9MN2V機床絲杠熱處理工藝設計畢業(yè)論文

1、9mn2v 機床絲杠熱處理工藝設計【摘要】 機床絲杠分類及其應用 機床絲杠按其摩擦特性可分為三類：即滑動絲杠、滾動絲杠及靜壓絲杠。各級精度絲杠應用 范圍如下：4 級為目前最高級，一般很少應用；5 級用于精密儀器及機密機床，如坐標鏜床、 螺紋磨床等；6 級用于精密儀器、精密機床和數控機床；7 級用于精密螺紋車床、齒輪加工 機床及數控機床；8 級用于一般機床，如臥式車床、銑床；9 級用于刨床、鉆床及一般機床 的進給機構。 一般所說的精密絲杠是指 5、6、7 級絲杠。共有五項基本參數：即外徑 d、內徑 d1、 中徑 d2、螺距 t 及牙形半角 /2。由于絲杠要傳遞準確運動，因此，按 jb2886-8

2、1 規(guī)定，絲 杠及螺距的精度，根據使用要求分為 6 個等級：4、5、6、7、8、9(精度依次降低)。精密絲 杠有淬硬絲杠和不淬硬絲杠兩種。前者的耐磨性較好，能較長時間保持加工精度，但加工工 藝復雜，必須有高精度的螺紋磨床和專門的熱處理設備，而后者只需要精密絲杠車床?；瑒?絲杠的牙型多為梯形。這種牙型比三角形牙酬具有效果高，傳動性能好，精度高，加工方便 等優(yōu)點。滾動絲杠義分為滾珠絲杠和滾柱絲杠兩大類。滾珠絲杠與滾柱絲杠相比而言，摩擦 力小，傳動效率高，精度也高，因而比較常用，但是其制造工藝比較復雜。 滾珠絲杠副和滾珠絲杠的精度等級也分為六個等級。 由于滑動絲杠結構簡單， 制造方便， 所以在機床上

3、應用比較廣泛。絲杠是細長柔性軸，它的長度 l 與直徑 d 的比值很大，一般 為 2050，剛性較差。結構形狀復雜，有很高的螺紋表面要求，還有階梯、溝槽等，所以， 在加工過程中易出現變形。 靜壓絲杠有許多的優(yōu)點， 常被用于精密機床和數控機床的進給機 構中。其螺紋牙形與標準梯形螺紋牙形相同。但牙形高于同規(guī)格標準螺紋 1.52 倍，目的在 于獲得良好油封及提高承載能力。但是調整比較麻煩，而且需要一套液壓系統(tǒng)，工藝復雜， 成本較高。在國家標準 gb785-65 中，對普通梯形螺紋精度是按中徑公差劃分的?！娟P鍵詞】 絲杠 發(fā)展與歷程 9mn2v與低合金 工具鋼 顯微組織分析 熱處理 特性 缺陷 工藝 尺

4、寸穩(wěn)定性1 概述1.1 絲杠材料的選擇絲杠是現代機械中應用較廣泛的一種機械傳動零件，合理地選擇和使用金屬材料尤為重要。大致上講，應主要滿足絲杠材料所需的機械性能、工藝性能和經濟性要求三個方面：1.1.1 滿足絲杠材料的機械性能 材料的機械性能包括強度、硬度、塑性及韌性等，反映材料在使用過程中所表現出來的特性。絲杠的損壞形式主要有磨損和疲勞滾珠絲杠工作時常承受彎曲，疲勞，沖擊，同時在滑動和轉動承受摩擦作用。因此整體要求具有良好的綜合力學性能（即一定的強度和韌性配合）和較高的尺寸穩(wěn)定性，相關部位還要求高硬度，高強度，和足夠的耐磨性1.1.2滿足絲杠材料的工藝性能 材料的工藝性能是指材料本身能夠適應

