T10鋼車刀熱處理工藝

-.z.攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)（論文）[T10鋼車刀熱處理工藝設(shè)計(jì)]學(xué)生姓名：馮康學(xué)生**：4院（系）：材料學(xué)院年級(jí)專業(yè)：2013級(jí)材料成型及控制工程1班指導(dǎo)教師：孫青竹副教授二〇一六年六月-.z.攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目T10車刀熱處理工藝設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)的目的使學(xué)生了解、設(shè)計(jì)T10車刀熱處理生產(chǎn)工藝，主要目的：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的熱處理課程的知識(shí)去解決工程問(wèn)題的能力，并使其所學(xué)知識(shí)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(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）內(nèi)容：進(jìn)行零件的加工路線中有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工序的設(shè)計(jì)。根據(jù)零件的技術(shù)要求，選定能實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫(huà)出熱處理工藝曲線圖，選擇熱處理設(shè)備，設(shè)計(jì)或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，說(shuō)明書(shū)中要求對(duì)各熱處理工序的工藝參數(shù)的選擇依據(jù)和各熱處理后的顯微組織作出說(shuō)明。要求：（1）分析生產(chǎn)加工及熱處理過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對(duì)這些缺陷提出預(yù)防措施或補(bǔ)救措施。（2）提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（或設(shè)計(jì)報(bào)告），3～5千字，提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。3、主要參考文獻(xiàn)[1]崔明擇主編.工程材料及其熱處理[M].：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.7.[2]崔忠析主編.金屬學(xué)與熱處理（第二版）[M].：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.5[3]王**.金屬學(xué)與熱處理[M].：機(jī)械工業(yè)出版社，1980[4]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).熱處理手冊(cè)[M].：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.7[5]范逸明.簡(jiǎn)明金屬熱處理工手冊(cè)[M].：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.34、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃第13周：對(duì)給定題目進(jìn)行認(rèn)真分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，做好原始記錄。第14周：撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并進(jìn)行修改、完善，提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。指導(dǎo)教師（簽字）日期年月日教研室意見(jiàn)： 年月日學(xué)生（簽字）：接受任務(wù)時(shí)間：年月日課程設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師成績(jī)?cè)u(píng)定表題目名稱T10車刀熱處理工藝設(shè)計(jì)評(píng)分項(xiàng)目分值得分評(píng)價(jià)內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項(xiàng)紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研7通過(guò)實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實(shí)踐等渠道獲取與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運(yùn)用知識(shí)的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題，能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，得出有價(jià)值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。