江蘇大學(xué)常規(guī)熱處理課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上金屬材料學(xué)課程設(shè)計(常規(guī)熱處理)齒輪銑刀的熱處理工藝設(shè)計學(xué) 院： 學(xué)生學(xué)號： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師姓名： 邵紅紅 紀(jì)嘉明 2013年7月齒輪銑刀的熱處理工藝設(shè)計指導(dǎo)老師姓名： 邵紅紅 紀(jì)嘉明1 齒輪銑刀零件圖圖 1 齒輪銑刀零件圖齒輪銑刀尺寸如表1 所示。表1 齒輪銑刀的尺寸數(shù)據(jù)（單位：mm）品種規(guī)格DdB齒輪銑刀M5.5953218.42 服役條件及提出的性能要求和技術(shù)指標(biāo)2.1 服役條件刀具在切削的主要材料是金屬材料，在機床上的切削速度較大，會產(chǎn)生較大的切削熱量，刀尖上的溫度較高。刀具在切削時，刀尖與工件之間，刀尖與切除的切削之間會產(chǎn)生強烈的摩擦，因此

2、要求刀具必須有高的硬度。一般來說，刀具的硬度越高，耐磨性也越好。刀尖要承受擠壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，還要承受不同程度的沖擊力，因此刀具必須具備較高的抗彎強度和擠壓強度，還應(yīng)有較高的沖擊韌性。同時伴隨摩擦還會產(chǎn)生高溫，因此刀具必須具備高溫硬度和熱硬性，特別是高速切削和加工難切削材料時熱硬性尤為重要。2.2 性能要求（1）高硬度和耐磨性在常溫下，切削部分材料必須具備足夠的硬度才能切入工件；具有高的耐磨性，刀具才不磨損，延長使用壽命。（2）好的耐熱性刀具在切削過程中會產(chǎn)生大量的熱量，尤其是在切削速度較高時，溫度會很高，因此，刀具材料應(yīng)具備好的耐熱性，既在高溫下仍能保持較高的硬度，有能繼續(xù)進行切削的性能，這

3、種具有高溫硬度的性質(zhì)，又稱為熱硬性或紅硬性。（3）高的強度和好的韌性在切削過程中，刀具要承受很大的沖擊力，所以刀具材料要具有較高的強度，否則易斷裂和損壞。由于銑刀會受到?jīng)_擊和振動，因此，銑刀材料還應(yīng)具備好的韌性，才不易崩刃，碎裂。2.3 技術(shù)指標(biāo)（1）硬度：6366 HRC，600時50 HRC；（2）抗彎強度：3.54.0 Gpa ；（3）沖擊韌性：0.30.4 MJm2 。3 選材 3.1 常用材料比較分析通用刀具如銑刀這種較復(fù)雜的刀具其制造工藝簡單，制造精度相對而言較低?？紤]到刀具成本中材料消耗費用所占比重較大，所以常用通用型高速鋼制造?？蛇x材料有 W18Cr4V（W18）、 W9Mo3

4、Cr4V、 W14Cr4VMnXt、 W6Mo5Cr4V2（M2）。 W18Cr4V（W18）鋼具有低的過熱敏感性, 可熱塑變溫度范圍寬, 抗氧化脫碳能力強, 可加工性、可磨削性好; 缺點為萊氏體組織粗大, 碳化物分布不均勻, 導(dǎo)熱性、熱塑性差, 韌性低, 比重大, 成材率不高。故不優(yōu)先考慮用鋼種制造齒輪銑刀。 W9Mo3Cr4V鋼雖然耐熱性、熱塑性、熱處理性能均較好，但其釩的含量相比較、鋼種較低。由于釩是高速鋼中提高紅硬性的主要元素，是強碳化物形成元素，形成穩(wěn)定的VC，回火過程中VC以細(xì)小彌散質(zhì)點析出，造成二次硬化，其作用比鎢強。高速鋼的含釩量增加，紅硬性和耐磨性提高，高速鋼的切削加工性能也

