T10钢车刀热处理工艺

-.z.攀枝花学院本科课程设计（论文）[T10钢车刀热处理工艺设计]学生姓名：冯康学生**：4院（系）：材料学院年级专业：2013级材料成型及控制工程1班指导教师：孙青竹副教授二〇一六年六月-.z.攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目T10车刀热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计T10车刀热处理生产工艺，主要目的：（1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容：进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。要求：（1）分析生产加工及热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（2）提交设计说明书（或设计报告），3～5千字，提交设计说明书。3、主要参考文献[1]崔明择主编.工程材料及其热处理[M].：机械工业出版社，2009.7.[2]崔忠析主编.金属学与热处理（第二版）[M].：机械工业出版社，2007.5[3]王**.金属学与热处理[M].：机械工业出版社，1980[4]中国机械工程学会.热处理手册[M].：机械工业出版社，2006.7[5]范逸明.简明金属热处理工手册[M].：国防工业出版社，2006.34、课程设计工作进度计划第13周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。第14周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年月日教研室意见： 年月日学生（签字）：接受任务时间：年月日课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称T10车刀热处理工艺设计评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名：年月日-.z.摘要本课程主要设计T10钢用来制造车刀的主要热处理设计流程，包括车刀工作条件及失效形式分析。刀具材料必须具备高硬度、高耐磨性、足够的强度，韧性和抗氧化性，还需具有高的耐热性（红硬性），即在高温下仍能保持足够硬度的性能。具体工艺流程以及热处理工艺流程包括预备热处理是球化退火：加热至750℃→最终热处理是淬火：加热至790℃→水冷；回火：低温回火150℃→空冷。关键词：耐磨高硬度红硬性热处理-.z.-.z.目录TOC\o"1-3"\h\u5993摘要Ⅰ292321、设计任务181461.1设计任务1HYPERLINK\l_Toc175941.2设计的技术要求1218972、设计方案2188702.1变速箱设计的分析2188992.1.1工作条件及性能要求25772.1.2失效形式及使用性能2186482.2钢种材料250473、设计说明4163693.1加工工艺流程491343.2具体热处理工艺421095预备热处理工艺416095最终热处理5260414、质量检测7305675、缺陷与分析8305676、结束语9305677、热处理工艺卡102396参考文献11-.z.1设计任务1.1设计任务T10钢车刀热处理工艺设计。1.2设计的技术要求高硬度，高耐磨性是刀具最重要的使用性能之一，若没有足够的高的硬度是不能进行切削加工的。否则，在应力作用下，工具的形状和尺寸都要发生变化而失效。高耐磨性则是保证和提高工具寿命的必要性，除了以上要求红硬性及一定的强度和韧性。在化学成分上，为了使工具钢尤其是刃具钢具有较高的硬度，通常都使其含有较高的的碳（W（C）=0.65%~1.55%），以保证淬火后获得高碳马氏体，从而得到高的硬度和切断抗力，这对减少防止工具损坏是有利的。大量的含碳质量分数又可提高耐磨性，碳素工具钢的理想淬火组织应该是细小的高碳马氏体和均匀细小的碳化物，工具钢在热处理前都应进行球化退火，以使碳化物呈细小的颗粒状且分布均匀。-.z.2设计方案2.1变速箱设计的分析2.1.1工作条件及性能要求刃具在切削过程中，刀刃与工件表面金属相互作用，使切削产生变形与断裂，并从工件整体剥离下来。故刀刃本身承受弯曲、扭转、剪切应力和冲击、振动等负载荷作用。由于切削层金属的变形及刃具与工件、切削的摩擦产生大量的摩擦热，均使刃具温度升高。切屑速度越快，则刃具的温度越高，有时刀刃温度可达600℃左右。2.1.2失效形式及使用性能刀刃是的失效形式有很多种，磨损是刀具失效的主要原因之一，如前刀面损，刀尖磨损和后刀面磨损。按道具破损可分为：切削刃微崩，切削刃或刀尖崩碎，刀片或刀具折断，刀片表层剥落，切削部位塑性变型和刀片的热裂。①为了保证刃具的使用寿命，应要求有足够的耐磨性。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刃具钢的耐磨能力。②为了保证刀刃能进入工件并防止卷刀，必须使刃具具有高于被切削材料的硬度（一般应在60HRC以上，加工软材料时可取45~55HRC），故工具钢应是以高碳马氏体为基体组织。③由于在各种形式的切削过程中，工具承受冲击，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。④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，应要求刃具具有高的红硬性。钢的红硬性是指钢在受热条件下，仍能保持足够的硬度和切削能力，这种性能成为钢的红硬性。红硬性可以用高温回火后在室温条件下测得的硬度直来表示。所以红硬性是钢抵抗多次高温回火软化的能力，实质上这是一个回火抗力的问题。2.2钢种材料-.z.选用T10碳素刃具钢，含碳量：W（C）=1%左右，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。因其生产成本低，冷、热加工工艺性能好，热处理工艺（淬火+低温回火）简单，热处理后有相当高的硬度（58-64HRC），切削热不大（<200℃）时具有较好的耐磨性。因此在生产上获得广泛应用。对于侧重于要求韧性的工具如錾子、凿子、冲子等多采用T7、T8(A)钢；侧重要求硬度和耐磨性的工具如锉刀、刨刀多采用T12(A)、T13(A)钢；要求较高硬度和一定韧性的工具如小钻头、丝锥、低速车刀等多采用T9～T11(A)钢等。