鋼的熱處理工藝課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　系 主 任

2、 </p><p><b>　　完成日期</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 目的 ———————————————— 1</p><p>　　二 設(shè)計(jì)任務(wù)——————————————— 1</p><p>　　三

3、設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟———————————— 1</p><p>　?。ㄒ唬┝悴考唸D，鋼種和技術(shù)要求———— 1</p><p>　?。ǘ┕ぷ鳁l件，破壞方式，性能要求——— 2</p><p>　?。ㄈ┝悴考娩摰姆治觥?2</p><p>　?。ㄋ模崽幚砉に嚰皡?shù)的論述—————— 5</p><p&g

4、t;　?。ㄎ澹┻x擇加熱設(shè)備——————————— 8</p><p>　?。┕ば蛸|(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)方法———— 8</p><p>　?。ㄆ撸┤毕菁捌浞治觥?9</p><p>　　四 參考文獻(xiàn) —————————————— 10</p><p>　　鋼的熱處理工藝課程設(shè)計(jì)</p><p>&l

5、t;b>　　一、目的</b></p><p>　　1. 深入了解熱處理課程的基本理論</p><p>　　2. 初步學(xué)會制定零部件的熱處理工藝</p><p>　　3. 了解與本設(shè)計(jì)有關(guān)的新技術(shù),新工藝</p><p>　　4. 設(shè)計(jì)盡量采用最新技術(shù)成就,并注意和具體實(shí)踐相結(jié)合,是設(shè)計(jì)具有一定的先進(jìn)性和實(shí)踐性.</p&

6、gt;<p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1. 編寫設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　2. 編制工序施工卡片</p><p>　　3. 繪制必要的工裝圖</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟</b></p><p>　?。ㄒ唬┝?/p>

7、部件簡圖、鋼種和技術(shù)要求</p><p><b>　　1.簡圖</b></p><p>　　2.鋼種 40Cr、YG6(D120、D120Z)</p><p><b>　　3.技術(shù)要求</b></p><p>　　刀體部分 40Cr 40HRC~50HRC</p><p>　

8、　（二）零部件的工作條件、破壞方式和性能要求的分析</p><p>　　1.零部件的工作條件及性能要求</p><p>　　锪刀是對孔的端面進(jìn)行平面、柱面、錐面及其他型面進(jìn)行加工，或在已加工出的孔上加工圓柱形沉頭孔、錐形沉頭孔和端面凸臺的工具。锪刀工作時刃部深入金屬內(nèi)部進(jìn)行切削，被金屬包圍散熱困難，升溫快，尤其是切削速度很高刃部溫度很快達(dá)到600℃左右。因此要求刃部要有高的硬度、耐磨性和紅

9、硬性要高。由于锪刀在很大的軸向壓力下鉆削，受大的壓應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。因此要求具有一定的韌性和高的強(qiáng)度，由于刃部不斷磨損，為了使锪刀能長久的使用，要求刃部應(yīng)淬透。對于柄部來說，它不承擔(dān)切削工作過程中擠壓扭轉(zhuǎn)，要求具有一定的韌度、強(qiáng)度和一定的硬度來保證锪刀良好的鉆削要求且應(yīng)有良好的幾何形狀。</p><p>　　2.零部件的主要破壞方式</p><p>　　(1)刀具的磨粒磨損：磨粒磨損是因?yàn)楣?/p>

10、件材料磨擦劃過刀具的主后刀面而造成的。</p><p>　　(2)月牙洼磨損：月牙洼磨損是由鋼制工件與銑刀之間的化學(xué)作用(即刀具前刀面滲出的碳溶入切屑中)引起的。不過，月牙洼磨損也有可能是由高速切削鑄鐵時切屑劃過刀具前刀面的磨蝕作用所引起。 </p><p>　　(3)溝槽磨損：刀具產(chǎn)生溝槽磨損的原因通常是在全切深情況下被加工工件表面某處的切削條件與其余部分相比發(fā)生惡化造成的。導(dǎo)

11、致工件表面切削條件出現(xiàn)差異的原因可能與工件表面剝落有關(guān)；也可能由冷作應(yīng)力或加工硬化所引起；還有可能與某些似乎無關(guān)緊要的因素（例如油漆），工件表面的油漆有可能對切入工件不太深的切削刃起到一種淬火作用。 </p><p>　　(4)變形：刀具的變形是指刀片在切削熱和切削壓力的作用下發(fā)生軟化和扭曲變形。 </p><p>　　(5)崩刃和碎裂：因?yàn)榍邢魅械拇嘈赃^大，難以承受切