5、各種加工工藝要求的能力。絲杠的制造要經過切削加工和熱處理等幾種加工，因此選材時要對材料的工藝性能加以注意。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機械性能可以滿足一般工作條件的要求。但強度不夠高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途經來改善材料的工藝性能。1.1.3滿足絲杠材料的經濟性要求所謂經濟性是指最小的耗費取得最大的經濟效益。在滿足使用性能的前提下，選用齒輪材料還應注意盡量降低零件的總成本。我們可以從以下幾方面考慮：從材料本身價格來考慮。碳鋼和鑄鐵的價格是比較低廉的，因此在滿足零件機械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，

6、不僅具有較好的加工工藝性能，而且可降低成本。從金屬資源和供應情況來看，應盡可能減少材料的進口量及價格昂貴材料的使用量。從齒輪生產過程的耗費來考慮：采用不同的熱處理方法相對加工費用也不一樣；通過改進熱處理工藝也可以降低成本；所選鋼種應盡量少而集中，以便采購和管理；我們還可以通過改進工藝來提高經濟效益?！窘z杠的組成和應用特點】絲杠由螺桿、螺母和滾珠三部分組成,在使用中發(fā)揮重要的作用和價值.絲杠具有好的工作原 理和功能,它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動,這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展,這項 發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作.絲杠的發(fā)展是滾珠螺絲的發(fā)展壯大和 進步,促進中國技術的提高和

7、進步,保證中國在設備和技術行業(yè)的進步、 發(fā)展技術.由于具有很 小的摩擦阻力,絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器,在行業(yè)中發(fā)揮重要的作用和價值. 絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件,其主要功能是將扭矩轉換成軸向反覆作用 力,同時兼具高精度、 可逆性和高效率的特點. 絲杠良好的產品特點和性能促使其在不斷的使 用和發(fā)展,在不同的行業(yè)中發(fā)揮重要的作用和價值,不斷的在同行業(yè)中發(fā)揮作用. 絲杠具有良好的產品特點,下面介紹一下絲杠的特點,具體表現在一下方面： 1、與滑動絲杠相比,絲杠的驅動力矩為 1/3.由于絲杠的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在 做滾動運動,所以能得到較高的運動效率.與過去的滑動絲

8、杠副相比驅動力矩達到 1/3 以下,即 達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3.在省電方面很有幫助. 2、 無側隙、 剛性高 絲杠可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高 的剛性(絲杠內通過給滾珠加予壓力,在實際用于機械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部 的剛性增強). 3、微進給可能,絲杠由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現滑動運動那樣的 爬行現象,能保證實現精確的微進給. 4、 高精度的保證,絲杠是用日本制造的世界最高水平的機械設備連貫生產出來的,特別是 在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度濕度進行了嚴格的控制,由于完善的品質 管理體制使精

9、度得以充分保證. 5、高速進給可能,絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現高速進給(運動),展現高速 的運動功能. 絲杠因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運用于各種工業(yè)設備、 精密儀器、 精密數控機床行業(yè) 中,在行業(yè)中發(fā)揮重要的作用和價值.尤其是近年來,絲杠作為數控機床直線驅動執(zhí)行單元,在 機床行業(yè)得到廣泛運用,極大的推動了機床行業(yè)的數控化發(fā)展.絲杠在工業(yè)中廣泛使用和推廣, 不斷的推動工業(yè)的發(fā)展和進步,同時也促進中國技術的發(fā)展和壯大. 絲杠的工藝精度和硬度測試 在非標設備和夾具中， 長絲杠得以廣泛應用， 為了提高絲杠的使用壽命， 廣泛采用淬硬絲杠， 這種絲杠以磨為主，精度靠螺紋磨床磨削來保證。65mn

