高度游标卡尺的选材与热处理工艺毕业设计

1、 高度游标卡尺的选材、热处理工艺设计及分析摘 要 本文对高度游标卡尺的选材和热处理工艺进行了设计与分析。紧紧围绕“如何更好的在提高高度游标卡尺使用性能的同时降低其生产成本？”这一问题进行讨论与研究。因为，一个产品的核心竞争力的提高要通过提高其使用价值的同时降低其生产成本来实现。这样才能提高效益为企业赢得更多的利润，使企业在激烈的竞争中立于不败之地。具体而言，本文主要以高度游标卡尺尺身的热处理为例对其选材及热处理工艺进行了详细、合理的分析与设计。从高度尺的工况分析、失效分析和性能要求以及材料成本出发进行选材。在参照高度尺的传统热处理工艺的同时，考虑材料的性能和热处理工艺的可操作性与经济性，设计出

2、了高度游标卡尺零件的预备热处理工艺和最终热处理工艺。本文通过镀硬铬的工艺提高了高度尺的耐磨性与耐蚀性；采用激光刻线的加工工艺提高了高度尺的测量精度；通过部分实验验证了高度游标卡尺选材与热处理工艺的合理性。本文对工件的校直、清洗和质量检测手段与方法以及零件常见缺陷与预防措施进行了分析与讨论。除此之外，还对热处理设备的选型和热处理车间的布置进行了设计。关键词：高度游标卡尺 选材 热处理工艺i目 录1 文献综述11.1 行业背景11.2 结构与原理11.2.1 高度游标卡尺的结构11.2.2 高度游标卡尺的原理21.3 选材与热处理工艺概述21.3.1 高度游标卡尺的选材31.3.2 热处理工艺概述

3、51.4 研究意义52 高度游标卡尺的选材62.1 工况分析62.1.1 力学负荷62.1.2 工作温度72.1.3 周围介质72.2 零件材料的预选择72.3 零件材料的终选择82.3.1 高度游标卡尺各零件的选材82.3.2 高度游标卡尺底座的选材93 零件加工工艺及热处理工艺制定103.1 gcr15钢的成分和性能103.2 零件加工工艺流程113.3 主要工艺分析113.3.1 取样检查113.3.2 下料123.2.3 预备热处理123.3.4 最终热处理123.3.5 喷丸处理133.3.6 镀硬铬143.3.7 刻线 激光刻线173.3.8 校直183.3.9 清洗194 设备选

4、型及厂房布置204.1 热处理设备的选择204.1.1 热处理炉型选择204.1.2 其它设备214.2 热处理车间布置224.2.1 热处理车间的特殊性224.2.2 厂房结构要求224.2.3 厂房建筑参数224.2.4 车间平面布置224.2.5 厂房出入口235 热处理质量检测手段与方法245.1 退火质量检查及缺陷分析245.1.1软化不足245.1.2 过量氧化、脱碳、过热与过烧245.1.3 金相组织不良255.2淬火的质量检查及缺陷分析255.2.1 淬火变形255.2.2 淬火开裂265.2.3.其他淬火缺陷及防止276 实验306.1 实验原始组织分析306.2 实验热处理

5、工艺与组织分析316.2.1 正火工艺及其组织分析316.2.2 淬火工艺及其组织分析326.2.3 淬火+低温回火工艺及其组织分析336.2.4 淬火+中温回火工艺及其组织分析346.2.5 淬火+高温回火工艺及其组织分析357 结 论36参考文献38致 谢39附 录40翻译41英文原文41英文译文41iii1 文献综述 1.1 行业背景 有关统计资料显示，中国量具行业经过几十年的建设与发展，已经初步形成产品门类比较齐全、具有一定生产规模和开发能力的产业体系，成为除日本外全球第二大量具生产国。随着测量技术信息化的不断普及和国内外市场对数字化量具需求量的日益增高，我国数显量具和数字测量仪器仪表

6、质量和技术含量有了较快的提升。在经济全球化的今天，世界制造业的中心正逐步向亚洲和中国转移。改革开放后尤其是我国加入wto，促进了中国制造业的蓬勃发展，大大推动了我国精密数字测量控制仪器和数字数显测量与控制量具的发展。而生产和科研对高度游标卡尺的性能要求也逐步提高。故此，本文着重对高度游标卡尺的选材、热处理工艺进行设计与分析。1.2 结构与原理1.2.1 高度游标卡尺的结构高度游标卡尺也称游标高度尺，一般称高度尺，它是利用游框沿主尺滑动，来改变游标量爪与基座底面的相对位置，在平板上进行测量零件高度或划线的量具，一般单独使用。高度尺分0.02mm、0.05mm和0.1mm三种。测量范围有：0200

7、、0300、0500和01000几种，其主要构造、使用频次同游标卡尺，因此属于直接测量工具。高度游标卡尺主要由基座、主尺和游框三部分组成。主尺与基座紧固地连接在一起，游框可在主尺上滑动，通过框架可把量爪或划线爪与游框连接起来（如图1.2.1），高度游标卡尺装配图见附录3。1.2.2 高度游标卡尺的原理任何一种钢尺，无论它的刻线如何准确、细致，但总不能够直接用来精密地进行测量。因为刻度值愈小，刻线就愈密，刻线本身宽度就更细。这不但在制造上有困难，就是制造出来也不容易看清楚。如果钢尺的最小刻度值是0.25mm，即使这样粗糙的刻度值，在观察读数时就非常困难了。但是，如果我们把两支刻度较粗糙的直尺，边

