熱處理工藝課程設計---65mn犁鏵片熱處理工藝的設計

1、<p>　　65Mn犁鏵片熱處理工藝的設計</p><p>　　§1 熱處理工藝課程設計的目的</p><p>　　熱處理工藝課程設計是高等學校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設計練習，是熱處理原理與工藝課程的最后一個教學環(huán)節(jié)。其目的是：（1）培養(yǎng)學生綜合運用所學熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學知識得到鞏固和發(fā)展。</p><p>　

2、　（2）學習熱處理工藝設計的一般方法、熱處理設備選用和夾具設計等。</p><p>　?。?）進行熱處理設計的基本技能訓練，如計算、零件繪圖和學習使用設計資料、手冊、標準和規(guī)范。</p><p>　　因此，本課程設計要求我們綜合運用所學知識來解決生產(chǎn)實踐中的熱處理工藝制定問題，包括工藝設計中的細節(jié)問題，如設備的選用，夾具的設計等。要求我們設計工藝流程，這需要翻查大量的文獻典籍。如何靈活使用

3、資料、手冊，怎樣高效查找所需信息，以及手冊的查找規(guī)范和標準等，均不是一蹴而就的事情，需要我們在實踐中體會并不斷地總結，才能不斷進步。</p><p>　　材料熱處理工藝課程設計是培養(yǎng)材料專業(yè)學生在熱處理原理方面能力的重要環(huán)節(jié)，紙上談兵是經(jīng)不起考驗的，扎實的理論唯有通過實踐才能夠證明，且科學的實踐能夠有效鞏固甚至發(fā)展原有的理論，因此，本課程設計通過給出20余種不同牌號的材料，要求學生以個人（允許討論）或組隊的方式完

4、成熱處理工藝的設計，對學生鞏固已學熱處理知識、學習使用工具書、增強團隊合作意識等是大有裨益的。</p><p>　　§2 零件的技術要求及選材</p><p>　　2.1 65Mn犁鏵片的服役條件及可能的失效形式</p><p>　　犁鏵片的損壞形式主要有土壤顆粒磨損、鏵尖折斷和鏵刃崩裂。犁鏵磨損后則刃口變鈍，耕地的深度減小，耕作的效果差。而犁鏵在耕作過

5、程中，大多與土壤中的磚塊、沙粒、石塊或其他硬物相撞，會造成犁鏵的損壞和疲勞破壞，以及腐蝕磨損產(chǎn)生凹坑與龜裂。</p><p><b>　　圖1犁鏵片示意圖</b></p><p>　　2.2材料的選擇及其技術要求 </p><p>　　犁鏵片是鏵式犁重要的基礎部件，農(nóng)業(yè)耕作使用犁鏵尖鑿破土層，在動力作用下，鏵刃耕入土層一定深度，沿溝底和溝壑將土

6、地鏟起和切斷土中的植物莖、作物的殘根，鏵尖部是將土左右分開，鏵面和鏵壁的共同作用把土抬起、擠碎并反轉覆蓋在地面上，從而達到翻耕土壤的目的。因此要求鏵尖鋒利、整體具有足夠的強度和韌性，而且具有高的硬度和高的耐磨性，保證其有長的使用壽命，使用過程中才能抵抗周期性的沖擊和震動、振動。</p><p><b>　　技術要求</b></p><p>　　熱處理后的局部工作硬度為

7、52~60HRC，其余部分硬度不小于38HRC,顯微組織為回火馬氏體；工作部分必須有高的耐磨性和一定的韌性抗拉強度 ，避免在加熱時氧化脫碳現(xiàn)象。</p><p>　　為了控制犁鏵片熱處理變形，主要采取以下四個措施:</p><p>　　1.選用彈簧鋼65Mn</p><p>　　2.犁鏵片在加熱和冷卻過程中，應當垂直吊掛，彼此有適當?shù)拈g距，疊壓后要用夾具壓緊回火，確

8、保變形量符合要求。</p><p>　　3.采用淬火壓床，必要時采用反變形措施。</p><p>　　4.盡管犁鏵片的硬度范圍子48~60HRC，在同一件產(chǎn)品上的硬度差硬應小于5HRC，否則將造成零件的硬度不均和變形的增大。</p><p>　　2.3化學成分及合金元素的作用</p><p>　　2.3.1 65Mn鋼主要化學成分為：<

9、/p><p>　　W(C)=0.62%~0.70%,w(Mn)=0.90%~1.20%,w(Si)=0.17%~0.37%,</p><p>　　w(Gr)≤0.25%</p><p>　　2.3.2 65Mn所含元素的作用：</p><p>　　碳 主要與硅、鉻(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及紅硬性。</p&g