10、 材料的絲杠采用的熱處理工藝為淬 火、回火、冰冷處理、回火。絲杠在粗磨(粗車)后須進行高溫時效，半精磨(精車)后應采取 低溫時效，以消除機加工過程中產生的應力，提高絲杠的穩(wěn)定性。在螺紋磨床上加工螺紋， 是目前螺紋加工中獲取高精度、 低表面粗糙度最常用的切削方法， 隨著高精度淬硬螺紋零件 的廣泛應用，磨削加工螺紋的優(yōu)越性得到充分體現。在現實生產中，為了獲得較高精度和表 面質量的絲杠，有必要對其磨削工藝進行深入探討。 絲杠的工藝基準是兩端的中心孔，中心孔一般應采用 b 型中心孔，它可以防止端面碰 傷而影響中心孔的精度，同時中心孔的硬度應達到 6o65hrc，中心孔的精度是保證絲杠 精度的關鍵，在粗

11、磨、精磨工序前即淬火、時效后必須安排中心孔修研工序。中心孔與頂尖 的接觸面積在粗磨時要求為 75%，精磨時要求達到 80%以上。研磨時對絲杠的軸向壓力不 可過大，以免絲杠變形。這里選用的修研方法是在機床上用六棱硬質合金頂尖刮研，它的刃 帶有微量切削作用和擠光作用，能修正中心孔的幾何形狀誤差，且效率高，工具壽命長，粗 糙度可達 ra0.8m。 絲杠材料直接影響加工工藝及熱處理后工件的機械性能。因此高精度長絲杠的制造中一個很重要的問題就是合理選擇材料，通常可從合金工具鋼、合金結構鋼、碳素工具鋼中選 擇。根據圖 l 所示零件的技術要求，綜合熱處理工藝性和機加工工藝性，選擇 65mn，此材 料可獲得較

12、高硬度 5560hrc，絲杠具備高強度、高耐磨性。絲杠在熱處理過程中應注意避 免產生彎曲變形，盡量不采用校直工序，必要時也只能采用熱校直。因為在常溫下校直的絲 杠，雖然短時間內看起來已校直，但第 2 天或者一經磨削加工又會產生彎曲變形。 精密絲杠使用不容忽視問題 精密絲杠是精密機床、 數控機床及其它精密機械與儀器的重要傳動裝置。 天津腳手架租賃為 起到將旋轉運動轉換為直線運動的精確傳動作用，對精密絲杠的精度、剛度、耐磨性等均提 出了較高要求。為減小殘余應力的影響，絲杠毛坯須經球化退火處理，以獲得穩(wěn)定的球狀珠 光體組織； 絲杠熱變形的計算通常需要根據實際加工情況建立溫度分布數學模型， 但實際加

13、工情況的復雜性(如持續(xù)放熱移動熱源)增加了數學建模難度。而基于能量守恒定律，采用平 均線膨脹系數進行計算， 則只需考慮熱量含量相同的任一溫度分布狀況的熱變形計算， 可在 保持原有精度的前提下大大簡化數學模型，使絲杠熱變形的計算變得簡潔、方便。 磨削加工絲杠時所產生的磨削熱約有 60%95%被傳入被磨絲杠中。 由于磨削速度極高， 熱量瞬間聚集在絲杠表面形成局部高溫， 隨著砂輪沿絲杠軸向進給， 熱量向絲杠兩端及內部 傳導，同時與絲杠表面的冷卻介質發(fā)生對流換熱。因此，絲杠磨削加工時的熱量傳播方式主 要包括磨削表面所需表面能、殘留于表面和磨屑中的應變能、砂輪的溫升、絲杠內部的熱傳 導、絲杠與冷卻介質的

14、對流換熱等。 在精密絲杠使用一段時間后，因殘余應力釋放引起的絲杠變形誤差也不容忽視，為此必 須對磨削加工引起的殘余應力分布狀況進行精確計算， 并據此進行誤差補償。 目前對磨削殘 余應力的研究多集中于對實驗數據的分析， 而從理論上確定磨削加工殘余應力分布狀況則是 今后需要深入研究且具有應用價值的工作。 為提高絲杠加工系統(tǒng)剛度， 需采用高同軸度的跟 刀架或導套等輔助支承。 精密絲杠的熱變形主要源于砂輪磨削加工產生的環(huán)狀移動熱源在絲 杠上產生溫度分布引起的熱膨脹， 因此在熱變形數學建模中需考慮的因素有： 磨削熱形成的 熱源特征、熱源的移動性、熱量沿桿件的傳導特征、熱量的散熱特征等。此外，加工后的殘

