CN105463296B - 一种钻头用合金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻头用合金材料的制备方法，该制备方方法包括如下步骤：按照以下元素的质量百分数进行配料：碳、硅、钒、硼、锑、镱、铝、铌、锡、钽、镁、磷，余量为铁和不可避免的杂质；随后将原料组分分批次的置于真空炉中加热保温；再进行浇铸成型；对浇铸件依次进行正火、淬火和回火热处理工序，最后冷却至室温，即得所需的钻头用合金材料。本发明所制备的合金材料显示更加优异的硬度和冲击韧性，可以适合更加苛刻的加工环境，可减少钻头的使用寿命，节约机械加工成本，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于机加工工具领域，尤其涉及一种钻头用合金材料的制备方法。
背景技术
钻头是电钻中必不可少的部件之一。目前的钻头材料主要是硬质合金和高速钢。硬质合金材料具有硬度高、耐磨，但是在加工过程中，钻头易出现折断或者磨损过大等现象而需要不断更换，进而增加了加工成本；此外钻头磨损也是影响加工效率的主要因素。因此，需要一种硬度、耐磨性好和韧性都到一种平衡的钻头来适应更好的应用需求。
发明内容
要解决的技术问题是：为了解决上述问题的至少一种，提供一种高硬度且韧性佳的钻头用合金材料的制备方法。
技术方案：为了解决上述问题，本发明提供了一种钻头用合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，按照以下元素的质量百分数进行配料：0.43wt%~0.52wt%碳、0.61 wt%~0.72wt%硅、0.24 wt%~0.38wt%钒、0.57 wt%~0.82wt%硼、0.16 wt%~0.23wt%锑、0.04 wt%~0.11wt%镱、1.62wt%~2.85wt%铝、0.03 wt%~0.14wt%铌、1.03 wt%~1.22wt%锡、0.05 wt%~0.13wt%钽、0.06 wt%~0.15wt%镁、0.03 wt%~0.09wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质；
步骤2，先将含铁的物料置于真空炉中，升温至650~800℃，保温30min~2h；
步骤3，然后依次加入含镁、磷、硼、碳和硅的物料，升温至850~930℃，保温40min~2h；
步骤4，再加入含锑、锡、铝和钽的物料，升温至980~1100℃，保温1~2h；
步骤5，最后加入钒、镱和铌，升温至1150~1300℃，保温2~3h；
步骤6，降温至1000~1100℃，进行浇铸成型，得到浇铸件；
步骤7，对浇铸件进行热处理工序，所述热处理工序依次包括正火、淬火和回火处理；
步骤8，自然冷却至室温即得钻头用合金材料。
所述步骤7中的热处理工序的正火工序为：将浇铸件置于正火炉中，控制温度为820~950℃，保温3~5h。
所述步骤7中的热处理工序的淬火工序为：将经过正火处理的铸件置于80℃的水中进行水淬，淬至470~520℃，然后再置于180℃的油中进行油淬，淬至300~350℃；最后置于110℃的油中进行进一步油淬。
所述步骤7中的热处理工序的回火工序为：在回火炉中，控制温度为200~230℃，保温3~5h。
所述步骤1中各元素的质量百分数为： 0.47wt%碳、0.66wt%硅、0.34wt%钒、0.78wt%硼、0.20wt%锑、0.06wt%镱、2.62wt%铝、0.84wt%铌、1.13wt%锡、0.09wt%钽、0.12wt%镁、0.07wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质。
所述步骤2中升温至760℃，保温1h。
所述步骤3中升温至900℃，保温50min。
所述步骤4中升温至1060℃，保温70min。
所述步骤5中升温至1200℃，保温2h。
本发明具有以下有益效果：本发明所制备的合金材料的硬度为326HB~351HB，冲击韧性为72~83 J/cm2，拉伸强度为1420MPa~1580MPa，相比于普通合金钢钻头，本发明所制备的合金材料显示更加优异的硬度和冲击韧性，可以适合更加苛刻的加工环境，可减少钻头的使用寿命，节约机械加工成本，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种钻头用合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，按照以下元素的质量百分数进行配料：0.43wt%碳、0.61 wt%硅、0.24 wt%钒、0.57 wt%硼、0.16 wt%锑、0.04 wt%镱、1.62wt%铝、0.03 wt%铌、1.03 wt%锡、0.05 wt%钽、0.06 wt%镁、0.03 wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质；
步骤2，先将含铁的物料置于真空炉中，升温至650℃，保温30min；
步骤3，然后依次加入含镁、磷、硼、碳和硅的物料，升温至850℃，保温40min；
步骤4，再加入含锑、锡、铝和钽的物料，升温至980℃，保温1h；
步骤5，最后加入钒、镱和铌，升温至1150℃，保温2h；