8、对边地并在一起，即使他们的刻线间有了细致的误差，立刻也就可以看出来。高度游标卡尺就是依据这个原理制造出来的。 为什么这个原理可以用来提高量具的测量精度呢？举一个简单的例子来说：假定我们要在一根直线上准确截取26 cm的长度。用来测量的工具只有两根没有刻线的圆棒，一根长5 cm，另一根长6 cm。显然，若单独用任何一根圆棒测量时，都不可能准确地测量出所需要的长度。如果利用5cm的圆棒来测量时，就要估计最后的1 cm，要是用6 cm的圆棒测量时，就要估计最后的2cm。但是，如果把两个工具合并起来运用，不用估计便能确定这个长度了。如图2所示，最后1cm不是估计而是精确地量出来的。由此可见，只要用两支

9、刻度值相差极小的比例尺并列起来，就提高测量精度。1.3 选材与热处理工艺概述高度游标卡尺的常见失效一般为尺身磨损、尺身与尺框产生间隙、尺身厚度不均匀和主尺弯曲等。关于这一问题黎华姮在高度游标卡尺几种常见故障的修理方法有所涉及，而李晓慧在游标卡尺常见故障及修理方法中也有所提及。虽然高度游标卡尺失效后还可以修复再用，但高度游标卡尺的精度将受到影响。因此，防止失效出现的根本办法还是在于高度游标卡尺零件的合理选材与热处理工艺的优化。1.3.1 高度游标卡尺的选材 选材就是在众多材料中，寻找既能满足工程上的要求，又能降低产品总成本，获得最大经济利益，同时还能符合使用环境条件和环保与资源供应情况的材料。选

10、材工作关系到材料和零件的使用性能、使用寿命和经济效益，生命财产安全，材料能否科学而合理的被使用，甚至还关系到节约型社会与环保型（友好型）社会的建立。 在gb/t21390-2008指出：高度游标卡尺一般采用碳钢、工具钢或不锈钢制造；底座也可采用球墨铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁（工作面除外）或花岗岩材料制造，且底座工作面硬度高于50hrc。碳钢淬透性低，淬火易出现软点，淬火畸变大，耐磨性不如含铬钨等元素的合金钢。由此可知，碳素工具钢不符合2.2节确定的硬指标（耐磨性高、抗蚀性好、热处理畸变小、淬透性好）的要求，故不选用。采用不锈钢如2cr13、3cr13和4cr13等，但这几种钢的价格均高于gcr1

11、5钢的市场售价，并且其耐蚀性及耐磨性不如gcr15钢镀硬铬后的效果。而即便给不锈钢也镀硬铬，但其工艺较为复杂、加工难度大。基于这些因素，这里不采用不锈钢制造高度游标卡尺零件。gb/t21390-2008还指出：高度游标卡尺的底座可采用球墨铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁（工作面除外）或花岗岩材料制造。但是gb/t21390-2008要求高度游标卡尺底座工作面的硬度50hrc，而要使球墨铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁的硬度达到这一要求，不仅增加了工艺难度而且使加工繁琐。故从耐磨性与耐蚀性和便于加工的角度讲，高度游标卡尺底座材料最终也选gcr15钢。1.选材的原则 使用性能原则。是零件在使用中应该具有的性能，这

12、是零件完成预定功能的保证。是选材的必要条件，是零件乃至机器完成其功能的基本保证。使用性能可由力学性能、物理性能和化学性能表征，机械零件主要是力学性能。工艺性原则。是指材料经济地适应各种加工工艺，而获得规定使用性能或形状的能力。结构材料的经济性要求。材料应用要讲经济效益，即应计算所得与所费、投入与产出、有用效果与劳动消耗，要对它们进行评价与比较，从中选择最合适的（不一定是最好的、单价最贵的或单价最低的）材料，以使总成本最低或市场效益最大，这就是经济性原则。可靠性原则。为材料制成的零件在预定的寿命周期内，完成预定的工作而不破坏的几率。材料的环境协调性要求（绿色选材）。现代社会对研制、开发新一代的工

13、程结构材料和工程上选材用材，除了具有优异的性能和可加工性及经济性外，还进一步提出了与材料的环境协调性密切相关的以下要求：减少污染、节省能源、长寿命以及可再生性。 2.选材步骤选材时，先对高度游标卡尺进行工况分析，然后进行预选择，再进行材料的终选择，最后验证选材的可靠性。工况分析。工况分析从高度尺的受力状态、载荷性质、工作温度及其使用时的周围介质等方面进行了考虑。材料的预选择。材料的预选择是指根据工况、失效情况所提出的主要性能指标，再结合材料的工艺性能，对众多的材料进行初步筛选即为预选择。亦即，筛选掉不符合硬要求的材料，主要凭借实践经验，通过与同类产品零件类比、粗略估算或材料手册选用。材料的预选

14、择常常不局限于选择一种材料，可选多种材料方案，以便比较。为此，将对材料的性能要求区分为硬指标和软指标。硬要求指是必须满足的要求，如主要（力学性能）指标、可成形性。如要求锻压成形的零件显然不能选择铸铁材料。软要求指应该尽量满足的要求，如非主要性能指标，材料的经济性、外观等1。最终确定的硬指标有：耐磨性高、抗蚀性好、热处理畸变小、淬透性好。软指标有：光洁度好、成本低、外形美观。材料的终选择是指在初选择的一组材料中，进行综合评价，为特定用途选取一种最佳材料。材料的终选择必须在确保硬指标的前提下，寻求能更好满足软指标的要求。而在材料终选择前要进行一系列工作，如确定最佳材料的衡量准则和各种性能的相对重要

