哈工大熱處理原理與工藝大作業(yè)-車刀熱處理工藝

1、車刀熱處理工藝車刀熱處理工藝 學(xué)學(xué) 院：院： 材料學(xué)院材料學(xué)院 班班 級(jí)：級(jí)： 1019101 小組成員：小組成員： 梁澤仁、梁澤仁、封偉民封偉民、趙含宇、趙含宇 郭治佳、王韜郭治佳、王韜 常見(jiàn)車刀目目 錄錄車刀用途與服役條件車刀用途與服役條件1失效形式及性能要求失效形式及性能要求2零件材料的選用零件材料的選用4 基本分類基本分類3加工工序加工工序5熱處理工藝熱處理工藝6質(zhì)量檢查事項(xiàng)和方法質(zhì)量檢查事項(xiàng)和方法7熱處理缺陷及解決方法熱處理缺陷及解決方法8車刀用途簡(jiǎn)介車刀用途簡(jiǎn)介車刀是用于車刀是用于車削加工車削加工的、具有一個(gè)切削部分的刀具的、具有一個(gè)切削部分的刀具，可用于各種車床上，加工外圓、內(nèi)孔

2、、端面、螺紋、車槽等?？捎糜诟鞣N車床上，加工外圓、內(nèi)孔、端面、螺紋、車槽等。車刀是切削加工中應(yīng)用車刀是切削加工中應(yīng)用最廣的最廣的刀具之一。車刀的工作部分就刀具之一。車刀的工作部分就是是產(chǎn)生和處理切屑產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括的部分，包括刀刃、刀刃、使使切屑斷碎或卷攏的切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲(chǔ)切屑結(jié)構(gòu)、排屑或容儲(chǔ)切屑的空間、的空間、切削液的通道切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。等結(jié)構(gòu)要素。服役條件服役條件刀具在切削過(guò)程中，刀刃與工件表面金屬相互作刀具在切削過(guò)程中，刀刃與工件表面金屬相互作用，使切削產(chǎn)生用，使切削產(chǎn)生變形與斷裂變形與斷裂，并從工件整體，并從工件整體剝離剝離下來(lái)。下來(lái)。故刀刃本身承受故

3、刀刃本身承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力和沖擊、振動(dòng)彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力和沖擊、振動(dòng)等等負(fù)載荷作用。由于切削層金屬的負(fù)載荷作用。由于切削層金屬的變形變形及刀具與工件、切及刀具與工件、切削的削的摩擦摩擦產(chǎn)生大量的摩擦熱，均使刀具溫度升高。切屑產(chǎn)生大量的摩擦熱，均使刀具溫度升高。切屑速度越快，則刀具的溫度越高，有時(shí)刀刃溫度可達(dá)速度越快，則刀具的溫度越高，有時(shí)刀刃溫度可達(dá)600600左右。左右。刀刃溫度影響因素刀刃溫度影響因素刀刃溫度刀刃溫度升高（升高（TT）與切削速度（）與切削速度（），走刀），走刀量（量（S S）和切削進(jìn)刀深度（）和切削進(jìn)刀深度（t t）之間有如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系）之間有如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系: : T=

4、C T=Ca aS S b bt t c c式中式中a a、b b、c c、C C均為隨刀具與工件材料而異的常數(shù)。均為隨刀具與工件材料而異的常數(shù)。其中對(duì)刀刃溫度的影響以其中對(duì)刀刃溫度的影響以切削速度（切削速度（）的影響最大的影響最大。失效形式失效形式刀刃刀刃的失效形式有很多種，有的刀具刀刃處的失效形式有很多種，有的刀具刀刃處受受壓彎曲壓彎曲，有的刀具受強(qiáng)烈振動(dòng)，沖擊時(shí)，有的刀具受強(qiáng)烈振動(dòng)，沖擊時(shí)崩落一塊崩落一塊（即（即崩刀）。有的小型刀具崩刀）。有的小型刀具整體折斷整體折斷等等。但這些情況畢等等。但這些情況畢竟比較少見(jiàn)，刀具較普遍的失效形式是竟比較少見(jiàn)，刀具較普遍的失效形式是磨損磨損性能要求性

5、能要求 足夠的耐磨性：足夠的耐磨性：為了保證刀具的使用壽命，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刀具鋼的耐磨能力。 高碳馬氏體基體組織高碳馬氏體基體組織：為了保證刀刃能進(jìn)入工件并防止卷刀，必須使刀具具有高于被切削材料的硬度。 足夠的塑性和韌性足夠的塑性和韌性：由于在各種形式的切削過(guò)程中，刀具承受沖擊，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。 紅硬性：紅硬性：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)要求刀具具有高的紅硬性。（鋼的紅硬性是指鋼在受熱條件下，仍能

