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      簡(jiǎn)議鉆頭的熱處理技術(shù)

      2019-09-10 19:51:43李飛侯健
      炎黃地理 2019年2期
      關(guān)鍵詞:鉆頭熱處理金屬

      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)

      [1]葉衛(wèi)平,張覃軼.熱處理實(shí)用數(shù)據(jù)速查手冊(cè)[M].2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010

      [2]許天已,鋼鐵熱處理實(shí)用技術(shù)[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010

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