W18Cr4V鋼制造齒輪銑刀的熱處理工藝

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的目的 2\o"CurrentDocument"2.零件的技術(shù)要求及選材 2\o"CurrentDocument"零件的技術(shù)要求 2\o"CurrentDocument"零件的服役條件 3\o"CurrentDocument"零件可能的失效形式 3\o"CurrentDocument"材料的選擇 .4\o"CurrentDocument"化學(xué)成分及合金元素的作用 5\o"CurrentDocument"3熱處理工藝內(nèi)容及步驟 6\o"CurrentDocument"相變點(diǎn)的確定 6\o"CurrentDocument"熱處理工藝 .6熱處理工藝流程及參數(shù) 6熱處理工藝目的 7操作過程中的注意事項(xiàng) 8\o"CurrentDocument"熱處理設(shè)備的選用 8\o"CurrentDocument"組織特點(diǎn)和性能分析 8\o"CurrentDocument"4零件熱處理工藝的改進(jìn) 9\o"CurrentDocument"5收獲和體會 9\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)： 10.熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的目的熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分。通過熱處理可以改變材料的加工工藝性能充分發(fā)揮材料的潛力，提高工件的使用壽命。熱處理工藝在整個機(jī)械加工過程中是一個重要環(huán)節(jié)，它與工件設(shè)計(jì)及其它加工工藝之間存在密切關(guān)系。熱處理工藝課程設(shè)計(jì)是通過對零件技術(shù)要求分析，制定合理的熱處理工藝。其目的是：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學(xué)知識得到鞏固和發(fā)展。（2）學(xué)習(xí)熱處理工藝設(shè)計(jì)的一般方法、熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計(jì)等。（3）進(jìn)行熱處理設(shè)計(jì)的基本技能訓(xùn)練，如計(jì)算、工藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。.零件的技術(shù)要求及選材零件的技術(shù)要求金屬切削過程中，刀具進(jìn)行切削加工的部分受到高壓、高溫的作用，刀具的切削表面還受到工件上金屬切削層的劇烈摩擦作用。當(dāng)切削加工不均勻或切削斷續(xù)表面時，刀具切削部分還要受到切削沖擊，所以刀具如要勝任切削工作，刀具切削部分材料必須具備一定的切削性能。分析零件，其中技術(shù)要求如下：（1）銃刀應(yīng)用W18Cr4V或同等性能的高速鋼制造。（2）銑刀工作部分硬度為：63—66HRC。（3）銃刀工作部分應(yīng)具有較高耐磨性、耐熱性、強(qiáng)度和韌性。（4）銃刀表面不得有裂紋、崩刃、燒傷及其他影響使用性能的缺陷。零件的服役條件刀具切削的主要材料是金屬材料，在機(jī)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(qiáng)烈的摩擦，因此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(qiáng)度和擠壓強(qiáng)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。有時韌性成為刀具的重要性能，因?yàn)榈毒咴谇邢鬟^程中，刀尖會在外力的作用下產(chǎn)生崩刃、折斷和破碎等情況，這時韌性就決定了工具的壽命，因此國內(nèi)外及其重視刀具的韌性。零件可能的失效形式切削刀具常見的失效形式主要有以下幾種：⑴磨損磨損是在正常使用的情況下，切削刀具最常見的失效形式。切削刀具產(chǎn)生嚴(yán)重磨損時會發(fā)出尖叫聲或產(chǎn)生嚴(yán)重振動，甚至無法切削。磨損大都是由于刀具與加工工件或切屑之間的磨粒磨損造成的，有時也可能是由于工件表面形成積屑瘤而形成的黏著磨損所造成的。