[发明专利]切削钻头用低成本高速工具钢及其制备工艺

说明书

 

技术领域

本发明属于切削刃具用高速钢材料技术领域，涉及一种钻头用高速工具钢，特别是一种切削钻头用低成本高速工具钢及其制备工艺。

背景技术

钻削加工是当前机械加工领域最常见的加工方法之一，也是机械加工耗时最多的工序，在金属切削加工工序中占有很高的比例，明显高于铣削加工。在某些柔性生产线和加工中心上，钻削工序占有更高的比例。钻削加工凭借其高效、经济的优势，在机械、电了等生产领域起着关键作用。然而，切削刃口的快速磨损是制约钻孔质量和钻头寿命的重要因素。长期以来，针对钻削刀具寿命问题，很多学者和研究人员做了大量的研究工作。由于麻花钻结构和钻削过程的相对复杂性，麻花钻的磨损、破损形式具有很大的随机性和多样性，其寿命分散性很大，一直以来都是钻削研究的基本问题。

高速钢是高碳高合金莱氏体钢，钢中含有大量的合金碳化物。高速钢在经过适当的热处理之后，具有很高的硬度，较好的耐磨性、韧性和红硬性。高速钢的主要用途是制造机床切削工具以及高档的模具和要求硬度高、耐磨性好的机械零件等，应用比较广泛。

近年来，从提高生产效率考虑，切削刀具材料己有从高速钢向超硬合金材料发展的趋势。但是，现在稀有金属价格上涨，成为超硬刀具成本提高的重要原因。另外，超硬合金钻头的韧性低于高速钢钻头，为防止崩刃，需要进行倒角衍磨处理。为此，切削阻力增大，刀锋利度差，产生毛刺和不适于加工硬化材料的问题。

目前，国内外所用于制造高速钢的主要合金元素有钨、钼、铬和钒等贵重合金，都是碳化物形成元素，而在高速钢中的钨、钼含量很高，他们在地球上的储量有限，其中特别是钨和钼储量更少，贵重而且稀缺，属国家战略物资，必须节约使用。例如目前用量最多的高速钢钢种是M2高速钢，钨和钼的含量分别为6％和5％，每年消耗掉大量的钨钼资源。另外，M2 钢还存在着其它缺点，例如淬火温度范围窄(1200-1220℃ )，制成刀具的使用寿命较低。

钻头作为机械加工用刀具中的一个重要组成部分，主要用于孔的粗加工。随着机械行业的发展，钻头的消耗与日俱增，尤其是大直径钻头。但棒料的价格不断上涨，给加工行业带来了巨大的成本压力。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有高速钢所存在的上述缺点，提供一种切削钻头用低成本高速工具钢及其制备工艺，在降低钨、钼的使用量的同时，还能提高钢材的使用性能和加工性能，提高制成刀具的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明可以通过以下化学成分的设计和技术来实现：

本发明所提供的一种低成本切削钻头用高速工具钢其质量百分比配比为：本发明采用了如下的技术方案：

一种低成本切削钻头用高速工具钢，其含有如下重量百分比的组份：C：0.88-0.99％；W：4.80-5.60％；Mo：3.8-4.50％；Cr：3.80-4.80％；V：1.80-2.25％；Mn：0.25-0.45％；Si：0.20-0.40％；Al：0.70-1.30％；Nb ：0.10-0.30%；La：0.03-0.06%；Ce：0.03-0.06%；Ti：0.10-0.20%；P：≤ 0.03％；S：≤ 0.03%；余量为Fe和不可避免的微量杂质，化学成分的总和为100%。

本发明所提供的低成本切削钻头用高速工具钢，其冶炼工艺步骤是：

（1）中颇感应炉冶炼制备自耗电极：

①采用碱性坩埚冶炼，将钨铁合金、钼铁合金、高碳铬铁合金和铝铁及40%的废旧高速钢返回料和废钢按照所需成分计量加上各个元素的烧损量后配制，先将废旧高速钢返回料装入中频炉坩埚底部，在返回料的上部再装入高碳铬铁合金，然后在坩埚的上部再装入三分之一的钨铁合金和钼铁合金和所需的废钢，送电加热，待下部炉料开始熔化后，依次分批加入余量的钨铁和钼铁；

②在1500℃左右熔清后检查炉底无不熔炉料后加入适量石灰和萤石造渣，调整炉渣成份改善炉渣流动性，使炉渣碱度控制在1.8-2.5为宜，提高钢液温度，用硅钙粉进行扩散脱氧后，调整成分，出炉前依次加入金属铝铁、钒铁，其中铝的烧损按照17%计算；

③合金化后进行终脱氧，炉前调整成分合格后在1540℃-1580℃进行炉内扒渣，将温度升至1590℃-1620℃，然后再进行插铝脱氧，而后出炉；