15、性，对候选材料进行利弊分析等。材料的终选择。材料的终选择已不能完全依靠定性判断，应该采用定量的评价方法，且其结果不是唯一的（不同于纯数学问题的求解），由于选材者所考虑问题的出发点不同，评价方法的不同，可以有多种选择。至于选择的效果将在实践中得到公允的评判。在选材中，如果发现现有的所有材料都无法满足零件的要求，则应该考虑修改原设计，重新调整零件的使用要求，或者在条件允许的情况下研制新材料。 1.3.2 热处理工艺概述1 预备热处理 对于gcr15钢制的高度游标卡尺尺身而言，预备热处理可采用退火、正火、等温球化退火、高温回火等工艺。然而，笔者采用了等温球化退火工艺来作为高度尺尺身的预备热处理工艺。

16、因为球化退火可得到球化体组织，使钢具有最佳塑性和最低硬度，为最终热处理做组织准备，还可使切削加工性有很大的改善。如果原材料原始组织中有网状碳化物，则先进行正火（消除碳化物）然后再进行球化退火。所示。然而，笔者采用了等温球化退火工艺来作为高度尺尺身的预备热处理工艺。因为球化退火可得到球化体组织，使钢具有最佳塑性和最低硬度，为最终热处理做组织准备，还可使切削加工性有很大的改善。如果原材料原始组织中有网状碳化物，则先进行正火（消除碳化物）然后再进行球化退火。2 最终热处理 采用淬火+低温回火。淬火可使工件的硬度和耐磨性，一般说来，淬火后还必须有回火与之配合。低温回火时，马氏体发生分解析出碳化物而成为

17、回火马氏体，淬应力得到部分消除。淬火时产生的微裂纹也大部分得到愈合，因此低温回火可以在很少降低硬度的同时使钢的韧性明显提高。这就满足了卡尺对高硬度、高耐磨性以及适当的韧性的要求。为了达到良好的尺寸稳定性，回火前增加冷处理工艺或采用200225较长时间（约8h）回火，这里采用后者。1.4 研究意义 高度游标卡尺在生产和科研中发挥着重要作用，有一定的市场需求。故此，研究和优化高度游标卡尺的选材与热处理工艺的意义在于：大幅降低生产成本获得更好的使用性能，从而更好的发挥产品在市场上的核心竞争力！2 高度游标卡尺的选材 gb/t21390-2008指出：高度游标卡尺一般采用碳钢、工具钢或不锈钢制造；底座

18、也可采用球墨铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁（工作面除外）或花岗岩材料制造，且底座工作面硬度高于50hrc。根据笔者查阅资料的情况，卡尺材料有选用t8a、t10等碳素工具刚钢的，有选2cr13、3cr13、4cr13等不锈钢的，还有选gcr15、9crwmn、crwmn的。然而，随着科技与经济的高速发展，对精密机械和仪器的精确度和稳定性要求越来越高。故本文在考虑了这个因素外还综合考虑各方面因素，最终选定gcr15钢作为高度游标卡尺主尺游框（包括微动游框）、量爪、划线爪（镶嵌材料为硬质合金）、框架及底座的材料。 2.1 工况分析 工程构件（或零件）都要在一定的负荷（力学负荷、热和温度作用及其他各种表面作

19、用等）下工作， 相应产生机械损伤、热损伤及各种表面损伤。其中，机械损伤是由于施加外力引起材料的变形超过了材料弹性或塑性限度而发生的；热损伤是由于温度变化而引起的材料损坏；而表面损伤是由于构件在周围介质作用下发生的物理、化学损坏1。2.1.1 力学负荷 工程构件在实际工作条件下可能受到各种力学负荷，受力情况包括受力类型、载荷性质、受力状态和受力大小四种。 受力类型。高度游标卡尺中紧定螺钉受主尺的剪切力，底座受较大摩擦力，游框与主尺间也有较大的摩擦力。 载荷性质。紧定螺钉受恒定的剪切力（除错误使用外），底座受到的摩擦力也恒定，游框与主尺间的摩擦力也恒定。 受力状态。剪切力是静止的，而底座、游框与主

20、尺受的力是摩擦接触。要求材料有较好的摩擦力，即较高的硬度。 受力大小。紧定螺钉受的剪切力较小，而底座受到的摩擦力较大。游框与主尺间的摩擦力更大。2.1.2 工作温度 高度游标卡尺一般在室温下工作，故不考虑低温脆性、高温蠕变、热冲击、热应力及热疲劳等的影响。2.1.3 周围介质高度游标卡尺一般在实验室或车间里使用，而这些环境一般都有较多的腐蚀性气体、潮湿的空气或使用者手上沾的各种有一定腐蚀性的化学试剂。 2.2 零件材料的预选择 根据高度游标尺的特点、精度等级、失效形式和制造方法、生产特点等因素综合考虑，高度游标卡尺用钢应符合以下要求。1.高的耐磨性。使用时不能因磨损而发生尺寸的改变。因此，高度

21、游标卡尺应具有高的均匀的表面硬度（5864hrc）。其组织应为针片状的马氏体，且其基体上均匀弥散的分布着细小的碳化物及极少量的残余奥氏体。2.高的表面光洁度。为了彼此能很好地紧密接触和附着，要求钢材纯净，组织细密。表面不能存在发纹、孔隙和大块非金属夹杂物，否则使用时会称为锈蚀的起点，影响测量精度。3.尺寸稳定性。量具在长期使用或存放过程中应产生尽可能小的尺寸变化，因而要求热处理后的高度游标卡尺具有低的残余奥氏体量和很小的残余应力值。4.可加工性好。良好的可加工性可提高生产率，减少或避免淬火后磨削时产生磨削烧伤和磨削裂纹，降低高度游标卡尺表面粗糙度值。一般要求钢的夹杂物、碳化物偏析级别要低，退火

