CN110527817B - 一种热镶固齿钻头体的热处理方法 - Google Patents

一种热镶固齿钻头体的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热镶固齿钻头体的热处理方法，属于凿岩钻具热处理技术领域，解决了热镶固齿作业中钻头体不耐磨，以及容易开裂和掉齿的问题。本发明包括以下步骤：退火处理；淬火处理：将经过精加工的钻头体悬空放入融化的盐浴炉中，升温至890℃‑910℃，恒温保温15min‑35min；将钻头体放入油温为40℃‑60℃的恒温淬火装置中进行油淬火，钻头体在油中来回晃动110‑130s，避免油温过高和油温不均匀，然后静置290‑310s，取出后悬挂空冷；正火处理；调质处理。经过本发明方法热处理后的钻头体的综合性能得到很大程度的改善，固齿不易开裂、掉齿。

Description

一种热镶固齿钻头体的热处理方法
技术领域
本发明属于凿岩钻具热处理技术领域，具体涉及一种热镶固齿钻头体的热处理方法。
背景技术
钢的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面热处理等方法。其中回火又包括调质处理和时效处理。钢的回火：按照所希望的机械性能将已经淬火的钢重新加热到一定温度，碳以细均分布的渗碳体形式析出。随着回火温度的增加，碳化物的颗粒就增大，屈服点和拉伸强度就下降，降低硬度和脆性，延伸率和收缩率就升高。其目的是消除淬火产生的内应力，以取得预期的力学性能。
国内凿岩钻具行业均采用冷镶、热镶、焊接等固齿方法生产柱齿合金钎头。当采用热镶固齿方法时，需要将钻头体进行热处理，钻好孔，再加热到一定温度，作业人员用镊子或其它工具将固齿对准钻头体上的合金孔，然后用铜锤快速将固齿敲入孔内，利用钢体热胀冷缩的特性达到固齿目的。固齿作业过程必须迅捷，严格控制时间。目前的热处理方式由于装炉量大，保温时间不易掌握。经常出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。加之淬火介质不均匀，造成组织应力过大。且目前的热处理方式制作的工件硬度不均匀、应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。保温时间不当，也会出现晶粒粗大、氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。因此，钻头体的热处理给实际生产带来诸多不便，也直接影响到产品固齿质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种热镶固齿钻头体的热处理方法，以解决热镶固齿作业中钻头体不耐磨，以及容易开裂和掉齿的问题。
为了解决以上问题，本发明所采取的技术方案是：一种热镶固齿钻头体的热处理方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、退火处理：因为钢厂出厂时棒材硬度高且不均匀，机加工无法加工，必须先退火处理，将棒材根据需要锯成所需长度的胚体，750℃-770℃退火，随炉冷至390-410℃后空冷；
步骤二、淬火处理：将经过精加工的钻头体悬空放入融化的盐浴炉中，升温至890℃-910℃，恒温保温15min-35min；将钻头体放入油温为40℃-60℃的恒温淬火装置中进行油（矿物油）淬火，钻头体在油中来回晃动110-130s，避免油温过高和油温不均匀，然后静置290-310s，取出后悬挂空冷；
步骤三、正火处理：将经过步骤二处理的钻头体放入箱式炉中加热至850℃-870℃，出炉空冷；
步骤四、调质处理：将经过步骤三处理的钻头体加热至840℃-860℃，再500-520℃回火处理，随炉冷却。
作为本发明的进一步改进，在步骤二中，油温为50℃。
作为本发明的进一步改进，在步骤二中，将钻头体悬空在盐浴炉中升温至900℃，恒温保温25min。
作为本发明的进一步改进，在步骤二中，钻头体在油中来回晃动120s，然后静置300s。
作为本发明的进一步改进，钻头体的材料包括以下组分，按质量百分比组成：碳0.38-0.45%，硅0.17-0.37%，锰0.50-0.80%，铬0.90-1.20%，钼0.15-0.25%，硫允许残余含量≤0.035%，磷允许残余含量≤0.035%， 镍允许残余含量≤0.30%，铜允许残余含量≤0.30%，余量为铁。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1. 本发明工艺简单，易于操作，在淬火步骤中，严格控制恒温保温时间，消除了晶粒粗大、氧化脱碳严重的弊病；另外，钻头体放入淬火介质后宜动不宜静，静止的冷却介质加上静止的工件，易导致硬度不均匀，应力不均匀，本发明保持40℃-60℃的淬火介质温度，并使钻头体在油中来回晃动110-130s，保持淬火介质温度均匀，通过对以上各种条件的控制，使得经过本发明方法热处理后的钻头体的综合性能得到很大程度的改善，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能；
2. 本发明方法热处理硬度均匀，经处理后的钻头体耐磨性好，固齿强度高，固齿不易开裂、掉齿，达到钻头体各项指标达到钻头体硬度和组织稳定的效果，解决了实际问题，极大提高了产品质量。
附图说明
图1是本发明的工艺路线图。
具体实施方式
