T10鋼車刀熱處理工藝

1、摘 要T10鋼車刀是用于車削加工的、具有一個(gè)切削部分的刀具。 車刀是切削加工中應(yīng)用最廣的刀具之一。車刀的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲(chǔ)切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。在切削過(guò)程中，刀具的切削部分要承受很大的壓力、摩擦、沖擊和很高的溫度。因此，刀具材料必須具備高硬度、高耐磨性、足夠的強(qiáng)度，韌性和抗氧化性，還需具有高的耐熱性（紅硬性），即在高溫下仍能保持足夠硬度的性能。關(guān)鍵詞 切削 耐磨 高硬度 紅硬性技術(shù)要求 高硬度，高耐磨性是刀具最重要的使用性能之一，若沒(méi)有足夠的高的硬度是不能進(jìn)行切削加工的。否則，在應(yīng)力作用下，工具的形狀和尺寸都要發(fā)生變化而

2、失效。高耐磨性則是保證和提高工具壽命的必要性，除了以上要求紅硬性及一定的強(qiáng)度和韌性。在化學(xué)成分上，為了使工具鋼尤其是刃具鋼具有較高的硬度，通常都使其含有較高的的碳（W（C）=0.65%1.55%），以保證淬火后獲得高碳馬氏體，從而得到高的硬度和切斷抗力，這對(duì)減少防止工具損壞是有利的。大量的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)又可提高耐磨性，碳素工具鋼的理想淬火組織應(yīng)該是細(xì)小的高碳馬氏體和均勻細(xì)小的碳化物，工具鋼在熱處理前都應(yīng)進(jìn)行球化退火，以使碳化物呈細(xì)小的顆粒狀且分布均勻。工作條件及性能要求刃具在切削過(guò)程中，刀刃與工件表面金屬相互作用，使切削產(chǎn)生變形與斷裂，并從工件整體剝離下來(lái)。故刀刃本身承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力和沖

3、擊、振動(dòng)等負(fù)載荷作用。由于切削層金屬的變形及刃具與工件、切削的摩擦產(chǎn)生大量的摩擦熱，均使刃具溫度升高。切屑速度越快，則刃具的溫度越高，有時(shí)刀刃溫度可達(dá)600左右。失效形式及使用性能刀刃是的失效形式有很多種，磨損是刀具失效的主要原因之一，如崩刃，折斷和斷裂等等。（1）為了保證刃具的使用壽命，應(yīng)要求有足夠的耐磨性。高的耐磨性不僅決定于高硬度，同時(shí)也取決于鋼的組織。在馬氏體基體上分布著彌散的碳化物，尤其是各種合金碳化物能有效地提高刃具鋼的耐磨能力。（2）為了保證刀刃能進(jìn)入工件并防止卷刀，必須使刃具具有高于被切削材料的硬度（一般應(yīng)在60HRC以上，加工軟材料時(shí)可取4555HRC），故工具鋼應(yīng)是以高碳馬

4、氏體為基體組織。（3）由于在各種形式的切削過(guò)程中，工具承受沖擊，振動(dòng)等作用，應(yīng)當(dāng)要求刀具有足夠的塑性和韌性，以防使用中崩刀或折斷。（4）為了使刀具能承受切削熱的作用，防止在使用過(guò)程中因溫度升高而導(dǎo)致硬度下降，應(yīng)要求刃具具有高的紅硬性。鋼的紅硬性是指鋼在受熱條件下，仍能保持足夠的硬度和切削能力，這種性能成為鋼的紅硬性。紅硬性可以用高溫回火后在室溫條件下測(cè)得的硬度直來(lái)表示。所以紅硬性是鋼抵抗多次高溫回火軟化的能力，實(shí)質(zhì)上這是一個(gè)回火抗力的問(wèn)題。 用T10鋼制造形狀簡(jiǎn)單的車刀，基本工藝路線為：礦石鑄態(tài)組織鍛造熱處理1機(jī)加工（品質(zhì)）熱處理2（淬火+回火+表面熱處理）磨加工（磨削）。T10碳素刃具鋼含碳

