钢车刀的热处理技术.docx

攀枝花学院本科课程设计（论文）T10钢车刀热处理工艺设计学生姓名：冯康学生学号：院（系）：材料学院年级专业：年23级材料成型及控制工程1班指导教师：孙青竹副专家二。一六年六月攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目TlO车刀热处理工艺设计K课程设计的目a使学生理解、设计TlO车刀热处理生产工艺，重要目的：（1）培养学生综合运用所学的热处理课程日勺知识去处理工程问题日勺能力，并使其所学知识得到巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般措施、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、原则和规范。2、课程设计的内容和规定（包括原始数据、技术规定、工作规定等）内容：进行零件附加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序口勺设计。根据零件的技术规定，选定能实现技术规定In热处理措施，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最终，写出设计阐明书，阐明书中规定对各热处理工序的工艺参数口勺选择根据和各热处理后的显微组织作出阐明。规定：（1）分析生产加工及热处理过程中也许出现的缺陷，针对这些缺陷提出防止措施或补救措施。（2）提交设计阐明书（或设计汇报），35千字，提交设计阐明书。3、重要参照文献1崔明择主编.工程材料及其热处理M.北京：机械工业出版社，2023.7.2崔忠析主编.金属学与热处理（第二版）M.北京：机械工业出版社，2023.53王建安.金属学与热处理M.北京：机械工业出版社，19804中国机械工程学会.热处理手册M.北京：机械工业出版社，2023.75范逸明.简要金属热处理工手册M.北京：国防工业出版社，2023.34、课程设计工作进度计划第13周：对给定题目进行认真分析，查阅有关文献资料，做好原始记录。第14周：撰写课程设计阐明书，并进行修改、完善，提交设计阐明书。指导教师（签字）日期年月日教研室意见:年月日学生（签字）:接受任务时间：年月日课程设计（论文）指导教师成绩评估表指导教师评语题目名称TlO车刀热处理工艺设计评分项目分值得分评价内涵20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过试验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完毕规定的任务，工作量饱满。35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与处理实际问题，能对的处理试验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅有关文献和从事其他调研；能提出并很好地论述课题的实行方案：有搜集、加工多种信息及获取新知识的能力。06设计（试验）能力，方案的设计能力5能对的设计试验方案，独立进行装置安装、调试、操作等试验工作，数据对小J、可靠；研究思绪清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或试验成果日勺分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据搜集、分析、处理、综合H勺能力。45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业有关规范或规定规定：规范化符合本文献第五条规定。10设计阐明书（论文）质量30综述简洁完整，有见解；立论对I内，论述充足，结论严谨合理；试验对的，分析处理科学。11创新10对前人工作有改善或突破，或有独特见解。成绩指导教师签名:本课程重要设计TlO钢用来制造车刀0¾重要热处理设计流程,包括车刀工作条件及失效形式分析。刀具材料必须具有高硬度、高耐磨性、足够日勺强度，韧性和抗氧化性，还需具有高的耐热性（红硬性），即在高温下仍能保持足够硬度的性能。详细工艺流程以及热处理工艺流程包括预备热处理是球化退火：加热至750一最终热处理是淬火：加热至790"C水冷；回火：低温回火150f空冷。关键词：耐磨高硬度红硬性热处理摘要I1、设计任务11.1设计任务112设计的技术规定12、设计方案22.1 变速箱设计的分析21 .1.1工作条件及性能规定22 .1.2失效形式及使用性能22. 2钢种材料23、设计阐明43.1加工工艺流程43. 2详细热处理工艺4预备热处理工艺4最终热处理54、质量检测75、缺陷与分析86、结束语97、热处理工艺卡10参考文献H1设计任务1.1 设计任务Tio钢车刀热处理工艺设计。1.2 设计的技术规定高硬度，高耐磨性是刀具最重要日勺使用性能之一，若没有足够的高B硬度是不能进行切削加工时。否则，在应力作用下，工具日勺形状和尺寸都要发生变化而失效。