摘要
M35高速钢刀具在切削不锈钢等难加工材料时，存在切削力大和粘刀等问题，不能满足高质量加工要求。氮碳氧复合处理（QPQ）能有效提高材料表面的硬度、耐腐蚀性和耐磨性能。本文以优化M35高速钢钻头QPQ工艺参数为目的，制定正交试验方案，研究不同工艺对M35高速钢QPQ渗层组织与性能的影响；采用综合平衡法进行工艺优化，得到合理的参数方案；进行SUS630不锈钢钻削对比试验，研究优化QPQ方案处理后钻头的切削性能和磨损机理。研究结果如下： （1）M35高速钢QPQ渗层表面主要由Fe、N、O和Cr元素组成，物相主要为α-Fe、Cr2N、Fe3O4和Fe2O3。渗层由内向外为扩散层和氧化层：氮化过程中，活性N和C原子渗入基体，反应形成扩散层；黑色氧化层主要由Fe3O4组成。 （2）QPQ处理能有效提高M35高速钢的硬度、耐腐蚀性和耐磨性能。经9组QPQ正交试验方案处理后，表面硬度值从898HV0.1提高到1325HV0.1~1427HV0.1；电化学腐蚀速率从0.144mmPY降低至0.009mmPY~0.121mmPY；平均摩擦系数从0.657减小至0.562~0.629，摩擦磨损量从4.1mg减少至2.0mg~3.8mg。 （3）M35高速钢优化的QPQ工艺参数是：氮化温度560℃、氮化时间20min、氧化温度410℃、氧化时间20min。经优化方案处理后，表面硬度为1489HV0.1；电化学腐蚀速率为0.008mmPY；平均摩擦系数为0.558；磨损量为1.8mg。 （4）优化QPQ方案能有效提高M35高速钢钻头的切削性能，其钻头寿命是未处理钻头的2.4倍。优化QPQ处理能显著降低钻削过程中的主切削力，有效防止切削刃发生崩裂，减少切削刃缺口和剥落；有效改善钻头磨损和粘结现象，磨损机理为轻微的磨粒磨损和粘结磨损。优化QPQ钻头断屑和排屑性能更优异，钻削过程产生的切屑主要为环形螺旋切屑，形状与尺寸更稳定。
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