5、量：W（C）=1%左右 工作溫度：低于200性能：高硬度，成本低。缺點(diǎn)：淬透性低，紅硬性差，耐磨性不足。熱處理工藝：球化退火+淬火（水油雙淬火）+低溫回火（150250）過(guò)共析鋼：不完全淬火+低溫回火 組織：隱晶馬氏體+未溶碳化物鍛造鍛造是利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。鍛造和沖壓同屬塑性加工性質(zhì)，統(tǒng)稱鍛壓。鍛造是機(jī)械制造中常用的成形方法。通過(guò)鍛造能消除金屬的鑄態(tài)疏松、焊合孔洞，鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。機(jī)械中負(fù)載高、工作條件嚴(yán)峻的重要零件，除形狀較簡(jiǎn)單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。鍛造按坯料

6、在加工時(shí)的溫度可分為冷鍛和熱鍛。熱鍛壓是在金屬再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的鍛壓。提高溫度能改善金屬的塑性，有利于提高工件的內(nèi)在質(zhì)量，使之不易開(kāi)裂。高溫度還能減小金屬的變形抗力，降低所需鍛壓機(jī)械的噸位。但熱鍛壓工序多，工件精度差，表面不光潔，鍛件容易產(chǎn)生氧化、脫碳和燒損。冷鍛壓是在低于金屬再結(jié)晶溫度下進(jìn)行的鍛壓，通常所說(shuō)的冷鍛壓多專指在常溫下的鍛壓，而將在高于常溫、但又不超過(guò)再結(jié)晶溫度下的鍛壓稱為溫鍛壓。溫鍛壓的精度較高，表面較光潔而變形抗力不大。 鍛壓可以改變金屬組織，提高金屬性能。鑄錠經(jīng)過(guò)熱鍛壓后，原來(lái)的鑄態(tài)疏松、孔隙、微裂等被壓實(shí)或焊合；原來(lái)的枝狀結(jié)晶被打碎，使晶粒變細(xì)；同時(shí)改變?cè)瓉?lái)的碳化物偏析和

7、不均勻分布，使組織均勻，從而獲得內(nèi)部致密、均勻、細(xì)微、綜合性能好、使用可靠的鍛件。熱處理1球化退火對(duì)于含碳量大于0.6%的各種工具鋼，磨具鋼，軸承鋼，共析、過(guò)共析鋼的鍛軋件等，為了改善其各類性能或提高最終熱處理組織和性能，常常采用退火或球化退火工藝。球化退火是高碳鋼預(yù)先熱處理工藝，退火一般為爐內(nèi)緩冷，為其淬火工藝中均勻奧氏體化提供組織準(zhǔn)備。球化退火方法分為四類：1將鋼加熱到接近臨界溫度A1長(zhǎng)時(shí)間保溫。2將鋼加熱到略高于臨界溫度A1并經(jīng)短時(shí)間保溫形成不均勻奧氏體及部分未溶碳化物，然后通過(guò)緩慢冷卻或低于臨界點(diǎn)等溫分解，或在A1點(diǎn)上下循環(huán)加熱冷卻數(shù)次以使碳化物球化。3高溫固溶后淬火和高溫回火。4形變

8、球化退火。T10屬于碳素工具鋼，含碳量為1%左右。球化退火的作用是消除鋼中網(wǎng)狀碳化物，改善金相組織，（因?yàn)殄懺旌缶Я４执螅捕容^高。）提高塑性，韌性，降低鋼的硬度，以利于切削加工，減少最終熱處理時(shí)的變形開(kāi)裂趨勢(shì)，而且也為淬火做好組織上的準(zhǔn)備。退火溫度為Ac1Acm 之間 ,必須嚴(yán)格控制退火加熱溫度。退火后的組織為體基體上分布著均勻的、細(xì)小的碳化物顆粒。硬度應(yīng)達(dá)到41HRC左右。T10鋼球化退火后的組織： 機(jī)加工機(jī)加工又叫機(jī)械加工，基本上有我們和熟悉的車，銑，刨，磨，鉆，鏜，線切割等等。機(jī)械加工主要有手動(dòng)加工和數(shù)控加工兩大類。手動(dòng)加工是指通過(guò)機(jī)械工人手工操作銑床、車床、鉆床和鋸床等機(jī)械設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)

