86潜孔钻头材质选择及其强化工艺研究.doc

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1、描述：通过分析？准86潜孔钻头的性能要求，结合生产实际条件，选择22SMnCr2Mo钢，并分析了该钢在钎焊工艺与不同的冷却条件下的相变机理、金相纽织、断II形貌，从而确定了适宜的强化工艺。表1钢的化学成分,％CSiMuCr美匡0.251.70□.600.30瑞典0.401.700.600.80芬芝K0V1ETA0.250.200.501.20口本=菱0.390230.620.6330CrNiSiMoV0.321.700.600.8022SiMiiCrNi2MoiFT/10)0.231.501.280.35图222SiMnCrNi2Mo钢轧后680t：x15

2、h,组织为粒状碳化物及铁素体。退火态表3临介点，兀AclAc3Ms*73581()365HRC=20.5,aK=4.0f1000倍图3感应器(居里点)图422SiMnCrNi2Mo钢钻头体强化工艺曲线出口n图5淬火水箱口入图6头部表层下20mm处组织：M粒+Ba.显微镜组织450X图7头部中心组织：B粒+M少臺b.电镜组织图8花键心部组织：M粒+B少呈a.显微镜组织450Xb.电镜组织图9钎尾端部组织：M板条摘要：通过分析？准86潜孔钻头的性能要求，结合生产实际条件，选择22SiMnCr2Mo钢，并分析了该钢在钎焊工艺与不同的冷却条件下的相变机理、金相组织

3、、断口形貌，从而确定了适宜的强化工艺。1引言准86潜孔钻头如图1所示。位于头部的破质合金采用屮频感应钎焊工艺同定。而钻头体，尤其是钎尾端部，硬度要高。为了确保钻头的质量稳定和扩大市场，选择合适的钻头体用钢并制订合理的强化T艺是至关重要的。2材质选择钻头体材质必须依据钻头的性能要求、钎焊工艺特点来确定。（1）钻头性能要求钻头头部强度要高，以满足凿岩过程屮岩粉的磨蚀，头部与钎尾过渡处要有好的强韧性，以免在多次冲击拉床及扭转的复杂应力状态下早期断裂，花键部耍有好的耐磨性或强度，而钎尾端部要求有较高的破度（HRC45）,避免被冲击器打堆。（2）钎焊工艺特点钻头在完

4、成焊接以后，不宜再次热处理，焊有硬质合金的头部需缓慢冷却，以防焊缝开裂。科学技术与T程投稿钻头体的强化与钎焊T艺是-•次性完成的。（3）材质选择表1是国内外钎焊钻头体的选材情况。它们的共同特点是具有相肖大的淬透性，可以利用钎焊硬质合金的热过程来完成钻头体的热处理强化，空冷后可获得韧性马氏体或马氏体+贝氏体的金相组织。矿山试验证明，这种金相组织的钻头可以满足使用，而不致发生钻头体断裂。对国内外钎焊后缓冷的钻头体解剖后的性能比较见表2。从表2屮可以看出，使用淬透性较差的合金钢，如40Cr作为钻头体用钢，经过焊接并缓慢冷却后，钻头体相半于经受了一•个退火过程，不

5、再次热处理强化就满足不了使用耍求,经受不起多次冲击载荷。22SiMnCrXi2Mo钢是H前国内外广泛用作钻头体的板条马氏体钢［2,3］,其空冷组织不仅具有良好的综合机械性能，同时还具有较低的冷脆转变温度，在静载荷和疲劳载荷下其缺口敏感度及过载敏感度较低［3］。该钢作为T38-76X.T38-89X钻头用钢己获得很大的成功。22SiMnCrNi2Mo钢作为？准86潜孔钻头体用钢是明智的选择。表3为22SiMnCrNi2Mo钢的临介点。图2为该钢的退火金相显微组织。这种均匀的原始组织为感应加热过程屮奥氏体的形成提供了良好的条件。3强化工艺(1)感应器与强化处理

6、的关系从图1看出，？准86潜孔钻头头部与花键部直径相差大，用普通的圆林形感应器加热时，感应器与钎尾间的空气间隙太大，存在严重的漏磁损耗，工件屮不能形成强大的涡流，半头部达到焊接温度时，钎尾尤其是端部远未达到奥氏体化温度。冷却后得不到理想的强化组织或机械性能。上世纪七十年代，苏联采用这样的办法：用两个感应器，顺向并联于降压的高频变压器，一个加热头部，一个加热钎尾。半头部完成焊接以后切断感应器,头部开始冷却。20〜30秒钟以后花键部达到淬火温度，然后淬火。鉴于此，我们特制了一•种感应器，如图3所示，用这种感应器可实现头部与钎尾的一次性同步加热。(2)钻头体的强

7、化工艺图4是根据前述钻头性能要求制定的？准86潜孔钻头体的强化工艺曲线。该工艺的加热过程完全与钎焊加热一致。头部和花键部在钎焊完成以后空冷。端部水冷以便获得高的硬度。为了便于淬火操作及控制淬硬长度，淬火在图5所示的流动水箱屮进行。(3)金属组织与机械性能分析前述22SiMnCri2Mo钢奥氏体化后经室温空冷可得到板条马氏体，硬度值可达HRC45〜48。但是这里采用的加热方式是屮频感应加热，其过程具有连续性，在这种情况下临界点Acl、Ac3向高温移动，奥氏体的相变在一个温度范围内完成［4］。此外，从焊料开始熔化到停电的时间约一分钟，加丄头部尺寸大，涡流的穿

8、透深度有限，所以头部表层与屮心温度不同，温差达80°C左右。为了取