哈工大热处理原理与工艺大作业-车刀热处理工艺

1、车刀热处理工艺车刀热处理工艺 学学 院：院： 材料学院材料学院 班班 级：级： 1019101 小组成员：小组成员： 梁泽仁、梁泽仁、封伟民封伟民、赵含宇、赵含宇 郭治佳、王韬郭治佳、王韬 常见车刀目目 录录车刀用途与服役条件车刀用途与服役条件1失效形式及性能要求失效形式及性能要求2零件材料的选用零件材料的选用4 基本分类基本分类3加工工序加工工序5热处理工艺热处理工艺6质量检查事项和方法质量检查事项和方法7热处理缺陷及解决方法热处理缺陷及解决方法8车刀用途简介车刀用途简介车刀是用于车刀是用于车削加工车削加工的、具有一个切削部分的刀具的、具有一个切削部分的刀具，可用于各种车床上，加工外圆、内孔

2、、端面、螺纹、车槽等。可用于各种车床上，加工外圆、内孔、端面、螺纹、车槽等。车刀是切削加工中应用车刀是切削加工中应用最广的最广的刀具之一。车刀的工作部分就刀具之一。车刀的工作部分就是是产生和处理切屑产生和处理切屑的部分，包括的部分，包括刀刃、刀刃、使使切屑断碎或卷拢的切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑结构、排屑或容储切屑的空间、的空间、切削液的通道切削液的通道等结构要素。等结构要素。服役条件服役条件刀具在切削过程中，刀刃与工件表面金属相互作刀具在切削过程中，刀刃与工件表面金属相互作用，使切削产生用，使切削产生变形与断裂变形与断裂，并从工件整体，并从工件整体剥离剥离下来。下来。故刀刃本身承受故

3、刀刃本身承受弯曲、扭转、剪切应力和冲击、振动弯曲、扭转、剪切应力和冲击、振动等等负载荷作用。由于切削层金属的负载荷作用。由于切削层金属的变形变形及刀具与工件、切及刀具与工件、切削的削的摩擦摩擦产生大量的摩擦热，均使刀具温度升高。切屑产生大量的摩擦热，均使刀具温度升高。切屑速度越快，则刀具的温度越高，有时刀刃温度可达速度越快，则刀具的温度越高，有时刀刃温度可达600600左右。左右。刀刃温度影响因素刀刃温度影响因素刀刃温度刀刃温度升高（升高（TT）与切削速度（）与切削速度（），走刀），走刀量（量（S S）和切削进刀深度（）和切削进刀深度（t t）之间有如下经验关系）之间有如下经验关系: : T=

4、C T=Ca aS S b bt t c c式中式中a a、b b、c c、C C均为随刀具与工件材料而异的常数。均为随刀具与工件材料而异的常数。其中对刀刃温度的影响以其中对刀刃温度的影响以切削速度（切削速度（）的影响最大的影响最大。失效形式失效形式刀刃刀刃的失效形式有很多种，有的刀具刀刃处的失效形式有很多种，有的刀具刀刃处受受压弯曲压弯曲，有的刀具受强烈振动，冲击时，有的刀具受强烈振动，冲击时崩落一块崩落一块（即（即崩刀）。有的小型刀具崩刀）。有的小型刀具整体折断整体折断等等。但这些情况毕等等。但这些情况毕竟比较少见，刀具较普遍的失效形式是竟比较少见，刀具较普遍的失效形式是磨损磨损性能要求性

5、能要求 足够的耐磨性：足够的耐磨性：为了保证刀具的使用寿命，高的耐磨性不仅决定于高硬度，同时也取决于钢的组织。在马氏体基体上分布着弥散的碳化物，尤其是各种合金碳化物能有效地提高刀具钢的耐磨能力。 高碳马氏体基体组织高碳马氏体基体组织：为了保证刀刃能进入工件并防止卷刀，必须使刀具具有高于被切削材料的硬度。 足够的塑性和韧性足够的塑性和韧性：由于在各种形式的切削过程中，刀具承受冲击，振动等作用，应当要求刀具有足够的塑性和韧性，以防使用中崩刀或折断。 红硬性：红硬性：为了使刀具能承受切削热的作用，防止在使用过程中因温度升高而导致硬度下降，应要求刀具具有高的红硬性。（钢的红硬性是指钢在受热条件下，仍能