9、對(duì)各種材料進(jìn)行加工的方法。手動(dòng)加工適合進(jìn)行小批量、簡(jiǎn)單的零件生產(chǎn)。 數(shù)控加工（CNC）是指機(jī)械工人運(yùn)用數(shù)控設(shè)備來(lái)進(jìn)行加工，這些數(shù)控設(shè)備包括加工中心、車嫌工中心、電火花線切割設(shè)備、螺紋切削機(jī)等。目前，絕大多數(shù)的機(jī)加 工車間都采用數(shù)控加工技術(shù)。通過(guò)編程，把工件在笛卡爾坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)（X，Y，Z）轉(zhuǎn)換成程序語(yǔ)言，數(shù)控機(jī)床的CNC控制器通過(guò)識(shí)別和解釋程序語(yǔ)言來(lái) 控制數(shù)控機(jī)床的軸，自動(dòng)按要求去除材料，從而得到精加工工件。數(shù)控加工以連續(xù)的方式來(lái)加工工件，適合于大批量、形狀復(fù)雜的零件。機(jī)加工過(guò)程中可以進(jìn)行正火或退火處理，一般是按照?qǐng)D紙要求加工成我們需要的工件，這是粗加工的工藝過(guò)程，為后面的熱處理和精加工

10、做準(zhǔn)備。熱處理2淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1（鋼的下臨界點(diǎn)溫度）以上某一溫度，保持一定的時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見(jiàn)的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級(jí)淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等，淬火的目的是使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，淬火加熱溫度的選擇：通常亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac33050 ，共析鋼及過(guò)共析鋼為Ac13050，對(duì)于T10鋼（過(guò)共析鋼），Ac1為730，其加熱溫度為Ac13050，即770,780,790。另外，選擇淬火加熱溫度還要考慮工件的尺寸大小和形狀，加熱設(shè)備，合金成分等。保溫時(shí)間

11、的確定：加熱時(shí)間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所需的加熱介質(zhì)及加熱方法等因素有關(guān)，一般可按照經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算。 溫時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式為：t=KD(分鐘)，其中：D是工件有效厚度, 單位為mm; K是加熱系數(shù)，一般K=1.01.5分鐘/mm熱處理2是淬火+低溫回火，淬火獲得碳化物+馬氏體，獲得刀具應(yīng)該的高硬度和高的硬度，淬火后的硬度大約為63HRC左右，可以進(jìn)行幾次的回火，使性能更穩(wěn)定，回火為了獲得回火馬氏體，回火作用是使T10鋼有一定的硬度，從而提高車刀的加工性能，低溫回火使孿晶馬氏體中過(guò)飽和碳原子沉淀析出碳化物彌散分布在馬氏體相中，提高馬氏體穩(wěn)定性，同時(shí)使淬火微裂紋焊和，即提高鋼的韌性，又保持較高的

12、硬度，強(qiáng)度和耐磨性，減輕零件開(kāi)裂可能性，緩解淬火造成的嚴(yán)重內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)回火后的硬度一般為58-64HRC，回火后硬度并沒(méi)有降低?；鼗鸬哪康模? 消除淬火過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的殘余應(yīng)力；2 是淬火馬氏體時(shí)效析出碳化物，獲得回火馬氏體，回火屈氏體或回火索氏體組織，在不降低強(qiáng)度和硬度情況下提高材料的塑性和韌性，獲得優(yōu)良的機(jī)械性能；3 使淬火過(guò)程中不穩(wěn)定的馬氏體和殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成溫度的組織，穩(wěn)定零件尺寸。淬火+低溫回火后的T10鋼： 回火溫度與硬度的關(guān)系： 磨加工磨加工也稱為磨削加工。磨削就是用砂輪、油石和磨料（氧化鋁、碳化硅等微粒）磨削是用磨具以較高的線速度對(duì)工件表面進(jìn)行切削加工的方法，使材料

