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四川理工学院毕业（设计）论文工具的热处理工艺设计摘要本文是针对W6Mo5Cr4V2锥柄麻花钻和W18Cr4V锥柄立铣刀两种工件进行的生产设计。综述了钻头和铣刀常用的材料及热处理工艺，并且根据生产量、生产周期进行工艺设计，并制定严格的检验方法。选择与之对应的热处理设备，并提供相关设备的型号，主要参数，生产商的厂名、电话、网址等信息。最终根据以上信息制定出热处理车间初步设计方案，并画出工艺平面布置图。锥柄麻花钻规格为Φ16×12020000支/年锥柄立铣刀规格为Φ38×20015000支/年关键词：锥柄麻花钻，锥柄立铣刀，热处理，W6Mo5Cr4V2，W18Cr4VAbstractThispaper1绪论1.1工具钢的作用及发展现状工具钢（Toolsteel），是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。工具钢具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度得红硬性，以及高的耐磨性和适当的韧性。工具钢一般分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。工具钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有极其重要的地位。1.2高速工具钢的性能特点高速钢是由大量的W、Mo、Cr、Co、V等元素组成的高碳、高合金钢。它是适合切削的需要而发展起来的一类刃具钢。而本次设计的锥柄麻花钻和锥柄立铣刀所用材料正是属于高速钢。高速钢的主要性能特点是具有很高的热硬性，钢在淬火并回火后的硬度一般高于63HRC，高的可达68-70HRC，后者通常称为超硬型高速钢。一般高速钢在高速切削时，刃口温度升高600℃左右，硬度仍保持在55HRC以上。故高速钢能在较高温度下保持高速切削能力和耐磨性，同时具有足够高的强度，并兼有适当的塑性和韧性。高速钢还具有很高的淬透性，中、小型刃具甚至在空气中冷却也能崔头。因此高速钢广泛用于制造尺寸大、切削速度高、负荷重、工作温度高的各种机加工刃具，如车到、锉刀、铣刀、刨刀、拉刀、钻头等。1.3高速工具钢的热处理高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过退火、淬火、回火等一系列过程。（1）高速钢的退火：高速钢锻、轧后应进行退火，其目的是降低硬度，以利于切削加工；同时也使碳化物形成均匀分布的颗粒，为淬火作组织准备。退火工艺分为普通退火和等温退火两种。对于W18Cr4V钢，Ac1为820-840℃，普通退火加热温度为850-870℃，保温2-4h后以℃/h的速度缓冷至500℃出炉空冷。为缩短退火时间，也可采用等温退火工艺，即加热到850-870℃保温4h后，打开炉门快冷至720-760℃保温6h，再以40-50℃/h的速度冷却至500℃后出炉空冷。（2）高速钢的淬火：高速钢淬火加热的最大特点是奥氏体化温度很高。如果加热温度不够高，虽然珠光体转变为奥氏体，但此时奥氏体中碳和合金元素的含量很低。只有将高速钢中的W、Mo、Cr、V等大量碳化物形成元素更多地溶解到奥氏体中时，才能充分发挥碳和合金元素的作用，淬火后获得高碳高合金的马氏体，回火后才析出合金碳化物，从而保证高速钢获得高的淬透性、淬硬性和热硬性。但是退火状态下这些合金元素大部分存在于合金碳化物中，而这些合金碳化物稳定性很高，需要加热到很高的淬火温度，才能使其向奥氏体中大量溶解。高速钢淬火加热保温时间应保证足够的碳化物溶入奥氏体中而又不引起晶粒粗化，需严格控制。一般应根据刃具的形状、尺寸和加热设备而定。在高温盐炉中加热，按刃具厚度或直径计算，加热系数为8-15s/mm。