6、保持足夠的硬度和切削能力，這種性能成為鋼的紅硬性）基本分類基本分類一、按一、按結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可分為整體車刀、焊接車刀、機(jī)夾車刀、可轉(zhuǎn)可分為整體車刀、焊接車刀、機(jī)夾車刀、可轉(zhuǎn)位車刀和成型車刀。其中可轉(zhuǎn)位車刀的應(yīng)用日益廣泛，在位車刀和成型車刀。其中可轉(zhuǎn)位車刀的應(yīng)用日益廣泛，在車刀中所占比例逐漸增加。車刀中所占比例逐漸增加。二、按二、按車刀尖型車刀尖型可分為粗車刀、精車刀、圓鼻車刀、切斷可分為粗車刀、精車刀、圓鼻車刀、切斷車刀、螺紋車刀等。車刀、螺紋車刀等。三、按三、按刀刃外形刀刃外形可分為右手車刀、左手車刀、右側(cè)車刀、可分為右手車刀、左手車刀、右側(cè)車刀、左側(cè)車刀、內(nèi)孔車刀、內(nèi)螺紋車刀等。左側(cè)車刀、內(nèi)孔車

7、刀、內(nèi)螺紋車刀等。零件材料的選用零件材料的選用1、碳素刀具鋼含碳量：W（C）=0.65%-1.35% 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。熱處理工藝：球化退火+淬火（水油雙淬火）+低溫回火（160-200）（1）亞共析鋼：完全淬火+低溫回火 組織：細(xì)針狀馬氏體（2）過(guò)共析鋼：不完全淬火+低溫回火 組織：隱晶馬氏體+未溶碳化物常用牌號(hào)：T7，T8，T10，T11等。零件材料的選用零件材料的選用2、 合金刀具鋼含碳量：W（C）=0.75%-1.5% 合金元素總量5%性能：Cr，Mn，Si提高淬透性，強(qiáng)化M基體，提高回火穩(wěn)定性。 Cr，Mn，W和V細(xì)化晶粒

8、。 Cr，Mn形成合金滲碳體，提高耐磨性。 Si，Cr降低鋼的脫碳和石墨化傾向。缺點(diǎn)：低合金范圍，滿足不了生產(chǎn)需求。熱處理工藝：球化退火+預(yù)熱（600-650）+淬火+低溫回火常用牌號(hào)：CrWMn，CrW5，9SiCr，GCr15，Cr12MoV等。零件材料的選用零件材料的選用3、 高速鋼含碳量：W（C）=0.7%-1.65% W2%（稀土元素）性能：C提高淬透性，提高硬度。Cr，W，Mn，V提高硬度、耐磨性和紅硬性。多次高溫（500-600以上）短時(shí)使用下，HRC60左右。二次硬化及固溶強(qiáng)化綜合作用。缺點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性差，某些元素稀有。熱處理：球化退火+預(yù)熱+淬火+回火常用牌號(hào)：W18Cr4V，W

9、6Mo5Cr4V2，W14Cr4VMnRe等。零件材料的選用零件材料的選用4、 高速鋼衍變鈷高速鋼：W2Mo9Cr4VCo8等。超硬高速鋼：W6Mo5Cr4V2Co8，W10Mo4CrV3Al等。硬質(zhì)合金鋼：含有WC，TiC，TaC等。加工工序加工工序預(yù)備熱處理淬火回火機(jī)械精加工成品下料機(jī)械粗加工熱處理工藝熱處理工藝 I.熱處理工藝及技術(shù)要求熱處理工藝及技術(shù)要求這里以常見(jiàn)的車刀用料這里以常見(jiàn)的車刀用料W18Cr4V為實(shí)驗(yàn)材料為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)進(jìn)行介紹行介紹。W18Cr4V的鑄態(tài)組織包括呈骨骼狀的、碳化物的鑄態(tài)組織包括呈骨骼狀的、碳化物片狀與馬氏體或屈氏體相間排列的萊氏體，以及黑色組片狀與馬氏體或屈氏

10、體相間排列的萊氏體，以及黑色組織織(偏析偏析)和白色組織和白色組織(馬氏體和殘余奧氏體馬氏體和殘余奧氏體)。高速鋼的。高速鋼的鑄態(tài)組織和化學(xué)成分尤其不均勻，而且熱處理也不能改鑄態(tài)組織和化學(xué)成分尤其不均勻，而且熱處理也不能改變，因而必須進(jìn)行壓力加工，將粗大的共晶碳化物打碎，變，因而必須進(jìn)行壓力加工，將粗大的共晶碳化物打碎，并使其均勻分布，然后再用以制造各種刀具及模具。并使其均勻分布，然后再用以制造各種刀具及模具。W18Cr4V的熱處理工藝如的熱處理工藝如下下圖所示圖所示。熱處理工藝熱處理工藝 熱處理工藝步驟熱處理工藝步驟 （1）一次一次球化退火球化退火球化退火的目的是降低鋼的硬度，以利于切削加工

