一种高风压潜孔钎具钻头及其制备方法与流程

本发明涉及钎具生产技术领域，尤其涉及一种高风压潜孔钎具钻头及其制备方法。

背景技术：

高风压潜孔钎具钻头在矿山开采、钻井、隧道等领域具有重要的应用，其中热处理工艺与钻头的使用性能息息相关。

目前，23crni3mo是潜孔钎具的主要用钢，传统上多通过等温淬火工艺作为其热处理工艺。中国专利cn102703911a公开了一种高风压钎具潜孔钻头的热处理方法及钻头，使用了等温淬火工艺，这种工艺环保门槛高，污染严重，工序复杂，生产成本高昂。中国专利cn107245690n公开了一种渗碳淬火工艺，工件表面在高温淬火剧烈变化过程中容易被氧化，造成对表面渗碳层的损伤，而且损伤部位容易成为工件的断裂源，直接影响其使用寿命。中国专利cn110129526a公开了一种高风压金刚石潜孔钻头钢体的制备方法，需要在渗碳前进行一次油淬，在深冷处理前还需要进行一次油淬，两次油淬的作用不同，并且这两次油淬的工艺复杂，生产成本也相对较高，第一次油淬会造成工件的机加工困难，同时第二次油淬有可能造成表面渗碳层的损伤，淬火效果也未达到充分，直接影响工件的使用寿命。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高风压潜孔钎具钻头及其制备方法，本发明制备的高风压潜孔钎具钻头耐磨性能好，使用寿命长。

本发明提供了一种高风压潜孔钎具钻头的制备方法，包括以下步骤：

a)将钢坯进行机加工，得到潜孔钻裤体；

b)将所述潜孔钻裤体进行渗碳处理，再冷却；

c)将步骤b)冷却后的潜孔钻裤体进行正火；

d)将所述正火后的潜孔钻裤体加热至855～865℃，保温，进行一次真空油淬，冷却后，再加热至675～685℃，保温，进行二次真空油淬，冷却；

e)将步骤d)得到的潜孔钻裤体进行深冷处理，然后空冷至室温；

f)将步骤e)得到的潜孔钻裤体进行低温回火；

g)在步骤f)得到的潜孔钻裤体上进行硬质合金球齿镶嵌，然后进行喷丸处理，得到高风压潜孔钎具钻头。

优选的，步骤a)中，所述钢坯的材质为23crni3mo钢；

所述钢坯按照以下方法进行制备：

将钢材进行热锻后，在855～865℃下正火处理，然后在615～625℃下高温回火处理，得到钢坯。

优选的，步骤b)中，所述渗碳处理的温度为915～925℃，时间为6～7h；

所述渗碳处理后的潜孔钻裤体的表面碳浓度为0.7～1.3％；

所述冷却后的温度为40～60℃。

优选的，步骤c)中，所述正火中加热的温度为905～915℃，加热的时间为2～3h。

优选的，步骤d)中，将所述正火后的潜孔钻裤体加热至855～865℃后，保温的时间为1.5～2.5h；

再加热至675～685℃后，保温的时间为0.5～1.5h。

优选的，步骤d)中，一次真空油淬的温度为60～75℃，时间为0.5～1h；

一次真空油淬的真空度小于10^-2pa；

进行一次真空油淬，冷却后，还包括清洗。

优选的，步骤d)中，二次真空油淬的温度为60～65℃，时间为0.5～1h；

二次真空油淬的真空度小于10^-2pa；

进行二次真空油淬，冷却后，还包括清洗和干燥。

优选的，步骤e)中，深冷处理的温度为-85～-70℃，时间为1.5～2.5h。

优选的，步骤f)中，低温回火的温度为215～225℃，时间为5.5～6.5h。

本发明还提供了一种上文所述的制备方法制得的高风压潜孔钎具钻头。

本发明提供了一种高风压潜孔钎具钻头的制备方法，包括以下步骤：a)将钢坯进行机加工，得到潜孔钻裤体；b)将所述潜孔钻裤体进行渗碳处理，再冷却；c)将步骤b)冷却后的潜孔钻裤体进行正火；d)将所述正火后的潜孔钻裤体加热至855～865℃，保温，进行一次真空油淬，冷却后，再加热至675～685℃，保温，进行二次真空油淬，冷却；e)将步骤d)得到的潜孔钻裤体进行深冷处理，然后空冷至室温；f)将步骤e)得到的潜孔钻裤体进行低温回火；g)在步骤f)得到的潜孔钻裤体上进行硬质合金球齿镶嵌，然后进行喷丸处理，得到高风压潜孔钎具钻头。本发明采用二次真空油淬工艺配合其他热处理工艺，最终得到一种表面硬度、耐磨性高和心部韧性好、使用寿命长的高风压潜孔钎具钻头。另外，本发明提供的高风压潜孔钎具钻头的制备方法工艺简单，生产成本低，环境污染小。