12、削沖擊而發(fā)生碎片崩裂。</p><p>　　(6)熱裂紋與冷卻液有關(guān)當(dāng)傾注到切削刃上的冷卻液不均勻時，切削刃的溫度就會發(fā)生波動，引起刀片膨脹和收縮，從而導(dǎo)致切削刃出現(xiàn)裂紋。</p><p>　?。ㄈ┝悴考娩摰姆治?lt;/p><p>　　1.相關(guān)鋼種化學(xué)成分的作用</p><p><b>　?。?）40Cr</b><

13、;/p><p>　　表1. 40Cr的化學(xué)成分</p><p><b>　　化學(xué)成分作用：</b></p><p>　　A. 碳（C）的影響從鐵碳平衡圖中，我們能清楚的看到，鋼隨著含碳量的增加，鋼的基本組織不同，而且在加熱與冷卻時，組織轉(zhuǎn)變的溫度也不相同。純鐵在加熱與冷卻過程中，僅發(fā)生晶格的變化（同素異形轉(zhuǎn)變）。所以熱處理時其機(jī)械性能幾乎不發(fā)

14、生影響。但是隨著含碳量的增加，熱處理將發(fā)生顯著地作用。如亞共析鋼隨著含金量的增高，淬火后強(qiáng)度、硬度都有顯著提高；同時含碳量的多少也確定了鋼的熱處理工藝。例如亞共析鋼隨著含碳量的增加，它的A3逐漸降低，因而退火、正火、淬火的加熱溫度都隨之降低。而過共析鋼的正火溫度隨著含碳量的增高而增高，但淬火溫度都是在Ac1以上30-50攝氏度。而且隨著鋼中含碳量的增加，淬透性也有所提高，工件淬火后引起的變形也就越大，增加淬火時的困難；同時含碳量增加，使

15、馬氏體點(diǎn)下降殘余奧氏體的數(shù)量增加。如低碳鋼淬火后幾乎不含殘余奧氏體，而高碳鋼則含大量殘余奧氏體。B. 鉻（Cr）的影響 鉻為碳化物形成元素。它能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性；阻止晶粒長大，增加鋼的淬透性，降低鋼的臨界冷卻速度。因而，使鋼在熱處理時，退火、正火、淬火的加熱溫度與所提高。并使它在油中便能淬硬</p><p>　　F. 硫（S）的影響</p><p>

16、;　　硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。 </p><p>　　G. 銅(Cu)和硼(B)的影響 銅在合金鋼中，使鋼的Ac3下降，即使熱處理的加熱度降低；銅還能

17、增加鋼的淬透性和增加鋼的強(qiáng)度。硼為鋼中的微量元素，一般僅在0.001-0.005%之間，它能增加鋼的淬透性，提高鋼的熱處理溫度，而且能提高鋼的強(qiáng)度與硬度。</p><p><b>　?。?）YG6</b></p><p>　　硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的溫度下也基本保持不變，在100

18、0℃時仍有很高的硬度。無需進(jìn)行熱處理硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料?，F(xiàn)在新型硬質(zhì)合金刀具的切削速度等于碳素鋼的數(shù)百倍。</p><p>　　2.相關(guān)鋼種的熱處理工藝性能分析</p><p>　　40Cr熱處理基本參數(shù)</p>

19、<p>　　淬透性：淬透性隨淬火溫度的提高而增加，因?yàn)闇囟壬?，奧氏體晶粒尺寸增大，淬透性提高。40Cr的淬透性較好，高于45號鋼</p><p>　　淬硬性：淬硬性表示鋼淬火時的硬化能力，它取決于淬火后馬氏體中的含碳量，馬氏體中的含碳量越高鋼的淬硬性越高。</p><p>　　變形傾向：淬火后變形分兩種：翹曲變形和體積變形，翹曲變形主要是加熱時工件在爐內(nèi)放置不當(dāng)或搓火前后沒有定

20、型處理貨冷卻不均勻做造成的，另一方面淬火前后組織不一樣引起體積變形，淬火前一般為珠光體組織，淬火后為馬氏體組織，由于兩種組織的比容不同，淬火前后講引起體積變化，從而產(chǎn)生變形，但這種變形只按比例使工件脹縮而不改變形狀。</p><p>　　3.鋼材的組織性能（硬度、強(qiáng)度、耐磨性、塑韌性等）與各種熱處理工藝的關(guān)系</p><p>　　從鐵碳合金相圖來看, 40Cr鋼屬于亞共析鋼, 緩慢冷卻到室