15、余應力對絲杠尺寸的影響也不容忽視。旋轉伺服電機+滾珠絲杠的驅動方式 旋轉伺服電機 滾珠絲杠的驅動方式隨著直接驅動技術的發(fā)展，直線電機與傳統(tǒng)的旋轉伺服電機+滾珠絲杠的驅動 方式的對比引起業(yè)界的關注。 滾珠絲杠在使用方式中可能存在椅子質量性能方面 的問題，需要根據市場情況和標準使用，得到良好的使用趨勢。 1845 年英國人就已經發(fā)明了直線電動機，但當時的直線電動機氣隙過大導致效 率很低，無法應用。19 世紀 70 年代科爾摩根也推出過，但因成本高效率低限制 了它的發(fā)展。直到 20 世紀 70 年代以后，直線電機才逐步發(fā)展并應用于一些特殊 領域，20 世紀 90 年代直線電機開始應用于機械制造業(yè)，現

16、在世界一些技術先進 的加工中心廠家開始在其高速機床上應用，國外知名企業(yè)例如 dmg、ex-cell-o、 ingersoll、cinci ati、grob、matec、mazak、fanuc、sodick 都陸續(xù)推出使用 直線電機的高速高精加工中心。 速度比較：速度方面直線電機具有相當大的優(yōu)勢，直線電機速度達到 300m/min，加速度達 到 10g；滾珠絲杠速度為 120m/min，加速度為 1.5g。從速度上和加速度的對比 上，直線電機具有相當大的優(yōu)勢，而且直線電機在成功解決發(fā)熱問題后速度還會 進一步提高， 而旋轉伺服電機+滾珠絲杠在速度上卻受到限制很難再提高較多。 從動態(tài)響應上因為運動慣

17、量和間隙以及機構復雜性等問題直線電機也占有絕對 的優(yōu)勢。 速度控制上直線電機因其響應快，調速范圍更寬，可以實現啟動瞬間達到最高轉 速，高速運行時又能迅速停止。調速范圍可達到 1：10000。hiwin 做為世界線性 產品的領導者，在滾珠絲杠和線性滑軌方面取得成功后，于近幾年自行研發(fā)和生 產了直線電機，并且在高速高精領域取得不錯的業(yè)績。下面主要參考 hiwin 公司 的先進的高速靜音式絲杠 super s 系列(dn 值達 22 萬)和 hiwin 的直線電機在幾 個主要特性上做一些比較，為相關業(yè)者提供一個參考【滾珠絲杠副的發(fā)展現狀及趨勢】早在19世紀末就發(fā)明了滾珠絲杠副，但很長一段時間未能實際

18、應用，因制造難度太大。世界上第一個使用滾珠絲杠副的是美國通用汽車公司薩吉諾分廠，它將滾珠絲杠副用于汽車的轉向機構上。1940年，美國開始成批生產用于汽車轉向機構的滾珠絲杠副，1943年，滾珠絲杠副開始用于飛機上。精密螺紋磨床的出現使?jié)L珠絲杠副在精度和性能上產生了較大的飛躍，隨著數控機床和各種自動化設備的發(fā)展，促進了滾珠絲杠副的研究和生產。從50年代開始，在工業(yè)發(fā)達的國家中，滾珠絲杠副生產廠家如雨后春筍般迅速出現，例如：美國的warner-beaver公司、gmsaginaw公司；英國的rotax公司；日本的nsk公司、tsubaki公司等。我國早在50年代末期開始研制用于程控機床、數控機床的滾