6、保持足够的硬度和切削能力，这种性能成为钢的红硬性）基本分类基本分类一、按一、按结构结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛，在位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛，在车刀中所占比例逐渐增加。车刀中所占比例逐渐增加。二、按二、按车刀尖型车刀尖型可分为粗车刀、精车刀、圆鼻车刀、切断可分为粗车刀、精车刀、圆鼻车刀、切断车刀、螺纹车刀等。车刀、螺纹车刀等。三、按三、按刀刃外形刀刃外形可分为右手车刀、左手车刀、右侧车刀、可分为右手车刀、左手车刀、右侧车刀、左侧车刀、内孔车刀、内螺纹车刀等。左侧车刀、内孔车

7、刀、内螺纹车刀等。零件材料的选用零件材料的选用1、碳素刀具钢含碳量：W（C）=0.65%-1.35% 工作温度：低于200性能：高硬度，成本低。缺点：淬透性低，红硬性差，耐磨性不足。热处理工艺：球化退火+淬火（水油双淬火）+低温回火（160-200）（1）亚共析钢：完全淬火+低温回火 组织：细针状马氏体（2）过共析钢：不完全淬火+低温回火 组织：隐晶马氏体+未溶碳化物常用牌号：T7，T8，T10，T11等。零件材料的选用零件材料的选用2、 合金刀具钢含碳量：W（C）=0.75%-1.5% 合金元素总量5%性能：Cr，Mn，Si提高淬透性，强化M基体，提高回火稳定性。 Cr，Mn，W和V细化晶粒

8、。 Cr，Mn形成合金渗碳体，提高耐磨性。 Si，Cr降低钢的脱碳和石墨化倾向。缺点：低合金范围，满足不了生产需求。热处理工艺：球化退火+预热（600-650）+淬火+低温回火常用牌号：CrWMn，CrW5，9SiCr，GCr15，Cr12MoV等。零件材料的选用零件材料的选用3、 高速钢含碳量：W（C）=0.7%-1.65% W2%（稀土元素）性能：C提高淬透性，提高硬度。Cr，W，Mn，V提高硬度、耐磨性和红硬性。多次高温（500-600以上）短时使用下，HRC60左右。二次硬化及固溶强化综合作用。缺点：经济性差，某些元素稀有。热处理：球化退火+预热+淬火+回火常用牌号：W18Cr4V，W

9、6Mo5Cr4V2，W14Cr4VMnRe等。零件材料的选用零件材料的选用4、 高速钢衍变钴高速钢：W2Mo9Cr4VCo8等。超硬高速钢：W6Mo5Cr4V2Co8，W10Mo4CrV3Al等。硬质合金钢：含有WC，TiC，TaC等。加工工序加工工序预备热处理淬火回火机械精加工成品下料机械粗加工热处理工艺热处理工艺 I.热处理工艺及技术要求热处理工艺及技术要求这里以常见的车刀用料这里以常见的车刀用料W18Cr4V为实验材料为实验材料进进行介绍行介绍。W18Cr4V的铸态组织包括呈骨骼状的、碳化物的铸态组织包括呈骨骼状的、碳化物片状与马氏体或屈氏体相间排列的莱氏体，以及黑色组片状与马氏体或屈氏

10、体相间排列的莱氏体，以及黑色组织织(偏析偏析)和白色组织和白色组织(马氏体和残余奥氏体马氏体和残余奥氏体)。高速钢的。高速钢的铸态组织和化学成分尤其不均匀，而且热处理也不能改铸态组织和化学成分尤其不均匀，而且热处理也不能改变，因而必须进行压力加工，将粗大的共晶碳化物打碎，变，因而必须进行压力加工，将粗大的共晶碳化物打碎，并使其均匀分布，然后再用以制造各种刀具及模具。并使其均匀分布，然后再用以制造各种刀具及模具。W18Cr4V的热处理工艺如的热处理工艺如下下图所示图所示。热处理工艺热处理工艺 热处理工艺步骤热处理工艺步骤 （1）一次一次球化退火球化退火球化退火的目的是降低钢的硬度，以利于切削加工

