李飛 侯健

摘 要：在本文中，我們詳細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數(shù)據(jù)，根據(jù)化學分析確定了具體材料，并制定了詳細可行的熱處理路線，在每次熱處理后都會測硬度，觀察金相組織，對出現(xiàn)的問題進行分析。

關鍵詞：金屬；鉆頭；熱處理

1 鉆頭的服役條件及性能要求

鉆頭是一種用來對金屬材料進行鉆孔的刀具，其結構呈棒狀，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，在工作時，鉆頭刃部因深入被加工金屬內部進行鉆削，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)強力鉆削時更為嚴重，此外還要受到擠壓應力、彎曲應力、沖擊應力的作用，工作溫度在500～600℃時容易造成鉆頭嚴重磨損。

刃部應具有高的硬度、耐磨性和紅硬性，有一定的韌性及很高的強度，特別是抗扭強度，還要有良好的鉆削性能，為了能夠長久使用要求鉆頭的整個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，對于高速鋼鉆頭來說，主要是相變磨損，此外還有接觸疲勞、過量變形、崩刃、脆斷、破碎、裂紋、卷刃等。

機械磨損：工件材料中含有刀具材料硬度高的硬質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（鋼對鋼而言，大于3～4m/s），比壓也很大的時候，將產生大量摩擦熱使?jié)櫥妥冑|，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化為托氏體組織，硬度下降造成磨損。高速鋼刀具在550～660℃時發(fā)生相變。

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。

過量變形：工作載荷和溫度是零件產生的彈性變形量超過零件匹配所允許的數(shù)值時，就將導致彈性變形失效。崩刃：刀具脆性破裂。脆斷：斷裂前沒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。

⑷、彎曲度。應該小于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為麻花鉆在熱處理之前會先進行反復鍛造，打碎里面的魚骨狀碳化物，如果使用完全退火，則無法消除網狀碳化物，會使脆性變大，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，為淬火作組織準備。

5 淬火

淬火目的：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。

關于淬火加熱溫度的選擇，我們知道在加熱時，碳化物的溶解及奧氏體晶粒的長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，淬火加熱溫度應選擇在碳化物能最大限度的溶入奧氏體，同時又不致使晶粒過分長大的溫度范圍內，若加熱溫度過高，將會導致過熱，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，嚴重的過熱或者過燒使鋼變得極脆，性能惡化，W6Mo5Cr4V2鋼的最佳淬火范圍為1210～1245℃，我們取為1220℃。

高速鋼在淬火前應該先進行兩次預熱，因為高速鋼中有許多合金元素，導熱性差，而淬火溫度高，如果直接放進工件加熱，內外溫差大，會造成很大的熱應力，兩次預熱是為了減小加熱時產生的內應力，同時也避免工件入爐影響爐溫的穩(wěn)定性。

查資料得一次預熱的溫度在500～550℃之間，我們取為550℃；二次預熱為800～850℃之間，我們取為850℃。

6 回火

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ε-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。檢查硬度確定部件是否符合性能要求。

7 結論

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，回火后硬度應在60～66HRC之間，硬度也符合要求，說明我們的熱處理工藝路線是正確可行的。

7.2實際的麻花鉆柄部和刃部要求是不同的，熱處理方式也不同，但由于我校設備有限，沒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在測硬度時由于表面氧化皮不容易去除，而且工件表面凹凸不平，所以測出來的硬度偏差很大，最后采用的是觀察完金相以后的式樣測的硬度。

參考文獻

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