11、，球化退火的目的是降低鋼的硬度，以利于切削加工，并獲得良好的綜合性能，并獲得良好的綜合性能，而且也為淬火做好組織上的準(zhǔn)備。而且也為淬火做好組織上的準(zhǔn)備。退火溫度為退火溫度為Ac1+3050，必須嚴(yán)格控制退火加熱溫度。，必須嚴(yán)格控制退火加熱溫度。退火后的組織為索氏體基體上分布著均勻的、細(xì)小的碳化退火后的組織為索氏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)到物顆粒。硬度應(yīng)達(dá)到207255HBS。（2）預(yù)熱處理）預(yù)熱處理W18Cr4V含大量的合金元素含大量的合金元素:塑性差塑性差,導(dǎo)熱性差導(dǎo)熱性差,在快在快速加熱時(shí)的熱應(yīng)力使之變形開(kāi)裂。速加熱時(shí)的熱應(yīng)力使之變形開(kāi)裂。W18Cr4V淬火溫度在淬火

12、溫度在1200以上，預(yù)熱可以縮短高溫處理停留時(shí)間，減少氧化以上，預(yù)熱可以縮短高溫處理停留時(shí)間，減少氧化脫碳及過(guò)熱的危險(xiǎn)性。第一次預(yù)熱溫度在脫碳及過(guò)熱的危險(xiǎn)性。第一次預(yù)熱溫度在500600，可，可烘干工件上的水分。第二次預(yù)熱溫度在烘干工件上的水分。第二次預(yù)熱溫度在800850，使索，使索氏體向奧氏體轉(zhuǎn)變。氏體向奧氏體轉(zhuǎn)變。熱處理工藝步驟熱處理工藝步驟 （3）淬火）淬火V,W等起主要起提高紅硬性的元素要很高的溫度下等起主要起提高紅硬性的元素要很高的溫度下才溶解才溶解,但過(guò)高的溫度又會(huì)使晶粒粗大但過(guò)高的溫度又會(huì)使晶粒粗大,且且W等合金元素都縮等合金元素都縮小小A區(qū)區(qū),使得共析與共晶溫度提高使得共析與

13、共晶溫度提高,因而選擇因而選擇12701280度度油油淬淬，若，若直接空冷直接空冷,會(huì)析出二次碳化物會(huì)析出二次碳化物,而降低鋼的紅硬性。而降低鋼的紅硬性。（4）回火）回火淬火后的組織為淬火后的組織為M十碳化物十殘余十碳化物十殘余A(多達(dá)多達(dá)30%)在在550570度回火析出度回火析出WC等引起二次硬化等引起二次硬化,A分解分解,析析出出C,降降低合金元素含量低合金元素含量,使使Ms上升上升,從而造成二次淬火從而造成二次淬火。一次回火一次回火還有還有15%的殘余的殘余A,二次回火殘余二次回火殘余A3%5%,三次回火三次回火,只有只有1%2%,最終得回火組織最終得回火組織M十碳化物十極少量殘余十碳

14、化物十極少量殘余A。回火?；鼗饻囟扰c硬度的關(guān)系見(jiàn)溫度與硬度的關(guān)系見(jiàn)下下圖。圖。熱處理工藝熱處理工藝 回火溫度與硬度關(guān)系圖回火溫度與硬度關(guān)系圖質(zhì)量檢查事項(xiàng)和方法 l 高速鋼原材料進(jìn)廠入庫(kù)檢測(cè)高速鋼原材料進(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)l 高速鋼刀具退火質(zhì)量檢測(cè)高速鋼刀具退火質(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，如形變較大，允許較直，但是較直后必須補(bǔ)充去應(yīng)力退火l 高速鋼刀具調(diào)質(zhì)質(zhì)量檢測(cè)高速鋼刀具調(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左右質(zhì)量檢查事項(xiàng)和方法 l 高速鋼刀具最終熱處理檢測(cè)高速鋼刀具最

15、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)燒或麻點(diǎn)等熱處理缺陷及解決方法u存在大量殘余奧氏體，碳化物幾乎看不見(jiàn)。表面氧化皮嚴(yán)重，含碳量低，硬度低，不能滿足車刀性能要求。解決辦法：解決辦法：可能是淬火不足引起，適當(dāng)熱處理后重新淬火，提高硬度可能是淬火不足引起，適當(dāng)熱處理后重新淬火，提高硬度在保護(hù)氣氛中加熱，使其不氧化脫碳，從而防止在保護(hù)氣氛中加熱，使其不氧化脫碳，從而防止表面淬硬性表面淬硬性降低降低適當(dāng)降低淬火溫度，可減少殘余奧氏體，提高車刀綜合性能適當(dāng)降低淬火溫度，可減少殘余奧氏體，提高車刀綜合性能熱處理缺陷及解決方法u熱處理后容易造成組織晶粒粗大解決辦法：解決辦法： 對(duì)工件進(jìn)行雙重正火，以細(xì)化組織。第一次正火溫度在對(duì)工件進(jìn)行雙重正火，以細(xì)化組織。第一次正火溫度在Ac3點(diǎn)以上點(diǎn)以上150200度，消除粗大組織，是成分均勻；第二次在度，消除粗大組織，是成分均勻；第二次在普通條件下進(jìn)行，細(xì)化組織