19、珠絲杠副。40多年來，由于滾珠絲杠副具有高效率、高精度、高剛度等特點，被廣泛應用于機械、航天、航空、核工業(yè)等領域?，F在，滾珠絲杠副已成為機械傳動與定位的首選部件。滾珠絲杠副的發(fā)展主要在以下幾方面。1 滾珠絲杠副的種類由于滾珠絲杠副的使用不斷普及，使用領域不斷擴大，對滾珠絲杠副的要求也越來越多，普通規(guī)格的滾珠絲杠副已遠遠滿足不了使用要求，如航天航空領域、小型精密測試裝置、電子儀器以及半導體裝置等基本上都需要公稱直徑d012mm，導程ph=0.52.5 mm的微型滾珠絲杠副。日本nsk公司已開發(fā)出公稱直徑d0=4mm，導程ph=0.5mm的世界最小導程微型滾珠絲杠副。半導體插件裝置、小型機器人等需

20、要微型大導程滾珠絲杠副，以滿足高速驅動要求。隨著機械產品向高速、高效、自動化方向發(fā)展，工業(yè)機器人、數控鍛壓機械、加工中心以及機電一體化自動機械等，其進給驅動速度不斷提高，大導程滾珠絲杠副的出現，滿足了高速化的要求。日本nsk公司已開發(fā)出公稱直徑導程為：15mm40mm、16mm50mm、20mm60mm、25mm 80mm超大導程滾珠絲杠副，快速進給速度達180m/min。滾珠絲杠副按照常規(guī)分類如圖1。現國內外文獻上對滾珠絲杠副還沒有統(tǒng)一的分類，但各國一般是按以下原則進行分類的，普通滾珠絲杠副一般指公稱直徑d0=16100mm，導程ph=420mm，螺旋升角9。微型滾珠絲杠副指公稱直徑d012

21、mm的滾珠絲杠副。對于導程ph3mm的滾珠絲杠副稱為微型小導程滾珠絲杠副，螺旋升角9的滾珠絲杠副稱為微型大導程滾珠絲杠副。大導程滾珠絲杠副指公稱直徑d016mm，螺旋升角179或導程d0phd0的滾珠絲杠副，對于螺旋升角17稱為超大導程滾珠絲杠副。重型滾珠絲杠副指公稱直徑d0125mm的滾珠絲杠副。2 滾珠絲杠副結構滾珠絲杠副的結構傳統(tǒng)分為內循環(huán)結構(以圓形反向器和橢圓形反向器為代表)和外循環(huán)結構(以插管為代表)兩種。這兩種結構也是最常用的結構。這兩種結構性能沒有本質區(qū)別，只是內循環(huán)結構安裝連接尺寸?。煌庋h(huán)結構安裝連接尺寸大。目前，滾珠絲杠副的結構已有10多種，但比較常用的主要有(圖2，附表

22、)：內循環(huán)結構；外循環(huán)結構；端蓋結構；蓋板結構。內循環(huán)結構反向器的形狀有多種多樣，但是，常用的外形就是圓形和橢圓形。由于圓形滾珠反向通道較短，因此，在流暢性上不如橢圓形結構?，F在，最好的反向器結構為橢圓形內通道結構，由于滾珠反向不通過絲杠齒頂，類似外循環(huán)結構，因此，消除了絲杠齒頂倒角誤差給滾珠反向帶來的影響。但由于制造工藝較復雜，影響了這種結構的推廣。3 滾珠絲杠副精度過去，為了獲得高的定位精度，主要通過提高滾珠絲杠副本身的精度來實現，因此，對滾珠絲杠的導程累積誤差要求很高，給滾珠絲杠副的制造帶來困難，使?jié)L珠絲杠副的生產成本加大。特別是高精度滾珠絲杠副，只有通過數控螺紋磨床或激光反饋螺紋磨床加

