直柄麻花鉆的熱處理工藝設計

JlANGSUUNlVERSlTY金屬材料綜合課程設計直柄麻花鉆的熱處理工藝設計學院名稱： 材料科學與工程學院專業(yè)班級： 金屬2302學生姓名： 錢振學號： 3130702063指導教師姓名：邵紅紅，紀嘉明2017年1月直柄麻花鉆的熱處理工藝設計指導老師姓名：邵紅紅紀嘉明1麻花鉆零件圖1麻花鉆零件圖圖1高速鋼直柄麻花鉆尺寸參數(shù)直柄麻花鉆的尺寸:直徑D刃部1總長LIOmin87mm133mm2服役條件及提出的性能要求和技術(shù)指標2.1服役條件作為機床上使用的金屬切削工具，其主要工作部分是刀刃或刀尖，鉆頭在切削過程中，刃部與工件表面的金屬相互作用，使鉆頭產(chǎn)生變形和斷裂，并從工件整體上剝離下來，所以鉆頭本身承受彎曲、剪切應力和沖擊震動負荷；在切削過程中會產(chǎn)生大量切削，因此鉆頭還受到工件和切削強烈的摩擦作用；同時伴隨摩擦會產(chǎn)生高溫。機用工具切削速度較高，會產(chǎn)生大量的切削熱，有時會發(fā)生切削刃軟化現(xiàn)象。切削量增大和被切削金屬的硬度升高，都會使切削熱大量增加，從而使刃具的溫度很快升高。直柄麻花鉆在鉆削過程中產(chǎn)生的熱量多，而傳熱、散熱困難；承受擠壓應力、彎曲應力、沖擊應力及切削產(chǎn)生的高溫，工作溫度在500?600°C左右，容易造成鉆頭嚴重磨損。2.2失效形式由于工具種類的不同以及使用條件的差異，起失效形式也有所不同。切削工具失效主要由于磨損、橫刃、外緣點磨損、崩刃、剝落、折斷或加工的工件打不到技術(shù)要求等原因造成的（1）磨損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，對于高速鋼鉆頭來說，主要是相變磨損。磨損的產(chǎn)生大都是曲于工具的切削刃與被切削工件之間的摩擦所產(chǎn)生的。有時也可能是山于在工具表面形成積瘠瘤，形成粘合磨損所造成的。機械磨損：工件材料中含有刀具材料硬度高的硬質(zhì)點或粘附有積屑瘤碎片，會在刀具表面上刻劃，使刀具磨損。低速切削時，機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)生在滑動摩擦時（不論有無潤滑）。當滑動速度很大時，比壓也很大的時候，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，在接觸點發(fā)生局部金屬粘著，出現(xiàn)較大金屬質(zhì)點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°C時發(fā)生相變。（2） 接觸疲勞零件接觸表面在接觸壓應力的反復長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狀凹坑，或較大面積的表層壓碎，一般通稱接觸疲勞失效。（3） 崩刃崩刃也是常見的失效形式，其中包括大的崩刃，小的崩刃，掉牙，掉齒等現(xiàn)象，很多的崩刃產(chǎn)生是山于切削時切削刃長期受循環(huán)應力所造成的一種疲勞斷裂現(xiàn)象。（4） 斷裂切削工具由于受到較大的沖擊力或因工具自身的脆性較大有時會產(chǎn)生整體斷裂，破碎現(xiàn)象。比如鉆頭的扭斷，折斷。工具的斷裂，破碎現(xiàn)象的產(chǎn)生與工具本身的韌性不夠有關，但不是所有的斷裂，破碎現(xiàn)象都是因為工具脆性較大而引起的。（4）被加工工件達不到要求在切削過程中，山于工具產(chǎn)生了嚴重的磨損或工具的切削刃上有明顯的崩刃現(xiàn)象，這時工具雖然可以繼續(xù)加工，但由于被加工工件的尺寸精度或表面粗糙度達不到技術(shù)要求，而使麻花鉆不能使用。