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1、目录一、前言2二、零件名称4三、服役条件4四、失效形式4五、性能要求6六、材料选择6七、合金元素的作用6八、热处理工艺性能分析8九、材料的组织性能与各种热处理工艺的关杲9十、工艺路线9十一、表面处理17十二、检验项目18十三、缺陷及其分析20十四、绘制工装图及辅助工序22十五、参考资料23一 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。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
2、织结构 来控制其性能的一种工艺。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相 比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变 工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件 的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能 看到的。热处理工艺是整个机器零件和工具模具制造工艺的一部分。最佳 的热处理工艺方案，应该既能满足设计及使用性能的要求，而且具有 最高的劳动生产率，最少的工序周转和最佳的经济效果。机械零件设 计与热处理工艺的关系，表现在零件所选用材料和对热处理技术要求 是否合理，以及零件结构设计是否便于热处理工艺的实现。1、 根据零件服役条件
3、合理选择材料及提出技术要求（1） 根据零件服役条件合理选择材料 对整个截面均匀承载零件，要求心部至少有 50%马氏体；对重要零件要求 95%以上的马氏体。 对于某些轴类零件，承受弯曲、扭转等复合应力的作用。一般要 求自表面到3/4半径或1/2 半径处淬硬就行，但要防止游离铁素 体产生。 对于尺寸较大的碳素钢低合金钢调质件，应在正确设计计算的基 础上，对材料性能提出明确要求。（2） 合理确定热处理技术条件 据零件服役条件，恰当地提出性能要求。 热处理要求只能订在所选钢号淬透性和可硬性允许范围内。 热处理要求应该允许有一定的热处理形变。 经济效果，提出零件热处理要求时，必须综合考虑零件制造成本使用
4、寿命等实际经济效果。2、 零件结构设计与热处理工艺性的关系1）在零件热处理加热和冷却时要便于装卡、吊挂，装卡、吊挂是 否合适，不仅影响热处理变形、开裂，而且还影响热处理后的 性能。2）有利于热处理时均匀加热和冷却。3）避免出现锐边尖角，应改成圆角或倒成钝角，圆角半径要大些； 零件形状力求简单、对称；轴类、棒类零件的长度与直径之比 不可太大；零件形状特别复杂，或者不同部位有不同性能要求 时，可设计组合结构。（4）采用封闭、对称结构。（5）对形状复杂或截面尺寸变化较大的零件，尽可能采用组合结构 或镶拼结构。二 零件名称 麻花钻：通过其相对固定轴线的旋转切削以钻削工件的圆孔 的工具。导向部井颈部刃背
5、后TT面b)丄作繭分（詁身） 导向部分主切削刃副后山面 刃苻工作部分切削部舟申.鞭*扁屋三 服役条件直柄麻花钻在钻削过程中产生的热量多，而传热、散热困难； 承受挤压应力、弯曲应力、冲击应力及切削产生的高温，工作温度在 500600C左右，容易造成钻头严重磨损。四 失效形式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， 机械摩擦磨损是造成刀具
6、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 C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
7、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。五 性能要求刃部要求：高硬度、高强度、高红硬性、高耐磨性、一定的韧性、良好的钻削性能，硬度2HRC63。柄部要求：良好的综合机械性能，硬度HRC2035之间。六 材料选择柄部：45钢 刃部：W6Mo5Cr4V2高速钢高速工具钢是一种适于高速切削的高碳高合金工具钢。其突 出特点是具有很高的硬度、耐磨性及热硬性（也称
8、红硬性），当 刃具温度高达500600C摄氏度左右时，硬度仍无明显下降，能 以比低合金刃具钢更高的速度进行切削，主要用于制造切削速度 高、负荷重、工作温度高的各种切削刀具， W6Mo5Cr4V2 钢为钨 钼系通用高速钢的代表钢号。该钢具有碳化物细小均匀、韧性高、 热塑性好等优点。七 合金元素的种类及作用元素种类及含量：牌号：W6Mo5Cr4V2 ；（化学成分%：）碳 C ：0.800.90硅 Si：0.200.45锰 Mn: 0.150.40 硫 S : 0.030磷 P : 0.030 铬 Cr: 3.804.40镍Ni :允许残余含量0.30铜Cu: 0.25钒 V : 1.75 2.20