22、后的硬度均匀合适，淬火后无碳化物网和尽量少的残余奥氏体量。5.具有一定的抗蚀性。为提高卡尺抵抗大气腐蚀和指纹接触腐蚀的能力，可用镀铬等表面处理工艺或用马氏体不锈钢来制造。6.热处理畸变要小。对于形状复杂、加工余量小或热处理后直接研磨的量具，需选用热处理畸变小的钢种，如crwmn钢等。7.应有一定的淬透性。尺寸较大的量具应选用淬透性较好的钢种，以保证的到均匀的高硬度。综上所述，得出材料的硬指标和软指标。其中，硬指标有：耐磨性高、抗蚀性好、热处理畸变小、淬透性好。软指标有：光洁度好、成本低、外形美观。 2.3 零件材料的终选择 经过高度游标卡尺零件的预选择得出了软指标和硬指标，下面将根据预选择的结

23、果作出终选择。2.3.1 高度游标卡尺各零件的选材1.从碳素工具钢中选择。碳素工具钢中，行业传统通常选t8a、t9或t10a来制造高度游标卡尺2。因为，它们具有：价格便宜，退火硬度低，可加工性好，磨削及抛光性好的特点。随碳含量升高，碳素钢的耐磨性也提高。故从耐磨性上讲，选t10a钢。t10a钢的ms温度为210，而t9钢的ms温度为190。故从获得马氏体难易上讲，应选t10a钢。综合以上，在碳素工具钢中应选t10a钢作为高度游标卡尺主尺、游框（包括微动游框）、量爪、划线爪及框架的材料较好。2.从不锈钢中选择。 不锈钢中，行业传统通常选择2cr13、3cr13和4cr13及8cr16。中华人民共

24、和国航空工业部部标准hb3558-85中，高度游标卡尺主尺选择了2cr13。但4cr13钢比同组马氏体不锈钢钢有更好的抗锈蚀性、耐磨性，且加工性、抛光性更好，碳化物分布更均匀。故优先选4cr13钢作为高度游标卡尺主尺游框（包括微动游框）、量爪及框架的材料。3.从gcr15、9crwmn及crwmn中选材 这些材料都具有较好的淬透性、耐磨性和尺寸稳定性，且都符合硬指标要求。故从软指标的成本方面考虑选材。阿里巴巴报价：gcr15钢8.00元/kg左右，9crwmn钢20.00元/kg左右，crwmn钢25.00元/kg左右。因此，选gcr15钢作为高度游标卡尺主尺游框（包括微动游框）、量爪、划线爪

25、及框架的材料。4.从已选材料中比较选择通过以上步骤选出的材料有：t10a、4cr13和gcr15。t10a钢淬透性低，淬火易出现软点，淬火畸变大，耐磨性不如含铬钨等元素的合金钢。由此可知，t10a钢不符合硬指标（耐磨性高、抗蚀性好、热处理畸变小、淬透性好）的要求，故不选用。下面我们将从4cr13钢和gcr15钢中选材。由于它们都满足硬指标，故再从软指标（光洁度好、成本低、外形美观）着手选材，而成本因素是软指标的关键。根据阿里巴巴报价：gcr15钢均价8.00元/kg左右，4cr13钢15.00元/kg左右。故选价格低的gcr15钢。综合以上，最终选定gcr15钢作为高度游标卡尺主尺游框（包括微

26、动游框）、量爪及框架的材料。2.3.2 高度游标卡尺底座的选材 gb/t21390-2008指出：底座可采用球墨铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁（工作面除外）或花岗岩材料制造。但是gb/t21390-2008还要求高度游标卡尺底座工作面的硬度50hrc，而要使球墨铸铁、可锻铸铁、灰口铸铁的硬度达到这一要求，不仅增加了工艺难度而且使加工繁琐。 从耐磨性与耐蚀性和便于加工的角度讲，高度游标卡尺底座材料最终选gcr15钢。3 零件加工工艺及热处理工艺制定3.1 gcr15钢的成分和性能 在设计工艺前，有必要先对gcr15钢的成分和性能进行讨论，然后再根据其成分和性能设计工艺。 gcr15钢是一种合金含量较少

27、，具有良好性能，应用最广泛的高碳铬轴承钢。高碳铬轴承钢gcr15是世界上生产量最大的轴承钢，占世界轴承钢生产总量的80%以上。以至于现在我们所说的轴承钢如果没有特殊的说明，那就是指gcr15。经过淬火加回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。缺点：该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。 gcr15的化学成分及其特点gcr15的化学成分：c：0.951.05，si：0.150.35，mn：0.250.45，cr：1.401.65，p0.025，s0.025。 从gcr15钢的化学成分中我们不难看出以下特点：高碳。含碳量很高，属于

28、过共析钢。一部分碳存在于马氏体基体中以强化马氏体；另一部分碳形成足够数量的碳化物以获得高的耐磨性和硬度。但过高的碳含量会增加碳化物分布的不均匀性，且易生成网状碳化物而降低其性能。主加元素为cr。cr的作用是提高钢的淬透性和钢的耐腐蚀性能。钢中部分铬形成的合金渗碳体在淬火加热时溶解较慢，可减少过热倾向，经热处理后可以得到较细的组织；碳化物能以细小质点均匀分布于钢基体组织中，既可提高钢的回火稳定性，又可提高钢的硬度，进而提高钢 耐磨性和接触疲劳强度。加入硅、锰、钒等以进一步提高淬透性。gcr15的物理、化学及力学的一些主要参量密度：7.38t/m；比热容(室温100)：475j/(kg)；热导率：

