板牙热处理工艺设计低合金刃具钢

1、山西机电职业技术学院毕业设计（论文）说明书材料工程系 金属材料与热处理技术 专业 毕业设计（论文）题目 板牙热处理工艺设计低合金刃具钢 班级：材料0907学生姓名徐建飞 学号29210220 指导教师孙佳佳 2012 年 4月 15 日前言在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是钢铁材料，在工业、农业、交通运输、建筑以及国防等各方面都离不开它。随着现代化工农业以及科学技术的发展，人们对金属材料的性能要求越来越高。为满足这一点，一般可以采取两种方法：研制新材料和对金属材料进行热处理。热处理是一种综合工艺，热处理工艺就是研制这种综合工艺的原理及规律一门学科。热处理工艺设计是整个机械加工

2、过程中的一个重要环节，它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所需的各种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。现在工业的迅速发展对机械零部件，工模具等提出的要求愈来愈高。热处理不仅对锻造机械加工的顺序进行和保证加工效果起者重要作用，而且在改善或消除加工后的缺陷，提高工件使用寿命的方面起着重要作用。为获得理想的组织与性能，保证零件在生产过程中的质量稳定性和使用寿命，就必须从工件的特点、要求和技术条件入手，认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能的失效形式，正确选材，再根据生产规模，现场条件，热处理设备提出几种可行的热处理

3、方案，最后根据其经济性，质量稳定性和便于管理方面，降低成本等因素，确定出一种最佳方案。 目录1.板牙及其分类及其使用方法注意事项和维护41.1什么是板牙41.2板牙的分类41.3板牙的使用方法51.4注意事项61.5、维护72.板牙的服役条件及可能的失效形式82.1 疲劳断裂的分析82.2 磨损失效的分析82.3 变形失效的分析93.CrWMn化学成分103.1CrWMn 钢的化学成分103.2板牙热处理加工路线103.3力学性能113.4物理性能113.5板牙热处理工艺规程11热加工11预先热处理12球化退火133.5.4淬火13低温回火工艺153.5.6各热处理后金相组织图163.5.7板

4、牙淬火后板牙的经验项目、内容和要求183.5.8板牙热处理中常见的缺陷及措施194 总 结205参考文献21第1章板牙及其分类及其使用方法注意事项和维护.1.1什么是板牙板牙相当于一个具有很高硬度的螺母，螺孔周围制有几个排屑    板牙孔，一般在螺孔的两端磨有切削锥 。板牙按外形和用途分为圆板牙、方板牙、六角板牙和管形板牙（见图 板牙的类型）。其中以圆板牙应用最广，规格范围为M 0 .25 M68毫米。当加工出的螺纹中径超出公差时 ，可将板牙上的调节槽切开，以便调节螺纹的中径。板牙可装在板牙扳手中用手工加工螺纹，也可装在板牙架中在机床上使用。板牙加工出的螺纹精度较低，但由于

5、结构简单、使用方便，在单件、小批生产和修配中板牙仍得到广泛应用 。 1.2板牙的分类板牙按外形和用途分为圆板牙、方板牙(四方板牙)、六方板牙(六角板牙)、管    板牙形板牙和管子板牙.其中以圆板牙应用最广,规格范围为M0.25M68mm.圆板牙、六方板牙国家均有国标,但五金市场上一般只能买到圆板牙,很难买到六方板牙,更别说四方板牙了.由于四方板牙(图1)没有国标,生产厂家更少,且外观也不尽相同.但是,四方板牙在维修和安装机器设备中,却非常有用. 按板牙材料分类有: 工具钢板牙(用于镀锌管,无缝钢管,圆钢筋,铜材,铝材等加工丝口用) 高速钢板牙(用于不锈钢管,不锈钢圆帮加工