5、會隨之下降。而鋼種含釩量較低，故不優(yōu)先考慮鋼種制造齒輪銑刀。 W14Cr4VMnXt鋼與W18Cr4V鋼相當(dāng)，但稍微改善了熱塑性。由于鉬和鎢是同族元素，也是碳化物形成元素，在高速鋼中的作用也相似。高速鋼中經(jīng)常用鉬代替鎢，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算，1%鉬可代替2%的鎢。而此鋼種中不含鉬，使得高速鋼的熱塑性，紅硬性不及其他型號的通用高速鋼種，故不優(yōu)先考慮鋼種制造齒輪銑刀。 W6Mo5Cr4V2（M2）鋼是一類新發(fā)展的通用高速鋼。它屬鎢鉬系高速鋼。這類鋼兼具有鎢系和鉬系高速鋼的優(yōu)點。既有較高的紅硬性和耐磨性。較小的脫碳傾向與過熱敏感性,。同時碳化物較細(xì)、分布較均勻。熱塑性及韌性較高。由于它便于機械加工。通用性

6、強,。使用壽命高。 價格便宜,。因此得到了廣泛的應(yīng)用。W6Mo5Cr4V2（M2）鋼種中的含碳量在可選鋼種材料的較高為0.80%0.90%，保證了其他合金元素形成足夠的碳化物，在不同的階段析出或提高硬度，或提高二次硬化效果。其含鉬量也在可選鋼種材料中最高為4.50%5.50%，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算，1%鉬替2%的鎢，能提高回火時馬氏體分解溫度，又能阻礙鐵原子的擴散，提高鋼的回火穩(wěn)定性，使高速鋼中的馬氏體在加熱到600625還比較穩(wěn)定，也使得鋼種具有高的紅硬性和熱塑性，改善了鍛造性能。另外含釩量也在可選高速鋼種中最高為1.75%2.20%，紅硬性和耐磨性提高，又在較高的含碳量情況下釩的含量也相對提高，

7、形成了各種碳化物。W6Mo5Cr4V2（M2）高速鋼韌性、耐磨性、熱塑性均優(yōu)于綜合性能較好的W18Cr4V（W18），而硬度、紅硬性、高溫硬度與W18Cr4V（W18）相當(dāng)，因此W6Mo5Cr4V2（M2）高速鋼除用于制造各種類型一般工具外，還可制作大型及熱塑成型刀具。由于W6Mo5Cr4V2（M2）鋼強度高、耐磨性好，因而又可制作高負(fù)荷下耐磨損的零件。綜上， W6Mo5Cr4V2(M2）鋼碳化物顆粒細(xì)小、分布均勻性好, 鋼材強度及塑、韌性明顯優(yōu)于其他高速鋼種，尤其是紅硬性。所以，通過比較最終選材為 W6Mo5Cr4V2（M2）。3.2合金元素的作用（1）C的作用碳的作用有兩個方面，一是與V、

8、Cr、W等元素形成足夠多的碳化物，來提高硬度、耐磨性和紅硬性。另一方面還需一定量的碳溶于奧氏體中。以便獲得足夠含量的馬氏體來保證它具有高硬度、高耐磨性和良好的熱硬性。碳含量過高或過低都未必好，必須和其他合金含量相匹配。若含碳量過高，則碳化物數(shù)量增加，同時碳化物的不均勻性也增加，導(dǎo)致鋼的塑性降低，脆性增加，工藝性能變壞；若含碳量低，則無法保證足夠多的合金碳化物，使高溫奧氏體和馬氏體中的含碳量減少，導(dǎo)致鋼的硬度，耐磨性和熱硬性變差。（2）W的作用獲得熱硬性的主要元素，在鋼中形成M6C是共晶碳化物的主要組成它還以二次碳化物由奧氏體析出。主要來提高高速鋼的熱硬性，對增加鋼的淬透性也有一定作用。（3）M

9、o的作用Mo 和W可相互取代，故也是獲得熱硬性的元素，并減小碳化物的不均勻性。（4）V的作用提高馬氏體回火穩(wěn)定性，阻礙馬氏體分解同時提高高速鋼的熱硬性。釩碳化物的硬度大大超過鎢碳化物的硬度。其顆粒細(xì)小，分布十分均勻，因此釩碳化物對改善鋼的硬度，耐磨性和韌性有很大作用，特別是提高鋼的耐磨性最有效。在回火時釩以細(xì)小的碳化物彌散析出, 產(chǎn)生二次硬化而提高熱硬性。（5）Cr的作用Cr在鋼中主要存在于M23C6中，也溶于M6C和MC型碳化物，促使其溶于奧氏體，增加奧氏體合金度。淬火加熱時，Cr幾乎溶于奧氏體，主要起增加鋼的淬透性作用。（6）Si、Mn的作用可以提高淬透性，同時在熱處理時，可以減少工件的形

