麻花鉆的高速鋼熱處理工藝研究范文

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摘要:

采用正交試驗(yàn)的方法研究了淬火溫度、保溫時(shí)間、冷卻方式對(duì)軋制麻花鉆用高速鋼淬火硬度的影響。研究結(jié)果表明:在相同淬火溫度和保溫時(shí)間下，空冷淬火后高速鋼的硬度要低于分級(jí)淬火后的硬度;在相同的冷卻條件下，適當(dāng)提高淬火溫度或者延長(zhǎng)保溫時(shí)間可以達(dá)到麻花鉆的硬度要求。

關(guān)鍵詞:

麻花鉆;高速鋼;分級(jí)淬火;空冷淬火;硬度

麻花鉆作為金屬切削工具，通常使用高速鋼為原材料進(jìn)行軋制。為了保證麻花鉆有足夠的耐磨性，延長(zhǎng)其使用壽命，對(duì)高速鋼的淬回火硬度進(jìn)行了嚴(yán)格要求，要求淬回火后硬度不低于820HV。國(guó)內(nèi)外在麻花鉆熱處理工藝上略有差距，國(guó)內(nèi)高速鋼麻花鉆熱處理通常采用分級(jí)淬火的熱處理工藝，達(dá)到麻花鉆的硬度要求沒(méi)有太大問(wèn)題;而國(guó)外在麻花鉆熱處理方面，部分廠家采用空冷淬火熱處理工藝。本文采用正交試驗(yàn)方法，對(duì)不同的麻花鉆淬火工藝進(jìn)行了研究分析。

1試驗(yàn)內(nèi)容

1．1試樣的選取選用河冶科技有限公司生產(chǎn)的Φ8．5mm，長(zhǎng)度25mm的軋制麻花鉆用高速鋼鋼絲作為試樣。試樣經(jīng)冶煉、開(kāi)坯、軋制、冷拉、退火等工序后其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

1．2試驗(yàn)方法試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)的研究方法，重點(diǎn)考察淬火加熱(奧氏體化)溫度、奧氏體化溫度下保溫時(shí)間以及淬火冷卻方式對(duì)高速鋼鋼絲熱處理硬度的影響。試驗(yàn)后檢測(cè)每個(gè)試樣的維氏硬度，每個(gè)工藝6個(gè)試樣，每個(gè)試樣檢測(cè)5個(gè)點(diǎn)，取其平均值作為最終結(jié)果。試驗(yàn)采用的熱處理工藝見(jiàn)圖1。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)所有試樣按平均硬度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，7#試樣的硬度最高，其熱處理?xiàng)l件:1210℃×180s淬火+550℃×1h3次回火。

2．1淬火加熱溫度的影響由圖2可看出，在高速鋼組織未發(fā)生過(guò)熱的情況下，隨著淬火溫度的升高，高速鋼的硬度也相應(yīng)地升高。這是因?yàn)閷?duì)于成分一定的高速鋼，淬火后的硬度是由馬氏體中飽和的碳和合金元素的量以及未轉(zhuǎn)變殘余奧氏體的量所決定。淬火溫度越高，奧氏體中碳和合金元素的溶解度也越高，可以使更多的碳化物溶入奧氏體基體中，為增加淬火馬氏體中碳和合金元素的含量做組織準(zhǔn)備。另外淬火溫度過(guò)高還會(huì)促使晶粒長(zhǎng)大、粗化，發(fā)生過(guò)熱、過(guò)燒現(xiàn)象，造成工件的報(bào)廢［1］。因此，淬火溫度的選擇要適當(dāng)，過(guò)高或者過(guò)低均不利于材料性能的發(fā)揮。

2．2奧氏體化保溫時(shí)間的影響奧氏體化保溫時(shí)間對(duì)高速鋼熱處理硬度的影響見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，高速鋼的熱處理硬度也呈增加的趨勢(shì)。其原因與提高淬火溫度相似，也是為了增加奧氏體基體中碳和合金元素的含量。因?yàn)樘蓟锏娜芙馐峭ㄟ^(guò)元素的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)完成的。高速鋼中合金元素含量高，擴(kuò)散困難，適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間有利于元素的充分?jǐn)U散運(yùn)動(dòng)和溶入奧氏體，但是保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)帶來(lái)氧化、晶粒長(zhǎng)大、過(guò)燒等問(wèn)題［2］。因此，在選擇保溫時(shí)間時(shí)要以達(dá)到所需性能要求為宜，不要過(guò)度長(zhǎng)時(shí)間保溫。

2．3淬火冷卻方式的影響本次試驗(yàn)采用的淬火冷卻方式包括2種:一種為分級(jí)鹽浴冷卻，即將經(jīng)過(guò)奧氏體化的高溫工件浸入550～600℃的鹽浴中，讓工件以足夠快的速度冷至分級(jí)溫度，等溫使工件均溫后，取出空冷，為了達(dá)到高速鋼最高淬回火硬度，分級(jí)鹽浴冷卻的冷卻速度應(yīng)≥10℃/s［3］;另一種為空冷冷卻，即將加熱到奧氏體的高溫工件直接從加熱爐中取出，用風(fēng)機(jī)吹冷至室溫。淬火冷卻方式對(duì)高速鋼淬火硬度的影響見(jiàn)圖4。由圖4可以看出，在相同的淬火溫度和保溫時(shí)間下，分級(jí)淬火的材料硬度要高于空冷淬火的材料硬度。這是由于空冷的冷卻強(qiáng)度低于分級(jí)冷卻的原因造成的，因?yàn)楦咚黉搹拇慊饻囟壤鋮s時(shí)，隨著溫度的降低，碳和合金元素的溶解度減小，碳化物從基體中析出。碳化物析出越多，淬火馬氏體中碳和合金元素的含量越低，同時(shí)也會(huì)相應(yīng)地減少回火過(guò)程中淬火馬氏體溶解時(shí)細(xì)小的M2C和MC碳化物的析出量，從而降低材料的回火硬度。對(duì)于軋制麻花鉆來(lái)說(shuō)，麻花鉆的規(guī)格一般較小，鉆頭的蓄熱量小，冷卻速度快，因此兩種冷卻方式對(duì)麻花鉆淬回火硬度的影響不是很大。適當(dāng)?shù)靥岣叽慊饻囟然蛘哐娱L(zhǎng)保溫時(shí)間，空冷淬火同樣可以滿足麻花鉆的硬度要求。

3結(jié)論

(1)高速鋼熱處理硬度受淬火溫度、保溫時(shí)間、冷卻方式等因素的綜合影響。(2)采用分級(jí)淬火的工藝，更容易達(dá)到麻花鉆的硬度要求。(3)軋制麻花鉆采用空冷淬火時(shí)，適當(dāng)提高淬火溫度或者延長(zhǎng)保溫時(shí)間，可以達(dá)到麻花鉆的硬度要求。

參考文獻(xiàn)

［1］郭耕三．高速鋼及其熱處理［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1985:56．

［2］魏世忠，朱金華，徐流杰，等．殘余奧氏體量對(duì)高釩高速鋼性能的影響［J］．材料熱處理學(xué)報(bào)，2005，26(1):44～47．

［3］姚紅飛，沈哲明，吳元昌．高速鋼鹽浴的冷卻能力分析［J］．河北冶金，2015，(11):53～55．

作者：郝世風(fēng) 何寧 吳立志 單位：河冶科技股份有限公司 河北省高速工具鋼工程技術(shù)研究中心