29、44w/(m)；线膨胀系数：12.0310；弹性模量e：214762mpa；切变模量g：83061mpa；泊松比：0.300；gcr15的热处理主要参数3ac1：760，ac3:900，ar1：700，ms：145，mf：-90。退火温度：780810，退火硬度：197228hbs; 淬火温度：830860，淬火介质：油、水，淬火硬度：6266hrc；回火温度：150170，回火硬度：6165hrc；3.2 零件加工工艺流程零件加工工艺流程 3.3 主要工艺分析3.3.1 取样检查1.检查要求 判断原材料是否为符合标准的gcr15钢，对其化学成分、组织结构、物理化学及力学性能进行判定，并确定供

30、货状态。2.具体检查项目 检查原材料的牌号、规格及尺寸是否符合合同要求。 根据原材料的微观组织结构判断供货状态。3.问题处理意见 若不符合标准牌号且尺寸不合合同要求，则无条件返厂。 若供货状态不合要求，建议返厂或下料后预备热处理。 若原材料符合要求，进行下料。3.3.2 下料 若原材料为球化退火，则下料后直接进行机械加工，否则进行预备热处理。3.2.3 预备热处理 若供货状态为球化退火则进行下一道工序，否则进行预备热处理。对于gcr15钢制的高度游标卡尺尺身而言，预备热处理可采用工艺如表1所示。然而，笔者采用了等温球化退火工艺来作为高度尺尺身的预备热处理工艺。因为球化退火可得到球化体组织，使钢

31、具有最佳塑性和最低硬度，为最终热处理做组织准备，还可使切削加工性有很大的改善。如果原材料原始组织中有网状碳化物，则先进行正火（消除碳化物）然后再进行球化退火。最终得到高度尺尺身的工艺卡如附录1。 表1 gcr15钢预备热处理 钢号工艺名称工艺要点硬度（hbs）gcr15退火790810保温26h，以1030/h，冷至650以下，出炉空冷170207等温球化退火780790保温24h，炉冷至700720保温36h，再炉冷至600以下，出炉空冷179207正火900950保温12h，分散空冷 270390高温回火600700保温后空冷 2292853.3.4 最终热处理1.淬火保温时间 淬火保温时

32、间是指工件装炉后，从炉温回升到淬火温度时算起，直到出炉为止所需要的时间。而淬火保温时间可根据如下经验公式3估算。 （式3.2.4）其中，t加热时间min，加热系数（min/mm或s/mm），d工件有效厚度（mm），k装炉条件修正系数，通常取11.5。2. 稳定化处理 低温回火前，在200225较长时间（约8h）回火，以增加卡尺尺身的尺寸稳定性5。这样可使得残余奥氏体充分溶解，同时释内放应力，使工件尺寸稳定性提高。3.低温回火 低温回火时，马氏体发生分解析出碳化物而成为回火马氏体，淬火应力得到部分消除。淬火时产生的微裂纹也大部分得到愈合，因此低温回火可以在很少降低硬度的同时使钢的韧性明显提高。这

33、就满足了卡尺对高硬度、高耐磨性以及适当的韧性的要求。对于这一工艺的可行性已通过实验得到验证。 为了达到良好的尺寸稳定性，回火前增加冷处理工艺或采用200225较长时间（约8h）回火，这里采用后者。4. 淬火油 采用gz-1高速淬火油6，适用于工件有效厚度小于16mm。 综合以上，得到“淬火+低温回火”工艺亦即最终热处理工艺卡，如附录2。3.3.5 喷丸处理1.目的：喷丸能使零件避免表面残留高的张应力，产生压应力而提高其疲劳强度。2.使用范围：一般钢铁零件使用温度超过260铝制品零件使用温度超过170，不需要做喷丸处理。因为使用温度太高，会使喷丸产生的压应力被消除而失去预期的效果。3.工艺过程：

34、丸种类的选择: 铸钢丸硬度一般为4050hrc，加工硬金属时，可把硬度提高到5762hrc铸钢丸韧性较好，使用广泛，其使用寿命为铸铁丸的几倍。 铸铁丸硬度一般为5865hrc，质脆而易于破碎，寿命短，使用广泛，主要用于需喷丸强度高的场合。喷丸大小的选择: 喷丸粒度一般选用在650目之间，喷丸强度要求越高喷丸粒度相对加大。 喷丸尺寸的选择还受喷丸处理零件形状的限制，其直径不应超过沟槽内圆径的一半。一般喷丸越大，冲击能量较大，则喷丸强度地越大，但喷丸的覆盖率降低。因此，在能产生所需喷丸强度的前提下，尽量减小喷丸的尺寸是有利的。喷丸硬度的选用 一般喷丸的硬度要大于零件的硬度。当其硬度大于零件的硬度时

35、，喷丸硬度值的变化不影响喷丸强度。反之，喷丸硬度值降低，将使喷丸强度降低。喷射速度的选用 喷丸速度增高，喷丸强度便加大，但速度过高会使喷丸破碎量增多。喷丸消耗增加。喷射角度的调整 呈垂直状态时，喷丸强度最高，因此一般均以此状态地行喷丸处理。若受零件形状的限制，必须以小角度喷丸时，应适当加大喷丸尺寸喷丸速度。喷丸的破碎量破碎喷丸的喷丸强度低，因此就经常清除碎丸，要保证喷丸的完整率不低于85%。喷丸时间喷丸时间多少要因工件在喷丸过程中所产生的喷丸效果而定，原则是达到所需的喷丸强度即可(一般3a分钟左右)。另外需要说明的是喷丸强度现在大都以美国sae标准j442所述的almen的弧高计进行测量。al