刀具產(chǎn)生不正常磨損的主要原因是耐磨性不高，耐磨性不高大都是硬度不足或熱硬性不足造成的。熱處理時產(chǎn)生的刀具表面脫碳、脫元素等現(xiàn)象也可能造成耐磨性降低。為提高刀具表面的耐磨性，應(yīng)該選擇高耐磨性、高熱硬性的原材料，熱處理時，在不使切削刃脆化的前提條件下，盡量提高工具的硬度；選擇合適的表面處理，也可以提高刀具表面的耐磨性。⑵崩刃崩刃也是切刀具常見的失效形式之一，其中包括微崩刃、大塊崩刃、掉牙、掉齒等現(xiàn)象。很多崩刃現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于切削時切削刃長期承受周期性的循環(huán)應(yīng)力所產(chǎn)生的一種疲勞壞現(xiàn)象，有時也可能是由于突然產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力造成的。間斷切削的刀具或切削時承受較大沖擊載荷的刀具更容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。制造這類刀具的原材料應(yīng)該組織均勻，不應(yīng)有嚴(yán)重的碳化物偏析，熱處理硬度應(yīng)取下限，不應(yīng)產(chǎn)生過熱及回火不足等增加工具脆性的現(xiàn)象。（3）,斷裂、破碎切削工具由于承受較大的沖擊力或因刀具自身的脆性較大時會產(chǎn)生整體斷裂、破碎現(xiàn)象、如磚頭的扭斷，鋸條的折斷，鋸片銃刀的破碎等都屬于這一類。刀具的斷裂、破碎與工刀具本身的韌性不足有關(guān)，但這種失效不完全是韌性不足引起的，如拉刀的斷裂有時就是因?yàn)閺?qiáng)度不足或內(nèi)裂紋引起的。儀表用的小鉆頭多以折斷形式失效，但試驗(yàn)分析表明，小鉆頭折斷不完全是鉆頭本身脆性大造成的，多數(shù)情況下是因?yàn)殂@頭的耐磨性不夠，產(chǎn)生較大的磨損以后還繼續(xù)鉆削，切削阻力增大，這是鉆頭折斷。⑷被加工工件達(dá)不到技術(shù)要求，在切削過程中，由于刀具產(chǎn)生嚴(yán)重磨損或刀具的切削刃上有明顯的崩刃現(xiàn)象，這時刀具雖然可以繼續(xù)切削，但由于被加工工件的尺寸精度或表面粗糙度達(dá)不到技術(shù)要求，因而刀具不能繼續(xù)使用。材料的選擇銃刀材料的選擇應(yīng)具備以下條件：（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(jìn)行切削的性能，這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(qiáng)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(qiáng)度，否則易斷裂和損壞。由于銃刀會受到?jīng)_擊和振動，因此，銃刀材料還應(yīng)具備好的韌性，才不易崩刃，碎裂等特點(diǎn)。綜上所述，選用W18Cr4V鋼。W18Cr4V為鴇系高速鋼，具有高的硬度、紅硬性及高溫硬度。其熱處理范圍較寬淬火不易過熱，熱處理過程不易氧化脫碳，磨削加工性能較好。該鋼在500℃及600℃時硬度分別保持在HRC57?58及HRC52?53,對于大量的、一般的被加工材料具有良好的切削性能?；瘜W(xué)成分及合金元素的作用W18Cr4v,常用的鴇系高速鋼的一種，它屬于萊氏體鋼，是高速鋼應(yīng)用最長久的一種。和其它高速鋼一樣，常被稱為“白鋼”、“鋒鋼”或“風(fēng)鋼”（空冷即可淬火）。由于W18Cr4V鋼中加入大量W、Cr、V元素，使Fe-C相圖中的ES線上升并左移，所以鋼中出現(xiàn)大量的共晶萊氏體碳化物，其組織形態(tài)有布直接影響鋼的性能及使用。故W18Cr4V鋼需經(jīng)反復(fù)鍛造加工，使其組織中出現(xiàn)的鑄態(tài)魚骨狀共晶碳化物碎裂成細(xì)小的碳化物顆粒，并呈彌散分布，才能使用。其化學(xué)成分如下（GB/T9943-2008《高速工具鋼》）：含碳量0.7——0.8%，含鴇量17.5——19%，含銘量3.80——4.4%，含釩量1.0——1.4%，含硅量小于0.4%，含錳量小于0.4%，含鉬量小于0.3%。在鋼中，碳主要與鴇、銘、釩、鉬、鉆（碳化物的形成元素）等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及紅硬性。