23、工才能達到。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們掌握了數控補償技術，因而，不需要很高精度的滾珠絲杠副，也能獲得高的定位精度。為了適應數控補償技術的要求，國際標準iso3408-3-1992以及部頒標準 jb3162.2-92都對滾珠絲杠副的行程變動量作了要求，如有效行程內行程變動量、任意300mm行程內行程變動量、2弧度內行程變動量。其目的就是要控制滾珠絲杠副行程誤差的直線性，也即滾珠絲杠副行程誤差線性化。為數控誤差補償創(chuàng)造條件。4 滾珠絲杠副性能隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對滾珠絲杠副的要求也越來越高，為了使機械產品能實現高的定位精度且能平穩(wěn)運行，這就要求滾珠絲杠副不但有高的精度，而且運轉平穩(wěn)，無阻

24、滯現象。滾珠絲杠副運轉是否平穩(wěn)，主要取決于滾珠絲杠副預緊轉矩的變動量，不同轉速下滾珠絲杠副的滾珠鏈運動的流暢性不同，因此，滾珠絲杠副的預緊轉矩也不相同。國際標準iso340831992以及部頒標準jb3162.292規(guī)定了在轉速為100r/min時，滾珠絲杠副預緊轉矩的允差。由于存在加工誤差，如：滾珠絲杠中徑尺寸全長不一致，絲杠、螺母的導程誤差，絲杠與螺母的滾道齒形誤差以及螺紋滾道的粗糙度等，使?jié)L珠絲杠副的動態(tài)預緊轉矩在絲杠螺紋全長上是不恒定的，這直接影響驅動系統(tǒng)的平穩(wěn)性，因而也影響滾珠絲杠副的定位精度。因此，滾珠絲杠副預緊轉矩變動量的大小是反映滾珠絲杠副性能好壞的重要指標。近幾年來，人們對滾

25、珠絲杠副的預緊轉矩變動量的大小開始重視起來，以前人們只重視滾珠絲杠副綜合行程誤差曲線，現在也開始重視滾珠絲杠副預緊轉矩的曲線。因為有了這兩條曲線，滾珠絲杠副的性能就能很好地反映出來。為了滿足上述要求，北京機床研究所先后研制了滾珠絲杠副綜合行程誤差測量儀和預緊轉矩測量儀。應用現代化的測量手段和高精度的傳感器，在測量過程中能實時顯示行程誤差曲線和預緊轉矩曲線，并打印出完整的測量報告，為衡量滾珠絲杠副的總成質量，提供了可靠的檢測手段。隨著數控機床的發(fā)展，“高速、高效”成為各廠家追求的目標，對于高速驅動與定位部件，國外已有直線電動機問世，開始用于加工中心，快速進給速度達到 160m/min以上，加速度

26、達4g以上，向滾珠絲杠副提出嚴峻的挑戰(zhàn)。但由于直線電動機存在價格昂貴、控制系統(tǒng)復雜、需采取措施解決磁鐵吸引金屬切屑、強磁對人身危害以及發(fā)熱等缺點，在近一段時間很難得到普及。滾珠絲杠副仍是現在高速驅動的最優(yōu)先選擇，國外大部分高速加工中心仍使用滾珠絲杠副。為了達到高速驅動目的，設計時在提高電動機轉速(電動機最高轉速可達4000r/min)的同時，使用大導程滾珠絲杠副，導程可達32mm。如日本馬扎克公司在 ff660機床上使用滾珠絲杠副，機床快速移動速度達90m/min，加速度達1.5g。從前，擔心大導程滾珠絲杠副驅動對加工中心精度的影響，設計時取導程ph10mm。隨著科學技術的進步，從1999年日