36、men弧高计是用厚0.8、 1.3或2.4mm标准尺寸的74号碳素钢，其硬度为4050hrc，将此试样固定在专用夹具上，对其一面进行喷丸处理，然后用弧高计测量弯曲了的钢条试样的弧高，即可得出喷丸强度。3.3.6 镀硬铬 对于卡尺尺身的镀铬采用镀硬铬的方式。镀硬铬工艺是在各种基体表面镀一层较厚的铬镀层，它的厚度一般在20m以上，利用铬的特性提高零件的硬度、耐磨、耐温和耐蚀等性能。镀硬铬是一种传统的表面电镀技术，已经应用长达70多年。镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光亮且工艺相对比较简单，成本较低。 镀铬层具有高硬度1000hv，加热到500，硬度与颜色都变化不大，热硬性好，摩擦系数小，具

37、有良好的耐磨性和润滑性。镀硬铬广泛用于提高各种机械零件及工具、量具、玻璃制品和塑料制品模具的制造与修复。 镀铬层在大气中很稳定，能长期保持颜色不变，其反光能力仅次于银。防护装饰性镀铬是在光亮镍、铜锡合金中间镀层上再镀铬作为最终镀铬层，具有经久不变的青白色外观，极强的反光能力，且不易擦毛。在钢铁、铜及铜合金、锌压铸件、塑料基体上都能镀镍，再镀铬。广泛用于航空、汽车、自行车、建筑以及各种仪器、仪表的光亮配件的防护装饰。 目前，国内外绝大多数都采用六价镀铬液，主要有铬酐cro3和硫酸两种成分。有的镀液再添加氟硅酸或氟硅酸盐。铬酐主盐起导电作用，铬酐浓度一般为100400g/l，铬酐浓度如低于100g

38、/l，溶液导电率太低；铬酐如低于200g/l，常需添加其它添加剂。仅用硫酸为活化剂时，铬酐不能低于200g/l，浓度低则覆盖能力差，孔眼边和凹入处容易露黄；浓度高则带出或空气中逸出损耗多，造成浪费。硫酸是镀铬液的活化剂，起导电和阴极活化作用。硫酸含量低，阳极和阴极容许较高的电流密度，镀层也较光亮，但覆盖能力差。硫酸用量不在于其绝对值，应适当控制cro3/h2so4比值，该比值在100/1时最好。小于100/1时，镀层光亮度高，但镀液分散能力、深镀能力、阴极效率都降低；cro3/h2so4大于100/1时，降低沉积速度，并影响镀层光泽；比值大于200/1时，镀层出现黑色条纹或棕色斑点。 镀铬属于

39、阴极性镀层，常用于pb -（6 8）sb铅锑合金和pb -7sn铅锡作为不溶性电极。大多是含有硫酸的铬酐水溶液，在水溶液中和两种离子呈平衡状态，即：可见，镀液中ph值降低，使反应向右进行，水稀释使反应向进行，铬酐增加也使反应向右进行。通电时，阴极上发生还原成氢气逸出：放电致使阴极区浓度下降，ph值升高，使镀液中的转变为。在阴极上放电析出铬沉积在阴极表面：在阳极上发生氧化反应，析出 和将三价铬氧化成六价铬 由于阴、阳两极上析出氢和氧，因此镀铬的电流效率很低。在镀液中不含的情况下，通电时阳极析出氢的同时，部分还原成。由于被还原，阴极镀液的ph值升高，三价铬在阴极上形成碱性铬酸膜、。它覆盖于阴极表面

40、使电极极化增大，只允许离子半径小的通过放电，析出氢，阻碍通过，不沉积cr。镀液中含有时，他与三价铬反应生成复杂的硫酸铬阳离子，向阴极运动促使阴极上的碱性铬酸膜溶解，沉积金属铬。硫酸在镀铬液中是不可缺少的组分。硫酸根比一般在100（0.81.2）质量比范围内变化。在普通镀铬液中需有一定浓度三价铬，否则不会发生铬沉积，以26g/l为宜，过高会影响镀层光亮度和覆盖能力。镀铬液按铬酐的浓度可分为低、中、高三种，其特点与应用如表4-1所示，镀硬铬常用配方及工艺条件如表4-2所示4。 表4-1 镀铬液成分及特点与应用镀液种类低浓度中浓度高浓度铬酐/(g/l)硫酸/(g/l)温度/电流密度/(a/dm2)特

41、点应用范围1002001.02.0 5060 3045电流效率高，为16%18%，镀层硬度与耐磨性最高，获得光亮镀层的范围小，电解液不稳定试用于外形简单的零件，广泛用于机械零件的摩擦部位，如轴、模具、量具等2003002.03.040501530电流效率中等，为13%16%，镀层性能好应用最广，能用于各种形状的镀件，可获得硬铬、多孔铬、装饰性镀铬3004003.44.050601535电流效率低，为10%12%，分散能力强，镀液稳定，镀层结晶细致适用于各种形状的维护装饰性镀铬 表4-2 镀硬铬常用配方及工艺条件 配方及工艺条件普通型复合型1#2#3#4#铬酐/(g/l)三价铬cr+/(g/l)