步骤6，降温至1000℃，进行浇铸成型，得到浇铸件；
步骤7，对浇铸件进行热处理工序，所述热处理工序依次包括正火、淬火和回火处理，具体的：
所述步骤7中的热处理工序的正火工序为：将浇铸件置于正火炉中，控制温度为820℃，保温3h；
所述步骤7中的热处理工序的淬火工序为：将经过正火处理的铸件置于80℃的水中进行水淬，淬至470℃，然后再置于180℃的油中进行油淬，淬至300℃；最后置于110℃的油中进行进一步油淬；
所述步骤7中的热处理工序的回火工序为：在回火炉中，控制温度为200℃，保温3h；
步骤8，自然冷却至室温即得钻头用合金材料。
实施例2
一种钻头用合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，按照以下元素的质量百分数进行配料：0.47wt%碳、0.66wt%硅、0.34wt%钒、0.78wt%硼、0.20wt%锑、0.06wt%镱、2.62wt%铝、0.84wt%铌、1.13wt%锡、0.09wt%钽、0.12wt%镁、0.07wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质；
步骤2，先将含铁的物料置于真空炉中，升温至750℃，保温1h；
步骤3，然后依次加入含镁、磷、硼、碳和硅的物料，升温至900℃，保温50min；
步骤4，再加入含锑、锡、铝和钽的物料，升温至1000℃，保温1h；
步骤5，最后加入钒、镱和铌，升温至1200℃，保温2h；
步骤6，降温至1050℃，进行浇铸成型，得到浇铸件；
步骤7，对浇铸件进行热处理工序，所述热处理工序依次包括正火、淬火和回火处理，具体的：
所述步骤7中的热处理工序的正火工序为：将浇铸件置于正火炉中，控制温度为920℃，保温4h；
所述步骤7中的热处理工序的淬火工序为：将经过正火处理的铸件置于80℃的水中进行水淬，淬至490℃，然后再置于180℃的油中进行油淬，淬至320℃；最后置于110℃的油中进行进一步油淬；
所述步骤7中的热处理工序的回火工序为：在回火炉中，控制温度为200~230℃，保温3~5h；
步骤8，自然冷却至室温即得钻头用合金材料。
实施例3
一种钻头用合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，按照以下元素的质量百分数进行配料：0.47wt%碳0.67wt%硅、0.31wt%钒、0.70wt%硼、0.21wt%锑、0.07wt%镱、2.23wt%铝、0.08wt%铌、1.13wt%锡、0.09wt%钽、0.11wt%镁、0.06wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质；
步骤2，先将含铁的物料置于真空炉中，升温至760℃，保温1h；
步骤3，然后依次加入含镁、磷、硼、碳和硅的物料，升温至900℃，保温50min；
步骤4，再加入含锑、锡、铝和钽的物料，升温至1060℃，保温70min；
步骤5，最后加入钒、镱和铌，升温至1200℃，保温2h；
步骤6，降温至1030℃，进行浇铸成型，得到浇铸件；
步骤7，对浇铸件进行热处理工序，所述热处理工序依次包括正火、淬火和回火处理，具体的：
所述步骤7中的热处理工序的正火工序为：将浇铸件置于正火炉中，控制温度为870℃，保温3h；
所述步骤7中的热处理工序的淬火工序为：将经过正火处理的铸件置于80℃的水中进行水淬，淬至480℃，然后再置于180℃的油中进行油淬，淬至310℃；最后置于110℃的油中进行进一步油淬；
所述步骤7中的热处理工序的回火工序为：在回火炉中，控制温度为210℃，保温4h；
步骤8，自然冷却至室温即得钻头用合金材料。
实施例4
一种钻头用合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，按照以下元素的质量百分数进行配料：0.51wt%碳、0.63wt%硅、0.34wt%钒、0.76wt%硼、0.19wt%锑、0.07wt%镱、2.36wt%铝、0.09wt%铌、1.19wt%锡、0.08wt%钽、0.13wt%镁、0.06wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质；
步骤2，先将含铁的物料置于真空炉中，升温至720℃，保温2h；
步骤3，然后依次加入含镁、磷、硼、碳和硅的物料，升温至870℃，保温1h；
步骤4，再加入含锑、锡、铝和钽的物料，升温至1080℃，保温70min；
步骤5，最后加入钒、镱和铌，升温至1220℃，保温2h；
步骤6，降温至1060℃，进行浇铸成型，得到浇铸件；
步骤7，对浇铸件进行热处理工序，所述热处理工序依次包括正火、淬火和回火处理，具体的：
所述步骤7中的热处理工序的正火工序为：将浇铸件置于正火炉中，控制温度为930℃，保温5h；
所述步骤7中的热处理工序的淬火工序为：将经过正火处理的铸件置于80℃的水中进行水淬，淬至480℃，然后再置于180℃的油中进行油淬，淬至340℃；最后置于110℃的油中进行进一步油淬；
所述步骤7中的热处理工序的回火工序为：在回火炉中，控制温度为210℃，保温5h；
步骤8，自然冷却至室温即得钻头用合金材料。