13、可以獲得較高的精度和表面粗糙度，它是工件精加工的常用方法之一。通常把使用砂輪進(jìn)行加工的機(jī)床稱為磨床。 磨加工砂輪是有許多細(xì)小且極硬的磨料微粒，用結(jié)合劑粘結(jié)的一種切削工具。從它的切削作用來(lái)看，砂輪表面上的每一顆微細(xì)磨粒，其作用相當(dāng)于一把細(xì)微刀刃，磨加工如同無(wú)數(shù)細(xì)微刀刃同時(shí)切削。磨削過(guò)程中，磨粒的棱角磨鈍后，因切削力的作用，往往自行破碎或脫落而露出新的鋒利的磨礪，這種現(xiàn)象稱為砂輪的自銳性。 磨料磨削過(guò)程中產(chǎn)生大量熱量，因此需要用大量流動(dòng)的冷卻水降溫。磨削加工的范圍很廣，幾乎各種表面都可以用磨削進(jìn)行加工，如內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、各種平面以及螺紋、齒輪、花鍵、成型面等。此外，磨削可加工淬火鋼、硬質(zhì)合

14、金等一般刀具難以加工的較硬材料。由于砂輪的多刃性、自銳性等特點(diǎn)，而且磨削是切削速度很高，以及磨床本身精度較高等原因，工件磨削后的精度和表面光潔度都很高，一般磨削精度達(dá)1-2級(jí)，朝精磨削時(shí)，精度可達(dá)1級(jí)以上，目前，磨加工一般都作為零件表面的精加工工序，但也可以用于毛坯的預(yù)加工和清理等粗加工工作。磨削加工具有以下特點(diǎn)： 1加工精度高、表面粗糙度小。由于磨粒的刃口半徑小，能切下一層極薄的材料，又由于砂輪表面上的磨粒多，磨削速度高，30-35m/s，同時(shí)參加切削的磨粒很多，在工件表面上形成細(xì)小而致密的網(wǎng)絡(luò)磨痕，再加上磨床本身的精度高、液壓傳動(dòng)平穩(wěn)和微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)。因此，磨削的加工精度高，表面粗糙度小。2

15、徑向分力大。磨削加工時(shí)，由于磨削深度和磨粒的切削厚度都較小，但因?yàn)樯拜喤c工件的接觸寬度大，磨粒的切削能力較差，3磨削溫度高。由于具有較大負(fù)前角的磨粒在高壓和高速下對(duì)工件表面進(jìn)行切削、劃溝和滑擦作用，砂輪表面與工件表面之間的摩擦非常嚴(yán)重，消耗功率大，產(chǎn)生的切削熱多。又由于砂輪本身的導(dǎo)熱性差。因此，大量的磨削熱在很短的時(shí)間內(nèi)不易傳出，使磨削區(qū)的溫度很高，有時(shí)高達(dá)800-100度。4砂輪有自銳性。砂輪有自銳性可使砂輪進(jìn)行連續(xù)加工。這是其它刀具沒(méi)有的特性。5應(yīng)用范圍廣，一般的工件表面都可采用磨削加工。6可加工高硬度材料磨削不僅能加工如鑄鐵、碳鋼、合金鋼及部分有色金屬等一般的金屬材料，而且可加工一般刀具難以加工的高硬度材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃及高硬度的復(fù)合材料等。磨削通常不宜加工塑性較高的材料（砂輪會(huì)被金屬碎屑堵塞，使磨削無(wú)法進(jìn)行，而且易劃傷已加工表面），如較軟的銅、鋁等有色金屬。 組織分析圖球狀P粒狀P碳化物+馬氏體回火馬氏體鋼的表面熱處理 通過(guò)對(duì)零件表面加熱和冷卻來(lái)改變零件表面性能的熱處理方法稱為表面熱處理。常有感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、鹽浴加熱、激光加熱和電子束加熱等表面熱處理方法，通過(guò)表面熱處理，可獲得滿足設(shè)計(jì)要求深度的表面硬化層，而零件芯部仍保持原來(lái)的顯微組織和性能不變，從而達(dá)到提高表面疲勞強(qiáng)度和耐磨性能。熱處理后主要缺