钢种特点及热处理工艺，从而更好的理解热处理工艺在机械行业中的重要地位。

关键词：

钻头高速钢热处理

Abstract：

Thispapergaveanoutlineofhigh-speedsteelandthemethodsoftheheattreatmentofbroach.Thustohaveabetterunderstandingthatheattreatmentplayanimportantroleinindustry.

Keywords:

broachhigh-speedsteelheattreatment

引言:

●为什么选择钻头作为论文对象

热处理是把金属或合金加热到给定温度并保持一段时间,然后用选定的速度和方法使之冷却,以得到所需要的显微组织和性能的操作工艺,被称为热处理.热处理有退火,正火,淬火,回火等其中以淬火最为普遍,而淬火主要提高的就是材料的硬度,从而影响成品工件的耐磨性能。

然而钻头作为最普遍的切削工具,一直工作在高速摩擦且高温的环境下.因此对其耐磨性有很高的要求.然而耐磨性的提高也必须倚靠热处理手段.

同时钻头在高速工作时也承载着很大的扭矩,更大的提高其硬度才能使其不易变形或弯曲.

工作条件

直柄麻花钻在钻削过程中的热量最多，而传热散热困难；承受挤压应力、弯曲应力、冲击应力及切削产生的高温，工作温度在500~600℃左右，容易造成钻头的严重磨损。

失效形式

钻头属半封闭式切削，钻削热难以向外传散，更易形成高的切削温度。

所以，引起钻头磨损主要为热磨损，对于高速钢钻头来说，主要是相变磨损，此外还有解除疲劳、过量变形、崩刃、脆断、破损、裂纹、卷刃等。

机械磨损：

工件材料中含有刀具材料硬度高的硬质点或粘附有积屑瘤碎片，会在刀具表面上刻划，使刀具磨损。

低速切削时，机械摩擦磨损是造成刀具磨损的主要原因。

热磨损：

热磨损通常发生于滑动摩擦时。

当滑动速度很大时，比压也很大时，将产生大量摩擦热，并使表面金属加热到软化温度，在接触点发生局部金属粘着。

相变磨损：

刀具材料因为切削材料表面的马氏体组织转化为托氏体组织，硬度下降造成磨损。

高速钢刀具在550~660℃时发生相变。

解除疲劳：

零件解除表面在接触压应力的反复长期作用后引起的一种表面疲劳剥落损坏现象。

其损坏形式是在光滑接触表面上分布若干深浅不同的针状或豆状凹坑，或较大面积的表层压碎。

过量变形：

工作载荷和温度使零件产生的弹性形变量超过零件所允许的数值时，将导致弹性变形失效

崩刃：

刀具脆性破裂

脆断：

断裂前没有明显塑性变形的断裂形式

破碎：

指刀片状大小的破碎

裂纹：

刀具受周期性冲击或热应力作用使刀齿出现裂纹而破损、

卷刃：

刃口受挤压后发生塑性变形

性能要求

图一所示为W6Mo5Cr4V2钢直柄钻头,技术要求为:

柄部硬度35~50HRC,刃部要求高硬度,高强度,高耐磨性,而钻头柄部作为

定位和被夹持用,硬度不必太高,否则对矫正钻头变形不利,所以柄部为中硬度.对高速钢刀具,由于加热表面不允许脱碳，一般选用盐浴炉加热。

原工艺中对中硬度的柄部一般是在刃部淬火、回火后采用高频淬火；或者是用铁丝捆扎单件钻头、在高温盐浴加热时，采用单件进炉并控制钻头侵入盐液深度。

但是大量生产时用高频淬火的方法效率太低，并且单件加热淬火的方法效率不仅低而且劳动强度大，极易造成柄部硬度过高。

因此通过设计专用工装夹具，用控制加热的方法来控制柄部硬度。

工装及热处理效果

具体操作方法是：

将装夹好的钻头在第1、2次预热是，钻头连同夹具一并进入盐浴内加热，进入高温加热炉时，让钻头柄部露出盐浴表面只加热刃部。

钻头露出盐浴表面部位正好在钻头沟槽处，即夹具的下层板刚好在盐浴表面上（如图3所示）。

从而使柄部不完全淬火，达到其硬度要求，每班产量由60件提高到300件，不但提高了劳动生产率，而且也降低了产品报废率。

钻头的选材:

高速钢:

高碳高合金钢，按化学成分可分为钨系、钼系钢，按切削性能分为普通高速钢、高性能高速钢。

高速钢必须通过热处理强化。

在淬火状态下，高速钢中的铁、铬、部分钨与碳形成极硬的碳化物，可以提高钢的耐磨性（硬度可达HRC64－－68）。

另一部分钨溶于基体，增加钢的红硬性。

高速钢红硬性可以达到650度。

高速钢强度、韧性均好，刃磨后切削刃锋利，质量稳定，一般用来制造小型、形状复杂的刀具。

硬质合金:

是微米数量级的难熔高硬度金属碳化物的粉末，用钴、钼、镍等做粘结剂，在高温高压下烧制而成。

硬质合金中高温碳化物含量超过高速钢，硬度高（HRC75--80），耐磨性好。

硬质合金红硬性可以达到800－1000度。

硬质合金切削速度比高速钢高4－－7倍。

切削效率高。

（麻花钻钻孔过程中要退几次刀，它可以一次钻完，不用退刀）

缺点是抗弯强度低，冲击韧性差，脆性大，承受冲击和抗振能力低。

由于个人学识和精力的限制，本篇小论文仅对高速钢做简单的介绍和讨论

高速钢的热处理工艺

一高速钢的锻造和退火

由于高速钢碳化物不均匀，因此其工艺性和机械性能都受到了显著影响。

然而高速钢十余莱氏体钢，其中含有大量的一次，二次碳化物，即使在1300℃的高温下，一次碳化物也不能完全溶解于奥氏体中，因此这种复杂的合金碳化物不能用正常的而处理方法来消除，唯一的方法就是通过锻造机械，用压力加工把粗大的共晶碳化物打碎，并使其均匀分布，从而提高钢材内部的组织质量

二合金元素在高速钢中的作用

1.碳高速钢中含碳较高，主要目的在于保证足够的合金碳化物，在淬火加热时约有0.5%的碳溶于奥氏体，保证了马氏体的硬度。

2.钨和钼的作用

钨和钼是造成高速钢热硬性的一个主要元素。

在淬火和回火钢内，钨存在于马氏体及碳化物中。

3.铬的作用在淬火加热时，铬几乎全部溶入奥氏体中，增加钢的淬透性，改善钢的机械性能

4.钒的作用钒也是增强高速钢热硬性的重要元素之一，提高钢的切削性能和耐磨性

5.钴的作用可大大提高钢的淬火硬度及热硬性，提高钻头的切削性能，减少钻头与工件的摩擦系数。

三高速钢的预热

由于高速钢含有多量的合金元素,因此导热性较差,塑性较低.在淬火加热中,为了减少刀具的变形开裂,必须经过一次二次预热.刀具在预热温度停留一段时间,减少了加热过程的热应力.预热温度一般选择在略高于AC1点（约785℃左右）的范围（800~860℃），这使高速钢加热中索氏体向奥氏体的相变在较低的温度范围内发生，从而减少了最后加热时的相变应力。

通过预热，可以缩短高温加热时间，有利于防止钻头脱碳及提高生产力。

对于细长钻头需作二次预热，第一次预热采用500~650℃，第二次预热采用800~820℃。

四高速钢的淬火加热

1加热过程的组织转变

高速钢刀具热处理之前，通常处于退火状态，其组织是索氏体+合金碳化物。

刀具加热至AC1点以上的预热温度范围时，发生第一次组织转变，这使铁素体还是转变为奥氏体，二合金碳化物溶解很少，在转变成的奥氏体中含碳量和合金元素含量都很低。

随着加热温度的升高，碳化物逐步向奥氏体溶解从而使奥氏体中含碳量及合金元素含量增加。

随着加热温度的提高，溶解最快的时铬，其次是钨和钼，较难溶解的是钒的碳化物。

从下图可以看出，在W6Mo5Cr4V2钢中，达950℃以上时，以铬为主的碳化物迅速溶解，到1100℃时，铬元素几乎全部由碳化物转入奥氏体中；而以钒为主的碳化物，只有到1100~1250℃时才比较明显的溶解。