10、變量，同時增加鋼的回火穩(wěn)定性。3.3 材料成分表及臨界點W6Mo5Cr4V2（M2）鋼成分及含量如表 2 所示。表2 W6Mo5Cr4V2（M2）鋼成分及含量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）牌號W6Mo5Cr4V2（M2）化學(xué)成分CWMoCrVSiMnSP質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.800.905.506.754.505.503.804.401.752.200.200.450.150.40 0.030 0.030W6Mo5Cr4V2（M2）鋼的臨界點如表3所示。表 3 W6Mo5Cr4V2（M2）鋼的臨界溫度相變點Ac1/Ac3/Ar1/Ar3/溫度8358857707304 齒輪銑刀的熱處理工藝設(shè)計4.1工藝路線下料鍛造

11、退火淬火預(yù)熱淬火加熱淬火三次回火4.2 退火處理工藝（1）退火目的進行等溫退火工藝，目的是為了消除鍛造應(yīng)力，為隨后的淬火、回火作好組織準(zhǔn)備。等溫退火具有時間短、組織均勻和力學(xué)性能均勻的特點。（2）退火參數(shù)W18Cr4V（W18）鋼的等溫退火加熱溫度選定為920（通常等溫退火是將鋼件加熱到Ac3以上30-50，綜合考慮生產(chǎn)效率和技術(shù)指標(biāo)，選定為920）；保溫時間為2h（工件心部獲得均勻奧氏體組織所要求的時間）。冷卻時，可采用爐冷至750（稍低于Ar1點的溫度）停留4h，為了提高生產(chǎn)效率，爐冷至550以后出爐空冷。爐冷速度一般為1020/h，此處取15/h；則等溫退火各階段的時間：t升溫 =3h，

12、t保溫=2+4h，t空冷=(750-550)/15 =13.8h上下料時間：t上下=0.5h則，退火總時間： t退火=3+2+4+13.3+0.5=22.8h（3）退火設(shè)備選用RX3-75-9型中溫箱式爐，額定溫度為950，功率為75kw,爐膛尺寸為1800×900×550（單位：mm），最大裝料量200kg。4.3 淬火處理工藝4.3.1 淬火預(yù)熱W6Mo5Cr4V2（M2）高速鋼必須進行中溫預(yù)熱，預(yù)熱溫度為850，在鹽浴中的保溫時間按1-2min/mm計算。由于齒輪銑刀M5.5尺寸較大，因此選用二次預(yù)熱法預(yù)熱。齒輪銑刀采用的預(yù)熱工藝參數(shù)如表4所示。表4 齒輪銑刀采用的預(yù)

13、熱工藝參數(shù)刀具預(yù)熱方法爐型加熱溫度/加熱時間/(s/mm)齒輪銑刀M5.5 二次預(yù)熱法第一次預(yù)熱鹽浴爐65035第二次預(yù)熱鹽浴爐85024（1）二次預(yù)熱法第一次預(yù)熱本次預(yù)熱選用RDM75-8型埋入式中溫鹽浴爐，爐膛尺寸為450×350×665（單位：mm），額定溫度為850，功率為75kw,工作空間尺寸為350×250×405（單位:mm）。預(yù)熱溫度為650，加熱時間是35s/mm。計算銑刀的預(yù)熱時間為：t=644+386.4= 1030.4s使用RDM75-8型鹽浴爐，裝料設(shè)計如下：對應(yīng)工作空間尺寸，裝料方式為8×2×4（2）二次預(yù)

14、熱法第二次預(yù)熱本次預(yù)熱再次選用RDM75-8型埋入式中溫鹽浴爐，爐膛尺寸為450×350×665（單位：mm），額定溫度為850，功率為75kw,工作空間尺寸為350×250×405（單位:mm）。預(yù)熱溫度為850，加熱時間是24s/mm。該銑刀的有效厚度為26.1mm，則預(yù)熱中的加熱時間為：t加熱=24×18.4= 441.6s保溫時間為：保溫=0.35×1.0×18.4=6.44min=386.4s預(yù)熱工藝總時間為： t= t加熱+保溫= 828s爐膛尺寸為450×350×560（單位：mm）。同理可