3性能要求刃部要求：（1）良好的機械性能鉆頭應具有高硬度、高耐磨性：足夠的強度和韌性，以承受鉆削中的沖擊和震動，避免崩刃和折斷；高的紅硬性，即要有高的耐熱性，在高溫下保持碩度、耐磨性、強度和韌性；（2） 良好的工藝性，如良好的段造型，磨削加工性；（3） 好的經(jīng)濟性，即價格要便宜；柄部要求：良好的綜合機械性能。3技術(shù)指標刃部（1） 硬度≥HRC63;500'600°C時仍保持50~60HRC高硬度;（2） 金相組織：應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度，鉆頭的刃部組織應為高碳、高合金度的回火馬氏體基體，其上分布著細小、均勻、穩(wěn)定的合金碳化物。（3） 彎曲度：應該小于0.12mmo柄部硬度HRC20?35之間3選材3.1常用材料比較分析現(xiàn)在市場上使用較多的是通用型高速鋼，以餌系W18Cr4V和鴿-鉗系W6Mo5Cr4V2為代表。鉤鋼W18Cr4V有良好的綜合性能，在600°C的高溫強度為48.5HRC,優(yōu)點是淬火時過熱傾向??；含銳量較少，磨削加工性好；碳化物含量較高，塑性變形抗力較大。缺點是碳化物分布不均勻，影響薄刃刀具或小截面刀具的耐用度；強度和韌性顯得不夠，熱塑性差，很難用作熱成型方法制造的刀具。另外，高性能高速鋼理論上均可用于該麻花鉆，其中W6Mo5Cr4V2Al由于AI元素的添加，其韌性大大下降，用于制造麻花鉆的話，其使用壽命與其他高性能高速鋼相比相對較低，因此不考慮使用。W18Cr4V2Co8性能上能滿足該麻花鉆的要求。W18Cr4V2Co8為加鉆版高性能高速鋼，由于含鉤量較高，價格很高因此從經(jīng)濟效益角度出發(fā)，不采用W18Cr4V2Co8oW6Mo5Cr?4V2鋼，它屬餌韋目系高速鋼。這類鋼兼具有磚系和韋目系高速鋼的優(yōu)點。既有較高的紅硬性和耐磨性。較小的脫碳傾向與過熱敬感性，。同時碳化物較細、分布較均勻。熱塑性及韌性較高。曲于它便于機械加工，通用性強，使用壽命高，價格便宜，因此得到了廣泛的應用。W6Mo5Cr?4V2高速鋼韌性、耐磨性、熱塑性均優(yōu)W18Cr4V,而硬度、紅硬性、高溫硬度與W18Cr4V相當，因此W6Mo5Cr4V2r?'速鋼除用于制造各種類型一般工具外，還可制作大型及熱塑成型刀具。由于W6Mo5Cr4V2鋼強度高、耐磨性好，因而乂可制作高負荷下耐磨損的零件，如冷擠壓模具等，但此時必須適當降低淬火溫度以滿足強度及韌性的要求。柄部主要承受沖擊與扭矩，以及作為被夾持部位會承受夾具的擠壓，但柄部所處環(huán)境并不嚴酷，45鋼完全可以勝任，因此柄部使用45鋼。因此，最終選擇W6Mo5Cr4V2作為鉆頭的材料，柄部選擇45鋼。3材料成分表及臨界溫度3.1W6Mo5Cr4V2成分及含量質(zhì)量分數(shù)如表1所示表1W6Mo5Cr?4V2成分及含量質(zhì)量分數(shù)―?尹兒糸CMnSiCrV WMoSP含量0.80"0.15"0.20"3.80"1.75~5.50"4.50~≤≤(%)0.900.400.454.402.206.755.500.0300.0303.3.2合金元素的作用碳的作用：一是與V、Cr.W等元素形成足夠多的碳化物，來提高硬度、耐磨性和紅硬性。另一方面還需一定量的碳溶于奧氏體中。以便獲得足夠含量的馬氏體來保證它具有高硬度、高耐磨性和良好的熱硬性。碳含量過高或過低都未必好，必須和其他合金含量相匹配。若含碳量過高，則碳化物數(shù)量增加，同時碳化物的不均勻性也增加，導致鋼的塑性降低，脆性增加，工藝性能變壞；若含碳量低，則無法保證足夠多的合金碳化物，使高溫奧氏體和馬氏體中的含碳量減少，導致鋼的硬度，耐磨性和熱硬性變差。??的作用：獲得熱硬性的主要元素，在鋼中形成M6C是共晶碳化物的主要組成，它還以二次碳化物山奧氏體析出；鉗的作用：Mo和W可相互取代，故也是獲得熱硬性的元素，并減小碳化物的不均勻性。