11、，球化退火的目的是降低钢的硬度，以利于切削加工，并获得良好的综合性能，并获得良好的综合性能，而且也为淬火做好组织上的准备。而且也为淬火做好组织上的准备。退火温度为退火温度为Ac1+3050，必须严格控制退火加热温度。，必须严格控制退火加热温度。退火后的组织为索氏体基体上分布着均匀的、细小的碳化退火后的组织为索氏体基体上分布着均匀的、细小的碳化物颗粒。硬度应达到物颗粒。硬度应达到207255HBS。（2）预热处理）预热处理W18Cr4V含大量的合金元素含大量的合金元素:塑性差塑性差,导热性差导热性差,在快在快速加热时的热应力使之变形开裂。速加热时的热应力使之变形开裂。W18Cr4V淬火温度在淬火

12、温度在1200以上，预热可以缩短高温处理停留时间，减少氧化以上，预热可以缩短高温处理停留时间，减少氧化脱碳及过热的危险性。第一次预热温度在脱碳及过热的危险性。第一次预热温度在500600，可，可烘干工件上的水分。第二次预热温度在烘干工件上的水分。第二次预热温度在800850，使索，使索氏体向奥氏体转变。氏体向奥氏体转变。热处理工艺步骤热处理工艺步骤 （3）淬火）淬火V,W等起主要起提高红硬性的元素要很高的温度下等起主要起提高红硬性的元素要很高的温度下才溶解才溶解,但过高的温度又会使晶粒粗大但过高的温度又会使晶粒粗大,且且W等合金元素都缩等合金元素都缩小小A区区,使得共析与共晶温度提高使得共析与

13、共晶温度提高,因而选择因而选择12701280度度油油淬淬，若，若直接空冷直接空冷,会析出二次碳化物会析出二次碳化物,而降低钢的红硬性。而降低钢的红硬性。（4）回火）回火淬火后的组织为淬火后的组织为M十碳化物十残余十碳化物十残余A(多达多达30%)在在550570度回火析出度回火析出WC等引起二次硬化等引起二次硬化,A分解分解,析析出出C,降降低合金元素含量低合金元素含量,使使Ms上升上升,从而造成二次淬火从而造成二次淬火。一次回火一次回火还有还有15%的残余的残余A,二次回火残余二次回火残余A3%5%,三次回火三次回火,只有只有1%2%,最终得回火组织最终得回火组织M十碳化物十极少量残余十碳

14、化物十极少量残余A。回火。回火温度与硬度的关系见温度与硬度的关系见下下图。图。热处理工艺热处理工艺 回火温度与硬度关系图回火温度与硬度关系图质量检查事项和方法 l 高速钢原材料进厂入库检测高速钢原材料进厂入库检测（1）原材料硬度检测（2）碳化物不均匀检测（3）表面脱碳检测（4）淬火实验l 高速钢刀具退火质量检测高速钢刀具退火质量检测 退火时应防止氧化脱碳，退火后的型变量应小于加工余量的1/3，如形变较大，允许较直，但是较直后必须补充去应力退火l 高速钢刀具调质质量检测高速钢刀具调质质量检测 调制处理后一般只检测硬度，HRC应在40左右质量检查事项和方法 l 高速钢刀具最终热处理检测高速钢刀具最

15、终热处理检测检测项目检测方法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察表面有无裂缝、烧伤等硬度检测洛氏硬度最好控制在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烧或麻点等热处理缺陷及解决方法u存在大量残余奥氏体，碳化物几乎看不见。表面氧化皮严重，含碳量低，硬度低，不能满足车刀性能要求。解决办法：解决办法：可能是淬火不足引起，适当热处理后重新淬火，提高硬度可能是淬火不足引起，适当热处理后重新淬火，提高硬度在保护气氛中加热，使其不氧化脱碳，从而防止在保护气氛中加热，使其不氧化脱碳，从而防止表面淬硬性表面淬硬性降低降低适当降低淬火温度，可减少残余奥氏体，提高车刀综合性能适当降低淬火温度，可减少残余奥氏体，提高车刀综合性能热处理缺陷及解决方法u热处理后容易造成组织晶粒粗大解决办法：解决办法： 对工件进行双重正火，以细化组织。第一次正火温度在对工件进行双重正火，以细化组织。第一次正火温度在Ac3点以上点以上150200度，消除粗大组织，是成分均匀；第二次在度，消除粗大组织，是成分均匀；第二次在普通条件下进行，细化组织