15、估出該鹽浴爐工作空間尺寸大約為350×250×300（單位：mm）。銑刀外徑為D=95mm,對應(yīng)工作空間尺寸，裝料方式為12×2×34.3.2 淬火加熱（1）加熱溫度選定為1230；W6Mo5Cr4V2 高速鋼中含有大量M23C6、M6C和MC型合金碳化物，這些碳化物只有加熱至較高的溫度才能相續(xù)溶解，其中M23C6的溶解溫度為9501000，M6C為12151230，MC在1200。隨著淬火加熱溫度的提高，奧氏體中碳及合金元素含量增多，鋼的硬度和紅硬性升高。淬火加熱溫度越高，鋼的硬度和紅硬性越高，鋼的Ms點降低，淬火后殘余奧氏體量增多，當(dāng)殘余奧氏體量增多

16、到一定數(shù)量后，鋼的淬火硬度反而下降。此外，淬火溫度過高，晶粒細(xì)化、鋼的強度、韌性變壞。所以W6Mo5Cr4V2選擇在1230淬火。（2）加熱介質(zhì)氯化鋇鹽??；高速鋼的淬火加熱在氯化鋇鹽浴中進行,加熱前對鹽浴進行脫氧,以防工件氧化和脫碳。（3）加熱時間高速鋼加熱時碳化物的溶解主要取決于加熱溫度，但是在一定的加熱溫度下，有一個最合適的加熱時間，超過這個時間，不但對提高鋼的硬度和熱硬性不起作用，反而會使鋼的晶粒長大，力學(xué)性能下降，使沖擊韌度和強度都降低。在鹽浴爐中加熱時，各種高速鋼刀具的加熱系數(shù)一般為615s/mm。選取加熱系數(shù)時，應(yīng)考慮刀具的不同、裝爐量、夾具等因素。一般大型刀具選用小的加熱系數(shù)，小

17、型刀具選用大的加熱系數(shù)；小型刀具裝爐量大時，由于碳化物的溶解需要一定的時間，因此，加熱時間最小不得小于45s。該刀具有效厚度18.4mm，加熱系數(shù)取10s/mm。則計算該刀具的淬火加熱時間： t=184+187.68=371.68s（4）加熱設(shè)備考慮到齒輪銑刀的尺寸選用RDM-100-13型埋入式高溫鹽浴爐,額定溫度為1300，功率為100kw。裝料方式設(shè)計：對應(yīng)工作空間尺寸，裝料方式為9×2×24.3.3 淬火工業(yè)生產(chǎn)中幾乎80%的刀具都采用一次分級淬火，將淬火加熱后的工件放入300的中性鹽浴爐中，保持一段時間（相當(dāng)于淬火加熱時間），然后空冷至室溫。分級淬火能有效地減小或

18、防止工件淬火變形和開裂。因為W6Mo5Cr4V2的Ms為225，所以在中性鹽浴爐中冷到300左，在300左右保溫一定時間使馬氏體在轉(zhuǎn)變之前工件各部分溫度已趨均勻，并在緩慢冷卻條件下完成馬氏體轉(zhuǎn)變，這樣就減小淬火熱應(yīng)力，而且顯著降低組織應(yīng)力，因而有效地減小或防止淬火變形或開裂。故本設(shè)計中齒輪銑刀采用一次分級淬火。4.5 回火處理工藝（1）回火溫度選定為560；從室溫至270首先馬氏體中析出相，溫度升至400，相轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C并進行聚集，相應(yīng)的淬火高速鋼的硬度有所下降?；鼗饻囟瘸^400時開始生成特殊碳化物。400500主要生成Cr23C6，500600開始析出W2C、Mo2C、VC。由于開始析出的這些碳化物的彌散度很高，這時鋼的硬度逐漸升高，650左右時硬度達到最高值，所以高速鋼采用硬化效果最佳的溫度560。（2）回火次數(shù)由于高速鋼中殘余奧氏體量多，經(jīng)過一次回火仍有10%左右的殘余奧氏體未轉(zhuǎn)變，所以一般進