27、本國際機床展覽會上可看出，設計與研究現在大部分高速加工中心都使用大導程滾珠絲杠副。滾珠絲杠副在高速驅動時主要存在的問題是：噪聲、溫升、精度。滾珠絲杠副噪聲產生的原因主要有：滾珠在循環(huán)回路中的流暢性、滾珠之間的碰撞、滾道的粗糙度、絲杠的彎曲等。滾珠絲杠副的溫升主要是由滾珠與絲杠、螺母、反向器之間的摩擦及滾珠之間的摩擦產生的。要解決上述問題首先應從滾珠絲杠副的結構設計開始，對存在的問題采取措施；另一方面，從工藝上解決，通過合理的工藝流程，提高產品的內在質量；選取適當的滾珠絲杠副預緊轉矩；減小滾珠絲杠副的預緊轉矩的變動量，使?jié)L珠絲杠副適應高速驅動的要求。總之，隨著社會的不斷發(fā)展，用戶對滾珠絲杠副的要

28、求越來越嚴，要求也多樣化，促使?jié)L珠絲杠生產廠不斷提高產品質量、開發(fā)新品種，以滿足用戶的需求。9mn2v與低合金工具鋼特性9mn2v冷作模具鋼，9mn2v鋼是一種綜合力學性能比碳素工具鋼好的低合金工具鋼，是合金工具鋼中惟一不含ni、cr元素的經濟型鋼種，在我國已有較長應用歷史，積累了豐富的使用經驗，它具有較高的硬度和耐磨性。淬火時變形較小，淬透性很好。由于鋼中含有一定量的釩，細化了晶粒，減小了鋼的過熱敏感性。同時碳化物較細小和分布均勻。 冷作模具鋼，是具有比碳素工具鋼有較好的綜合機械性能的低合金工具。具有較高的硬度和耐磨性，淬透性也較好，淬火時變形小。適于制作小型冷作模具，特別適用制作各種要求變

29、形小、耐磨性高的精密量具(如樣板、塊規(guī)、量規(guī)等) 以及精密絲桿、磨床主軸等。2 熱處理工藝2.1絲杠材料的主要熱處理特性2.2.1淬透性含義: 指鋼接受淬火而獲得馬氏體的能力，不同鋼種接受淬火的能力不同。 淬透性不同的鋼，淬火后得到的淬透層深度不同，從而沿截面分布的金相組織以及機械性能也不同。淬透層深度是指由淬火表面馬氏體到50%馬氏體層的深度。全部淬透的工件通常表面殘留著拉力，容易產生變形和開裂，同時對工作的疲勞性能也不利。 設計時考慮要點： 1. 零件尺寸越大，內部熱容量越大，淬火時零件的冷卻速度越慢，因此，淬透層越薄，性能越差，這種現象叫做“鋼材的尺寸效應”。所以，不能根據小尺寸的性能數

30、據用于大尺寸零件的強度計算，而必須考慮鋼材的淬透性。 2. 大截面或結構復雜的齒輪采用多元合金鋼，保證足夠而適當的淬透性，保證沿整個截面有良好的綜合機械性能，同時，減少變形，防止開裂2.2.2 淬硬性 含義：指鋼在正常淬火條件下，以超過臨界冷卻速度所形成馬氏體組織能夠達到最高硬度。 設計時考慮要點：淬硬性與淬透性不同，它主要取決于鋼中的含碳量。鋼中含碳量越高，淬火后硬度越高，而與合金元素關系不大。所以，淬火硬度高的鋼不一定就淬透性高，而硬度低的鋼，也可能具有高的淬透性。2.2.3 過熱敏感性 含義：指鋼在正常淬火條件下，以超過臨界冷卻速度所形成馬氏體組織能夠達到最高硬度。 設計時考慮要點：淬硬

31、性與淬透性不同，它主要取決于鋼中的含碳量。鋼中含碳量越高，淬火后硬度越高，而與合金元素關系不大。所以，淬火硬度高的鋼不一定就淬透性高，而硬度低的鋼，也可能具有高的淬透性。 2.2.4 回火穩(wěn)定性 含義：指鋼在正常淬火條件下，以超過臨界冷卻速度所形成馬氏體組織能夠達到最高硬度。 設計時考慮要點：淬硬性與淬透性不同，它主要取決于鋼中的含碳量。鋼中含碳量越高，淬火后硬度越高，而與合金元素關系不大。所以，淬火硬度高的鋼不一定就淬透性高，而硬度低的鋼，也可能具有高的淬透性。 2.2.5 變形開裂傾向 含義：指鋼在加熱和冷卻過程中產生熱應力和組織應力，其綜合作用超過鋼的s或b而產生變形開裂的傾向。 設計時