06設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力，方案的設(shè)計(jì)能力5能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實(shí)驗(yàn)工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計(jì)算及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力；能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計(jì)等。08對(duì)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）10具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）質(zhì)量30綜述簡(jiǎn)練完整，有見(jiàn)解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師簽名：年月日-.z.摘要本課程主要設(shè)計(jì)T10鋼用來(lái)制造車刀的主要熱處理設(shè)計(jì)流程，包括車刀工作條件及失效形式分析。刀具材料必須具備高硬度、高耐磨性、足夠的強(qiáng)度，韌性和抗氧化性，還需具有高的耐熱性（紅硬性），即在高溫下仍能保持足夠硬度的性能。具體工藝流程以及熱處理工藝流程包括預(yù)備熱處理是球化退火：加熱至750℃→最終熱處理是淬火：加熱至790℃→水冷；回火：低溫回火150℃→空冷。關(guān)鍵詞：耐磨高硬度紅硬性熱處理-.z.-.z.目錄TOC\o"1-3"\h\u5993摘要Ⅰ292321、設(shè)計(jì)任務(wù)181461.1設(shè)計(jì)任務(wù)1HYPERLINK\l_Toc175941.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求1218972、設(shè)計(jì)方案2188702.1變速箱設(shè)計(jì)的分析2188992.1.1工作條件及性能要求25772.1.2失效形式及使用性能2186482.2鋼種材料250473、設(shè)計(jì)說(shuō)明4163693.1加工工藝流程491343.2具體熱處理工藝421095預(yù)備熱處理工藝416095最終熱處理5260414、質(zhì)量檢測(cè)7305675、缺陷與分析8305676、結(jié)束語(yǔ)9305677、熱處理工藝卡102396參考文獻(xiàn)11-.z.1設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)T10鋼車刀熱處理工藝設(shè)計(jì)。1.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求高硬度，高耐磨性是刀具最重要的使用性能之一，若沒(méi)有足夠的高的硬度是不能進(jìn)行切削加工的。否則，在應(yīng)力作用下，工具的形狀和尺寸都要發(fā)生變化而失效。高耐磨性則是保證和提高工具壽命的必要性，除了以上要求紅硬性及一定的強(qiáng)度和韌性。在化學(xué)成分上，為了使工具鋼尤其是刃具鋼具有較高的硬度，通常都使其含有較高的的碳（W（C）=0.65%~1.55%），以保證淬火后獲得高碳馬氏體，從而得到高的硬度和切斷抗力，這對(duì)減少防止工具損壞是有利的。大量的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)又可提高耐磨性，碳素工具鋼的理想淬火組織應(yīng)該是細(xì)小的高碳馬氏體和均勻細(xì)小的碳化物，工具鋼在熱處理前都應(yīng)進(jìn)行球化退火，以使碳化物呈細(xì)小的顆粒狀且分布均勻。-.z.2設(shè)計(jì)方案2.1變速箱設(shè)計(jì)的分析2.1.1工作條件及性能要求刃具在切削過(guò)程中，刀刃與工件表面金屬相互作用，使切削產(chǎn)生變形與斷裂，并從工件整體剝離下來(lái)。故刀刃本身承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力和沖擊、振動(dòng)等負(fù)載荷作用。由于切削層金屬的變形及刃具與工件、切削的摩擦產(chǎn)生大量的摩擦熱，均使刃具溫度升高。切屑速度越快，則刃具的溫度越高，有時(shí)刀刃溫度可達(dá)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種，磨損是刀具失效的主要原因之一，如前刀面損，刀尖磨損和后刀面磨損。按道具破損可分為：切削刃微崩，切削刃或刀尖崩碎，刀片或刀具折斷，刀片表層剝落，切削部位塑性變型和刀片的熱裂。①為了保證刃具的使用壽命，應(yīng)要求有足夠的耐磨性。高的耐磨性不僅決定于高硬度，同時(shí)也取決于鋼的組織。在馬氏體基體上分布著彌散的碳化物，尤其是各種合金碳化物能有效地提高刃具鋼的耐磨能力。②為了保證刀刃能進(jìn)入工件并防止卷刀，必須使刃具具有高于被切削材料的硬度（一般應(yīng)在60HRC以上，加工軟材料時(shí)可取45~55HRC），故工具鋼應(yīng)是以高碳馬氏體為基體組織。