10、t;<p>　　硅 能增加鋼的強度、彈性、耐熱、耐酸性及電阻系數(shù)等。該鋼中的Si不與C結合，它在相變點（Ac1）以上則完全溶入奧氏體，提高了過冷奧氏體在貝氏體轉變區(qū)域的穩(wěn)定性，同樣也能明顯提高該鋼的淬透性。</p><p>　　鉻 鉻的碳化物在淬火加熱時幾乎全部溶于奧氏體，從而提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性和鋼的淬透性，同時還能提高鋼的抗氧化脫碳和抗腐蝕能力。</p><

11、p>　　錳 錳大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強化，一部分錳也溶于Fe3C中，形成合金滲碳體，錳還能增加珠光體相對量，并使它變細，從而提高鋼的強度。錳能與S化合成為MnS，以減輕S的有害作用。 </p><p>　　§3 熱處理工藝課程設計的內(nèi)容及步驟</p><p>　　3.1相變點的確定 </p><p>　　65Mn鋼

12、是常見的彈簧鋼，是在淬火和回火狀態(tài)下具有高彈性的鋼，其相圖較復雜并查找資料，可確定的65Mn相變點</p><p>　　表1 制定的相變點表</p><p><b>　　3.2 熱處理工藝</b></p><p><b>　　3.2.1工藝流程</b></p><p>　　3.2.1.1用65Mn

13、制作犁鏵片的工藝流程為：毛坯→淬火→低溫回火</p><p>　　3.2.1.2淬火及回火示意圖：</p><p>　　圖2 犁鏵片的熱處理工藝示意圖</p><p>　　熱處理流程：預熱→加熱→冷卻→檢查硬度和金相組織→低溫回火→檢查硬度</p><p>　　熱處理后犁鏵片的技術要求有：</p><p>　　淬火后得

14、到的顯微組織為馬氏體；</p><p>　　回火后得到的顯微組織為回火馬氏體；</p><p>　　基體平面硬度為52~60HRC，檢查部位在犁壁處。</p><p>　　3.2.2熱處理工藝參數(shù)的制定 </p><p>　　將井式電阻爐開啟加熱到830℃，待爐溫穩(wěn)定在830℃，再將犁鏵片按一定工裝方式置入爐內(nèi)，淬火保溫時間50min,然

15、后后用夾具將犁鏵片侵入水中淬火，獲得片狀馬氏體，片狀馬氏體在空間形態(tài)呈雙凸透鏡，在光學顯微鏡下則呈針狀貨竹葉狀，馬氏體片之間不平行，呈一定角度分布；片狀馬氏體的亞結構主要是孿晶。淬火的目的是提高零件的硬度、強度和耐磨性。淬火保溫時間根據(jù)時間計算公式τ=a×K×D計算。</p><p>　　將井式電阻爐開啟加熱到190℃，待爐溫穩(wěn)定在190℃，再將犁鏵片按原工裝方式置入爐內(nèi)，保溫120～150m

16、in,保溫后用夾具將犁鏵片拿出并放置在空氣中冷卻，冷卻后獲得回火馬氏體，回火的目的是減少或消除淬火應力，提高韌性塑形，獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合。（淬火鋼回火時硬度總的變化趨勢是隨著回火溫度升高，鋼的硬度連續(xù)下降。但含碳量大于0.8%的高碳鋼在100度左右回火時，硬度反而略有升高，這是由于馬氏體中碳原子的偏聚及@-碳化物析出引起彌散硬化造成的。在200~300度回火時，硬度平緩下降。這是由于一方面馬氏體分解，使硬度降低，另一方

17、面殘余奧氏體轉變?yōu)橄仑愂象w或回火馬氏體，使硬度升高，兩者綜合影響的結果?；鼗饻囟瘸^300度以后，由于@-碳化物轉變?yōu)闈B碳體，共格關系被破壞，以及滲碳體聚集長大，使鋼的硬度呈直線下降。）</p><p>　　圖3 碳鋼回火溫度和硬度的關系</p><p>　　回火時間根據(jù)時間計算公式τ=a×K×D計算得到。</p><p>　　根據(jù)時間計算公式τ

18、=a×K×D 【其中K-裝爐修正系數(shù)，D-工件有效厚度（mm），a-由鋼種決定的加熱系數(shù)（min/mm）】，以及經(jīng)驗公式等，查找資料，各工藝參數(shù)制表確定如下：</p><p><b>　　表2 工藝參數(shù)表</b></p><p>　　裝爐修正系數(shù)K的確定：</p><p>　　表3 工件在爐內(nèi)不同排布方式的加熱時間修正值&