（3）高速钢的回火：为了使高速钢获得很高的硬度、热硬性和耐磨性，一般高速钢淬火后都要在560℃进行回火。由于高速钢淬火后残留奥氏体量多而稳定，一次560℃回火只能对淬火马氏体起回火作用，不能使所有残余奥氏体转变为马氏体。为了尽量多地消除高速钢残留奥氏体，通常要在560℃进行三次回火，每次回火1h。经第三次回火后，残留奥氏体降到了百分之1%-2%的含量。高速钢回火后的组织为回火马氏体加颗粒状的合金碳化物及少量残留奥氏体，硬度高达65-66HRC。2锥柄麻花钻的生产设计2.1材料的选用及要求麻花钻是应用最广的孔加工工具。通常直径范围为0.25-80毫米。它主要由工作部分及柄部构成。钻头工作时要承受很高的单位压力，并伴随着产生高温，所以操作过程中可能会使钻头发生折断和扭曲。所以一般选用高速钢来制造钻头，锥柄部分可采用45号钢来生产。而钻头部分按设计要求选择W6Mo5Cr4V2材料进行生产。2.2所选材料的组织及性能2.2.1W6Mo5Cr4V2的组织及性能W6Mo5Cr4V2钢是一类新发展的高速钢。它属钨钼系高速钢。这类钢兼具有钨系和钼系高速钢的优点。既有较高的红硬性和耐磨性。较小的脱碳倾向与过热敏感性,。同时碳化物较细、分布较均匀。热塑性及韧性较高。由于它便于机械加工。通用性强,。使用寿命高。价格便宜,。因此得到了广泛的应用。W6Mo5Cr4V2高速钢韧性、耐磨性、热塑性均优W18Cr4V，而硬度、红硬性、高温硬度与W18Cr4V相当，因此W6Mo5Cr4V2高速钢除用于制造各种类型一般工具外，还可制作大型及热塑成型刀具。由于W6Mo5Cr4V2钢强度高、耐磨性好，因而又可制作高负荷下耐磨损的零件，如冷挤压模具等，但此时必须适当降低淬火温度以满足强度及韧性的要求。W6Mo5Cr4V2高速钢易于氧化脱碳，在热加工及热处理时应加以注意。2.2.2W6Mo5Cr4V2的成分分析W6Mo5Cr4V2的主要成分为碳、钨、铬、钒等几种元素，各种元素对高速钢产生的作用不同。硅锰可以提高淬透性，同时在热处理时，可以减少工件的形变量，同时增加钢的回火稳定性。碳的作用有两个方面，一是与V、Cr、W等元素形成足够多的碳化物，来提高硬度、耐磨性和红硬性。另一方面还需一定量的碳溶于奥氏体中。以便获得足够含量的马氏体来保证它具有高硬度、高耐磨性和良好的热硬性。碳含量过高或过低都未必好，必须和其他合金含量相匹配。若含碳量过高，则碳化物数量增加，同时碳化物的不均匀性也增加，导致钢的塑性降低，脆性增加，工艺性能变坏；若含碳量低，则无法保证足够多的合金碳化物，使高温奥氏体和马氏体中的含碳量减少，导致钢的硬度，耐磨性和热硬性变差。钨主要来提高高速钢的热硬性。对增加钢的淬透性也有一定作用。钼也主要是提高钢的热硬性。钒所形成的碳化物比钨所形成的碳化物更稳定。淬火加热时能显著阻碍奥氏体晶粒的长大，当温度超过1200℃时，它才开始明显的溶解。钒碳化物的硬度大大超过钨碳化物的硬度。其颗粒细小，分布十分均匀，因此钒碳化物对改善钢的硬度，耐磨性和韧性有很大作用。特别是提高钢的耐磨性最有效。在回火时钒以细小的碳化物弥散析出,产生二次硬化而提高热硬性铬可增加钢的淬透性，并改善耐磨性，提高硬度。W6Mo5Cr4V2的主要成分含量如表1所示表1W6Mo5Cr4V2高速钢的化学成分表CMnSiCrWVMo0.8~0.9%≤0.35%≤0.30%3.80~4.40%5.75~6.75%1.80~2.2%4.75~5.75%2.3W6Mo5Cr4V2的热处理工艺高速钢经过热处理后可以莸得高的硬度、强度、红硬性、耐磨性以及一定的韧性，从而满足麻花钻使用性能要求。（1）退火：目的是消除锻造应力，为随后的淬火、回火作好组织准备。W6Mo5Cr4V2高速钢的退火温度是840～860ºC，保温时间为3～4h。