21、溫后的組織為鐵素體+ 珠光體;從鋼的分類來看, 40Cr 鋼屬于低淬透性調(diào)質(zhì)鋼, 具有很高的強(qiáng)度, 良好的塑性和韌性, 即具有良好的綜合機(jī)械性能。40Cr 鋼的原始組織為球狀珠光體，由于球狀的接觸面積小，同時鉻能阻礙碳的擴(kuò)散，而鉻本身擴(kuò)散速度較慢，因此加熱溫度應(yīng)選擇上限，且保溫時間加長，否則球狀滲碳體很難完全溶解而保留下來，造成淬火后硬度及強(qiáng)度下降。加熱溫度越高，馬氏體的百分比也會增加，如50%-99%，組織也會不斷粗大，理論上說，40

22、Cr加熱到850-870后保溫，合金元素就基本上能全部融入奧氏體中且晶粒也不是很粗大，所以在理論上850淬火后的硬度應(yīng)該是最高的，以后隨著溫度的增加，鋼的蓄熱量增加，淬火冷卻時的冷卻速度就下降，因此理論上在850以上溫度淬火硬度會下降。</p><p>　　表2 40Cr的沖擊韌性值(多試樣平均at值)</p><p>　　表3 40Cr退火，正火的布氏硬度（平均值）</p&

23、gt;<p>　　表4 40Cr淬火后回火熱處理的布氏硬度（平均值）</p><p>　　（四）熱處理工藝方案及工藝參數(shù)的論述</p><p>　　1.部件的加工工藝路線及其簡單論證</p><p>　　方案一：下料—鍛造—退火—淬火—回火—清洗—檢查—校直—焊接刀頭—檢查—噴砂—表面處理</p><p>　　方案二：下料

24、—鍛造—焊接刀頭—檢查—退火—淬火—回火—清洗—檢查—矯直—噴砂—表面處理</p><p>　　論證：方案一采用常規(guī)方法，鍛造后先對刀體部分進(jìn)行熱處理，然后在刀體上高頻焊接刀頭部分，方案二采用鍛造后先焊接刀頭，然后對整體進(jìn)行熱處理。若采用方案二中方法，淬火的加熱和冷卻過程中會使硬質(zhì)合金刀頭性能變壞，甚至在加熱過程中焊口發(fā)生變化造成刀頭脫落等。而方案一中的方法，雖然在焊接過程中，在焊口附近的40Cr刀體經(jīng)淬火后的高

25、強(qiáng)度、高硬度的馬氏體組織在高頻焊接過程中轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度和硬度較低的索氏體型珠光體和碎塊狀鐵素體，在這個轉(zhuǎn)變中，刀體的硬度和強(qiáng)度大大降低。但是高頻焊接具有加熱速度快，焊接速度快的特點(diǎn)，對刀體性能影響不大，切高頻焊接效率較高，所以選擇方案一進(jìn)行加工。</p><p>　　2預(yù)備熱處理工藝方案、工藝參數(shù)及其論證</p><p>　　方案：完全退火，加熱溫度：840攝氏度左右，保溫時間：80min，隨

26、爐冷卻至300攝氏度，然后出爐冷卻。</p><p>　　論證：40Cr鋼經(jīng)熱加工后，必須經(jīng)過預(yù)備熱處理來降低硬度，消除熱加工時造成的組織缺陷，細(xì)化晶粒，改善組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。對于40Cr鋼而言，完全退火可以細(xì)化組織，均勻組織，消除魏氏組織，消除內(nèi)應(yīng)力，通常對于亞共析鋼正火的加熱溫度通常為Ac3以上30～50℃，40Cr的含碳量為0.42%，Ac3為800攝氏度，所以將鋼件的加熱溫度確定為840攝氏度。

27、由于刀體最寬部分部分直徑為28mm，所以保溫時間確定為80mm，然后隨爐冷卻至300攝氏度，出爐空冷，得到鐵素體與珠光體。</p><p><b>　　溫度</b></p><p><b>　　840℃</b></p><p><b>　　保溫80min</b></p><p>

28、;<b>　　隨爐降溫</b></p><p><b>　　300℃出爐</b></p><p><b>　　時間</b></p><p>　　3.最終熱處理工藝方案，工藝參數(shù)及論證</p><p>　　1）淬火 840攝氏度，保溫時間：50min，冷卻方式：油冷</p&