19、lt;/p><p>　　查資料裝爐修正系數(shù)K取4。</p><p>　　由鋼種決定的加熱系數(shù)a（min/mm）的確定</p><p>　　表4 常用鋼的加熱系數(shù)</p><p>　　采用井式電阻爐，爐腔是封閉的，所以加熱系數(shù)a取0.9。</p><p>　　表5不同形狀和尺寸的工件加熱計算時的特征尺寸及形狀系數(shù)</p

20、><p>　　工件有效厚度的確定：</p><p>　　上表為不同形狀和尺寸的工件加熱計算時的特征尺寸及形狀系數(shù)表，有此可計算出工件的有效厚度為：</p><p>　　D=厚度×形狀系數(shù)=9×1.5=13.5mm。</p><p>　　3.2.3所選熱處理工藝的目的</p><p>　　（1）犁鏵片加工

21、工藝流程 犁鏵片要求鏵尖鋒利、整體具有足夠的強度和韌性，而且具有高的硬度和高的耐磨性，保證其有長的使用壽命。因此，通常采用以下流程進行加工：毛坯→淬火→低溫回火</p><p>　?。?）淬火是把鋼加熱到Ac3或Ac1以上溫度，保溫一定時間，然后以適當方式冷卻，以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。淬火的目的：提高工件的力學性能，如硬度，強度，耐磨性，彈性極限等；改善某些特殊鋼的物理化學性能或化學性能，如耐蝕性

22、、磁性、導電性等?，F(xiàn)以65Mn鋼為原材制作的犁鏵片進行淬火，是為了獲得板條馬氏體，獲得板條馬氏體后犁鏵片的硬度、強度和耐磨性得到很大的提高。</p><p>　　（3）回火是把淬火后的工件加熱到A1一下適當溫度，保溫一定時間，以一定方式冷卻的熱處理工藝?；鼗鸬哪康氖牵孩偈构ぜ玫剿蟮牧W性能。工件淬火后，硬度高，脆性打，為了達到技術要求的力學性能，可以通過回火來調(diào)整到希望得到的硬度、強度、塑形和韌性。②減少或

23、消除內(nèi)應力。工件淬火后存在很大的內(nèi)應力，及時回火可以消除應力，減少畸變和防止開裂。③穩(wěn)定尺寸。工件淬火后的組織一般為馬氏體和部分殘余奧氏體，這兩種組織都不穩(wěn)定，會自發(fā)地發(fā)生轉變，引起工件尺寸和形狀的變化。通過回火可以促使這些轉變，使組織趨于穩(wěn)定，以保證使用過程中不再發(fā)生變形。在前一步65Mn犁鏵片的淬火后得到的馬氏體經(jīng)過這一步的低溫回火得到回火馬氏體，降低脆性，減少內(nèi)應力，硬度不降低或降低2～3HRC,保持高硬度和耐磨性。</p&

24、gt;<p>　　3.2.4組織特點和性能的分析 </p><p>　　淬火組織：淬火是指把鋼加熱到臨界點Ac1或Ac3以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。65Mn鋼屬于高碳鋼，其Ac3是765℃，淬火加熱溫度為830℃，淬火加熱過程中發(fā)生奧氏體相變，珠光體轉變?yōu)閵W氏體，從而可以獲得細小而均勻的奧氏體</p><p>　　

25、圖4 奧氏體等溫轉變曲線圖 </p><p>　　適當溫度淬火后得到細小而均勻的馬氏體組織。在淬火加熱過程中，基體轉變成奧氏體，細小的碳化物顆粒逐漸向基體中溶解。在溶解過程中受加熱溫度影響很大，同時還與碳化物的類型和碳化物的顆粒度有關，尺寸小的碳化物易溶解。當以大于臨界冷卻速度冷卻到馬氏體點Ms之下時，過冷奧氏體即發(fā)生馬氏體轉變。馬氏體轉變分為形核和長大兩個階段，長大速度很快，基本上是瞬時形成，組織的形核