饑的作用：提高馬氏體回火穩(wěn)定性，阻礙馬氏體分解同時提高高速鋼的熱硬性。輅的作用：輅在鋼中主要存在于H23C6中，也溶于M6C和MC型碳化物，促使其溶于奧氏體，增加奧氏體合金度。淬火加熱時，鋸兒乎溶于奧氏體，主要起增加鋼的淬透性作用。3.3.3W6Mo5Cr4V2相變臨界點表2W6Mo5Cr?4V2相變臨界點臨界溫度（°C）鍛造溫度熱處理ACIACmArIMS始鍛（°C）終鍛（°C）A)唧(oC淬火（°C）回火（°C）835 885 770 225I(M(Tl150900'950820"8701225~1235540'5804汽車齒輪熱處理工藝設計4.1工藝路線下料一鍛造一焊接一去應力退火一正火一球化退火一切削加工一淬火一回火一硬度及金相檢驗一精磨（1）下料一鍛造一焊接一去應力退火:選擇45鋼和W6Mo5Cr4V2兩種不同的材料焊接在一起，山于焊接所產(chǎn)生的熱量使接口處存在熱應力，故要進行一次去應力退火。去應力退火：為了去除由于塑性形變加工、焊接等造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應力面進行的退火。Ll的：消除鑄、鍛、焊、冷沖壓等工件的殘余應力，同時還可以降低硬度，提高尺寸穩(wěn)定性和防止工件變形開裂。圖2去應力退火曲線去應力退火：加熱溫度〈Acl,—般鋼材亦0?63(TC,合金工具鋼650?750°C,加熱速度100?150°C∕h,保溫時間3?5min∕mm冷卻速度60?IOOOC∕h,300°C以下出爐空冷。加熱溫度720?760°C保溫時間2?4h冷卻方式500°C以下出爐空冷。表3RX3-15-9主要技術(shù)參數(shù)型號額定功率(KW)額定電壓(V)額定溫度(OC)相數(shù)爐膛尺寸(LXWXH)(mm)最大裝載(kg)RX3-15-9153809503650X300×25080退火組織：球化珠光體，Cl色球狀碳化物，基體為珠光體。柄部熱處理工藝下料f鍛造?正火f切削加工（3）刃部熱處理工藝下料一鍛造一正火一球化退火一切削加工一淬火一回火一般合金鋼在鍛造后空冷所得組織為片狀珠光體與網(wǎng)狀碳化物，這樣的組織硬而脆，難以切削加工且在以后淬火過程中容易出現(xiàn)變形開裂。而球化退火可以得到粒狀珠光體組織，與片狀珠光體相比，不但碩度低便于切削加工，而且淬火加熱時奧氏體晶粒不易長大。冷卻時工件變形和開裂傾向小?？墒乔蚧嘶鹬皇羌訜岬铰愿哂贏CI的溫度，其奧氏體化是不完全的。因此，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物，所以在球化退火之前進行一次正火，將其消除，這樣才能保證球化退火正常進行。正火：將鋼件加熱到上臨界點（Ac3或ACm）以上30?50°C保溫到完全奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理丄藝。Ll的：消除晶粒粗大、帶狀組織、魏氏組織等熱加丄缺陷及過共析鋼網(wǎng)狀碳化物。球化退火：是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。將鋼加熱到ACl以上20?30°C,保溫一段時間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物組織。□的：降低硬度，便于切削加工，并為淬火做好組織準備。