2淬火加热温度的选择

在选用淬火加热温度时应考虑一下几个因素：

（1）淬火后的硬度和韧性，通常是相互矛盾的。

不同的钻头，对硬度和韧性要求也有所不同，因此淬火温度应该区别对待。

（2）原材料的碳化物级别对淬火温度也有很大影响。

碳化物偏析增大，奥氏体晶粒易长大，碳化物堆积处易产生过热，钻头易产生变形开裂，因此要采用较低的加热温度

（3）淬火温度的高低直接反映在淬火晶粒度的大小上。

在原材料正常的情况下，淬火晶粒度能够作为控制加热温度高低的主要参考依据。

但是必须注意到钢种的不同，晶粒长大的倾向也有出入。

高速钢钻头淬火加热温度：

钻头类型

规格

加热温度（℃）

W18Cr4V

W6Mo5Cr4V2

复合中心钻

ɸ0.5~0.6

1270~1275

1220~1230

直柄钻头

ɸ≤5

ɸ>5

1270~1280

1275~1285

1220~1230

1225~1235

锥柄钻头

ɸ10~49.5

1280~1290

1230~1240

3加热时间的确定

高速钢加热时，碳化物的溶解程度取决于加热温度和加热时间，其中加热温度为主要因素。

在一定的温度下，有一最合适的加热时间，超过这一限度对钢的硬度和热硬性不再起作用，相反由于晶粒的长大，而使钢的机械性能下降。

过长的加热时间还会引起刀具的脱碳。

五高速钢的淬火冷却

冷却过程的组织转变：

高速钢在冷却使得组织转变，既决定于高温加热所能造成的奥氏体合金度，又决定于随后的冷却条件。

各冷却温度范围的转变有以下几个特点：

1.二次碳化物的析出自淬火温度冷却至第一次分级温度前有析出碳化物的倾向，而且在760℃左右析出特别强烈。

析出物呈细小分散质点分布于晶界上。

碳化物的析出降低了奥氏体的合金度，影响到钻头的各项性能。

故对某些在第一次分级前作空冷预冷或在800~820℃作短暂停留的刀具，应特别注意控制预冷时间，防止二次碳化物的析出。

●共晶分解（又称珠光体转变）在740℃左右温度区间，停留一段时间，奥氏体会发生共析分析，其产物为细粒状的珠光体（索氏体）。

●贝氏体的转变在280℃左右温度区间停留较长的时间，奥氏体发生贝氏体转变，在金相显微镜下可以看到狭长的黑色的针

●马氏体转变马氏体形成的温度在210℃以下。

马氏体开始转变点与转变结束点与钢的成分，加热温度及冷却条件有关。

随着淬火加热温度的提高，两温度点降低。

奥氏体向马氏体的转变过程在冷至室温时尚未完结。

淬火后的室温停留时间对冷处理时的钢的残余奥氏体转化量有很大影响。

室温停留时间愈长，奥氏体稳定作用就愈大，随后冷处理效果越差。

冷处理时由于马氏体的转变量增加，因此钻头应力增加，易于变形开裂。

为了防止钻头在冷处理时的开裂，在冷处理前先进行一次或二次回火，单冷处理效果要差一些。

因为回火中促使一部分散瘀奥氏体更加稳定。

高速钢钻头的淬火冷却方法

1.油中冷却

油中冷却至300~400℃后空气冷却

2.分及冷却

（1）一次分级冷却：

即加热后工件在580~620℃中性盐浴中保持一段时间（与加热时间接近）后空冷至室温

（2）二次分级冷却：

即从580~620℃炉中分级后，再于350~400℃硝盐炉中保持一段时间（与加热时间接近）,而后空冷，通常是空冷至150℃左右及时地与硝盐炉中回火

（3）多次分级：

即高温加热后先于800~820℃盐炉中停留十几秒，然后在下列温度中：

580~620——350~400——240~280℃顺次停留一段时间

3.等温冷却

（1）一次贝氏体等温淬火：

即在二次分级冷却后，再投入240~280℃硝盐炉内保持2~4小时，而后空冷，通常是空冷至100℃左右及时地于硝盐炉中回火

（2）完全贝氏体淬火：

一次贝氏体等温淬火后，进行第一次560℃回火，其回火冷却在240~280℃内保持2~4小时，而后空冷至室温，然后再进行回火