9sicr圓板牙熱處理工藝設(shè)計(完美版)

可編輯版/《金屬學(xué)與熱處理》課程設(shè)計報告9SiCr圓板牙的熱處理工藝設(shè)計學(xué)院化學(xué)工程與現(xiàn)代材料專業(yè)金屬材料工程姓名張二飛學(xué)號12042418指導(dǎo)教師張美麗完成時間2015.05目錄摘要41引言42材料設(shè)計52.1性能特點52.1.19SiCr的基本信息52.1.29SiCr物理特性62.1.39SiCr的鋼材規(guī)格62.2成分特點62.2.19SiCr中合金成分及含量62.2.29SiCr中合金成分的作用73零件設(shè)計73.1圓板牙的服役條件、失效形式7服役條件7失效形式73.2設(shè)計零件8圓板牙的技術(shù)要求8圓板牙的平面圖及剖面圖8圓板牙鋼的材料選擇84熱處理及機(jī)械加工設(shè)計104.1圓板牙的加工工藝10圓板牙的加工工藝圖104.1.29SiCr圓板牙<M12>鋼退火-淬火-回火熱處理工藝10鍛造工藝曲線11球化退火工藝曲線12淬火工藝曲線144.1.6低溫回火工藝曲線164.29SiCr圓板牙鋼退火、淬火、回火熱處理工藝?yán)碚?7退火原理17淬火工藝原理174.2.3回火工藝原理184.3圓板牙熱處理常見缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法19圓板牙球化退火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救19圓板牙球化淬火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救19圓板牙低溫回火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救205選擇檢測設(shè)備及方法215.1選擇檢測設(shè)備21設(shè)備21儀表22工具夾235.2圓板牙熱處理質(zhì)量檢驗項目、內(nèi)容及要求236結(jié)束語257參考文獻(xiàn)26摘要：這篇設(shè)計工藝設(shè)計論文主要闡述了9SiCr圓板牙的熱處理工藝設(shè)計。通過對9SiCr鋼的性能特點、成分特點以及圓板牙的服役條件、失效形式、技術(shù)要求的綜合對比確定圓板牙的選材；根據(jù)熱處理工藝?yán)碚撝朴喠藞A板牙的熱處理工藝為：球化退火+淬火+低溫回火；通過金相觀察實驗分析了圓板牙的熱處理常見缺陷以及補(bǔ)救措施。是一片成功的工藝設(shè)計論文,具有一定的參考價值。關(guān)鍵字：圓板牙9SiCr熱處理缺陷分析9SiCr圓板牙的熱處理工藝設(shè)計1引言合金工具鋼的淬硬性、淬透性、耐磨性和韌性均比碳素工具鋼高,按用途大致可分為刃具、模具和檢驗尺寸使用的量具用鋼三類。合金工具鋼廣泛用作刃具、冷、熱變形模具和量具,也可用于制作柴油機(jī)燃料泵的活塞、閥門、閥座以及燃料閥噴嘴等。刃具鋼又可分為低合金刃具鋼和高速鋼兩類。低合金刃具鋼一般為過共析鋼,鍛軋和鍛造成毛坯后,都要經(jīng)過球化退火的熱處理,以達(dá)到消除鍛造應(yīng)力、降低硬度、便于切削加工的目的,并提供良好的碳化物球化組織。球化組織的硬度和強(qiáng)度較片狀組織低,有利于切削加工,且能獲得光潔的表面。球化組織與片狀組織相比,淬火溫度范圍較寬,不容易過熱,淬火變形及開裂傾向較小,淬火后的組織較均勻刃具鋼要求具有高的硬度和耐磨性,一定的強(qiáng)度和韌度,在大負(fù)荷高速切削時,還要求具有紅硬性。低合金刃具鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。先介紹碳素刃具鋼,碳素刃具鋼是含碳0.65%~1.35%的碳鋼。如T7、T8、T12和T7A、T8A、T10A、T12A等。熱處理為球化退火,淬火和低溫回火。碳素刃具鋼價格便宜,加工性能良好,熱處理后可獲得高的硬度和耐磨性,廣泛地用于制造各種工具、模具。但是碳素刃具鋼也有很多弱點,如淬透性差,熱處理變形大,回火抗力低,紅硬性差等。低合金刃具鋼在碳素鋼刃具鋼的基礎(chǔ)上,加入一些合金元素,其含量少于5%稱為低合金刃具鋼。低合金刃具鋼的成分特點是含碳量在0.8%~1.5%之間,常用的合金元素有Si、Cr、Mn、W、V。低合金刃具鋼的熱處理特點是預(yù)先熱處理一般采用球化退火,最終熱處理為淬火及低溫回火。常用的低合金刃具鋼有9SiCr,CrWMo,Cr06等。對于一種低合金刃具鋼,選用什么樣的鋼材合理,首先應(yīng)從工具的工作條件、失效形式同時還應(yīng)考慮工具鋼的工藝性能包括加工性能、切削加工性能和熱處理工藝性能。