26、受加熱溫度和保溫時間的影響 ，溫度越高，速度越快，越容易形核，晶粒度越小，馬氏體轉變只與溫度有關，與保溫時間是沒有關系的。830℃淬火后的金相組織大部分為片狀馬氏體，局部區(qū)域為板條馬氏體。隨淬火溫度的升高，片狀馬氏體越來越少，板條馬氏體越來越多。但隨淬火溫度的升高，奧氏體晶粒也明顯長大，所形成的板條馬氏體的尺寸也逐漸長大，同時殘余奧氏體量也隨淬火溫度升高而增多，830℃淬火時，殘余奧氏體呈塊狀，分布在板條馬氏體之間，當溫度達到1000℃

27、時，已明顯地形成條狀殘余奧氏體并沿著板條馬氏體分布。</p><p>　　圖5 至水冷端的距離和硬度的關系</p><p>　　回火組織：鋼在淬火后一般很少直徑使用，因為淬火后的組織是馬氏體和殘余奧氏體，并且有內(nèi)應力產(chǎn)生，馬氏體雖然強度、硬度高，但塑性查，脆性大，在內(nèi)應力作用下容易產(chǎn)生變形和開裂；此外，在淬火后組織是不穩(wěn)定的，在室溫下就能緩慢分解，產(chǎn)生體積變化而導致工件變形?；鼗饡r組織

28、與性能的變化隨著回火溫度升高，淬火內(nèi)應力不斷下降或消除，硬度逐漸下降，塑性、韌性逐漸升高。低溫回火后得到回火馬氏體組織，使鋼具有高硬度和耐磨性，良好的塑性和韌性。低溫回火主要用于各種高碳鋼和高碳合金鋼。</p><p>　　3.2.5設備的選擇 </p><p>　　淬火設備：井式電阻爐RJ2-30-9。</p><p>　　圖6 井式電阻爐RJ2-30-9圖&l

29、t;/p><p>　　表6 井式電阻爐RJ2-30-9參數(shù)</p><p>　　低溫回火設備：普通型箱電阻爐 RX5—35—3</p><p>　　圖7普通型箱電阻爐 RX5—35—3圖</p><p>　　表7普通型箱電阻爐 RX5—35—3參數(shù)</p><p>　　3.2.6操作過程中的注意事項</

30、p><p>　?、?犁鏵在加熱和冷卻過程中，應當垂直吊掛，彼此有適當?shù)拈g距，疊壓后要用夾具壓緊回火，確保形變量符合要求；對于彈簧鋼而言，為防止回火脆性的發(fā)生，在中溫回火后應水冷。</p><p>　?、跒榱吮苊饣驕p少犁壁在箱式電爐加熱時的氧化脫碳現(xiàn)象，以防淬火軟點的出現(xiàn)，應在表面刷上或浸泡涂料。</p><p>　?、厶岣呃珑f和犁壁耐磨性 的途徑是提高硬度，但事實上當硬

31、度超過60HRC，犁鏵和犁壁的內(nèi)應力增大，造成微觀裂紋，因此抗疲勞斷裂的能力降低，勢必在犁鏵耕地受到?jīng)_擊時，使犁鏵破碎，因此要嚴格控制回火后的硬度，確保在要求的范圍內(nèi)。</p><p>　?、鼙M管犁鏵和犁壁的硬度范圍在48~60HRC,在同一件產(chǎn)品上的硬度差應小于5HRC，否則將造成零件的硬度不均和變形的增大。</p><p>　　⑤工件在爐內(nèi)加熱時，應均勻放置，防止單面受熱，應放平，避免

32、工件在高溫塑形狀態(tài)因自重而變形。</p><p><b>　　3.3夾具選用</b></p><p>　　由于是小零件，對夾具沒有任何特殊要求。</p><p>　　3.4熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷及預防措施</p><p>　　⑴由于淬火時犁鏵片的淬火溫度為830℃，將犁鏵片用夾具置入水中淬火時發(fā)生馬氏體相變（由奧氏體

33、轉變?yōu)轳R氏體）；在馬氏體、奧氏體、珠光體三種組織中，以馬氏體的比體積最大，奧氏體的比體積最小，并且馬氏體的碳含量越高，其比體積越大；因此工件從奧氏體轉變?yōu)轳R氏體后體積增大，從而產(chǎn)生內(nèi)應力，這種由相變而產(chǎn)生的內(nèi)應力稱為組織應力，馬氏體轉變由于體積增大，其組織內(nèi)應力是很大的，這是淬火時產(chǎn)生變形甚至開裂的重要原因。</p><p>　　預防措施：1.盡量做到均勻加熱及正確加熱工件；</p><p&g

