钻头的热处理论文 - 图文

名称：毕业综合实践 班级：班 姓名： 学号：2 毕 业 实 践

名称：毕业综合实践 班级：班 姓名： 学号：2 指导老师： 系部：材料工程系 班级： 姓名： 学号：

目录

一、前言-------------------------------------2 二、钻头的服役条件及性能要-------------------2 三、失效形式分析-----------------------------2 四、实验准备---------------------------------3 4.1直柄麻花钻的尺寸-----------------------3

4.2原始硬度-------------------------------3 4.4成分分析-------------------------------4 4.5合金元素的作用-------------------------4

五、钻头的热处理要求-------------------------5 六、热处理工艺路线---------------------------6 6.1等温球化退火---------------------------6

6.2淬火-----------------------------------7 6.3三次回火-------------------------------8

七、结论------------------------------------11 八、工装夹具设计----------------------------11 九、参考文献--------------------------------11

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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。

在本文中，我们详细的介绍了直柄麻花钻的服役条件、性能要求及失效形式，记录了原始工件的每个数据，根据化学分析确定了具体材料，并制定了详细可行的热处理路线，在每次热处理后都会测硬度，观察金相组织，对出现的问题进行分析，确保每个结果都正确，并在在过程中配有图片，简洁明了，让本文更通俗易懂。

二、钻头的服役条件及性能要求

钻头是一种用来对金属材料进行钻孔的刀具，其结构呈棒状，有刀柄和刀刃组成，根据钻头柄部的形状不同，可分为直柄及锥柄钻头两大类，一般直柄钻头多是尺寸较小的小钻头，而锥柄钻头多为尺寸较大的大钻头。工作时，在工作时，钻头刃部因深入被加工金属内部进行钻削，被金属包围，散热困难，升温快，冷却条件很差，尤其是切削速度较高，连续强力钻削时更为严重，此外还要受到挤压应力、弯曲应力、冲击应力的作用，工作温度在500~600℃时容易造成钻头严重磨损。

刃部应具有高的硬度、耐磨性和红硬性，有一定的韧性及很高的强度，特别是抗扭强度，还要有良好的钻削性能，为了能够长久使用要求钻头的整个刃部的性能必须均匀一致，刃部的硬度为63~66HRC，柄部的硬度为30~45HRC。

三、失效形式分析

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

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名称：毕业综合实践 班级： 姓名： 学号：2 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。

四、实验准备

4.1直柄麻花钻的尺寸：

D=10mm l=87mm L=133mm

4.2硬度

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名称：毕业综合实践 班级： 姓名： 学号：2 满足性能要求的组织，故要进行回火处理，使马氏体分解为α相和弥散的ε-碳化物组成的复相组织即回火马氏体。②回火还可以除去残余奥氏体。检查硬度确定部件是否符合性能要求。

回火目的：为了消除应力，稳定组织，减少残余奥氏体量，提高硬度、耐磨性和红硬性。

6.3.1回火温度的选择：

从室温至270℃温度范围内回火时，首先马氏体中析出ε相，使马氏体的过饱和度减小，同时钢的淬火应力降低；温度升至400℃，马氏体继续析出碳化物，ε相转变为Fe3C并进行聚集，淬火应力进一步消除，相应的淬火高速钢的硬度有所下降；在400～500℃之间回火主要生成合金碳化物，钢的硬度回升；500～600℃范围内回火，一方面自马氏体、残余奥氏体中析出弥散度很高、极不容易聚集的W和V的碳化物，出现了明显得“弥散硬化”现象；另一方面，由于在回火过程中，残余奥氏体不断析出碳化物，使其含碳量和合金元素的含量都降低，从而提高了它像马氏体转变的温度，在此温度回火后的冷却过程中转变为马氏体，出现二次“淬火现象”，所以高速钢采用硬化效果最佳的温度550～570℃，我们取为560℃。

在生产上为了保证充分回火，每次回火保温时间均采用1h。 温度\\℃

1h

1h

1h

560℃ 高速钢必须进行三次回火，是由于高速钢淬火后残余奥氏体量多，第一次

回火，仅有15%左右的残余奥氏体转变为马氏体，同时，新生成的马氏体又必然存在子女的内应力，因此必须进行第二次回火，第二次回火，残余奥氏体的转变更少，只有5%~6%，因此必须进行第三次回火。

6.3.2回火硬度：

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次数 一次回火 二次回火 三次回火 第一次 61.3HRC 64.1HRC 66.2HRC 第二次 62.6HRC 65.5HRC 66.1HRC 第三次 62.5HRC 64.7HRC 65.3HRC 平均 62.1HRC 64.8HRC 65.8HRC 在以上硬度中，随着每次回火的进行，硬度逐渐升高，表示其中的残余奥氏体得到转变越来越多，还有碳化物的弥散析出使硬度升高，一般来说进行三次回火就可以了。同时这三次回火做的比较成功，获得了比较理想的硬度。

6.3.3回火组织：回火马氏体+碳化物+残余奥氏体

第一次回火 第二次回火

第三次回火

在图中我们可以看见，黑色部分为回火马氏体，白色的部分为粒状合金碳化

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名称：毕业综合实践 班级： 姓名： 学号：2 物，在回火过程中工件中的粒状合金碳化物越来越多。同时由于在观察金相中试样过于小不方便观察，所以采用镶嵌的方法进行观察。但是由于工件截面太小，镶嵌之后磨制极不方便，所以在回火件中金相效果较差。

七、结论

1、最终热处理后的金相组织为回火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体，组织符合要求，回火后硬度应在60~66HRC之间，硬度也符合要求，说明我们的热处理工艺路线是正确可行的。

2、实际的麻花钻柄部和刃部要求是不同的，热处理方式也不同，但由于我校设备有限，没有盐浴炉及需要的工装夹具，所以我们柄部和刃部的处理是一样的。 3、由于我们是将工件直接横放进炉膛，所以形状会有一些变形。

4、在测硬度时由于表面氧化皮不容易去除，而且工件表面凹凸不平，所以测出来的硬度偏差很大，最后采用的是观察完金相以后的式样测的硬度。

八、工装夹具设计

为了保证热处理质量，减少零件的热处理变形，我们对工装夹具进行了以下

涉及：

九、参考文献

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名称：毕业综合实践 班级： 姓名： 学号：2 叶卫平,张覃轶.热处理实用数据速查手册[M].2版.北京：机械工业出版社，2010 许天已,钢铁热处理实用技术[M].2版.北京：化学工业出版社，2010 王忠诚,典型零件热处理手册[M].北京：化学工业出版社，2010 刘党生,金属切削原理与刀具[M].北京:理工大学出版社，2009

薄鑫涛，郭海祥，袁凤松.实用热处理手册[M].上海：上海科学技术出版社，2009 范逸明，李海工，简明金属热处理工手册[M].北京.国防工业出12版社,2009

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