实施例5
一种钻头用合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，按照以下元素的质量百分数进行配料：0.52wt%碳、0.72wt%硅、0.38wt%钒、0.82wt%硼、0.23wt%锑、0.11wt%镱、2.85wt%铝、0.14wt%铌、1.22wt%锡、0.13wt%钽、0.15wt%镁、0.09wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质；
步骤2，先将含铁的物料置于真空炉中，升温至800℃，保温2h；
步骤3，然后依次加入含镁、磷、硼、碳和硅的物料，升温至930℃，保温2h；
步骤4，再加入含锑、锡、铝和钽的物料，升温至1100℃，保温2h；
步骤5，最后加入钒、镱和铌，升温至1300℃，保温3h；
步骤6，降温至1100℃，进行浇铸成型，得到浇铸件；
步骤7，对浇铸件进行热处理工序，所述热处理工序依次包括正火、淬火和回火处理，具体的：
所述步骤7中的热处理工序的正火工序为：将浇铸件置于正火炉中，控制温度为950℃，保温5h；
所述步骤7中的热处理工序的淬火工序为：将经过正火处理的铸件置于80℃的水中进行水淬，淬至520℃，然后再置于180℃的油中进行油淬，淬至350℃；最后置于110℃的油中进行进一步油淬；
所述步骤7中的热处理工序的回火工序为：在回火炉中，控制温度为230℃，保温5h；
步骤8，自然冷却至室温即得钻头用合金材料。
性能测试
下面对上述所制备份合金材料的机械性能进行测试，为了便于比对，采用普通的合金钢钻头材料作为对比例进行比对：
由上表可知，实施例1至5所制备的合金材料的硬度为326HB~351HB，冲击韧性为72~83 J/cm2，拉伸强度为1420MPa~1580MPa，相比于对比例中的普通合金钢钻头，本发明所制备的合金材料显示更加优异的硬度和冲击韧性，可以适合更加苛刻的加工环境。
Claims (8)
1.一种钻头用合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，按照以下元素的质量百分数进行配料：0.43wt%~0.52wt%碳、0.61wt%~0.72wt%硅、0.24wt%~0.38wt%钒、0.57wt%~0.82wt%硼、0.16wt%~0.23wt%锑、0.04wt%~0.11wt%镱、1.62wt%~2.85wt%铝、0.03wt%~0.14wt%铌、1.03wt%~1.22wt%锡、0.05wt%~0.13wt%钽、0.06wt%~0.15wt%镁、0.03wt%~0.09wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质；
步骤2，先将含铁的物料置于真空炉中，升温至650~800℃，保温30min~2h；
步骤3，然后依次加入含镁、磷、硼、碳和硅的物料，升温至850~930℃，保温40min~2h；
步骤4，再加入含锑、锡、铝和钽的物料，升温至980~1100℃，保温1~2h；
步骤5，最后加入钒、镱和铌，升温至1150~1300℃，保温2~3h；
步骤6，降温至1000~1100℃，进行浇铸成型，得到浇铸件；
步骤7，对浇铸件进行热处理工序，所述热处理工序依次包括正火、淬火和回火处理；
所述热处理工序的淬火工序为：将经过正火处理的铸件置于80℃的水中进行水淬，淬至470~520℃，然后再置于180℃的油中进行油淬，淬至300~350℃；最后置于110℃的油中进行进一步油淬；
步骤8，自然冷却至室温即得钻头用合金材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤7中的热处理工序的正火工序为：将浇铸件置于正火炉中，控制温度为820~950℃，保温3~5h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤7中的热处理工序的回火工序为：在回火炉中，控制温度为200~230℃，保温3~5h。
4.根据权利要求1~3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中各元素的质量百分数为：0.47wt%碳、0.66wt%硅、0.34wt%钒、0.78wt%硼、0.20wt%锑、0.06wt%镱、2.62wt%铝、0.84wt%铌、1.13wt%锡、0.09wt%钽、0.12wt%镁、0.07wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中升温至760℃，保温1h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中升温至900℃，保温50min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中升温至1060℃，保温70min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5中升温至1200℃，保温2h。
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