[发明专利]切削钻头用耐磨无钴高速钢及其制备工艺

说明书

本发明公开了切削钻头用耐磨无钴高速钢及其制备工艺，涉及切削刃具用高速钢材料技术领域，主要化学成分包括C、Cr、Mo、W、V、Mn、Ti、Si、B、N、Al、Nb、Re、Zr及其他成分，重量百分比(％)如下：C：1.08％～1.22％、Cr：4.05％～4.45％、Mo：4.15％～4.85％、W：5.85％～6.45％、V：2.05％～2.75％、Mn：4.00％～6.00％、Ti：0.20％～0.50％、Si：0.60％～1.20％、B：0.0012％～0.0038％、N：0.02％～0.028％、Al：0.80％～1.20％、Nb：0.05％～0.10％、Re：0.03％～0.20％、Zr：0.002％～0.005％；其余为Fe。本发明在高速切削产生高热的情况下仍能保持高硬度，进一步提高了此高速钢的硬度和耐磨性。

技术领域

本发明涉及切削刃具用高速钢材料技术领域，具体涉及切削钻头用耐磨无钴高速钢及其制备工艺。

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。

钻头为细长杆状刀具，刃部长而薄，它在致密的金属中进行钻削，工作时承受很高的弯曲应力。为防止钻头折断或崩刃，所用材料应具有足够的弯曲强度和韧性；同时，钻头在连续钻削时，其刃部全部被金属屑包围，产生的热量不易散发，特别是钻深孔时，更为不利。因此，钻头材料又必须具有高的耐磨性和热稳定性。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。高速钢比一般的碳素工具钢和低合金工具钢具有更高的强度和耐磨性，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，在工作温度达600℃时硬度仍能保持在60HRC以上，从而保证其钻削性和耐磨性。因此，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，切削刀具材料已有从高速钢向超硬合金材料发展的趋势，如美国牌号的M42超硬钴高速工具钢，M42钢是一种超硬高速工具钢，硬度高，可达70HRC，热硬性好，高温硬度高，容易磨削，其强韧性和可加工性比硬质合金等超硬材料高出一个档次，主要用于制作切削难加工材料(如各种耐热、耐蚀合金等)的工具，如深孔钻、拉刀、丝锥、铣刀、滚刀等。

M42钢中钒的质量分数不高(1％)，钴的质量分数高(8％)，钴能促使碳化物在淬火加热时更多地溶解在基体内，利用高的基体硬度提高耐磨性。但中国钴资源缺乏，钴的价格上涨，成为超硬刀具成本提高的重要原因，致使钴高速钢价格昂贵，约为普通高速钢的5～8倍。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。

超硬高速钢是为了适应加工难切削材料，如耐热合金等的需要，在综合高碳高钒高速钢与高碳高钴高速钢优点的基础上发展起来的。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。因此研究低成本含钴超硬高速钢具有良好的经济和社会效益。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供切削钻头用耐磨无钴高速钢及其制备工艺，可以实现在兼顾了耐磨性和硬度高的情况下，成本低、生产工艺和设备简单的效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：