附图说明

图1为本发明实施例1中深冷处理后的潜孔钻裤体的金相图；

图2为本发明实施例1低温回火后的潜孔钻裤体由外到内的硬度分布曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种高风压潜孔钎具钻头的制备方法，包括以下步骤：

a)将钢坯进行机加工，得到潜孔钻裤体；

b)将所述潜孔钻裤体进行渗碳处理，再冷却；

c)将步骤b)冷却后的潜孔钻裤体进行正火；

d)将所述正火后的潜孔钻裤体加热至855～865℃，保温，进行一次真空油淬，冷却后，再加热至675～685℃，保温，进行二次真空油淬，冷却；

e)将步骤d)得到的潜孔钻裤体进行深冷处理，然后空冷至室温；

f)将步骤e)得到的潜孔钻裤体进行低温回火；

g)在步骤f)得到的潜孔钻裤体上进行硬质合金球齿镶嵌，然后进行喷丸处理，得到高风压潜孔钎具钻头。

本发明先将钢坯进行机加工，得到潜孔钻裤体。

在本发明的某些实施例中，所述钢坯的材质为23crni3mo钢。

在本发明的某些实施例中，所述钢坯按照以下方法进行制备：

将钢材进行热锻后，在855～865℃下正火处理，然后在615～625℃下高温回火处理，得到钢坯。

在本发明的某些实施例中，所述钢材为23crni3mo钢。

本发明对所述热锻的方法和参数并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的热锻的方法和参数即可。

在本发明的某些实施例中，所述正火处理的温度为860℃。在本发明的某些实施例中，所述正火处理的时间为4～5h。在某些实施例中，所述正火处理的时间为4.5h。

在本发明的某些实施例中，所述高温回火处理中的加热温度为620℃。在本发明的某些实施例中，所述高温回火处理中的加热时间为3～4.5h。在某些实施例中，所述高温回火处理中的加热时间为4h。

在本发明的某些实施例中，高温回火处理后，钢材随炉冷却至40～60℃，然后出炉在空气中自然冷却。在某些实施例中，高温回火处理后，钢材随炉冷却至50℃。

所述机加工用于将钢坯加工成潜孔钻的产品形状，本发明对所述机加工的方法和参数并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的机加工的方法和参数即可。

得到潜孔钻裤体后，将所述潜孔钻裤体进行渗碳处理，再冷却。

在本发明的某些实施例中，所述渗碳处理的温度为915～925℃，时间为6～7h。在某些实施例中，所述渗碳处理的温度为920℃。在某些实施例中，所述渗碳处理的时间为6.5h。在本发明的某些实施例中，所述渗碳处理在加热炉中进行。

在本发明的某些实施例中，所述渗碳处理后的潜孔钻裤体的表面碳浓度为0.7～1.3％。在某些实施例中，所述渗碳处理后的潜孔钻裤体的表面碳浓度为1.2％。

在本发明的某些实施例中，所述冷却后的温度为40～60℃。在某些实施例中，所述冷却后的温度为50℃。在本发明的某些实施例中，所述冷却为：在空气中自然冷却。所述冷却后，出炉。

本发明中，渗碳处理可以使工件表面具有较高的硬度和耐磨性，心部具有较高的韧性。

将冷却后的潜孔钻裤体进行正火。

在本发明的某些实施例中，所述正火中加热的温度为905～915℃，加热的时间为2～3h。在某些实施例中，所述正火中加热的温度为910℃。在某些实施例中，所述正火中加热的时间为2.5h。在本发明的某些实施例中，所述正火在加热炉中进行。

本发明中，正火可以使工件组织晶粒细化，碳化物分布均匀化，从而提高性能。

正火完成后，将所述正火后的潜孔钻裤体加热至855～865℃，保温，进行一次真空油淬，冷却后，再加热至675～685℃，保温，进行二次真空油淬，冷却。

在本发明的某些实施例中，将所述正火后的潜孔钻裤体加热至855～865℃后，保温的时间为1.5～2.5h。在某些实施例中，将所述正火后的潜孔钻裤体加热至860℃。在某些实施例中，保温的时间为2h。

