麻花钻的热处理工艺

目录一、前言―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――2二、零件名称――――――――――――――――――――――――――――――――――――4三、服役条件――――――――――――――――――――――――――――――――――――4四、失效形式――――――――――――――――――――――――――――――――――――4五、性能要求――――――――――――――――――――――――――――――――――――6六、材料选择――――――――――――――――――――――――――――――――――――6七、合金元素的作用―――――――――――――――――――――――――――――――6八、热处理工艺性能分析――――――――――――――――――――――――――――8九、材料的组织性能与各种热处理工艺的关系――――――――――――――9十、工艺路线――――――――――――――――――――――――――――――――――――9 十一、表面处理――――――――――――――――――――――――――――――――――17 十二、检验项目――――――――――――――――――――――――――――――――――18 十三、缺陷及其分析―――――――――――――――――――――――――――――――20 十四、绘制工装图及辅助工序―――――――――――――――――――――――――22 十五、参考资料――――――――――――――――――――――――――――――――――23一前言金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却，通过改变金属材料表面或内部的组织结构来控制其性能的一种工艺。

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却，通过改变金属材料表面或内部的组织结构来控制其性能的一种工艺。

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。

其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

热处理工艺是整个机器零件和工具模具制造工艺的一部分。

最佳的热处理工艺方案，应该既能满足设计及使用性能的要求，而且具有最高的劳动生产率，最少的工序周转和最佳的经济效果。

机械零件设计与热处理工艺的关系，表现在零件所选用材料和对热处理技术要求是否合理，以及零件结构设计是否便于热处理工艺的实现。

1、根据零件服役条件合理选择材料及提出技术要求（1）根据零件服役条件合理选择材料①对整个截面均匀承载零件，要求心部至少有50%马氏体；对重要零件要求95%以上的马氏体。

②对于某些轴类零件，承受弯曲、扭转等复合应力的作用。

一般要求自表面到3/4半径或1/2半径处淬硬就行，但要防止游离铁素体产生。

③对于尺寸较大的碳素钢低合金钢调质件，应在正确设计计算的基础上，对材料性能提出明确要求。

（2）合理确定热处理技术条件①据零件服役条件，恰当地提出性能要求。

②热处理要求只能订在所选钢号淬透性和可硬性允许范围内。

③热处理要求应该允许有一定的热处理形变。

④经济效果，提出零件热处理要求时，必须综合考虑零件制造成本使用寿命等实际经济效果。

2、零件结构设计与热处理工艺性的关系（1）在零件热处理加热和冷却时要便于装卡、吊挂，装卡、吊挂是否合适，不仅影响热处理变形、开裂，而且还影响热处理后的性能。

（2）有利于热处理时均匀加热和冷却。

（3）避免出现锐边尖角，应改成圆角或倒成钝角，圆角半径要大些；零件形状力求简单、对称；轴类、棒类零件的长度与直径之比不可太大；零件形状特别复杂，或者不同部位有不同性能要求时，可设计组合结构。

（4）采用封闭、对称结构。

（5）对形状复杂或截面尺寸变化较大的零件，尽可能采用组合结构或镶拼结构。

二零件名称麻花钻：通过其相对固定轴线的旋转切削以钻削工件的圆孔的工具。

三服役条件直柄麻花钻在钻削过程中产生的热量多，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，容易造成钻头严重磨损。

四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，此外还有接触疲劳、过量变形、崩刃、脆断、破碎、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：热磨损通常发生在滑动摩擦时（不论有无润滑）。

当滑动速度很大时（钢对钢而言，大于3～4m/s）,比压也很大的时候，将产生大量摩擦热使润滑油变质，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，出现较大金属质点的撕裂脱离甚至融化，这种形式的磨损称为热磨损。

相变磨损：刀具材料因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。

接触疲劳：零件接触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的接触表面上分布有若干深浅不同的针状或豆状凹坑，或较大面积的表层压碎，一般通称接触疲劳失效。

过量变形：工作载荷和温度是零件产生的弹性变形量超过零件匹配所允许的数值时，就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：指刀片较大块的破碎。

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。

五性能要求刃部要求：高硬度、高强度、高红硬性、高耐磨性、一定的韧性、良好的钻削性能，硬度≥HRC63。

柄部要求：良好的综合机械性能，硬度HRC20～35之间。

六材料选择柄部： 45钢刃部： W6Mo5Cr4V2高速钢高速工具钢是一种适于高速切削的高碳高合金工具钢。

其突出特点是具有很高的硬度、耐磨性及热硬性（也称红硬性），当刃具温度高达500～600℃摄氏度左右时，硬度仍无明显下降，能以比低合金刃具钢更高的速度进行切削，主要用于制造切削速度高、负荷重、工作温度高的各种切削刀具， W6Mo5Cr4V2钢为钨钼系通用高速钢的代表钢号。

该钢具有碳化物细小均匀、韧性高、热塑性好等优点。

七合金元素的种类及作用元素种类及含量：牌号：W6Mo5Cr4V2；（化学成分%：）碳 C ：0.80～0.90硅 Si：0.20～0.45锰 Mn：0.15～0.40 硫 S ：≤0.030磷 P ：≤0.030 铬 Cr：3.80～4.40镍 Ni：允许残余含量≤0.30 铜 Cu：≤0.25钒 V ：1.75～2.20 钼 Mo：4.50～5.50钨 W ：5.50～6.751、钨 W钨能耐高温，而且溶于钢中会与碳形成碳化物成为碳化钨，能提高钢的强度。