42、硫酸/(g/l)氟硅酸/(g/l)lc-1添加剂/ g/l)温度/电流密度/(a/dm2)230 270262.32.743471520300 3502633.543471520100 150020.150.3230401015230 270261.21.44640501322综合以上，我们采用如表4-2中的1#标准镀铬液，对高度游标卡尺卡尺尺身进行镀硬铬。电镀硬铬工艺的流程为：化学除油+电解除油+阴极活化+镀冲击镍+镀硬铬。3.3.7 刻线 激光刻线 很久以来，量具生产厂家对量具线条的加工工艺一直以照相、腐蚀工艺为主。线条加工工艺复杂，工序繁多，而且接触酸、苯及铬醉等化学物品.对人体存在危害

43、.对环境构成污染隐患近几年来。随着激光制造技术的迅速发展及在各个领域的广泛应用，针对线条刻制的激光刻线机得到研发生产，激光刻线工艺逐渐被量具厂家所使用。目前常见的激光刻线机有灯泵激光刻线机、半导体激光刻线机和光纤激光刻线机二种。1.照相腐蚀工艺与激光刻线工艺游标片尺镀铬后照相腐蚀镀黑铬刻线工艺流程: 尺身铬后调直去脂上感光胶离心甩干曝光定影坚膜显影着色吹干检修线条硬化处理自然晾干电解腐蚀刻线刻线镀黑铬。游标片尺激光刻线工艺设备及流程: 工艺流程：尺身铬后调直一编制标刻工艺一标刻线条一擦除标刻痕迹。2.照相腐蚀工艺及激光刻线工艺的优缺点照相腐蚀工艺 工艺复杂，工序繁多，需要多人配合作业且需要一定

44、的操作技巧能力；工艺过程中接触化学药品和试剂.存在污染隐患；工艺过程所需要辅助耗材多.如氙灯、照相底版、真空泵、化学试剂等；整个工艺过程中受环境、温度、济液配置比例、操作方法等条件限制；零件加工废品量较大.废品系数达35%；加工后零件的字符、厂标等图形受模板影响不规范、不美观；唯一优点是突击能力较强，批量加工效率偏高一些。激光刻线工艺 整个流程操作简单，方便快捷，整个流程只需要一个操作者即可，易于掌握控制；工艺不接触化学药品，无污染源；所需要的耗材根据使用的刻线扫l不同而不同.光纤激光刻线机几乎不需要什么辅助耗材，只需要定期做以简单维护即可；激光刻线工艺属单件加工，比照相腐蚀工艺效率略低。但激

45、光刻线的废品率要小很多，废品率仅为9%；标刻后的线条整齐、字图归整。 基于以上分析这里采用激光刻线法来给尺身刻线。3.3.8 校直 1.总则工件热处理后，因热应力和组织应力引起弯曲或跷曲变形，超出了范围要求必须校直，校直后的工件，其变形景应符合工艺要求。校直方法有：冷压法、热压法、热点法和加压回火法以及回火余热法及反击法等。可根据工件形状、材质、硬度等不同情况和要求选用。工件尺寸大、变形抗力大的工件应用液压机加压；较小工件可用手动螺旋压力机加压；硬度不高、韧性好的小工件，可用手锤锤击法校直。成批工件件应配备专用校直工件夹具，以提高工效。2.校直质量要求凡经校直的工件，应100检查变形，复查硬度

46、。检查零件的夹角、小孔、键槽及螺纹等部位是否有损伤。必要时应用探伤方法检查工件有无裂纹，要特别注意加压、锤击部位的微细裂纹。凡经校直的工件，均应进行去应力回火，回火温度不应引起硬度下降，回火时问应超过2小时，除有回火脆性的工件应快冷外，一般用空冷。3.3.9 清洗为避免污染工作场地和环境以及实现废物的回收利用，所有经机械加工、热处理前的零件都必须进行清洗，以除去其表面油脂、污物、切削液和金属碎屑。用油淬火的零件在进入回火炉前也必须清洗，除去表面附着的油。为此需要使用清洗液。后者是用单一或多种化学品配置的水溶液。1清洗机理 清洗剂靠物理和化学反应起作用。反应、溶解、乳化和润湿都是化学过程。有些污

47、染物是被清洗剂包围发生反应后被清除的。碱性清洗剂和脂性污物发生皂化作用被清除。溶于水的污物被清洗剂溶解。一些乳化洗涤剂把油脂溶解形成乳白色乳化剂使其清除。润湿剂或表面活性剂是清洗剂的关键成分，可降低液体表面张力，使清洗液易于渗入污物与工件表面的界面。 撞击和搅动属物理作用。碰撞靠清洗剂的喷射来实现。通过一系列喷嘴在高压下把液体冲向工件。搅拌仅适用于浸泡清洗。浸泡清洗剂的效果只取决于其洗净能力。把空气或蒸汽吹入清洗剂的搅动作用非常有助于污物的彻底清理。 完成所有工序的零件经常要涂漆、电镀、搪瓷和阳极氧化。这些零件的最后清洗十分重要 ，对清洗质量要求很高，清洗后的零件在涂装前必须具有“水膜不破”表

48、面。还有一种叫恢复性清洗。服役中的零部件清洗后又立即返回使用。汽油机和柴油机的除锈、除漆、除脂就是典型例子。2清洗步骤工件装框完毕后用行车吊至清洗机清洗，清洗时要平稳开动行车，不可使清洗框与其他物件碰撞，以免碰伤工件。所有有孔的工件清洗机清洗后要用高服气将孔吹干净.不好装框的工件用吊环和钢丝绳吊至清洗机清洗。精密工件和清洗机无法清洗的工件可以用酒精或丙酮将工件擦洗干净。4 设备选型及厂房布置4.1 热处理设备的选择选用适当的热处理设备依据是热处理工艺的类型，产品零件的特性，即零件形状、尺寸、质量和材料，产品技术要求和精度，产品生产量和劳动量，所用能源、气氛及淬火介质的物质条件。4.1.1 热处