经本发明方法热处理后的钻头体的综合性能得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体。回火索氏体是马氏体于回火时形成的，在光学镜相显微镜下放大500-600倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物(包括渗碳体)球粒的复合组织。它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基本达到无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。常温下是一种平衡组织。通过淬火后的钻头体的硬度及耐磨性极大提高，同时提高了金属的强度、韧性下降及疲劳强度。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。回火的目的在于消除淬火应力，使钢的组织转变为相对稳定状态，保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性。在不降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性，以获得所希望的性能。
下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何形式限制本发明。
以下实施例和对比例中，钻头体的材料包括以下组分，按质量百分比组成：碳0.38-0.45%，硅0.17-0.37%，锰0.50-0.80%，铬0.90-1.20%，钼0.15-0.25%，硫允许残余含量≤0.035%，磷允许残余含量≤0.035%， 镍允许残余含量≤0.30%，铜允许残余含量≤0.30%，余量为铁。
图1示出了本发明的工艺路线。
实施例1、一种热镶固齿钻头体的热处理方法，包括以下步骤：
步骤一、退火处理：将棒材根据需要锯成所需长度的胚体，750℃退火，随炉冷至390℃后空冷；
步骤二、淬火处理：将经过精加工的钻头体悬空放入融化的盐浴炉中，升温至890℃，恒温保温15min；将钻头体放入油温为40℃的恒温淬火装置中进行油淬火，钻头体在油中来回晃动110s，避免油温过高和油温不均匀，然后静置290s，取出后悬挂空冷；
步骤三、正火处理：将经过步骤二处理的钻头体放入箱式炉中加热至850℃，出炉空冷；
步骤四、调质处理：将经过步骤三处理的钻头体加热至840℃，再500℃回火处理，随炉冷却。
实施例2、
一种热镶固齿钻头体的热处理方法，包括以下步骤：
步骤一、退火处理：将棒材根据需要锯成所需长度的胚体，760℃退火，随炉冷至400℃后空冷；
步骤二、淬火处理：将经过精加工的钻头体悬空放入融化的盐浴炉中，升温至900℃，恒温保温25min；将钻头体放入油温为50℃的恒温淬火装置中进行油淬火，钻头体在油中来回晃动120s，避免油温过高和油温不均匀，然后静置300s，取出后悬挂空冷；
步骤三、正火处理：将经过步骤二处理的钻头体放入箱式炉中加热至860℃，出炉空冷；
步骤四、调质处理：将经过步骤三处理的钻头体加热至850℃，再510℃回火处理，随炉冷却。
实施例3、
一种热镶固齿钻头体的热处理方法，包括以下步骤：
步骤一、退火处理：将棒材根据需要锯成所需长度的胚体，770℃退火，随炉冷至410℃后空冷；
步骤二、淬火处理：将经过精加工的钻头体悬空放入融化的盐浴炉中，升温至910℃，恒温保温35min；将钻头体放入油温为60℃的恒温淬火装置中进行油淬火，钻头体在油中来回晃动130s，避免油温过高和油温不均匀，然后静置310s，取出后悬挂空冷；
步骤三、正火处理：将经过步骤二处理的钻头体放入箱式炉中加热至870℃，出炉空冷；
步骤四、调质处理：将经过步骤三处理的钻头体加热至860℃，再520℃回火处理，随炉冷却。
对比例1、
一种热镶固齿钻头体的热处理方法，采用现有技术，步骤如下：
步骤一、退火处理：将棒材根据需要锯成所需长度的胚体，760℃退火，随炉冷至400℃后空冷；
步骤二、淬火处理：将经过精加工的钻头体悬空放入融化的盐浴炉中，升温至870℃，恒温保温10min；将钻头体放入常温的水或油中淬火，并保持钻头体来回晃动120s，然后静置300s，取出后悬挂空冷；
步骤三、正火处理：将经过步骤二处理的钻头体放入箱式炉中加热至830℃，出炉空冷；
步骤四、调质处理：将经过步骤三处理的钻头体加热至820℃，再450℃回火处理，空冷。
对比例2、
一种热镶固齿钻头体的热处理方法，采用现有技术，步骤如下：
步骤一、退火处理：将棒材根据需要锯成所需长度的胚体，760℃退火，随炉冷至400℃后空冷；
步骤二、淬火处理：将经过精加工的钻头体悬空放入融化的盐浴炉中，升温至930℃，恒温保温10min；将钻头体放入常温的水或油中淬火，并保持钻头体来回晃动120s，然后静置300s，取出后悬挂空冷；
步骤三、正火处理：将经过步骤二处理的钻头体放入箱式炉中加热至890℃，出炉空冷；
步骤四、调质处理：将经过步骤三处理的钻头体加热至880℃，再450℃回火处理，空冷。
以上各实施例和对比例的钻头体力学性能指标如表1所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由表1的数据可以看出，实施例1、实施例2和实施例3的钻头体性能指标与现有技术对比例1和对比例2的钻头体相比，抗拉强度提高约30%，屈服强度提高约20%，冲击功提高约20%。
对以上各实施例和对比例的钻头体进行喷丸处理：加工合金齿孔，将经过步骤四调质处理后的钻头体采用喷丸处理，再次消除钻头体表层产生的残余应力，钻头体加工固定孔，采用先钻后铰的加工方式，孔的预留过盈量为0.024mm-0.045mm。再进行固齿处理：将钻头体加热至200-220℃，然后进行装齿作业。采用同一种钻机、相同的钻孔工艺和钻取介质对其使用寿命进行测试，使用寿命数据如表2所示。
Figure 169232DEST_PATH_IMAGE002
由表2可以看出，实施例1、实施例2和实施例3的钻孔深度均高于对比例1和对比例2，平均高出约20%。
由表1、表2可看出，实施例2获得的效果最好，即在盐浴炉中升温至900℃、恒温保温25min、油温为50℃、晃动120s、静置300s时，在此条件下通过淬火后的钻头体的硬度及耐磨性极大提高，同时提高了金属的强度、韧性下降及疲劳强度，在此条件下处理得到的钻头体的性能指标最佳且使用寿命最长。