此外，a、钨能提高钢的淬火温度。

b、加强钢的断面组织细微化，抵抗挥霍软化。

c、可以降低淬火时钢的晶粒生长趋势。

d、钨钢刀具有红热硬度。

2、钼 Mo钼可增加钢的最大强度及硬度，因此，在合金钢中也很重要：a、能改善钢在高温下抗拉及潜变强度。

b、在工作红热情况下，能使钢的硬度保持不变。

c、高速工具钢含钼，可予以较佳的机器切割性能。

d、合金钢中加入钼可去除回火脆性。

3、铬 Cr铬在钢中的角色多元且重要，它会形成稳定而硬的碳化物，而且具有抗蚀性，其主要作用有：a、增进钢的硬化能力和渗碳作用。

b、使钢在高温时具有高强度。

c、能增加耐磨耗性。

d、增高钢的淬火温度。

e、能增进钢的抗腐蚀性。

4、钒 V钒可以无限量固溶入钢中，并能阻止奥氏体晶粒的长大，钒在钢中有脱酸除氧的能力，故含钒的钢，其断面结晶密实，此外，钒的作用还有：a、能提高淬火温度。

b、改善硬化能力，高温淬火加热时，能阻止其晶粒生长。

c、有助于钢的结晶组织细微化。

八热处理工艺性能分析。

W6Mo5Cr4V2 淬火后：①淬透性：淬透性随淬火温度的提高淬透性增加。

因为温度升高奥氏体晶粒尺寸增大淬透性提高。

淬硬性随淬火温度的升高而增大，但是如果温度过高奥氏体晶粒过于粗大淬火后会产生开裂或变形。

②变形倾向：淬火后变形分两种：翘曲变形和体积变形。

翘曲变形主要是加热时工件在炉内放置不当或淬火前后没有定型处理或冷却不均匀所造成。

另一方面淬火前后组织不一样引起体积变形。

淬火之前一般为珠光体组织，淬火后为马氏体组织。

由于两种组织的比容不同，淬火前后将引起体积变化，从而产生变形，但这种变形只按比例使工件胀缩但不改变形状。

应力也会引起形状变形。

③淬硬性：淬硬性表示钢淬火时的硬化能力。

它主要与钢的含碳量有关，更确切的是说是它取决于淬火后马氏体中的含碳量，马氏体中的含碳量越高钢的淬硬性越高。

九钢材的组织性能（硬度、强度、耐磨性、塑韧性等）与各种热处理工艺的关系W6Mo5Cr4V2 在820～870℃预备热处理后所获得的组织主要是粒状珠光体。

铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织就是粒状珠光体，成分一定时，渗碳体颗粒越细晶界面越多，则钢的硬度和强度越高。

碳化物越接近等轴状，分布越均匀，则韧性越好，在成分相同的条件下比片状珠光体的硬度稍低，但塑性好。

在1210～1230℃淬火后，所获得的组织主要是马氏体。

碳在α－Fe中的过饱和的固溶体就是马氏体。

马氏体具有高硬度、高强度和耐磨性，但是片状马氏体韧性很差，硬而脆。

板条马氏体的韧性比片状马氏体的好得多，即在具有较高强度，硬度的同时，还具有相当高的塑性韧性。

淬火组织在540～560℃三次回火后，主要获得回火马氏体组织。

马氏体分解后形成α相和弥散的ε-碳化物组成的复相组织称为回火马氏体。

与淬火马氏体相比，回火马氏体除了具有高硬度、强度和耐磨性外塑性韧性低，克服了淬火马氏体脆而硬的特点。

十工艺路线下料→锻造→焊接→去应力退火→刃部正火→球化退火→切削加工→淬火→金相检验→清洗→喷砂→校直→回火→柄部正火→硬度及金相检验→喷砂→防锈→精磨→表面处理（1）下料→锻造→焊接→去应力退火选择45钢和W6Mo5Cr4V2两种不同的材料焊接在一起，由于焊接所产生的热量使接口处存在热应力，故要进行一次去应力退火。

去应力退火：为了去除由于塑性形变加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。

目的：消除铸、锻、焊、冷冲压等工件的残余应力，同时还可以降低硬度，提高尺寸稳定性和防止工件变形开裂。

去应力退火曲线（图1）加热温度720℃～760℃保温时间2～4h冷却方式 500℃以下出炉空冷设备 RX3-15-9最高工作温度950℃退火组织：球化珠光体，白色球状为碳化物，基体为珠光体。

（4%硝酸酒精溶液浸蚀）（2）柄部热处理工艺下料→锻造→正火→切削加工（3）刃部热处理工艺下料→锻造→正火→球化退火→切削加工→淬火→回火一般合金钢在锻造后空冷所得组织为片状珠光体与网状碳化物，这样是组织硬而脆，难以切削加工且在以后淬火过程中容易出现变形开裂。