小径多用途麻花钻热处理课程设计

小径多用途麻花钻常规热处理课程设计

1 零件图

零件图如图1所示

图1 麻花钻零件图

规格:

D 8mm

2 服役条件及性能技术要求

该麻花钻为小径多用途麻花钻（焊接），适应场合包括合金钢、奥氏体不锈

L1 100mm L2 40mm d2 12mm 第 1 页 共 1 页

钢、铸铁、铝合金、铜合金、钛合金等合金的加工。

作为机床上使用的金属切削工具，其主要工作部分是刀刃或刀尖,刀具在进行切削时，刀尖与工件之间，刀尖与切除的切削之间要产生强烈的摩擦，刀尖要承受挤压应力，弯曲应力，还要承受不同程度的冲击力，同时伴随摩擦会产生高温，使钻头出现严重磨损。

金属切削工具首先应具备高的硬度和耐磨性。在一定条件下，工具的硬度越高，其耐磨性也越高。同时切削工具还具备足够的韧性，否则可能因为脆性过大，在外力作用下产生蹦刃，折断，破碎等现象。红硬性也是切削工具的重要性能，特别是高速切削工具，红硬性特别重要。

根据 GB/T17984-2010 《麻花钻技术条件》 可知，麻花钻工作部分用W6Mo5Cr4V2或其他同等性能的普通高速钢(代号:HSS)制造，直径d≥3mm的麻花钻应经蒸汽表面处理或其他表面强化处理(如麻花钻未经表面强化处理，沟槽表面须磨光或抛光)。麻花钻工作部分也可用高性能高速钢(代号：HSS-E)制造。焊接麻花钻柄部用45钢或同等性能的其他材料制造。

同时GB/T17984-2010《麻花钻技术条件》中规定工作部分硬度为：普通高速钢(HSS)：780HV-900HV(或62.5HRC-66.5HRC)；高性能高速钢(HSS-E)：820HV-950HV(或64HRC-68HRC)。硬度试验载荷根据麻花钻直径选择，在刃带或靠近刃带的刃背上测量。柄部硬度为:整体麻花钻不低于240HV(或不低于23HRC)；焊接麻花钻不低于170HV。柄部最高硬度不应大于工作部分硬度。硬度试验载荷根据麻花钻直径选择。锥柄扁尾(d>10mm)硬度不低于220HV30(或不低于19HRC)。 3 材料选择

GB/T17984-2010《麻花钻技术条件》中规定，麻花钻工作部分用W6Mo5Cr4V2或其他同等性能的普通高速钢制造，也可用高性能高速钢制造，麻花钻柄部用45钢或同等性能的其他材料制造。

该麻花钻为焊接麻花钻，柄部主要承受冲击与扭矩，以及作为被夹持部位会承受夹具的挤压，但柄部所处环境并不严酷，45钢完全可以胜任，因此柄部使用45钢。

经市场调查，货源充足又满足GB/T17984-2010《麻花钻技术条件》中材料要

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求的普通高速钢（HSS）有：W6Mo5Cr4V2（M2）、W6Mo5Cr4V3（M3）、W18Cr4V（T1）、CW6Mo5Cr4V2（CM2）等；高性能高速钢（HSS-E）有：W18Cr4VCo5（T4）、W18Cr4V2Co8（T5）、W6Mo5Cr4V2Co5（M35）、W6Mo5Cr4V2Co8（M36）、W2Mo9Cr4VCo8（M42）、W6Mo5Cr4V2Al（M2Al）。

普通高速钢（HSS）制作的钻头可用于常规合金钢、铸铁、铝合金、铜合金的加工，但不适用于奥氏体不锈钢与钛合金。因为奥氏体不锈钢的加工硬化指数高，在加工的时候产生的加工硬化很明显，使进一步加工时的阻力增大，会产生更高的温度和更严重的摩擦和挤压；奥氏体不锈钢的导热系数小，切削时产生的热量不易传出；奥氏体不锈钢中含有大量合金元素，在新鲜表面与空气接触时会产生一层氧化膜，氧化膜的硬而脆，加工时加剧刀具磨损。钛合金在切削加工时也有相似的特点。钛合金在切削加工时变形系数小，切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增加，加速刀具磨损；钛合金导热系数小，切削时产生的热量不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高；钛合金弹性模量小，加工时在径向作用下容易产生弯曲变形引起振动，使刀具磨损加大；钛化学活性大，在高的切削温度下很容易吸收空气中的氧和氮而形成硬而脆的外皮，同时切削过程中的塑性变形也会产生表面硬化层，使刀具的磨损加剧。由上可知普通高速钢不适合于制造该麻花钻，因此采用高性能高速钢。有资料提出硬质合金也可用于麻花钻，但是硬质合金与高性能高速钢相比具有更高的性能与价格，但对于常规麻花钻并不实用，因此只能使用高性能高速钢。