可采用10～20ºC/h的速度随炉冷至500ºC以下出炉，也可采用冷至740～760ºC停留4～6h，再冷至600ºC以下出炉的等温退火。（2）预热：淬火之前要进行预热，所有高速钢产品必须进行中温预热，预热温度为840—860ºC，在盐浴中的保温时间按1—2min/mm计算。（3）淬火：W6Mo5Cr4V2高速钢的淬火加热温度为1210～1230ºC。对切削载荷不大，承受冲击较小，而切削热量较大的刀具，应选择较高的淬火温度，以便发挥钢的热硬性，提高切削寿命。对重载荷、承受冲击较大的间断切削工具，应选择较低的淬火温度，以获得较高的力学性能。为防止形状复杂和细长、薄刃刀具的淬冷开裂和减少淬冷畸变，淬火温度宜稍低。大型刀具碳化物偏析严重时，过热敏感性大，以适当降低淬火温度为好。（4）冷却：高速钢刀具的淬火冷却方式一般采用盐浴分级淬火，小尺寸的刀具可以采用空冷，车刀等要求热硬性较高的刀具通常采用油冷。贝氏体等温淬火适用形状复杂的大型刀具和要求淬冷畸变很小的刀具。（5）回火：W6Mo5Cr4V2高速钢的回火温度为540～560ºC。对形状简单的一般高速钢产品可以采用二次回火，对形状复杂的刀具可以采用三次回火，每次回火保温时间为1-2h。贝氏体等温淬火的高速钢刀具及高碳高速钢或含钴高速钢由于淬火后残留奥氏体量较多，可适当多加回火次数。（6）所以W6Mo5Cr4V2的热处理工艺为：①退火，温度为860℃，保温时间3h。然后以20℃/h的速度炉冷，到500℃时出炉空冷。②淬火：淬火之前先进行预热，在盐浴炉中预热到860℃，保温20min，然后在真空炉中加热到1220℃，保温3min，盐浴分级淬火温度为600℃，保温3min空冷。③回火：回火温度为560℃，保温1h，重复三次。附表2，表3分别为常用高速钢退火，淬火温度表。表2钢号W18Cr4VW6Mo5Cr4V2W12Cr4VMoW6Mo5Cr4V2Al淬火温度/℃1260~13001210~12401240~12651200~1240常用温度/℃1280122012501220表3钢号W18Cr4VW6Mo5Cr4V2W12Cr4V4MoW6Mo5Cr4V2Al回火温度/℃5605605605502.4W6Mo5Cr4V2的热处理工艺曲线2.5锥柄所用45号钢的热处理工艺⑴淬火淬火温度为840℃，淬火介质为水，加热时间为t=1.2×1.4×16≈27min⑵回火回火温度为520℃，回火时间t=2.3×1.4×16≈52min。⑶45#钢的热处理工艺曲线见图2.52.6钻头生产流程备料（W6Mo5Cr4V2，45号钢）→锻造→退火→清洗→检验→粗加工→淬火→油冷→清洗→回火→清洗→校直→检验→精加工→焊接（钻头和锥柄焊接）→检验在此特别对钻头的检验进行说明一下：①外观检验用肉眼或3~5倍数放大镜检查表面裂纹、麻点和碰上等缺陷。②硬度检查退火硬度用布氏硬度计检验。淬火硬度用洛氏硬度计检验，应符合产品图样中技术要求。见表4表4钢号W18Cr4VW6Mo5Cr4V2W12Cr4V4MoW6Mo5Cr4V2Al退火硬度HBS207~255223~269223~269223~269淬火硬度63.5~6663.5~6665~6865~68840520℃空冷27min52min时间τ/min温度/℃图2.545#钢的热处理工艺曲线水冷HRC③变形检验：按麻花钻的图样和工艺允许的变形量进行检验。④显微镜组织检验：淬火晶粒度、回火程度、过热程度按《JB2406-1979工具钢热处理金相检查》第二条进行检查。2.7W6Mo5Cr4V2热处理炉子所装工件数量的计算2.7.1预热+退火通常毛坯件的热处理是在箱式电阻炉中进行，但为了避免工件的氧化脱碳，对一些表面光洁要求高的刀具坯料，一般选用真空气氛箱式电阻炉。在此次设计中，选择的是武汉鼎立烘箱炉业有限公司机RQX3-75-9真空气氛箱式电阻炉。该炉子炉膛尺寸大1800×900×550mm