簡(jiǎn)議鉆頭的熱處理技術(shù)

李飛 侯健

摘 要：在本文中，我們?cè)敿?xì)的介紹了直柄麻花鉆的服役條件、性能要求及失效形式，記錄了原始工件的每個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)化學(xué)分析確定了具體材料，并制定了詳細(xì)可行的熱處理路線，在每次熱處理后都會(huì)測(cè)硬度，觀察金相組織，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：金屬；鉆頭；熱處理

1 鉆頭的服役條件及性能要求

鉆頭是一種用來(lái)對(duì)金屬材料進(jìn)行鉆孔的刀具，其結(jié)構(gòu)呈棒狀，有刀柄和刀刃組成，根據(jù)鉆頭柄部的形狀不同，可分為直柄及錐柄鉆頭兩大類，一般直柄鉆頭多是尺寸較小的小鉆頭，而錐柄鉆頭多為尺寸較大的大鉆頭。工作時(shí)，在工作時(shí)，鉆頭刃部因深入被加工金屬內(nèi)部進(jìn)行鉆削，被金屬包圍，散熱困難，升溫快，冷卻條件很差，尤其是切削速度較高，連續(xù)強(qiáng)力鉆削時(shí)更為嚴(yán)重，此外還要受到擠壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、沖擊應(yīng)力的作用，工作溫度在500～600℃時(shí)容易造成鉆頭嚴(yán)重磨損。

刃部應(yīng)具有高的硬度、耐磨性和紅硬性，有一定的韌性及很高的強(qiáng)度，特別是抗扭強(qiáng)度，還要有良好的鉆削性能，為了能夠長(zhǎng)久使用要求鉆頭的整個(gè)刃部的性能必須均勻一致，刃部的硬度為63～66HRC，柄部的硬度為30～45HRC。

2 失效形式分析

鉆頭屬半封閉式切削，鉆削熱難以向外傳散，更易形成高的切削溫度。所以，引起鉆頭磨損主要為熱磨損，對(duì)于高速鋼鉆頭來(lái)說(shuō)，主要是相變磨損，此外還有接觸疲勞、過(guò)量變形、崩刃、脆斷、破碎、裂紋、卷刃等。

機(jī)械磨損：工件材料中含有刀具材料硬度高的硬質(zhì)點(diǎn)或粘附有積屑瘤碎片，會(huì)在刀具表面上刻劃，使刀具磨損。低速切削時(shí)，機(jī)械摩擦磨損是造成刀具磨損的主要原因。

熱磨損：熱磨損通常發(fā)生在滑動(dòng)摩擦?xí)r（不論有無(wú)潤(rùn)滑）。當(dāng)滑動(dòng)速度很大時(shí)（鋼對(duì)鋼而言，大于3～4m/s），比壓也很大的時(shí)候，將產(chǎn)生大量摩擦熱使?jié)櫥妥冑|(zhì)，并使表面金屬加熱到軟化溫度，在接觸點(diǎn)發(fā)生局部金屬粘著，出現(xiàn)較大金屬質(zhì)點(diǎn)的撕裂脫離甚至融化，這種形式的磨損稱為熱磨損。

相變磨損：刀具材料因切削材料表面的馬氏體組織轉(zhuǎn)化為托氏體組織，硬度下降造成磨損。高速鋼刀具在550～660℃時(shí)發(fā)生相變。

接觸疲勞：零件接觸表面在接觸壓應(yīng)力的反復(fù)長(zhǎng)期作用后引起的一種表面疲勞剝落損壞現(xiàn)象。其損壞形式是在光滑的接觸表面上分布有若干深淺不同的針狀或豆?fàn)畎伎?，或較大面積的表層壓碎，一般通稱接觸疲勞失效。

過(guò)量變形：工作載荷和溫度是零件產(chǎn)生的彈性變形量超過(guò)零件匹配所允許的數(shù)值時(shí)，就將導(dǎo)致彈性變形失效。崩刃：刀具脆性破裂。脆斷：斷裂前沒(méi)有明顯塑性變形的斷裂形式。破碎：指刀片較大塊的破碎。裂紋：刀具受周期性沖擊或熱應(yīng)力作用使刀齒出現(xiàn)裂紋而破損。卷刃：刃口受擠壓后發(fā)生塑性變形。