鴇是使高速鋼具有較高紅硬性的主要元素，鴇在鋼中主要以Fe4W2c形式存在，加熱時部分溶人奧氏體中，淬火時存在于馬氏體中，使鋼的回火穩(wěn)定性得以提高。560℃回火時，鴇會以彌散的特殊碳化物形式出現(xiàn)，形成了“二次硬化”現(xiàn)象。加熱時部分未溶的Fe4W2c則會阻礙奧氏體晶粒長大，降低過熱敏感性和提高耐磨性。銘在高速鋼中的主要作用是提高淬透性、硬度和耐磨性，同時還能提高鋼的抗氧化脫碳和抗腐蝕能力。銘存在形式的碳化物在高速鋼的正常淬火加熱溫度下幾乎全部溶解，對阻礙奧氏體晶粒長大不起作用，但是溶人奧氏體中會明顯提高淬透性和回火穩(wěn)定性。高速鋼中銘含量一般都在4%Cr左右，過高了會增加殘余奧氏體量，過低淬透性則達(dá)不到要求。釩在高速鋼中的主要作用是細(xì)化晶粒，提高紅硬性、硬度及耐磨性。釩形成的碳化物在加熱時，部分溶入奧氏體，回火時以細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)彌散析出，造成二次硬化而提高鋼的紅硬性。釩碳化物比鴇、鉬、鉻碳化物都穩(wěn)定，而且是細(xì)小彌散分布，加熱時很難溶解，對奧氏體晶粒長大有很大的阻礙作用，并能有效地提高硬度和耐磨性。合金元素鉬的作用與鴇相似，一份鉬可代替兩份鴇，而且鉬還能提高韌性和消除第二類回火脆性。但是含鉬較高的高速鋼脫碳和過熱敏感性較大。W18Cr4V鋼中還存有少量的硅、錳元素，除提高淬透性外，主要也固溶于基體組織中，起到強(qiáng)化基體組織和改善鋼的回火穩(wěn)定性的作用。3熱處理工藝內(nèi)容及步驟相變點(diǎn)的確定W18Cr4V屬于高合金鋼，其特點(diǎn)是升溫速度慢，鍛造溫度范圍窄。始鍛溫度為H00?1150°C,終鍛溫度為900?950°C。根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，W18Cr4V鋼相變點(diǎn)為：Ac1820c、Accm1330℃、Ar1760℃>乂$210℃。等溫球化退火加熱溫度應(yīng)在Ac1-Accm線之間，等溫溫度低于Ar17600c線以下，其等溫球化退火加熱溫度為860?880℃,等溫溫度為740?760℃。淬火為分級淬火，W18Cr4V含大量的合金元素:塑性差，導(dǎo)熱性差，在快速加熱時的熱應(yīng)力使之變形開裂，所以要在加熱到淬火溫度1270—1280c前進(jìn)行800―840C預(yù)熱,對形狀復(fù)雜者,還應(yīng)在500—650℃增加一次預(yù)熱。鴇、磯等主要起提高紅硬性的元素要很高的溫度下才溶解，但過高的溫度又會使晶粒粗大，且鴇等合金元素都縮小奧氏區(qū)，使得共析與共晶溫度提高，因而選擇1270—1280℃。從1270—1280c分級淬火,分級溫度為580一620℃,然后再560℃進(jìn)行三次回火。熱處理工藝熱處理工藝流程及參數(shù)盤形齒輪銃刀的熱處理工藝盤形齒輪銃刀一般結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，被廣泛用于中、小模數(shù)齒輪的小批量加工或修配。用高速工具鋼W18Cr4V制造盤形齒輪銃刀，其熱處理工藝選用和生產(chǎn)工藝路線的確實(shí)是關(guān)鍵問題。W18Cr4V高速鋼的碳及合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，屬于萊氏體鋼，鑄態(tài)組織有粗大、魚骨狀的共晶碳化物，分布不均勻，會使強(qiáng)度下降，脆性增加，并且不能通過熱處理來改變碳化物分布，只有通過鍛造使其均勻分布，鍛后必須緩冷。W18Cr4V因其化學(xué)成分的特點(diǎn)，其熱處理具有淬火加熱溫度高、回火次數(shù)多等特點(diǎn)。其中熱處理流程為：等溫球化退火一一分級淬火一一回火。

熱處理工藝目的1、等溫球化退火：W18Cr4V高速鋼鍛造后的硬度很高，只有經(jīng)過退火降低硬度才能進(jìn)行切削加工。一般采用球化退火降低硬度，消除鍛造應(yīng)力，為淬火作組織上的準(zhǔn)備。2、分級淬火：淬火有助于Cr、Mn、Si元素和少量V、W元素的溶解以及共晶碩化物的溶解，提高淬透性，改善回火穩(wěn)定性。分級淬火是為了減少殘余奧氏體，穩(wěn)定組織，消除應(yīng)力，提高紅硬性。3、回火：W18Cr4V鋼淬火后殘余奧氏體量較多可達(dá)30%,為了減少殘余奧氏體量，消除應(yīng)力，穩(wěn)定組織，提高力學(xué)性能，淬火后要在560℃進(jìn)行回火,高速鋼回火時會產(chǎn)生“二次硬化”現(xiàn)象，使硬度得到提高。