高耐磨性则是保证和提高工具寿命的必要性，除了以上规定红硬性及一定的强度和韧性。在化学成分上，为了使工具钢尤其是刃具钢具有较高B¾硬度，一般都使其具有较高的的碳(W(C)=0.65%1.55%),以保证淬火后获得高碳马氏体，从而得到高B硬度和切断抗力，这对减少防止工具损坏是有利的。大量的含碳质量分数又可提高耐磨性，碳素工具钢的理想淬火组织应当是细小的高碳马氏体和均匀细小的碳化物，工具钢在热处理前都应进行球化退火，以使碳化物呈细小0颗粒状且分布均匀。2设计方案2.1 变速箱设计的分析2.1.1 工作条件及性能规定刃具在切削过程中，刀刃与工件表面金属互相作用，使切削产生变形与断裂，并从工件整体剥离下来。故刀刃自身承受弯曲、扭转、剪切应力和冲击、振动等负载荷作用。由于切削层金属的变形及刃具与工件、切削的摩擦产生大量的摩擦热，均使刃具温度升高。切屑速度越快，则刃具的温度越高，有时刀刃温度可达600左右。2.1.2 失效形式及使用性能刀刃是B¾失效形式有诸多种，磨损是刀具失效B¾重要原因之一，如前刀面损,刀尖磨损和后刀面磨损。按道具破损可分为：切削刃微崩，切削刃或刀尖崩碎，刀片或刀具折断，刀片表层剥落，切削部位塑性变型和刀片的热裂。为了保证刃具的使用寿命，应规定有足够的耐磨性。高的耐磨性不仅决定于高硬度，同步也取决于钢日勺组织。在马氏体基体上分布着弥散0碳化物，尤其是多种合金碳化物能有效地提高刃具钢的耐磨能力。为了保证刀刃能进入工件并防止卷刀，必须使刃具具有高于被切削材料B¾硬度(一般应在60HRC以上，加工软材料时可取4555HRC),故工具钢应是以高碳马氏体为基体组织。由于在多种形式的切削过程中，工具承受冲击，振动等作用，应当规定刀具有足够B塑性和韧性，以防使用中崩刀或折断。为了使刀具能承受切削热日勺作用，防止在使用过程中因温度升高而导致硬度下降，应规定刃具具有高日勺红硬性。钢的红硬性是指钢在受热条件下，仍能保持足够的硬度和切削能力，这种性能成为钢的红硬性。红硬性可以用高温回火后在室温条件下测得的硬度直来表达。因此红硬性是钢抵御多次高温回火软化的能力，实质上这是一种回火抗力的问题。2. 2钢种材料选用Tlo碳素刃具钢，含碳量：W(C)=1%左右，工作温度：低于200C。性能：高硬度，成本低。缺陷：淬透性低，红硬性差，耐磨性局限性。因其生产成本低，冷、热加工工艺性能好，热处理工艺(淬火+低温回火)简朴，热处理后有相称高的硬度(58-64HRC),切削热不大(<20(TC)时具有很好的耐磨性。因此在生产上获得广泛应用。对于侧重于规定韧性的工具如塞子、凿子、冲子等多采用T7、T8（八）钢；侧重规定硬度和耐磨性的工具如铿刀、刨刀多采用T12（八）,T13（八）钢；规定较高硬度和一定韧性0工具如小钻头、丝锥、低速车刀等多采用T9TlI（八）钢等。碳素刃具钢的缺陷是淬透性低、回火稳定性小，红硬性差。因此，碳素刃具钢只能用于制造手用工具、低速及小走刀量的机用刀具。碳素刃具钢淬火时需用水冷，形状复杂的工具易于淬火变形，开裂危险性大等。当对刃具性能规定较高时，就必须采用合金刃具钢。3设计阐明2.1 加工工艺流程用TlO钢制造形状简朴的J车刀，基本工艺路线为：下料f铸造f预备热处理（球化退火）一切削加工f最终热处理（淬火、回火等）一磨加工一磨刃3. 2热处理工艺预备热处理球化退火：对于含碳量不小于0.6机内多种工具钢，磨具钢，轴承钢，共析、过共析钢的锻轧件等，为了改善其各类性能或提高最终热处理组织和性能，常常采用退火或球化退火工艺。球化退火是高碳钢预先热处理工艺，退火一般为炉内缓冷，为其淬火工艺中均匀奥氏体化提供组织准备。TlO属于碳素工具钢，含碳量为1%左右。球化退火的作用是消除钢中网状碳化物，改善金相组织，（由于铸造后晶粒粗大，硬度较高。）提高塑性，韧性，减少钢的硬度，以利于切削加工，减少最终热处理时的变形开裂趋势，并且也为淬火做好组织上的准备。退火温度为ACrACm之间，必须严格控制退火加热温度。退火后的组织为体基体上分布着均匀的、细小的J碳化物颗粒。硬度应到达41HRC左右。（2）工艺流程：20分钟均匀加热至750保温40分钟一20分钟匀速冷却至690C保温80分钟一炉冷到600°C-最终空冷时间/ nun图3. 1球化退火图最终热处理淬火淬火：指将钢件加热到Ac3或Acl（钢0下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以合适0¾冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等，淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，淬火加热温度於J选择：一般亚共析钢淬火加热温度为Ac3+3050,共析钢及过共析钢为Acl+3050,对于TIO钢（过共析钢），ACI为730,其加热温度为Acl+3050°C,即770,780,790。此外，选择淬火加热温度还要考虑工件的尺寸大小和形状，加热设备，合金成分等。