在本发明的某些实施例中，一次真空油淬的温度为60～75℃，时间为0.5～1h。在某些实施例中，一次真空油淬的温度为65℃。在某些实施例中，一次真空油淬的时间为0.8h。

在本发明的某些实施例中，一次真空油淬的真空度小于10^-2pa。在某些实施例中，一次真空油淬的真空度为9.5×10^-3pa。

在本发明的某些实施例中，一次真空油淬在真空油淬炉中进行。

在本发明的某些实施例中，进行一次真空油淬后，冷却至室温。在本发明的某些实施例中，进行一次真空油淬，冷却后，还包括清洗。一次真空油淬完成后，冷却至室温，然后取出清洗。本发明对所述清洗的方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的清洗方法即可。

在本发明的某些实施例中，再加热至675～685℃后，保温的时间为0.5～1.5h。在某些实施例中，再加热至680℃。在某些实施例中，保温的时间为1h。

在本发明的某些实施例中，二次真空油淬的温度为60～65℃，时间为0.5～1h。在某些实施例中，二次真空油淬的温度为62℃。在某些实施例中，二次真空油淬的时间为0.7h。

在本发明的某些实施例中，二次真空油淬的真空度小于10^-2pa。在某些实施例中，二次真空油淬的真空度为9.5×10^-3pa。

在本发明的某些实施例中，二次真空油淬在真空油淬炉中进行。

在本发明的某些实施例中，进行二次真空油淬后，冷却至室温。在本发明的某些实施例中，进行二次真空油淬，冷却后，还包括清洗和干燥。二次真空油淬完成后，冷却至室温，然后取出清洗和干燥。本发明对所述清洗的方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的清洗方法即可。本发明对所述干燥的方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的干燥方法即可。

本发明中，油淬过程中通过马氏体组织变化，可以提高钢的强硬度及耐磨性，采用真空环境，可以使工件表面在高温淬火剧烈变化过程中避免被氧化，减少对表面渗碳层的损伤，再二次油淬的作用可以使工件表层更加充分淬透，表现出更高的强硬度。并且，本发明中的真空油淬工艺简单，生产成本低，环境污染小。

然后，将得到的潜孔钻裤体进行深冷处理，然后空冷至室温。

在本发明的某些实施例中，深冷处理的温度为-85～-70℃，时间为1.5～2.5h。在某些实施例中，深冷处理的温度为-75℃。在某些实施例中，深冷处理的时间为2h。在本发明的某些实施例中，所述深冷处理在深冷炉中进行。

本发明中，深冷处理可以使工件组织内部的残余奥氏体完全转变为马氏体，整体组织更加均匀一致化。

将所述空冷至室温的潜孔钻裤体进行低温回火。

在本发明的某些实施例中，低温回火的温度为215～225℃，时间为5.5～6.5h。在某些实施例中，低温回火的温度为220℃。在某些实施例中，低温回火的时间为6h。

在本发明的某些实施例中，低温回火后，还包括：空冷。

本发明中，低温回火可以去除工件内部应力，提高组织稳定性。

然后，将得到的潜孔钻裤体上进行硬质合金球齿镶嵌，然后进行喷丸处理，得到高风压潜孔钎具钻头。

本发明对所述镶嵌的方法和参数并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的镶嵌的方法和参数即可。本发明对所述喷丸的方法和参数并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的喷丸的方法和参数即可。

镶嵌硬质合金球齿后通过喷丸处理可以去除潜孔钻裤体的表面微内应力使表面性能更好。

本发明的油淬在真空环境下，可以使工件表面在高温淬火剧烈变化过程中避免被氧化，减少对表面渗碳层的损伤，表面性能更佳；后续进行深冷处理，使工件组织内部的残余奥氏体完全转变为马氏体，整体组织更加均匀一致化。

本发明提供的高风压潜孔钎具钻头的制备方法工艺简单，生产成本低，环境污染小。

本发明对上文采用的原料的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。

本发明还提供了一种上文所述的制备方法制得的高风压潜孔钎具钻头。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种高风压潜孔钎具钻头及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

实施例中，硬质合金球齿为洛阳金鹭的yt310牌号硬质合金球齿；

金相的检测依据标准：《gb/t3488.1-2014硬质合金显微组织的金相测定》；维氏硬度分布的检测依据标准：《gb/t4340.1-2009金属材料维氏硬度试验》。

