麻花钻的高速钢热处理工艺研究范文

摘要:

采用正交试验的方法研究了淬火温度、保温时间、冷却方式对轧制麻花钻用高速钢淬火硬度的影响。研究结果表明:在相同淬火温度和保温时间下，空冷淬火后高速钢的硬度要低于分级淬火后的硬度;在相同的冷却条件下，适当提高淬火温度或者延长保温时间可以达到麻花钻的硬度要求。

关键词:

麻花钻;高速钢;分级淬火;空冷淬火;硬度

麻花钻作为金属切削工具，通常使用高速钢为原材料进行轧制。为了保证麻花钻有足够的耐磨性，延长其使用寿命，对高速钢的淬回火硬度进行了严格要求，要求淬回火后硬度不低于820HV。国内外在麻花钻热处理工艺上略有差距，国内高速钢麻花钻热处理通常采用分级淬火的热处理工艺，达到麻花钻的硬度要求没有太大问题;而国外在麻花钻热处理方面，部分厂家采用空冷淬火热处理工艺。本文采用正交试验方法，对不同的麻花钻淬火工艺进行了研究分析。

1试验内容

1．1试样的选取选用河冶科技有限公司生产的Φ8．5mm，长度25mm的轧制麻花钻用高速钢钢丝作为试样。试样经冶炼、开坯、轧制、冷拉、退火等工序后其化学成分见表1。

1．2试验方法试验采用正交试验的研究方法，重点考察淬火加热(奥氏体化)温度、奥氏体化温度下保温时间以及淬火冷却方式对高速钢钢丝热处理硬度的影响。试验后检测每个试样的维氏硬度，每个工艺6个试样，每个试样检测5个点，取其平均值作为最终结果。试验采用的热处理工艺见图1。

2试验结果与分析

对所有试样按平均硬度值进行统计计算，试验结果见表2。由表2可以看出，7#试样的硬度最高，其热处理条件:1210℃×180s淬火+550℃×1h3次回火。

2．1淬火加热温度的影响由图2可看出，在高速钢组织未发生过热的情况下，随着淬火温度的升高，高速钢的硬度也相应地升高。这是因为对于成分一定的高速钢，淬火后的硬度是由马氏体中饱和的碳和合金元素的量以及未转变残余奥氏体的量所决定。淬火温度越高，奥氏体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奥氏体基体中，为增加淬火马氏体中碳和合金元素的含量做组织准备。另外淬火温度过高还会促使晶粒长大、粗化，发生过热、过烧现象，造成工件的报废［1］。因此，淬火温度的选择要适当，过高或者过低均不利于材料性能的发挥。

2．2奥氏体化保温时间的影响奥氏体化保温时间对高速钢热处理硬度的影响见图3。由图3可以看出，随着保温时间的延长，高速钢的热处理硬度也呈增加的趋势。其原因与提高淬火温度相似，也是为了增加奥氏体基体中碳和合金元素的含量。因为碳化物的溶解是通过元素的扩散运动完成的。高速钢中合金元素含量高，扩散困难，适当延长保温时间有利于元素的充分扩散运动和溶入奥氏体，但是保温时间过长会带来氧化、晶粒长大、过烧等问题［2］。因此，在选择保温时间时要以达到所需性能要求为宜，不要过度长时间保温。

2．3淬火冷却方式的影响本次试验采用的淬火冷却方式包括2种:一种为分级盐浴冷却，即将经过奥氏体化的高温工件浸入550～600℃的盐浴中，让工件以足够快的速度冷至分级温度，等温使工件均温后，取出空冷，为了达到高速钢最高淬回火硬度，分级盐浴冷却的冷却速度应≥10℃/s［3］;另一种为空冷冷却，即将加热到奥氏体的高温工件直接从加热炉中取出，用风机吹冷至室温。淬火冷却方式对高速钢淬火硬度的影响见图4。由图4可以看出，在相同的淬火温度和保温时间下，分级淬火的材料硬度要高于空冷淬火的材料硬度。这是由于空冷的冷却强度低于分级冷却的原因造成的，因为高速钢从淬火温度冷却时，随着温度的降低，碳和合金元素的溶解度减小，碳化物从基体中析出。碳化物析出越多，淬火马氏体中碳和合金元素的含量越低，同时也会相应地减少回火过程中淬火马氏体溶解时细小的M2C和MC碳化物的析出量，从而降低材料的回火硬度。对于轧制麻花钻来说，麻花钻的规格一般较小，钻头的蓄热量小，冷却速度快，因此两种冷却方式对麻花钻淬回火硬度的影响不是很大。适当地提高淬火温度或者延长保温时间，空冷淬火同样可以满足麻花钻的硬度要求。

3结论

(1)高速钢热处理硬度受淬火温度、保温时间、冷却方式等因素的综合影响。(2)采用分级淬火的工艺，更容易达到麻花钻的硬度要求。(3)轧制麻花钻采用空冷淬火时，适当提高淬火温度或者延长保温时间，可以达到麻花钻的硬度要求。

参考文献

［1］郭耕三．高速钢及其热处理［M］．北京:机械工业出版社，1985:56．

［2］魏世忠，朱金华，徐流杰，等．残余奥氏体量对高钒高速钢性能的影响［J］．材料热处理学报，2005，26(1):44～47．

［3］姚红飞，沈哲明，吴元昌．高速钢盐浴的冷却能力分析［J］．河北冶金，2015，(11):53～55．

作者：郝世风 何宁 吴立志 单位：河冶科技股份有限公司 河北省高速工具钢工程技术研究中心