碳素刃具钢的缺点是淬透性低、回火稳定性小，红硬性差。因此，碳素刃具钢只能用于制造手用工具、低速及小走刀量的机用刀具。碳素刃具钢淬火时需用水冷，形状复杂的工具易于淬火变形，开裂危险性大等。当对刃具性能要求较高时，就必须采用合金刃具钢。-.z.3设计说明3.1加工工艺流程用T10钢制造形状简单的车刀，基本工艺路线为：下料→锻造→预备热处理（球化退火）→切削加工→最终热处理（淬火、回火等）→磨加工→磨刃3.2热处理工艺预备热处理球化退火：对于含碳量大于0.6%的各种工具钢，磨具钢，轴承钢，共析、过共析钢的锻轧件等，为了改善其各类性能或提高最终热处理组织和性能，常常采用退火或球化退火工艺。球化退火是高碳钢预先热处理工艺，退火一般为炉内缓冷，为其淬火工艺中均匀奥氏体化提供组织准备。T10属于碳素工具钢，含碳量为1%左右。球化退火的作用是消除钢中网状碳化物，改善金相组织，（因为锻造后晶粒粗大，硬度较高。）提高塑性，韧性，降低钢的硬度，以利于切削加工，减少最终热处理时的变形开裂趋势，而且也为淬火做好组织上的准备。退火温度为Ac1~Acm之间,必须严格控制退火加热温度。退火后的组织为体基体上分布着均匀的、细小的碳化物颗粒。硬度应达到41HRC左右。（2）工艺流程：20分钟均匀加热至750℃→保温40分钟→20分钟匀速冷却至690℃→保温80分钟→炉冷到600℃→最后空冷图3.1球化退火图-.z.-.z.最终热处理①淬火淬火：指将钢件加热到Ac3或Ac1（钢的下临界点温度）以上*一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等，淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，淬火加热温度的选择：通常亚共析钢淬火加热温度为Ac3＋30～50℃，共析钢及过共析钢为Ac1＋30～50℃，对于T10钢（过共析钢），Ac1为730℃，其加热温度为Ac1＋30～50℃，即770℃,780℃,790℃。另外，选择淬火加热温度还要考虑工件的尺寸大小和形状，加热设备，合金成分等。保温时间的确定：加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算。最终热处理是淬火+低温回火，淬火获得碳化物+马氏体，获得刀具应该的高-.z.硬度，淬火后的硬度大约为63HRC左右，可以进行几次的回火，使性能更稳-.z.定，回火为了获得回火马氏体，回火作用是使T10钢有一定的硬度，从而提高车刀的加工性能，低温回火使孪晶马氏体中过饱和碳原子沉淀析出碳化物弥散分布在马氏体相中，提高马氏体稳定性，同时使淬火微裂纹焊和，即提高钢的韧性，又保持较高的硬度，强度和耐磨性，减轻零件开裂可能性，缓解淬火造成的严重内应力状态回火后的硬度一般为58-64HRC，回火后硬度并没有降低。回火的目的：①消除淬火过程中产生的热应力和组织应力的残余应力；②是淬火马氏体时效析出碳化物，获得回火马氏体，回火屈氏体或回火索氏体组织，在不降低强度和硬度情况下提高材料的塑性和韧性，获得优良的机械性能；③使淬火过程中不稳定的马氏体和残余奥氏体转变成温度的组织，稳定零件尺寸。-.z.②淬火、回火表表3-1：淬火回火一览表加热速度（℃/min）加热温度（℃）保温时间（min）冷却方式淬火579050水冷回火515060空冷-.z.-.z.-.z.图3.3最终热处理曲线图-.z.-.z.4质量检测1．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2．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，如形变超差，允许较直，但是较直后必须补充去应力退火3．调质质量检测调制处理后一般只检测硬度，HRC应在40左右4．最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少或麻点等-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.5缺陷与分析T10是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上，但是，此钢淬透性低，且耐热性差（250℃），在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒。韧性尚可，强度及耐磨性均较T7-T9高些，但热硬性低，淬透性仍然不高，淬火变形大。淬火缺陷：过热:在淬火加热时，由于温度过高或者时间过长造成奥氏体晶粒粗大，而且易于引起淬火裂纹。造成工件强度和韧性降低，易于产生脆性断裂。轻微的过热可用延长回火时间来补救。严重的过热则需进行一次细化晶粒退火，然后在重新淬火。氧化和脱碳：淬火加热时，钢制零件与周围加热介质相互作用往往会产生氧化和脱碳等缺陷。氧化使工件尺寸减小，表面光洁程度降低，严重影响淬火冷却速度，进而使淬火工件出现软点或硬度不足等新的缺陷。工件表面脱碳会降低淬火后钢的表面硬度、耐磨性，并显著降低其疲劳强度。因此必须注意防止氧化和脱碳现象。钢在加热时，在保证组织转变的条件下，加热温度应尽可能低，保温时间尽可能短。采用良好的盐浴加热或可控气氛加热等方法可以防止钢的氧化。-.z.-.z.-.z.-.z.6结束语本课程主要设计T10钢用来制造车刀的主要热处理设计流程，包括车刀工作条件及失效形式分析。车刀是切削加工中应用最广的刀具之一。车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。在切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度。因此，刀具材料必须具备高硬度、高耐磨性、足够的强度，韧性和抗氧化性，还需具有高的耐热性（红硬性），即在高温下仍能保持足够硬度的性能。对车刀进行性能、技术要求分析，选定钢种T10钢，确定加工工艺流程：下料→锻造→预备热处理（球化退火）→切削加工→最终热处理（淬火、回火等）→磨加工→磨刃。设计其最终热处理和质量检测，最后进行缺陷分析，制定热处理工艺卡。具体工艺流程以及热处理工艺流程包括预备热处理是球化退火：加热至750℃→最终热处理是淬火：加热至790℃→水冷；回火：低温回火150℃→空冷。

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