柄部正火：加熱溫度810oC時間：工件燒透為止冷卻方式：空冷設備：RDM-70-13最高工作溫度為130OOC圖3柄部正火曲線刃部：正火+球化退火正火加熱溫度：915°C時間：工件燒透為止冷卻方式：空冷設備：RDM-70-13表4RDM-70-13主要技術(shù)參數(shù)額定功率 額定電壓 額定溫度 相 爐膛尺寸(LXW 最大裝載型號(KW) (V) (OC) 數(shù) XH)(mm) (kg)RDM-70- 1800×900×圖4刃部正火曲線球化退火：加熱溫度840?860°C保溫時間3?4h以上，保溫后可采用10?20°C∕h的速度冷卻至500°C以下出爐設備：RX3-15-9最高工作溫度950°C圖5球化退火W6Mo5Cr4V2高速鋼中含有大量M32C6、M6C和MC型合金碳化物，這些碳化物只有加熱至較高的溫度才能相續(xù)溶解,其中M23C6的溶解溫度為950?1000°C,M6C為1215?123OoCO隨著淬火加熱溫度的提高，奧氏體中碳及合金元素含量增多，鋼的硬度和紅硬性升高。淬火加熱溫度越高，鋼的硬度和紅硬性越高，鋼的MS點降低，淬火后殘余奧氏體量增多，當殘余奧氏體量增多到一定數(shù)量后，鋼的淬火硬度反而下降。此外，淬火溫度過高，晶粒細化、鋼的強度、韌性變壞。所以W6Mo5Cr4V2選擇在1215?123OOC淬火。淬火;把鋼加熱到臨界點ACl或Ac3以上，保溫并以大于臨界冷卻速度冷卻,以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體的熱處理工藝。淬火Ll的：提高工具鋼、滲碳零件和其他高強度耐磨機器零件的硬度、強度、耐磨性。為防止丄件在加熱過程中因熱應力而產(chǎn)生開裂或變形所以進行兩次預熱。低溫預熱：600?650°C保溫0.8?1.Omin∕mm（鹽浴爐）中溫預熱：800?830°C保溫0.4?1.OmirI∕mm（鹽浴爐）淬火溫度：1213?123OOC淬火方式：分級淬火設備RDM-70-13最高工作溫度為1300oC,鹽浴介質(zhì)為BaC1295%+NaCI5%,熔點為850oC,使用溫度為IOOo?135OOCo冷卻介質(zhì)：油冷分級淬火能有效地減小或防止工件淬火變形和開裂。因為W6Mo5Cr4V2的MS為225°C,所以油冷到300°C左右。在300°C左右保溫一定時間使馬氏體在轉(zhuǎn)變之前工件各部分溫度已趨均勻，并在緩慢冷卻條件下完成馬氏體轉(zhuǎn)變，這樣就減小淬火熱應力，而且顯著降低組織應力，因而有效地減小或防止淬火變形或開裂。一般鋼件在淬火后都要進行回火處理，這是因為：①淬火組織馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和的固溶體，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，故要進行回火處理，使馬氏體分解為α相和彌散的￡-碳化物組成的復相組織即回火馬氏體。②回火還可以除去殘余奧氏體。柄部調(diào)質(zhì)處理后得到良好的綜合機械性能組織，即回火索氏體。檢查硬度是確定部件是否符合性能要求?；鼗餖I的：減少或消除淬火應力，提高韌性和塑性，獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合，以滿足不同工件的要求。回火溫度：540?560°C時間：1?1.5h次數(shù)：3設備：RDM-70-13最高工作溫度為130OOC回火溫度的選擇：從室溫至270。C首先馬氏體中析出￡相，溫度升至400°C,￡相轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C并進行聚集，相應的淬火高速鋼的硬度有所下降?；鼗饻囟瘸^400°C時開始生成特殊碳化物o400~500oC主要生成Cr23C6,500?600OCff始析出W2C、Ho2C、VCO山于開始析出的這些碳化物的彌散度很高，這時鋼的硬度逐漸升高，6□0oC左右時硬度達到最高值，所以高速鋼釆用硬化效果最佳的溫度540?560OCo

回火次數(shù)的選擇：山于咼速鋼中殘余奧