29、gt;<p>　　2）中溫回火 回火溫度為360攝氏度，保溫時間：60min 空冷</p><p>　　論證：1.淬火 淬火是將鋼奧氏體化后以大于Vk的速度冷卻，已獲得高硬度的馬氏體（或下貝氏體）組織的熱處理工藝。淬火組織是由淬火馬氏體、殘余奧氏體和剩余碳化物組成。40Cr鋼的淬火溫度一般為830～850℃，其加熱溫度從倆個方面來影響淬火組織和性能。加熱溫度越高，碳化物溶解越多，奧氏體中碳化物及合金

30、元素含量越高，淬透性和淬火硬度上升，在適宜的加熱溫度和保溫時間淬火，可獲得良好的金相組織與硬度的最佳配合。淬火加熱溫度若果太低，會使奧氏體中合金元素固容量不足，油冷后會出現(xiàn)非馬氏體組織，使硬度和強(qiáng)度下降，當(dāng)淬火溫度過高時，碳化物大量溶解，并均勻化，阻止奧氏體晶粒長大的碳化物逐步減少，甚至消失，晶粒開始粗話，淬火后，會出現(xiàn)細(xì)長針狀或者粗大針狀馬氏體組織，形成的過熱組織或者嚴(yán)重過熱組織，殘留奧氏體增多，強(qiáng)度和韌性都達(dá)不到要求。所以淬火加熱溫

31、度確定為840度。根據(jù)公式t=a*k*H，此工件的有效厚度（H）為28mm，所以確定保溫時間為40min。40Cr鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開裂傾向小，所以應(yīng)采用油冷。</p><p>　　圖1 亞共析鋼的C曲線</p><p>　　圖2 40Cr鋼過冷奧氏體冷卻曲線</p><p><b>　　40Cr鋼端淬曲線</b&g

32、t;</p><p>　　2.回火 回火是指將淬火鋼重新加熱至A1以下某預(yù)定溫度并保溫一定時間，然后冷卻至室溫的熱處理工藝。回火的目的是消除或減小淬火應(yīng)力，降低淬火鋼的脆性，達(dá)到零件要求的使用性能，穩(wěn)定鋼件的組織和尺寸。由于工件要求的硬度為40HRC~50HRC，根據(jù)40Cr熱處理工藝性能參數(shù)，在300℃下回火后的硬度為51HRC，在400℃下回火后的硬度為43HRC，所以可采用中溫回火，回火溫度為360℃。雖然

33、此溫度下回火會產(chǎn)生第二類回火脆性，但中溫回火后的組織為回火托氏體組織，回火后的零件具有適當(dāng)?shù)挠捕?，高的彈性極限和韌性。一般回火保溫時間不小于1h，根據(jù)本工件尺寸，選擇保溫時間為60min。</p><p><b>　　溫度</b></p><p><b>　　840℃</b></p><p><b>　　保溫40

34、min</b></p><p><b>　　360℃</b></p><p><b>　　保溫80min</b></p><p><b>　　4.輔助工序方案</b></p><p>　　1)噴砂：運(yùn)用噴砂機(jī)，將砂流沖到工件表面，利用高速砂流的沖擊作用清理和粗化機(jī)體

35、表面的過程，由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件表面的機(jī)械性能得到改善，提高工件的抗疲勞性，，使工件顯得更加美觀，精細(xì)。</p><p>　　2)表面防銹處理：利用拋光，刷防銹漆等方法進(jìn)行表面防銹處理。</p><p><b>　?。ㄎ澹┻x擇加熱設(shè)備</b></p><p>　　1.退火：RX3—30—9中溫箱式電阻爐 其具體參數(shù)見下表

36、</p><p>　　2.淬火：預(yù)熱選用CY2-10-8外加熱式電阻中溫鹽浴爐，最高溫度工作為850℃</p><p>　　3回火：回火選用GY84-92外熱式電阻低溫鹽浴爐，最高工作溫度為550℃。</p><p>　?。┕ば蛸|(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)方法</p><p><b>　?。?）工件表面檢查</b></p

37、><p>　　檢查工件表面有無腐蝕或氧化皮。不得有裂紋及碰傷，表面不得有銹蝕。</p><p><b>　　（2）工件變形檢查</b></p><p>　　根據(jù)圖樣技術(shù)要求檢查工件的撓曲變形、尺寸及幾何形狀的變化。</p><p>　?。?）淬硬層深度檢查</p><p>　　感應(yīng)加熱淬火后應(yīng)檢查淬硬