6、丝口用) 还有就是根据特殊套丝机型分类有: 50A型板牙 / 100A型板牙 / MCC套丝机板牙 / REX套丝机板牙 / Q74板牙 /114R板牙 / 青羊板牙 按板牙材料分类有: 工具钢板牙(用于镀锌管,无缝钢管,圆钢筋,铜材,铝材等加工丝口用) 高速钢板牙(用于不锈钢管,不锈钢圆帮加工丝口用) 英制板牙（BSPT)板牙的牙角度为55度 美制板牙（NPT）板牙的牙角度为60度 1.3板牙的使用方法用圆片板牙加工螺纹时，呈半切削半挤压状态。板牙的内径和中径为切削部    板牙分，尤其是板牙内径要承受较大的切削力，因此必须具有一定的强度和切削能力。考虑到板牙切削出的螺钉

7、与螺孔配合时应有一定的间隙，并考虑到磨损量，故设计板牙时，应使内径和中径小于螺纹内径、中径的标称尺寸。jmM0.8的螺纹内径D内=0.584毫米，板牙的内径D板内。，= 0.55毫米，M0.8的螺纹中径D中=0.67毫米，板牙的中径应为D板中mx= 0.67毫米，一般确定在0.660.67毫米在实际生产中，板牙由于中径磨损造成报废的情况很少，所以在设计时对中径的磨损量可考虑得小些。但如果中径过小，则螺纹的推压力就取增大，所以板牙的中径不宜设计过小。螺纹的外径是通过切削时金属在板牙的挤压作用下塑性变形而得到。为了不使金属发生阻塞致使工件折断，板牙的外径不应参加工作，它与被切削之间要留有间隙。如切

8、削M0.8螺纹，板牙外径最小为0.8毫米，一般外径要加大0- 020.03毫米 1.4注意事项先在螺栓坯料的端部加工出 45 度的倒角，以防止在板牙的导向刃上产    板牙生突然加载现象。同时要确保圆板牙或六角板牙垂直地切入螺栓坯料。 尽可能减小螺栓坯料的直径，即确保与螺栓大径有关的公差靠近下限，这样可把攻丝时产生的切削力降至最低。 使用带刃倾角部分的板牙，这样可确保把切屑导出切削加工区域。 采用正确的冷却液，并把足量的冷却液对准切削加工区域。 在调节开口板牙时，不得把板牙张开，张开的板牙在攻丝时会对工件产生刮擦而不是切削。均匀地转动调节螺钉，可把开口板牙闭合大约 0.15

9、 mm。若压力只作用在板牙的一边，可能会使板牙损坏。 1.5、维护 1）搬运注意项目：将板牙头在套丝位置锁定，使板牙完全伸开，将倒角刀在倒角位置锁定，之后方能可靠搬运。 2）安放：安放机器时，四支脚的长度必需进行调节，即要使后卡盘比前卡盘高些。（这样的好处就是套丝机工作时，切削油不会往管子内壁渗）。CrWMn是制作模具最常用的高碳合金工具钢。第2章板牙的服役条件及可能的失效形式2.1 疲劳断裂的分析疲劳断裂是机械零件在循环应力作用下，将会出现的疲劳断裂。所有机械零件在工作过程中的实效疲劳断裂与断裂失效的50%90%时，疲劳断裂一般会发生突然，危害性大，疲劳断裂是发生在零件的局部应力区，某些晶粒

10、在变力作用下形成微裂纹，随着循环数增加，裂纹继续扩展，导致最终疲劳断裂。针对疲劳断裂的特点，可以采用各种强化方法来提高零件的抗疲劳能力。2.2 磨损失效的分析 磨损是相互接触的零件间存在滑动时，接触表面会因发生摩擦损坏而引起形状变化的现象，它是一种可以看到的，渐发生的破坏形式。主要有磨粒磨损和黏着磨损。磨粒磨损是由于相对运动的物体接触时，滑动表面高低不平，凸出的硬质点将轴的接触面刨出沟槽或划伤而产生的破坏。常见的磨粒磨损有：与切削、磨削加工类似的和有高强度、高硬度的磨粒进入两个接触面间的沟槽。黏着磨损是在两个相对运动的物体直接接触中，由于接触应力很高而引起塑性变形，导致物体接触，温度升高并发生