3 鉆頭的熱處理要求

⑴、硬度。刃部在63.5～66HRC之間。

⑵、紅硬性。硬度值不小于60HRC。

⑶、金相組織。應(yīng)能保證鉆頭具備高硬度、高耐磨性和高紅硬性，以及一定韌性和較高的強(qiáng)度，鉆頭的刃部組織應(yīng)為高碳、高合金度的回火馬氏體基體，其上分布著細(xì)小、均勻、穩(wěn)定的合金碳化物。

⑷、彎曲度。應(yīng)該小于0.12mm。

4 等溫球化退火

選擇等溫球化退火而不是完全退火的原因是因?yàn)槁榛ㄣ@在熱處理之前會(huì)先進(jìn)行反復(fù)鍛造，打碎里面的魚(yú)骨狀碳化物，如果使用完全退火，則無(wú)法消除網(wǎng)狀碳化物，會(huì)使脆性變大，硬度升高，所以選擇使用等溫球化退火。

等溫球化退火的目的：消除鍛造應(yīng)力，形成粒狀珠光體，降低硬度，均勻組織，改善切削加工性能，為淬火作組織準(zhǔn)備。

5 淬火

淬火目的：提高工具鋼、滲碳零件和其他高強(qiáng)度耐磨機(jī)器零件的硬度、強(qiáng)度、耐磨性。

關(guān)于淬火加熱溫度的選擇，我們知道在加熱時(shí)，碳化物的溶解及奧氏體晶粒的長(zhǎng)大是決定高速鋼淬火后性能的重要因素。為了使高速鋼獲得高的硬度、高的紅硬性和較好的韌性，淬火加熱溫度應(yīng)選擇在碳化物能最大限度的溶入奧氏體，同時(shí)又不致使晶粒過(guò)分長(zhǎng)大的溫度范圍內(nèi)，若加熱溫度過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱，甚至發(fā)生晶界局部熔化，即晶界處出現(xiàn)少量液相，淬火后在該處出現(xiàn)鑄態(tài)特征的白色組織或環(huán)狀黑色組織，嚴(yán)重的過(guò)熱或者過(guò)燒使鋼變得極脆，性能惡化，W6Mo5Cr4V2鋼的最佳淬火范圍為1210～1245℃，我們?nèi)?220℃。

高速鋼在淬火前應(yīng)該先進(jìn)行兩次預(yù)熱，因?yàn)楦咚黉撝杏性S多合金元素，導(dǎo)熱性差，而淬火溫度高，如果直接放進(jìn)工件加熱，內(nèi)外溫差大，會(huì)造成很大的熱應(yīng)力，兩次預(yù)熱是為了減小加熱時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)也避免工件入爐影響爐溫的穩(wěn)定性。

查資料得一次預(yù)熱的溫度在500～550℃之間，我們?nèi)?50℃；二次預(yù)熱為800～850℃之間，我們?nèi)?50℃。

6 回火

一般鋼件在淬火后都要進(jìn)行回火處理，這是因?yàn)椋孩俅慊鸾M織馬氏體是碳在α-Fe中的過(guò)飽和的固溶體，而鋼的平衡態(tài)是鐵素體+滲碳體，所以馬氏體要自行分解成鐵素體和滲碳體，變成其他組織，他的性能將隨之發(fā)生變化。為了獲得滿足性能要求的組織，故要進(jìn)行回火處理，使馬氏體分解為α相和彌散的ε-碳化物組成的復(fù)相組織即回火馬氏體。②回火還可以除去殘余奧氏體。檢查硬度確定部件是否符合性能要求。

7 結(jié)論

7.1最終熱處理后的金相組織為回火馬氏體+合金碳化物+殘余奧氏體，組織符合要求，回火后硬度應(yīng)在60～66HRC之間，硬度也符合要求，說(shuō)明我們的熱處理工藝路線是正確可行的。

7.2實(shí)際的麻花鉆柄部和刃部要求是不同的，熱處理方式也不同，但由于我校設(shè)備有限，沒(méi)有鹽浴爐及需要的工裝夾具，所以我們柄部和刃部的處理是一樣的。

7.3在測(cè)硬度時(shí)由于表面氧化皮不容易去除，而且工件表面凹凸不平，所以測(cè)出來(lái)的硬度偏差很大，最后采用的是觀察完金相以后的式樣測(cè)的硬度。

參考文獻(xiàn)

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