49、理炉型选择 高度游标卡尺尺身通常采用盐浴炉加热。浴炉是利用液体作为介质进行加热或冷却工件的一种热处理炉。按所用液体介质不同，浴炉有盐浴炉、碱浴炉、油浴炉、铅浴炉等。其中以盐浴炉使用最为普遍。浴炉的工作温度范围很宽（601350），除不能完成随炉冷却的退火工艺外，可以完成多种热处理工艺：如淬火、回火、分级淬火、等温淬火、正火、局部加热及化学热处理等。工件在浴炉中加热与液体介质相接触，靠对流换热，换热系数很大，加上工件加热时不直接与空气接触，因此具有加热速度快、温度均匀和不易氧化脱碳等优点。由于炉口向上，工件在浴炉中加热速度快，变性较小操作方便，便于实现机械化。电极浴炉除具有以上优点外，炉体内的坩

50、埚无需消耗耐热钢而用耐火材料制成，在1350下使用仍有较长的寿命。因此，电极浴炉的应用最为广泛。但是这里采用电阻炉加热，原因有三：与电阻炉相比，盐浴炉的主要缺点是装料少，只适用于中小零件的加热，炉口向上敞开热损失大，启动、脱氧操作麻烦，需要消耗盐、碱等介质，劳动条件差，液体介质的蒸汽必须排除，否则污染环境。盐浴炉热处理后的零件必须仔细清理，因为零件上的粘附盐，极易受腐蚀。浴炉不能完成随炉冷却的退火工艺，而预备热处理却须要随炉冷却这一阶段。gcr15钢具有良好的尺寸稳定性，淬火畸变小。对电阻炉进一步选择，采用井式电阻炉。高度游标卡尺尺身长度范围有：0200mm、0300mm、0500mm和010

51、00mm几种，而井式电阻炉一般用于细长工件的加热，可减小加热过程中工件的变形且井式电阻炉的炉膛较深。故此，采用井式电阻炉加热。由于预备热处理和最终热处理的加热温度均低于950，故采用中温井式电阻炉rj-65-9。中温井式电阻炉rj-65-9技术规格：额定功率：65kw，额定电压：380v，额定温度：950， 炉膛尺寸（mm）：6001600，外形尺寸（mm）：180017603180， 最大一次装载量：700kg， 加热区：2， 相数：3， 重量：4000kg。4.1.2 其它设备1.检查设备 布氏硬度计、洛氏硬度计。为检查零件表面裂纹，采用磁粉探伤仪，为检查零件内部质量，采用超声波探伤仪、射

52、线探伤仪。2.清洗设备 清洗设备有连续式，室式，槽式等清洗机和清洗槽。多数清洗机是与加热淬火设备配套使用的。应根据数热处件的批量和淬火炉的操作方式选择。零件在热处理前需清除锈斑，油渍，污垢，切削冷却液和研磨剂等，以保证不阻碍加热和冷却，不影响介质和气氛的纯度。以防零件出现软点，组织不均匀等影响热处理质量的现象。热处理后，也常需清洗，以去除零件表面残油，残渣和炭黑等附着物，以保障热处理零件清洁度，防锈和不影响下道工序加工等要求。 选用一般清洗机即可，常用于清除残油和残盐的清洗设备可分为间歇式和连续式两种。前者有清洗槽，室式清洗机，强力加压喷射式清洗机等；后者有输送带式清洗机及各类生产线，自动线配

53、置的悬挂输送链式，链板式，推杆式和往复式等各类专用清洗设备。这里可选用qxlt型清洗机。3.清理及强化设备 清理及强化设备主要用于清理零件热处理后表面氧化皮或进行表面强化，该设备(如喷丸机、清理滚筒)多有粉尘、噪声等环境污染物，因此多数独立设置。喷丸、喷砂清理设备以压缩空气为动力，将金属或非金属弹丸从喷枪口压出，形成每秒几十米的高速丸流，打击零件表面，从而完成清理或强化处理。喷丸设备按作业方式可分为间歇式和连续式，这取决于喷丸器的形式。这里可选fdq3516-2z型双转台式抛丸强化机。4.辅助设备 淬火槽（规格（mm）：100010001500），矫直机（采用专用矫直机），工夹具、吊装设备，切

54、取试样设备（如锯床、切割机）等。4.2 热处理车间布置4.2.1 热处理车间的特殊性1.操作环境的特殊性(高温、易燃介质、污染物、地坑、堆放量大)；2.设备装置的特殊性(设备笨重、检测记录控制设备、电气水路)；3.工件的特殊性(品种多、检测项日多、易产生返修品、材质及工艺经常变更)。4.2.2 厂房结构要求1.通风要求：采光充足、自然通风良好，窗户大有天窗；2.防火要求：国标规定热处理厂房耐火等级为二级，建筑物通常为钢筋混凝土或钢结构；3.防爆要求：有液体或气体做燃料或气氛的热处理车间需采取必要的防爆措施和泄压面积。4.2.3 厂房建筑参数1. 柱距：一般为6m或6m的倍数，钢结构厂房略大为69m（起重机重量不大的钢结构取7.5m）；2. 跨度：跨度低于18m时，取3m的倍数，大于18m时取6m的倍数；3. 厂房高度：厂房高度是指屋架下弦以及起重机轨顶距车间室内地面的高度