34、t;　　2.淬火時當犁鏵片冷卻到40～50℃時將其從水中取出放置在空氣中冷卻至室溫；</p><p>　　3．進行及時正確的低溫回火，以降低淬火后在犁鏵片內(nèi)部存在的應力。</p><p>　?、粕a(chǎn)中常見的回火缺陷有：硬度過高或過低，硬度不均勻，以及回火產(chǎn)生變形及脆性等。</p><p>　　預防措施：①調(diào)整回火溫度，控制一次裝爐量，在爐內(nèi)設氣流循環(huán)風扇。</

35、p><p>　?、诓捎枚啻纬C直多次加熱，或采用壓具回火等措施來避免回火后工件變形。</p><p>　?、蹜_選擇回火溫度和冷卻方式來防止脆性的出現(xiàn)。</p><p>　　3.5熱處理工藝卡片填寫</p><p>　　見附表1 熱處理工藝卡片。</p><p>　　§4 收獲和體會 </p>

36、<p>　　這次課程設計我與胡磊同學一組，進行了65Mn犁鏵片的熱處理工藝設計，熱處理工藝設計主要是進行零件的加工路線有關熱處理工序和熱處理輔助工序的設計。根據(jù)零件的技術要求，選定能實現(xiàn)技術要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇設備，設計或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡，以上這些內(nèi)容已經(jīng)在本說明書中作了詳細敘述?，F(xiàn)將在設計過程中的點滴體會記錄如下：</p><p>　　本次熱處理課程

37、設計是我在大學里第一次親自動手來設計熱處理方案，此次的熱處理課程設計不僅是對我這學期學的《金屬固態(tài)相變》和《金屬熱處理工藝學》的復習和延伸，而且也為我畢業(yè)以后走上工作崗位做了實踐方面的準備。65Mn鋼是彈簧鋼中的一個牌號，在實際應用中比較廣泛，在很多有關熱處理的手冊上面都有介紹，所以從資料上查找我所需要的數(shù)據(jù)都比較方便。我是2012年12月28日就開始到揚州大學揚子津校區(qū)的昭文圖書館借閱了有關熱處理的書籍，并趕早的熟悉65Mn鋼的性能、

38、和相變轉變溫度，也從網(wǎng)絡上和書籍上初步了解犁鏵片使用時要滿足的性能要求是什么。當我初步了解上述內(nèi)容后，我試著設計犁鏵片的熱處理工藝。第一次設計熱處理工藝總是無從下手的，我在一邊制定工藝一邊記錄下存在的疑問，以便向指導老師探討解決方案。當十九周周一我們的熱處理課程設計開始的時候，我有的放矢的和指導老師探討我設計上的疑問，進度很快。</p><p>　　本次課程設計讓我更加深刻的認識到，大學四年，不是讓我們來學習“弄

39、虛作假”的，而是要學到真才實學的。作為一名材料成型及控制工程的工科學生不單只要具備理論知識，還應具備理論聯(lián)系實際的能力。利用我們學過的知識和查閱圖書館的書籍來設計一個實際生產(chǎn)方案是我們必備的專業(yè)技能。網(wǎng)絡和科技都很發(fā)達，一份熱處理設計書可以從很多途徑獲得，但是我們要明白一句話：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。”只有我們親自去完成一份熱處理設計，才會知道如何按照零件的使用要求來選材，制定熱處理工藝和查閱相關資料獲得熱處理過程中所需要的數(shù)

40、據(jù)和圖表。我們作為一名熱處理工作者一定要以嚴謹?shù)膽B(tài)度來設計我們的方案，精益求精，不容許有半點馬虎。</p><p>　　由于本人和一起合作的**同學均無實際經(jīng)驗，見識和學識尚淺薄，且能力和精力有限，說明書中有許多不足之處，懇請老師斧正，在此向指導老師**老師表示感謝！</p><p><b>　　§5 參考文獻</b></p><p>

41、;　　本說明書使用到的參考文獻如下：</p><p>　　1《熱處理工程師手冊》，樊東黎主編，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　2《熱處理技師手冊》，張玉庭主編，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　3《熱處理手冊（共4卷）》，中國機械工程學會熱處理學會，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　4《熱處理實用數(shù)據(jù)速查手冊》，葉衛(wèi)平主編，機械

42、工業(yè)出版社；</p><p>　　5《金屬熱處理工藝學》，夏立芳，哈爾濱工業(yè)大學出版社；</p><p>　　6《熱處理常見缺陷分析與對策》，王忠誠主編，化學工業(yè)出版社；</p><p>　　7《熱處理技術手冊》，樊東黎主編，化學工業(yè)出版社；</p><p>　　8《金屬固態(tài)相變原理》，徐洲、趙連城主編，科學出版社</p>&l