③由于在各種形式的切削過(guò)程中，工具承受沖擊，振動(dòng)等作用，應(yīng)當(dāng)要求刀具有足夠的塑性和韌性，以防使用中崩刀或折斷。④為了使刀具能承受切削熱的作用，防止在使用過(guò)程中因溫度升高而導(dǎo)致硬度下降，應(yīng)要求刃具具有高的紅硬性。鋼的紅硬性是指鋼在受熱條件下，仍能保持足夠的硬度和切削能力，這種性能成為鋼的紅硬性。紅硬性可以用高溫回火后在室溫條件下測(cè)得的硬度直來(lái)表示。所以紅硬性是鋼抵抗多次高溫回火軟化的能力，實(shí)質(zhì)上這是一個(gè)回火抗力的問(wèn)題。2.2鋼種材料-.z.選用T10碳素刃具鋼，含碳量：W（C）=1%左右，工作溫度：低于200℃。性能：高硬度，成本低。缺點(diǎn)：淬透性低，紅硬性差，耐磨性不足。因其生產(chǎn)成本低，冷、熱加工工藝性能好，熱處理工藝（淬火+低溫回火）簡(jiǎn)單，熱處理后有相當(dāng)高的硬度（58-64HRC），切削熱不大（<200℃）時(shí)具有較好的耐磨性。因此在生產(chǎn)上獲得廣泛應(yīng)用。對(duì)于側(cè)重于要求韌性的工具如鏨子、鑿子、沖子等多采用T7、T8(A)鋼；側(cè)重要求硬度和耐磨性的工具如銼刀、刨刀多采用T12(A)、T13(A)鋼；要求較高硬度和一定韌性的工具如小鉆頭、絲錐、低速車刀等多采用T9～T11(A)鋼等。碳素刃具鋼的缺點(diǎn)是淬透性低、回火穩(wěn)定性小，紅硬性差。因此，碳素刃具鋼只能用于制造手用工具、低速及小走刀量的機(jī)用刀具。碳素刃具鋼淬火時(shí)需用水冷，形狀復(fù)雜的工具易于淬火變形，開(kāi)裂危險(xiǎn)性大等。當(dāng)對(duì)刃具性能要求較高時(shí)，就必須采用合金刃具鋼。-.z.3設(shè)計(jì)說(shuō)明3.1加工工藝流程用T10鋼制造形狀簡(jiǎn)單的車刀，基本工藝路線為：下料→鍛造→預(yù)備熱處理（球化退火）→切削加工→最終熱處理（淬火、回火等）→磨加工→磨刃3.2熱處理工藝預(yù)備熱處理球化退火：對(duì)于含碳量大于0.6%的各種工具鋼，磨具鋼，軸承鋼，共析、過(guò)共析鋼的鍛軋件等，為了改善其各類性能或提高最終熱處理組織和性能，常常采用退火或球化退火工藝。球化退火是高碳鋼預(yù)先熱處理工藝，退火一般為爐內(nèi)緩冷，為其淬火工藝中均勻奧氏體化提供組織準(zhǔn)備。T10屬于碳素工具鋼，含碳量為1%左右。球化退火的作用是消除鋼中網(wǎng)狀碳化物，改善金相組織，（因?yàn)殄懺旌缶Я４执螅捕容^高。）提高塑性，韌性，降低鋼的硬度，以利于切削加工，減少最終熱處理時(shí)的變形開(kāi)裂趨勢(shì)，而且也為淬火做好組織上的準(zhǔn)備。退火溫度為Ac1~Acm之間,必須嚴(yán)格控制退火加熱溫度。退火后的組織為體基體上分布著均勻的、細(xì)小的碳化物顆粒。硬度應(yīng)達(dá)到41HRC左右。（2）工藝流程：20分鐘均勻加熱至750℃→保溫40分鐘→20分鐘勻速冷卻至690℃→保溫80分鐘→爐冷到600℃→最后空冷圖3.1球化退火圖-.z.-.z.最終熱處理①淬火淬火：指將鋼件加熱到Ac3或Ac1（鋼的下臨界點(diǎn)溫度）以上*一溫度，保持一定的時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見(jiàn)的淬火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級(jí)淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等，淬火的目的是使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，淬火加熱溫度的選擇：通常亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3＋30～50℃，共析鋼及過(guò)共析鋼為Ac1＋30～50℃，對(duì)于T10鋼（過(guò)共析鋼），Ac1為730℃，其加熱溫度為Ac1＋30～50℃，即770℃,780℃,790℃。另外，選擇淬火加熱溫度還要考慮工件的尺寸大小和形狀，加熱設(shè)備，合金成分等。保溫時(shí)間的確定：加熱時(shí)間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所需的加熱介質(zhì)及加熱方法等因素有關(guān)，一般可按照經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算。最終熱處理是淬火+低溫回火，淬火獲得碳化物+馬氏體，獲得刀具應(yīng)該的高-.z.硬度，淬火后的硬度大約為63HRC左右，可以進(jìn)行幾次的回火，使性能更穩(wěn)-.z.定，回火為了獲得回火馬氏體，回火作用是使T10鋼有一定的硬度，從而提高車刀的加工性能，低溫回火使孿晶馬氏體中過(guò)飽和碳原子沉淀析出碳化物彌散分布在馬氏體相中，提高馬氏體穩(wěn)定性，同時(shí)使淬火微裂紋焊和，即提高鋼的韌性，又保持較高的硬度，強(qiáng)度和耐磨性，減輕零件開(kāi)裂可能性，緩解淬火造成的嚴(yán)重內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)回火后的硬度一般為58-64HRC，回火后硬度并沒(méi)有降低?