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1、 名称：毕业综合实践 班级：班 姓名： 学号：2毕业实践 指导老师：系部：材料工程系班级：姓名：学号： 目录一、前言-22、 钻头的服役条件及性能要-23、 失效形式分析-24、 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-45、 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第 1 页 1、 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
2、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
3、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500600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6366HRC，柄部的硬度为3045HRC。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
4、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，机械摩擦磨损是第 13 页 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34m/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550660时发生相变。接触疲劳：零件接
5、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=133mm4.2硬度第一次第二次第三次平均刀柄43.4HRC44.5HRC42.7HR
6、C43.5HRC刀刃64.3HRC62.5HRC63.2HRC63.3HRC4.3化学成分分析钢号化学成分CMnSiCrWMoVW6Mo5Cr4V20.80.90.40.353.84.45.756.754.755.751.82.2W9Mo3Cr4V10.770.870.20.40.20.43.84.48.59.92.73.31.31.7测得成分0.8160.330.3820.3825.544.461.4根据测得成分与麻花钻两种常用工具钢的成分对比，我们将材料确定为W6Mo5Cr4V2.4.4合金元素的作用1、钨 W钨能耐高温，而且溶于钢中会与碳形成碳化物成为碳化钨，能提高钢的强度。此外，a、钨
7、能提高钢的淬火温度。b、加强钢的断面组织细微化，抵抗挥霍软化。c、可以降低淬火时钢的晶粒生长趋势。d、钨钢刀具有红热硬度。2、钼 Mo钼可增加钢的最大强度及硬度，因此，在合金钢中也很重要：a、能改善钢在高温下抗拉及潜变强度。b、在工作红热情况下，能使钢的硬度保持不变。c、高速工具钢含钼，可予以较佳的机器切割性能。d、合金钢中加入钼可去除回火脆性。3、铬 Cr铬在钢中的角色多元且重要，它会形成稳定而硬的碳化物，而且具有抗蚀性，其主要作用有：a、增进钢的硬化能力和渗碳作用。b、使钢在高温时具有高强度。c、能增加耐磨耗性。d、增高钢的淬火温度。e、能增进钢的抗腐蚀性。4、钒 V钒可以无限量固溶入钢中
8、，并能阻止奥氏体晶粒的长大，钒在钢中有脱酸除氧的能力，故含钒的钢，其断面结晶密实，此外，钒的作用还有：a、能提高淬火温度。b、改善硬化能力，高温淬火加热时，能阻止其晶粒生长。c、有助于钢的结晶组织细微化。五、钻头的热处理要求、硬度。刃部在63.566HRC之间。、红硬性。硬度值不小于60HRC。、金相组织。应能保证钻头具备高硬度、高耐磨性和高红硬性，以及一定韧性和较高的强度，钻头的刃部组织应为高碳、高合金度的回火马氏体基体，其上分布着细小、均匀、稳定的合金碳化物。、弯曲度。应该小于0.12mm。六、热处理工艺路线预先热处理（等温球化退火）淬火三次回火 W6Mo5Cr4V2的临界温度6.1等温球
9、化退火 选择等温球化退火而不是完全退火的原因是因为麻花钻在热处理之前会先进行反复锻造，打碎里面的鱼骨状碳化物，如果使用完全退火，则无法消除网状碳化物，会使脆性变大，硬度升高，所以选择使用等温球化退火。等温球化退火的目的：消除锻造应力，形成粒状珠光体，降低硬度，均匀组织，改善切削加工性能，为淬火作组织准备。加热温度：Ac1+（2030=855865，取为860保温时间：2h等温时间：Ar12030）=750740，取为750 等温时间：5h时间/h860750炉冷2h5h温度 W6Mo5Cr4V2 在820870预备热处理后所获得的组织主要是粒状珠光体。铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织就是粒状
10、珠光体，成分一定时，渗碳体颗粒越细晶界面越多，则钢的硬度和强度越高。碳化物越接近等轴状，分布越均匀，则韧性越好，在成分相同的条件下比片状珠光体的硬度稍低，但塑性好。6.1.1退火后的硬度为：次数第一次第二次第三次 平均硬度26.3HRC25.1HRC25.7HRC 25.7HRC退火后的硬度应该为2026HRC，在退火后我们的硬度符合要求。6.1.2退火后的金相组织为：球状珠光体+合金碳化物图片中黑色为球状珠光体，白色为合金碳化物，从图上看，珠光体分布均匀，球化效果较好。6.2淬火 淬火目的：提高工具钢、渗碳零件和其他高强度耐磨机器零件的硬度、强度、耐磨性。 关于淬火加热温度的选择，我们知道在
11、加热时，碳化物的溶解及奥氏体晶粒的长大是决定高速钢淬火后性能的重要因素。为了使高速钢获得高的硬度、高的红硬性和较好的韧性，淬火加热温度应选择在碳化物能最大限度的溶入奥氏体，同时又不致使晶粒过分长大的温度范围内，若加热温度过高，将会导致过热，甚至发生晶界局部熔化，即晶界处出现少量液相，淬火后在该处出现铸态特征的白色组织或环状黑色组织，严重的过热或者过烧使钢变得极脆，性能恶化，W6Mo5Cr4V2钢的最佳淬火范围为12101245，我们取为1220。 高速钢在淬火前应该先进行两次预热，因为高速钢中有许多合金元素，导热性差，而淬火温度高，如果直接放进工件加热，内外温差大，会造成很大的热应力，两次预热
12、是为了减小加热时产生的内应力，同时也避免工件入炉影响炉温的稳定性。 查资料得一次预热的温度在500550之间，我们取为550；二次预热为800850之间，我们取为850。 加热时间：T1=30+1.5D=45min T2=25+0.5D=30min淬火介质：油淬时间h温度45min30min6min5508501220油淬T1T26.2.1淬火硬度：次数第一次第二次第三次平均硬度61.2HRC62.5HRC61.7HRC61.8HRC6.2.2淬火组织：合金碳化物+马氏体+残余奥氏体6.3回火一般钢件在淬火后都要进行回火处理，这是因为：淬火组织马氏体是碳在Fe中的过饱和的固溶体，而钢的平衡态是铁素体+渗碳体，所以马氏体要自行分解成铁素体和渗碳体，变成其他组织，他的性能将随之发生变化。为了获得满足性能要求的组织，故要进行回火处理，使马氏体分解为相和弥散的-碳化物组成的复相组织即回火马氏体。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，首先马氏体中析出相，使马氏体的过饱和