实施例1

1)制备钢坯、机加工：将23crni3mo钢材进行热锻后，在860℃下正火处理4.5h，然后在620℃下高温回火处理4h，钢材随炉冷却至50℃，然后出炉在空气中自然冷却，得到钢坯；将所述钢坯进行机加工，得到潜孔钻裤体；

2)渗碳：将所述潜孔钻裤体放入加热炉中，当加热到920℃时进行渗碳处理，渗碳处理时间：6.5h，表面碳浓度：1.2％，然后将潜孔钻裤体置于空气中冷却至50℃出炉；

3)正火：将步骤2)得到的潜孔钻裤体继续放入加热炉中，当加热到910℃时，保温2.5h，然后将潜孔钻裤体置于空气中冷却至室温，出炉；

4)一次、二次真空油淬：将步骤3)得到的潜孔钻裤体放入真空油淬炉中，当加热到860℃时，保温2h，保持淬火油温度65℃、真空度为9.5×10^-3pa下油淬0.8h，冷却至室温后取出进行清洗。再将油淬后的潜孔钻裤体放入真空油淬炉中，当加热到680℃时，保温1h，保持淬火油温度62℃、真空度为9.5×10^-3pa下油淬0.7h，最后取出冷却后的潜孔钻裤体，进行清洗和干燥；

5)深冷：将二次真空油淬后的潜孔钻裤体放入深冷炉进行深冷处理，处理温度：-75℃，时间：2h，空冷至室温取出；

6)低温回火：将深冷后的潜孔钻裤体再次放入炉中加热到220℃，保温6h，随后取出空冷即可；

7)镶嵌、喷丸：将硬质合金球齿镶嵌在步骤6)得到的潜孔钻裤体上，再通过喷丸处理去除表面微内应力，最终得到高风压潜孔钎具钻头。

本实施例对步骤5)深冷处理后的潜孔钻裤体的微观组织(即金相)进行分析，结果如图1所示。图1为本发明实施例1中深冷处理后的潜孔钻裤体的金相图。图1中，图(a)为实施例1中深冷处理后的潜孔钻裤体的表层金相图，图(b)为实施例1中深冷处理后的潜孔钻裤体的过渡层金相图，图(c)为实施例1中深冷处理后的潜孔钻裤体的心部基体金相图。

从图1中可以看出，工件表层组织为高碳马氏体；过渡层组织为高碳马氏体+隐针马氏体；心部基体组织为隐针马氏体。因而，本发明提供的潜孔钻裤体具有较高的强硬度和耐磨性。

本实施例还对步骤6)低温回火后的潜孔钻裤体由外到内的硬度分布进行分析，结果如图2所示。图2为本发明实施例1低温回火后的潜孔钻裤体由外到内的硬度分布曲线。

从图2可以看出，低温回火后的潜孔钻裤体表层的硬度可达到708hv，因而表层具有较高的硬度和耐磨性，心部基体的硬度为493hv，起到韧性好的作用，而且在过渡区，硬度分布曲线呈现平滑的过渡，此情况可较大降低断裂的可能性。

对比例1

本对比例与实施例1不同之处在于将步骤4)和步骤5)替换为等温淬火工艺，所述等温淬火工艺具体为：将步骤3)得到的潜孔钻裤体放入到盐浴炉内进行等温淬火，等温淬火的技术要求是：炉内温度为880℃，淬火时间为25min；然后放入到硝盐槽中，在260℃的温度下保温1h，之后还是按照实施例1的步骤6)和7)进行。

对比例2

本对比例与实施例1不同之处在于省略了步骤4)中的二次真空油淬工序，直接将一次真空油淬后的潜孔钻裤体进行步骤5)深冷处理。

对比例3

本对比例与实施例1不同之处在于省略了步骤5)深冷处理，将步骤4)二次真空油淬后的潜孔钻裤体直接进行步骤6)低温回火。

按照实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的方法分别制得30个高风压潜孔钎具钻头a、b、c、d，对30个高风压潜孔钎具钻头a、30个高风压潜孔钎具钻头b、30个高风压潜孔钎具钻头c、30个高风压潜孔钎具钻头d在相同工况下测试，测试时，钻头随钻孔长度的增加而磨损增大，当磨损到一定程度时钻孔过程停滞不前(钻孔推进速度低于1cm/min)即钻头报废，此时计算钻孔长度为使用寿命，测量钻头裤体直径与原始直径之差即为裤体直径磨损量，测试结果如表1：

表1高风压潜孔钎具钻头a、b、c、d在相同工况下的测试结果

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。