高性能高速钢理论上均可用于该麻花钻，其中W6Mo5Cr4V2Al（M2Al）由于Al元素的添加，其韧性大大下降，用于制造麻花钻的话，其使用寿命与其他高性能高速钢相比相对较低，因此不考虑使用。W18Cr4VCo5（T4）、W18Cr4V2Co8（T5）、W6Mo5Cr4V2Co5（M35）、W2Mo9Cr4VCo8（M42）性能上均能满足该麻花钻的要求。W18Cr4VCo5（T4）与W18Cr4V2Co8（T5）为18-4-1系列的加钴版高性能高速钢，18-4-1系列由于含钨量较高，价格很高，W18Cr4VCo5（T4）、W18Cr4V2Co8（T5）中添加了钴，其红硬性、耐磨性和耐高温腐蚀性能都有很大的提升，但是钴元素是稀有元素，本身钨含量又高，这个系列的钢材很贵，因此从经济效益角度出发，不采用W18Cr4VCo5（T4）与W18Cr4V2Co8（T5）。W6Mo5Cr4V2Co5（M35）、W6Mo5Cr4V2Co8（M36）与W2Mo9Cr4VCo8（M42）之间，

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红硬性与耐磨性均为M42〉M36〉M35，而冲击韧性为M35〉M36，而M36的冲击韧性稍高于M42，抗弯强度为M42〉M35〉M36。但是3者均能满足性能要求，并且该麻花钻无特别要求，又由钢材市场价格中M42与M36每吨价格在19到20万，而M35每吨价格在17到18万，因此，该麻花钻工作部分材料选用W6Mo5Cr4V2Co5（M35）。

3.1 材料成分与作用及临界点

W6Mo5Cr4V2Co5（M35）成分（%）：

C Si Mn Cr V Mo W Co 0.80~0.90 0.20～0.45 0.15～0.40 3.75～4.50 1.75～2.25 4.50～5.50 5.50～6.50 4.50～5.50 C：碳能提高钢的硬度，在高速钢中主要作用是与其他合金元素形成各种各样的碳化物，一起实现其他合金元素的作用。

W：钨能耐高温，而且溶于钢中会与碳形成碳化钨，能提高钢的强度和红硬性。此外还有：钨能提高钢的Ac1与Ac3温度；细化晶粒，抵抗回火软化；碳化物可以在晶界起钉扎作用，防止晶粒粗大。

Mo：钼可增加钢的强度及硬度，在钢中作用与W相似。主要作用有：能改善钢在高温下抗拉强度及蠕变强度；提高红硬性；高速钢中含钼，可以提高切削加工性能；合金钢中加入钼可消除一定程度的回火脆性。

Cr：铬在钢中主要存在于M23C6中，也溶于M6C和MC型碳化物，促使其溶于奥氏体，增加奥氏体合金含量；淬火加热时，铬几乎溶于奥氏体，主要起增加钢的淬透性作用；铬的添加使钢具有一定的耐蚀性，并提高耐磨性优化渗碳时的渗碳参数。

V：钒在钢中形成的碳化物需要较高的温度才能溶于基体，能大幅提高回火稳定性，防止晶粒粗大；钒在钢中的碳化物具有较高的硬度，溶于基体又需要较高的温度，所以能大幅提高红硬性。

Co：钴的添加可显著提高钢的红硬性，增强马氏体回火稳定性，提高二次硬化效果，但会降低钢的韧度并使钢的脱碳倾向增大。

Mn：锰在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性；稍稍改善钢的低温韧性。

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Si：硅强化铁素体，提高钢的强度和硬度；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性；提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性。

其中锰和硅在钢中含量较低，是有淬回火步骤的钢中常添加元素，在一定程度上优化钢淬火和回火时的性能。

45钢的临界点为：AC1：724℃，AC3：780℃，MS：350℃。

高速钢W6Mo5Cr4V2Co5（M35）的临界点为：Ac1：820℃，Ms：180℃。 4 加工路线与工艺

整体工艺过程为：锻造→正火→机加工→焊接→去应力退火→球化退火→机加工→刃部淬火→金相检验→清洗→校直→刃部两次回火→硬度及金相检验→精磨→表面处理

柄部材料为45钢，在锻造后需要调整组织状态，为焊接和后续机加工做准备，这里有两种方案均可达到目的，方案1：锻造→正火→切削加工，方案2：锻造→调质处理→切削加工。方案1和方案2得到的组织分别为索氏体和回火索氏体，它们的组织状态都能满足技术要求，在两种方中，方案1的成本相对低一些，所以选择方案1作为最终方案。

将45钢和W6Mo5Cr4V2Co5（M35）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，可能导致后续处理时出现较大变形和开裂，故要进行一次去应力退火。

高速钢锻后组织中有大量偏聚碳化物，不利于后续加工处理，需要进行球化退火调整组织状态，由于高速钢中合金元素含量较高，锻后不形成网状碳化物，所以可以直接进行球化退火。

淬火+回火是高速钢的核心步骤，各种资料中指出，高速钢淬火后需进行3次回火。由于高速钢中残余奥氏体量多，经过一次回火仍有10%左右的残余奥氏体未转变，所以一般进行3次回火。第一次回火只对淬火马氏体起回火作用，但冷却过程中形成的二次马氏体以及与其形成有关的内应力则尚未消除。经过二次回火，可以使二次马氏体回火以及与其形成有关的内应力消除，以及使未转变的残余奥氏体在二次回火冷却过程中继续转变为马氏体。第二次回火后又产生新的未回火马氏体和新的内应力，因此还要进行第三次回火。经两次回火后，第3次回火时，工件尺寸变形量极小，几乎检测不到，而且后续的表面处理使用的是

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