操作過程中的注意事項(xiàng).操作前，首先要熟悉熱處理工藝規(guī)程和所要使用的設(shè)備。.操作時，必須穿戴好必要的防護(hù)用品，如工作服、手套、防護(hù)眼鏡等。.在加熱設(shè)備和冷卻設(shè)備之間，不得放置任何妨礙操作的物品。.熱處理用全部工具應(yīng)當(dāng)有條理地放置，不許使用殘裂的、不合適的工具。.車間的出入口和車間內(nèi)的通路，應(yīng)當(dāng)通行無阻。在重油爐的噴嘴及煤氣爐的澆嘴附近，應(yīng)當(dāng)安置滅火砂箱；車間內(nèi)應(yīng)放置滅火器。.經(jīng)過熱處理的工件，不要用于去摸，以免造成灼傷。熱處理設(shè)備的選用由《熱處理設(shè)備》可知工件退火一般選用箱式爐。本設(shè)計(jì)等溫退火溫度為850℃，故選用中溫箱式爐。查閱資料初步選用RX3-75-9型中溫箱式爐，爐溫850℃時空爐升溫時間為3.5小時。淬火加熱設(shè)備初步選用RDM-90-13型埋入式高溫鹽浴爐，額定溫度為1300℃，加熱時間取12s/mm。應(yīng)此次淬火為一次油淬，兩次分級淬火，除淬火油槽外還選用了RDM-35-6型埋入式低溫硝鹽浴爐，額定溫度為680℃。W18Cr4V鋼的回火溫度為550?570℃，保溫時間通常為60min，回火次數(shù)為三次，每次回火冷卻都要冷至室溫。選用RJ2-55-6型低溫井式電阻爐。組織特點(diǎn)和性能分析1、等溫球化退火：球化退火后組織為索氏體和均勻分布的合金碳化物所組成。2、分級淬火：分級淬火后約獲得50%的貝氏體和大量的殘余奧氏體，因此淬火后的硬度比普通淬火稍低淬火變形開裂傾向很低。3、回火：在560℃進(jìn)行三次回火，回火后的組織由回火馬氏體、少量殘余奧氏體、塊狀合金碳化物組成，硬度達(dá)到65HRC以上。4零件熱處理工藝的改進(jìn)在實(shí)際的熱處理過程中，由于原材料的缺陷、工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)、工序不當(dāng)、操作不當(dāng)?shù)仍颍自斐筛鞣N熱處理缺陷的產(chǎn)生。我們應(yīng)該對零件熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，以減少缺陷?？赡艹霈F(xiàn)的熱處理缺陷及改進(jìn)方法如下：（1）硬度過高，W（C）＞0.45%的中、高碳鋼在正火過程中容易出現(xiàn)硬度過高現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：冷卻速度快，組織中珠光體片間距變細(xì)，碳化物彌散度增大；裝爐量大，爐溫不均勻。嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，可消除硬度過高缺陷。（2）淬火畸變，產(chǎn)生原因：熱處理前后組織比體積不同是引起體積變化的主要原因，加熱溫度不均，淬火冷卻時的不同時性形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部發(fā)生塑性變形。消除方式：降低淬火加熱溫度對減少熱應(yīng)力和組織應(yīng)力畸變都有作用，緩慢加熱或?qū)ぜM(jìn)行預(yù)熱，可減少加熱過程中的熱畸變，合理捆扎和吊掛工件。根據(jù)工件的形狀采用合理的淬入方式。（3）淬火開裂，產(chǎn)生原因：冷卻不當(dāng)，在Ms溫度以下快冷，因組織應(yīng)力大引起開裂，還可能是淬火后未及時回火，工件內(nèi)部的顯微裂紋在淬火應(yīng)力作用下擴(kuò)展成宏觀裂紋。消除方式：正確進(jìn)行預(yù)先熱處理，避免正火、退火組織缺陷。合理選擇淬火介質(zhì)和淬火方法。易開裂工件，淬火后要及時回火。（4）感應(yīng)淬火易出現(xiàn)硬度不足，產(chǎn)生原因：單位表面功率低，加熱時間短，加熱表面與感應(yīng)器間隙過大，這些因素都使感應(yīng)加熱溫度降低，淬火組織中有較多的未溶鐵素體。還可能是加熱結(jié)束至冷卻開始的時間間隙太長，噴液時間短，噴液供應(yīng)量不足或噴液壓力低，淬火介質(zhì)冷卻速度慢，使組織中出現(xiàn)非馬氏體組織。消除方式：正確選擇感應(yīng)設(shè)備，嚴(yán)格按照工藝參數(shù)加工。5