；鼗鸬哪康模孩傧慊疬^(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的殘余應(yīng)力；②是淬火馬氏體時(shí)效析出碳化物，獲得回火馬氏體，回火屈氏體或回火索氏體組織，在不降低強(qiáng)度和硬度情況下提高材料的塑性和韌性，獲得優(yōu)良的機(jī)械性能；③使淬火過(guò)程中不穩(wěn)定的馬氏體和殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成溫度的組織，穩(wěn)定零件尺寸。-.z.②淬火、回火表表3-1：淬火回火一覽表加熱速度（℃/min）加熱溫度（℃）保溫時(shí)間（min）冷卻方式淬火579050水冷回火515060空冷-.z.-.z.-.z.圖3.3最終熱處理曲線圖-.z.-.z.4質(zhì)量檢測(cè)1．原材料進(jìn)廠入庫(kù)檢測(cè)①原材料硬度檢測(cè)②碳化物不均勻檢測(cè)③表面脫碳檢測(cè)④淬火實(shí)驗(yàn)2．刀具退火質(zhì)量檢測(cè)退火時(shí)應(yīng)防止氧化脫碳，退火后的型變量應(yīng)小于加工余量的1\3，如形變超差，允許較直，但是較直后必須補(bǔ)充去應(yīng)力退火3．調(diào)質(zhì)質(zhì)量檢測(cè)調(diào)制處理后一般只檢測(cè)硬度，HRC應(yīng)在40左右4．最終熱處理檢測(cè)檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)方法淬火前檢測(cè)檢測(cè)有無(wú)形變超差、裂紋和碰傷等淬火現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)校正儀器儀表，淬火晶粒度和淬火后硬度檢測(cè)回火后檢測(cè)用肉眼或放大鏡觀察表面有無(wú)裂縫、燒傷等硬度檢測(cè)洛氏硬度最好控制在65-67HRC彎曲檢查較直并進(jìn)行去應(yīng)力紅硬性檢測(cè)600攝氏度下保溫4小時(shí)檢測(cè)其洛氏硬度刀具表面質(zhì)量檢測(cè)檢測(cè)表面有無(wú)過(guò)少或麻點(diǎn)等-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.-.z.5缺陷與分析T10是最常見(jiàn)的一種碳素工具鋼，韌度適中，生產(chǎn)成本低，經(jīng)熱處理后硬度能達(dá)到60HRC以上，但是，此鋼淬透性低，且耐熱性差（250℃），在淬火加熱時(shí)不易過(guò)熱，仍保持細(xì)晶粒。韌性尚可，強(qiáng)度及耐磨性均較T7-T9高些，但熱硬性低，淬透性仍然不高，淬火變形大。淬火缺陷：過(guò)熱:在淬火加熱時(shí)，由于溫度過(guò)高或者時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成奧氏體晶粒粗大，而且易于引起淬火裂紋。造成工件強(qiáng)度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆性斷裂。輕微的過(guò)熱可用延長(zhǎng)回火時(shí)間來(lái)補(bǔ)救。嚴(yán)重的過(guò)熱則需進(jìn)行一次細(xì)化晶粒退火，然后在重新淬火。氧化和脫碳：淬火加熱時(shí)，鋼制零件與周圍加熱介質(zhì)相互作用往往會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳等缺陷。氧化使工件尺寸減小，表面光潔程度降低，嚴(yán)重影響淬火冷卻速度，進(jìn)而使淬火工件出現(xiàn)軟點(diǎn)或硬度不足等新的缺陷。工件表面脫碳會(huì)降低淬火后鋼的表面硬度、耐磨性，并顯著降低其疲勞強(qiáng)度。因此必須注意防止氧化和脫碳現(xiàn)象。鋼在加熱時(shí)，在保證組織轉(zhuǎn)變的條件下，加熱溫度應(yīng)盡可能低，保溫時(shí)間盡可能短。采用良好的鹽浴加熱或可控氣氛加熱等方法可以防止鋼的氧化。-.z.-.z.-.z.-.z.6結(jié)束語(yǔ)本課程主要設(shè)計(jì)T10鋼用來(lái)制造車刀的主要熱處理設(shè)計(jì)流程，包括車刀工作條件及失效形式分析。車刀是切削加工中應(yīng)用最廣的刀具之一。車刀的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲(chǔ)切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。在切削過(guò)程中，刀具的切削部分要承受很大的壓力、摩擦、沖擊和很高的溫度。因此，刀具材料必須具備高硬度、高耐磨性、足夠的強(qiáng)度，韌性和抗氧化性，還需具有高的耐熱性（紅硬性），即在高溫下仍能保持足夠硬度的性能。對(duì)車刀進(jìn)行性能、技術(shù)要求分析，選定鋼種T10鋼，確定加工工藝流程：下料→鍛造→預(yù)備熱處理（球化退火）→切削加工→最終熱處理（淬火、回火等）→磨加工→磨刃。設(shè)計(jì)其最終熱處理和質(zhì)量檢測(cè)，最后進(jìn)行缺陷分析，制定熱處理工藝卡。具體工藝流程以及熱處理工藝流程包括預(yù)備熱處理是球化退火：加熱至750℃→最終熱處理是淬火：加熱至790℃→水冷；回火：低溫回火150℃→空冷。

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