保温时间确实定：加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热措施等原因有关，一般可按照经验公式来估算。最终热处理是淬火+低温回火，淬火获得碳化物+马氏体，获得刀具应当B高硬度，淬火后的硬度大概为63HRC左右，可以进行几次的回火，使性能更稳定，回火为了获得回火马氏体，回火作用是使TlO钢有一定的硬度，从而提高车刀的加工性能，低温回火使挛晶马氏体中过饱和碳原子沉淀析出碳化物弥散分布在马氏体相中，提高马氏体稳定性，同步使淬火微裂纹焊和，即提高钢B韧性，又保持较高B硬度，强度和耐磨性，减轻零件开裂也许性，缓和淬火导致B严重内应力状态回火后B硬度一般为58-64HRC,回火后硬度并没有减少。回火0¾目B¾:消除淬火过程中产生0热应力和组织应力的残存应力；是淬火马氏体时效析出碳化物，获得回火马氏体，回火屈氏体或回火索氏体组织,在不减少强度和硬度状况下提高材料的塑性和韧性，获得优良的机械性能;使淬火过程中不稳定B马氏体和残存奥氏体转变成温度的组织，稳定零件尺寸。淬火、回火表表3T：淬火回火一览表加热速度(min)加热温度()保温时间(min)冷却方式淬火579050水冷回火515060空冷4质量检测i.原材料进厂入库检测原材料硬度检测碳化物不均匀检测表面脱碳检测淬火试验2 .刀具退火质量检测退火时应防止氧化脱碳，退火后B型变量应不不小于加工余量013,如形变超差，容许较直，不过较直后必须补充去应力退火3 .调质质量检测调制处理后一般只检测硬度，HRC应在40左右4.最终热处理检测检测项目检测措施淬火前检测检测有无形变超差、裂纹和碰伤等淬火现场检测校正仪器仪表，淬火晶粒度和淬火后硬度检测回火后检测用肉眼或放大镜观测表面有无裂缝、烧伤等硬度检测洛氏硬度最佳控制在65-67HRC弯曲检查较直并进行去应力红硬性检测600摄氏度下保温4小时检测其洛氏硬度刀具表面质量检测检测表面有无过少或麻点等5缺陷与分析TlO是最常见0¾一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能到达60HRC以上，不过，此钢淬透性低，且耐热性差(250),在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒。韧性尚可，强度及耐磨性均较T7-T9高些，但热硬性低，淬透性仍然不高，淬火变形大。淬火缺陷：过热:在淬火加热时，由于温度过高或者时间过长导致奥氏体晶粒粗大，并且易于引起淬火裂纹。导致工件强度和韧性减少，易于产生脆性断裂。轻微B¾过热可用延长回火时间来补救。严重的过热则需进行一次细化晶粒退火，然后在重新淬火。氧化和脱碳：淬火加热时，钢制零件与周围加热介质互相作用往往会产生氧化和脱碳等缺陷。氧化使工件尺寸减小，表而光洁程度减少，严重影响淬火冷却速度，进而使淬火工件出现软点或硬度局限性等新日勺缺陷。工件表面脱碳会减少淬火后钢的表面硬度、耐磨性，并明显减少其疲劳强度。因此必须注意防止氧化和脱碳现象。钢在加热时，在保证组织转变的条件下，加热温度应尽量低，保温时间尽量短。采用良好的盐浴加热或可控气氛加热等措施可以防止钢的氧化。6结束语本课程重要设计TlO钢用来制造车刀B¾重要热处理设计流程，包括车刀工作条件及失效形式分析。车刀是切削加工中应用最广的刀具之一。车刀的工作部分就是产生和处理切屑H部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的构造、排屑或容储切屑H空间、切削液的J通道等构造要素。在切削过程中，刀具的切削部分要承受很大B压力、摩擦、冲击和很高B温度。因此，刀具材料必须具有高硬度、高耐磨性、足够的强度，韧性和抗氧化性，还需具有高的耐热性（红硬性），即在高温下仍能保持足够硬度B¾性能。对车刀进行性能、技术规定分析，选定钢种TlO钢，确定加工工艺流程：下料一铸造一预备热处理（球化退火）一切削加工一最终热处理（淬火、回火等）f磨加工f磨刃。设计其最终热处理和质量检测，最终进行缺陷分析，制定热处理工艺卡。详细工艺流程以及热处理工艺流程包括预备热处理是球化退火：加热至750f最终热处理是淬火：加热至790C一水冷；回火：低温回火150Cf空冷。7热处理工艺卡片零件名称：车刀热处理工艺卡处理规定：球化退火、淬火、低温回火热处理技术规定：温度时间控制恰当硬度：6065HRC材料：TlO钢工序号名称设备工IL-装料工艺规范冷却备注工具数量一工具装数量/件温度rc加热时闻保温时/h间合计介质温度/1球化退火75003h0.6炉冷6902球化退火6901.3炉冷6003球化退火6000空气254淬火7902h0.8水255一次回火1500.51空气256二次回火1500.51空气257三次回火1500.51空气25更该日期更改单号更改原则更改者参照文献12 邓承轩，陈冬梅.改善TlO钢热处理工艺的研究J.1984.083 郑庆行.碳素工具钢热处理与组织分析J.2023(1).4 崔中圻.覃耀春.金属学与热处理(第2版)M.北京.机械工业出版社.2023,3,294297.5 潘金生.材料科学基础M.北京：清华大学出版社，2023.