11、黏着、焊合现象，分离时黏合处撕开，从而将小块料撕去，造成表面损伤。提高耐磨性，一是要材料有高硬度，若材料中存在耐磨硬颗粒，更有利。二是材料具有小的摩擦系数，降低配对材料间的原子结合力， 此外，改善润滑条件，细化表面粗糙度，使机械零件保持清洁等，均有利于减少摩擦磨损。2.3 变形失效的分析 变形失效主要有弹性和塑性变形失效。 弹性变形失效是零件过量弹性变形产生的失效。主要是指失去弹性的能力，属于功能失效。引起弹性变形的原因零件刚度不够，除结构因素外，还取决与材料的弹性模量，因此，要预防弹性变形失效，因选择弹性模量高的材料来制作零件。 塑性变形失效是零件因过量塑性变形产生的失效，主要由于应力过大造

12、成的。零件产生塑性变形，是由于实际工作应力超过了这种材料的屈服强度。在设计装配使用正常情况下，应考虑选用高屈服强度材料。CrWMn钢具有高淬透性。由于钨形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。此外，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。所以由CrWMn钢制成的刃具，崩刃现象较少，并能较好地保持刀刃形状和尺寸。但是，钢对形成碳化物网比较敏感，这种网的存在，就使工具刃部有剥落的危险，从而使工具的使用寿命缩短，因此，有碳化物网的钢，必须根据其严重程度进行锻压和正火。这种钢用来制造在工作时切削刃口不剧烈变热的工具和淬火时要求不变形的量

13、具和刃具，例如制作刀、长丝锥、长铰刀、专用铣刀、板牙和其他类型的专用工具，以及切削软的非金属材料的刀具。 根据板牙的服役条件和失效形式选择CrWMn作为板牙热处理的材料第3章CrWMn化学成分3.1CrWMn 钢的化学成分（GB/T 1229-2000）w/%    CrWMn合金工具钢碳 C ：0.901.05 硅 Si：0.40 锰 Mn：0.801.10 硫 S ：0.03 磷 P ：0.03 铬 Cr：0.901.20 镍 Ni：允许残余含量0.25 铜 Cu：允许残余含量0.30 钨 W ：1.201.60 3.2板牙热处理加工路线要求热处理后变形小，尺寸稳定，表

14、面硬度5458HRC。用CrWMn钢制造，其工序为：热扎钢下料预先热处理球化退火粗加工淬火低温回火精加工精磨3.3力学性能硬度：退火，255207HB，压痕直径3.84.2mm；淬火，62HRC 热处理规范及金相组织： 热处理规范：淬火,800830油冷。 交货状态：钢材以退火状态交货。 3.4物理性能CrWMn钢临界温度示于表2-13-2其饱和磁感Bs为1.821.86T；电阻约为0.24×10-6·m。 表2-13-2 CrWMn钢的临界温度 临界点AclAcmArl温度（近似值）/7509407103.5板牙热处理工艺规程热加工 CrWMn钢的热加工工艺示于表2-13

15、-3。 表2-13-3 CrWMn钢热加工工艺 项 目加热温度/开始温度/终止温度/冷却钢 锭 钢 坯11501200 1100115011001150 10501100880800 850800先空冷然后缓冷 先空冷然后缓冷为了降低或减轻炭化物网状的形成，锻轧后尽可能冷至650700，然后缓冷（坑冷、砂冷或炉冷）。 预先热处理 CrWMn钢的有关预先热处理曲线示于图2-13-1图2-13-5，退火前后的相成分、硬度和显微组织示于表2-13-4，需要说明的是：（1）退火加热保温时间在全部炉料加热到退火温度后为12h，冷却；等温保温为34h；（2）高温回火用于消除冷变形加工硬化（如称为再结晶退火

16、）；消除热处理前的切削加工内应力。对热处理后硬度过低的零件在二次淬火以前亦先进行高温回火保温时间在全部炉料加热到温后为23h；（3）正火用于细化过热钢的晶粒和消除炭化物网；（4）当钢的退火硬度HB低于183时，调质处理用于提高切削加工表面光洁度。    图2-13-1 锻压后退火   图2-13-2 锻压后等温退火球化退火锻造后球化退火的目的主要是降低硬度，改善切削性能，为最终热处理作组织准备。工具钢原始组织为球状珠光体经淬火-回火后的力学性能和原始组织为片状珠光体相比，在强度、硬度相同情况下，其塑韧性都要高，且对淬火温度的敏感性也相对较小。要注意的是球