Claims (4)

1.一种热镶固齿钻头体的热处理方法，其特征在于：所述钻头体的材料包括以下组分，按质量百分比组成：碳0.38-0.45%，硅0.17-0.37%，锰0.50-0.80%，铬0.90-1.20%，钼0.15-0.25%，硫允许残余含量≤0.035%，磷允许残余含量≤0.035%，镍允许残余含量≤0.30%，铜允许残余含量≤0.30%，余量为铁；具体包括以下步骤：
步骤一、退火处理：将棒材根据需要锯成所需长度的胚体，760℃-770℃退火，随炉冷至390-410℃后空冷；
步骤二、淬火处理：将经过精加工的钻头体悬空放入融化的盐浴炉中，升温至890℃-910℃，恒温保温25min-35min；将钻头体放入油温为40℃-60℃的恒温淬火装置中进行油淬火，钻头体在油中来回晃动110-130s，避免油温过高和油温不均匀，然后静置290-310s，取出后悬挂空冷；
步骤三、正火处理：将经过步骤二处理的钻头体放入箱式炉中加热至850℃-870℃，出炉空冷；
步骤四、调质处理：将经过步骤三处理的钻头体加热至840℃-860℃，再500-520℃回火处理，随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的一种热镶固齿钻头体的热处理方法，其特征在于：在步骤二中，油温为50℃。
3.根据权利要求2所述的一种热镶固齿钻头体的热处理方法，其特征在于：在步骤二中，将钻头体悬空在盐浴炉中升温至900℃，恒温保温25min。
4.根据权利要求3所述的一种热镶固齿钻头体的热处理方法，其特征在于：在步骤二中，钻头体在油中来回晃动120s，然后静置300s。
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