9、 钼 Mo : 4.505.50钨 W : 5.506.751 、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
10、、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，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。八 热处理工艺性能分析。W6Mo5Cr4V2 淬火后： 淬透性：淬透性随淬火温度的提高淬透性增加。因为温度升高奥氏体晶粒 尺寸增大淬透性提高。淬硬性随淬火温度的升高而增大，但是如果温 度过高奥氏体晶粒过于粗大淬火后会产生开裂或变形。
11、变形倾向：淬火后变形分两种：翘曲变形和体积变形。翘曲变形主要是加热 时工件在炉内放置不当或淬火前后没有定型处理或冷却不均匀所造 成。另一方面淬火前后组织不一样引起体积变形。淬火之前一般为珠 光体组织，淬火后为马氏体组织。由于两种组织的比容不同，淬火前 后将引起体积变化，从而产生变形，但这种变形只按比例使工件胀缩 但不改变形状。应力也会引起形状变形。 淬硬性：淬硬性表示钢淬火时的硬化能力。它主要与钢的含碳量有关，更 确切的是说是它取决于淬火后马氏体中的含碳量，马氏体中的含碳量 越高钢的淬硬性越高。九 钢材的组织性能（硬度、强度、耐磨性、塑韧性等）与各种热处 理工艺的关系W6Mo5Cr4V2在82
12、0870C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。在12101230C淬火后，所获得的组织主要是马氏体。碳在a Fe 中的过饱和的固溶体就是马氏体。马氏体具有高硬度、高强度 和耐磨性，但是片状马氏体韧性很差，硬而脆。板条马氏体的韧性比 片状马氏体的好得多，即在具有较高强度，硬度的同时，还具有相当 高的塑性韧性。淬火组织在540560C三次回火后，主要获得回火马氏体组织。 马氏体分解
13、后形成a相和弥散的 -碳化物组成的复相组织称为回火 马氏体。与淬火马氏体相比，回火马氏体除了具有高硬度、强度和耐 磨性外塑性韧性低，克服了淬火马氏体脆而硬的特点。十 工艺路线下料f锻造f焊接f去应力退火f刃部正火f球化退火f切削加工 f淬火f金相检验f清洗f喷砂f校直f回火f柄部正火f硬度及 金相检验f喷砂f防锈f精磨f表面处理（1）下料f锻造f焊接f去应力退火选择45钢和W6Mo5Cr4V2两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，故要进行一次去应力退火。去应力退火：为了去除由于塑性形变加工、焊接等造成的以及 铸件内存在的残余应力而进行的退火。目的：消除铸、锻、焊、
14、冷冲压等工件的残余应力，同时还可 以降低硬度，提高尺寸稳定性和防止工件变形开裂。温度时间*7泌Acl炉挣刊0T去应力退火曲线（图1）加热温度720C760C保温时间24h冷却方式500C以下出炉空冷 设备RX3-15-9最高工作温度950 C退火组织：球化珠光体，白色球状为碳化物，基体为珠光体。（ 4% 硝酸酒精溶液浸蚀）2） 柄部热处理工艺 下料f锻造f正火f切削加工（3）刃部热处理工艺下料f锻造f正火f球化退火f切削加工f淬火f回火一般合金钢在锻造后空冷所得组织为片状珠光体与网状碳化物， 这样是组织硬而脆，难以切削加工且在以后淬火过程中容易出现变形 开裂。而球化退火可以得到珠光体组织与片状
15、珠光体相比，不但硬度 低便于切削加工，而且淬火加热时奥氏体晶粒不易长大。冷却时工件 变形和开裂倾向小。可是球化退火只是加热到略高于Acl的温度，其 奥氏体化是不完全的。因此，它不可能消除网状碳化物，所以在球化 退火之前进行一次正火，将其消除，这样才能保证球化退火正常进行。正火：将钢件加热到上临界点（Ac3或Acm）以上C或更高的温度， 保温达到完全奥氏体化后，在空气中冷却的热处理工艺。目的：消除晶粒粗大、带状组织、魏氏组织等热加工缺陷及过共 析钢网状碳化物。球化退火:是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。将钢加热到 Acl以上2030C，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基 体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物组织。目的：降低硬度便于切削加工，并为淬火作好组织准备。柄部正火：加热温度810C 时间工件烧透为止 冷却方式空 冷 设备RDM-70-13最高工作温度为1300C空冷时间810柄部正火曲线