17、化退火前的组织要求是细片状珠光体，不允许有严重的网状碳化物，否则应在球化退火前安排正火处理。球化退火组织按照国家有关评级，应在2-5级合格。3.5.4淬火 淬火工艺等温淬火可使让应力和组织应力减至最小工具的变形，所以对板牙这类变形要求较高的工件，宜采用等温淬火工艺。首先在600650预热，减少高温停留的时间，从而减轻板牙的脱C现象。淬火加热温度的确定，除了考虑控制未溶碳化物数量外，还应考虑原材料的球化级别、工具尺寸等因素。因为尺寸较大的工件，容易产生球化不良、碳化物不均匀等问题，所以大尺寸的板牙采用较低的淬火加热温度，<M10的圆板牙，常采用860870;>M10的圆板牙，采用85

18、0860。CrWMn钢推荐的淬火规范 方案淬火温度/冷却硬度（HRC）介质介质温度/延续冷却到20820840油2040至油温空冷6365820840油90140至150200空冷6365830850熔融硝盐或碱15016035min空冷6264注：1、方案和用于形状复杂、要求变形小的工件； 2、直径和厚度大于50mm的工件，淬火温度可提高到850870。 等温淬火后的金相组织为：马氏体+下贝氏体+残余奥氏体+碳化物低温回火工艺由于Si、Cr元素的作用，提高了钢的回火稳定性，因此可在190-200回火。在这温度下回火，硬度下降很少，回火后硬度仍然有60-63HRC。经过回火后的金相组织为：回火

19、马氏体+下贝氏体残余奥氏体+碳化物。大部分淬火应力已经消除。3.5.6各热处理后金相组织图CrWMn钢退火组织图CrWMn钢淬火组织CrWMn钢淬火组织加热:840冷却:冷油CrWMn钢回火组织图CrWMn钢的球化退火以下4图是CrWMn钢热处理后的缺陷图3.5.7板牙淬火后板牙的经验项目、内容和要求检验项目检验内容及要求原材料质量用试样检查 化学成分、低倍组织、晶粒度、淬透性、带状组织毛坯力学性能用试样检查、检查布氏硬度，按图样检查ób、ó0.2、Ak毛坯质量检查表面氧化、裂纹及碰伤淬火深度用试样检查 按图样要求，从表面测到HV500深度处有效深度，显微检查淬火深度时，碳

20、钢为过共析+共析+1/2过渡区;合金钢为过共析+共析层应占总深度的50%70%表面硬度心部硬度组织按图样要求，为5458HRC按图样要求,为3440 HRC心部组织 为板条马氏体+少量铁素体表面裂纹不许有裂纹，100%磁粉探伤，批量件5件可抽取3.5.8板牙热处理中常见的缺陷及措施缺陷名称产生原因防止措施毛坯硬度偏高正火温度偏低或保温时间不足使组织中残余少量硬度较偏高（HV>250）的魏氏组织，正火温度超过钢材晶粒显著长大的温度应从新制定正火工艺;检查控温仪表，校准温度，控制正火冷却温度毛坯硬度偏低正火冷却过缓重新正火带状偏析钢材合金元素和杂质偏析，一般正火难以消除更换材料 4 总 结

21、课程设计是大学期间必不可少的一门课程，通过课程设计让我们得到了理论联系实际的切实体会，在课程设计中我们所学的课程知识得到了综合性的运用。我们这次课程设计的任务是板牙热处理工艺的设计低合金刃具钢，通过这次课程设计，加强了我们思考和解决问题的能力。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个零件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多热处理相关的知识，并且对于热处理过程有了更多的认识。 这次课程设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。通过这次课程设计我懂得了生活就是这样，汗水预示着结果，也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。设计确实有