32、考慮要點： 加熱或冷卻速度太快，加熱和冷卻不均勻都容易造成工件變形甚至開裂，因此： 1. 設計齒輪時，在結構上應盡量避免尖角和厚薄斷面的突然變化。 2. 采用緩和的淬火介質或淬火方法。 2.2.6 尺寸穩(wěn)定性 含義：指零件在長期存放或使用中尺寸穩(wěn)定不變的性能。這對精密齒輪是很重要的。 設計時考慮要點：引起尺寸變化的主要原因是內應力的存在以及組織中殘余奧氏體的分解，因此，設計精密齒輪時，應當要求穩(wěn)定化處理，如淬火后進行冷處理或低溫時效。使馬氏體趨于穩(wěn)定，并減少內應力，以使齒輪尺寸穩(wěn)定。 2.2.7回火脆性 含義：指鋼在某一溫度范圍回火時所發(fā)生的沖擊性降低現象。 產生回火脆性的鋼，不僅室溫下沖擊韌

33、性較正常為低，而且使鋼的冷脆溫度大為提高。 設計時考慮要點： 合金結構鋼在250400回火時引起沖擊韌性及斷裂韌性下降，這種現象一般稱為第一類回火脆性。它不能通過熱處理方法來消除，設計時應考慮到這一點。 顯微組織分析9mn2v9mn2v含碳量為0.85%0.95%，含錳量為1.70%2.00%，含釩量為0.10%0.25%。9mn2v鋼是利用我國豐富的錳、釩資源研制出來的不含鉻的低合金工具鋼。國外同類型的鋼號有90mn2v(iso)，美國為o2(aisi)，歐共體的90mn2v8(en)，英國的b02(bs)，法國的90mnv8(nf)，德國的90mncrv8(din)(此鋼含有0.20%0.

34、50%的鉻)。9mn2v鋼適宜制作碳素工具鋼不能滿足要求的冷作模具和塑料模具。9mn2v鋼中含有質量分數高達1.70%2.00%的錳，主要是為了提高鋼的淬透性。加熱時，錳的碳化物(fe、mn)3c易于溶解，晶粒易于長大，增加了鋼材的過熱敏感性。加入釩可以起到抑制晶粒長大的作用，細微的vc質點能有效地細化晶粒，也能抑制二次碳化物網的析出，可使大斷面的模具中心碳化物網一般小于2級。總的來說，碳化物量比crwmn鋼要少，但碳化物的顆粒度較大，因此，耐磨性不及crwmn鋼，但仍比t10鋼的耐磨性要高67倍。鋼的碳化物不均勻性一般較好，是最容易鍛造和機械加工的工模具鋼。錳有促進樹枝狀偏析的傾向，軋制成材后有時出現骨骼狀分布的碳化物堆積，是促成工模具開裂失效的內在因素，但出現的幾率不是很高，應加強對軋后鋼材的質量檢驗。錳使鋼的ms點下降，因此，淬火后殘余奧氏體量較多，尤甚于crwmn鋼，因此，淬火畸變比crwmn鋼要小，但尺寸穩(wěn)定性不及crwmn鋼。9mn2v鋼的淬透性接近9sicr鋼，低于crwmn鋼；回火穩(wěn)定性甚差，幾乎與碳素工具鋼相近。9mn2v鋼的球化退火多采用等溫退火工藝，即加熱溫度760780，保溫24h，然后降溫至680700，等溫56h。退火后的硬度小于等于hbs229。正常的淬火加熱溫度為780820，低于前面介紹的9sicr和crwmn，可采用油冷淬火