38、層深度，42CrMo淬硬層深度應(yīng)在8mm左右?？刹捎糜捕确y量。硬度壓痕應(yīng)當(dāng)打在垂直于表面的一條或多條平行線上，而且寬度為1.5mm區(qū)域內(nèi)，最靠近表面的壓痕中心與表面的距離為0.15mm，從表面到各逐次壓痕中心的距離應(yīng)每次增加0.1mm。當(dāng)表面硬化層深度大時，各壓痕中心的距離可以大一些，但在接近極限硬度區(qū)域附近，仍應(yīng)保持壓痕中心之間的距離為0.1mm。用垂直表面橫截面上的硬度變化曲線來確定有效硬化層深度。由繪制的硬度變化曲線，確定從零件

39、表面到硬度值等于極限硬度的距離，這個距離就是感應(yīng)淬火后的有效硬化層深度（有效硬化層深度(DS)：是指從零件表面到維氏硬度等于極限硬度那一層之間的距離。極限硬度(HVHL)：是指零件表面所要求的最低硬度(HVMS)乘以系數(shù)，通常HV1試驗(yàn)力系數(shù)可以選用0.8，也可以選用0.9或者更高。）。</p><p><b>　?。?）硬度檢查 </b></p><p>　　在淬火

40、后檢查包括淬硬層表面及心部硬度，一般用洛氏硬度HRC標(biāo)尺測量。42CrMo 鋼在調(diào)質(zhì),感應(yīng)淬火，低溫回火后，表面硬度可達(dá)HRC50以上，心部硬度可達(dá)35~45。</p><p><b>　　（5）金相組織檢查</b></p><p>　　按技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)行檢查淬硬層的顯微組織：殘留奧氏體數(shù)量，有無反常組織，心部組織是否粗大及鐵素體是否超出技術(shù)要求等，一般在顯微鏡下放大

41、400倍觀察。</p><p><b>　　（七）缺陷及其分析</b></p><p>　　1) 過熱或過燒  </p><p>　　產(chǎn)生原因：由于加熱溫度過高，原材料碳化物偏析嚴(yán)重，局部出現(xiàn)晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件報(bào)廢。</p><p>　　采取措施：嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝要求，加

42、強(qiáng)對原材料的質(zhì)量檢驗(yàn) ，過熱零件進(jìn)行返工后再重新淬火，過燒零件全部報(bào)廢</p><p><b>　　2) 變形開裂</b></p><p>　　產(chǎn)生原因： 加熱速度過快導(dǎo)致溫度不均勻；加熱時間溫度高或保溫時間長；原材料碳化物呈帶狀或網(wǎng)狀，造成偏西嚴(yán)重；淬火后未及時回火或回火不充分</p><p>　　解決措施：正確

43、選擇加熱溫度和保溫時間，加強(qiáng)對原材料的質(zhì)量檢測，選用合理的淬火工藝。</p><p><b>　　3) 表面脫碳：</b></p><p>　　產(chǎn)生原因：脫氧不良，撈雜不徹底，表面氧化皮帶入爐中。</p><p>　　采取措施：進(jìn)行鹽浴脫氧，確保工件的表面清潔，對工件進(jìn)行噴砂或拋丸。</p><p><b

44、>　　4）表面腐蝕</b></p><p>　　產(chǎn)生原因：刃體在加熱過程中，在空氣與鹽浴交界處，出現(xiàn)腐蝕麻點(diǎn)；鹽浴中夾雜物超標(biāo)；工件放置不當(dāng)</p><p>　　采取措施：淬火，回火后應(yīng)及時處理表面的殘?jiān)?，在言語中浸一下可把鄭工件的表面清潔，嚴(yán)格控制熱處理用鹽的純度，盡量避免雜質(zhì)的混入。刀具要清洗感性，并進(jìn)行噴砂處理。</p><p><b&

45、gt;　　5）硬度不合格</b></p><p>　　硬度過高一般是因回火溫度不夠造成的，回火后硬度不足主要是回火溫度過高造成的。</p><p>　　采取措施：退火后重新淬火回火。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1《熱處理工程師手冊》，樊東黎主編，機(jī)械工業(yè)出版社；<

46、/p><p>　　2《熱處理手冊（共4卷）》，中國機(jī)械工程學(xué)會熱處理學(xué)會，機(jī)械工業(yè)出版社；</p><p>　　3《金屬熱處理工藝學(xué)》，夏立芳，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社；</p><p>　　4《熱處理常見缺陷分析與對策》，王忠誠主編，化學(xué)工業(yè)出版社；</p><p>　　5《金屬材料金相圖譜》，李炯輝主編，機(jī)械工業(yè)出版社；</p>&