然后選擇合適的鋼種,最后再制定正確的熱處理工藝。對于圓板牙這一刀具,不但要了解它的機(jī)械加工的大致情況,而且要了解機(jī)械加工與熱處理的關(guān)系。圓板牙熱處理前,攻螺孔時,其內(nèi)徑公差的控制和切削毛刺的存在與熱處理關(guān)系很大。制造圓板牙要有良好的耐磨性,淬透性等采用9SiCr鋼這種材料是符合上述要求的,且具有良好的工藝性能。通過9SiCr圓板牙鋼的熱處理工藝的分析,更加明確在執(zhí)行熱處理工藝過程中所需要注意的問題。能夠正確確定加熱溫度、時間,保溫時間,冷卻方式,其目的就是通過正確的熱處理工藝,使金屬材料的潛在能力得到充分的發(fā)揮。2材料設(shè)計2.1性能特點9SiCr的基本信息9SiCr鋼是低合金刃具用鋼,但也常常制作冷作模具零件,效果很好。它比鉻鋼<Cr2或9Cr2>有更高的淬透性和淬硬性并且有較高的回火穩(wěn)定性。適合分級淬火或等溫淬火。該鋼最早引自前蘇聯(lián)的9XC,過去曾稱作9CrSi鋼。成分和性能與9XC完全一樣。在我國已有很長的應(yīng)用歷史。外國同類鋼號僅有德國的90CrSi5瑞典的2092和SR1855,DF-1。其他國家未見有相似鋼號。該鋼可作多種形狀復(fù)雜,變形要求小的冷作模具零件。9SiCr物理特性高碳合金工具鋼,韌性較好,具有較好的回火穩(wěn)定性,熱處理時變形小。該鋼中碳化物分布均勻,不易析出碳化物網(wǎng),并易于正火消除,通過正火可以消除網(wǎng)狀以及粗片碳化物組織。但是抗壓強(qiáng)度和耐磨性不足,加工性較差。該鋼的表面殘余含碳量為0.6%-0.7%的脫碳層時,由于碳化物的減少使得表面層的過熱敏感性增大。經(jīng)正常加熱淬火以后表面硬度仍可以達(dá)到60-62HRC,但其抗彎強(qiáng)度卻下降40%-50%。表面層晶粒度達(dá)到7級,心部為10級。該鋼鍛造性能良好,由于易脫碳,需要在中性氣氛或者保護(hù)氣氛爐中加熱。施以鍛熱調(diào)質(zhì)處理,可以獲得細(xì)密的回火索氏體組織,簡化工藝,省時節(jié)電,既有良好的切削加工性能,又有理想的余熱處理組織。模具鋼該鋼受熱軟化溫度為320℃,淬透性比鉻鋼好,油淬淬硬性深度40-50mm。該鋼零保溫淬火韌化工藝,可以消除搓絲=板因常規(guī)淬火加熱氧化脫碳造成的早期失效,不均勻奧氏體修或可以細(xì)化馬氏體,搓火后得到隱晶馬氏體或者細(xì)針狀馬氏體,這種組織強(qiáng)韌性好。9SiCr量具刃具用鋼,是常用的低合金工具鋼,具有較高的淬透性和淬硬性,以及較高的回火穩(wěn)定性。2.1.39SiCr的鋼材規(guī)格9SiCr國產(chǎn)合金工具鋼材∮459SiCr國產(chǎn)合金工具鋼材∮509SiCr國產(chǎn)合金工具鋼材∮559SiCr國產(chǎn)合金工具鋼材∮609SiCr國產(chǎn)合金工具鋼材∮652.2成分特點9SiCr中合金成分及含量碳C:0.85~0.95硅Si:1.20~1.60錳Mn:0.30~0.60硫S:≤0.030磷P:≤0.030鉻Cr:0.95~1.25鎳Ni:允許殘余含量≤0.25銅Cu:允許殘余含量≤0.309SiCr中合金成分的作用9SiCr中合金元素Cr、Mn、Si、W、V等可以溶入滲碳體中,形成合金滲碳體。溶入奧氏體中,可以提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性,提高淬透性,強(qiáng)化馬氏體基體,提高回火抗性。3零件設(shè)計3.1圓板牙的服役條件、失效形式服役條件圓板牙是用來加工外螺紋專用工具。作為刃具必須具有較高的淬透性,保證圓板牙內(nèi)部刃口部位淬硬；螺孔中徑、螺距及內(nèi)孔的精度涉及到加工后螺紋的精度,切削工作溫度不高,其工作溫度一般不超過300℃,并不要求高的紅硬性,但是其螺距及內(nèi)孔要求變形小,刃部不得脫碳。此外,工作時受扭矩較大,所以要保證在工作時刃口不崩刃、耐磨性好,圓板牙壽命長,則須保證材料有良好的強(qiáng)韌性配合。失效形式1磨損磨損大都是由于工具與被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粘合磨損所造成的。工具產(chǎn)生不正常磨損的原因是耐磨性不高。熱處理時產(chǎn)生工具表面脫碳,脫元素等現(xiàn)象也可能造成耐磨性降低。2崩刃包括微崩刃、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循環(huán)應(yīng)力所產(chǎn)生的一種疲勞破壞現(xiàn)象,有時也可能是由于突然產(chǎn)生沖擊應(yīng)力而造成的。3斷裂與破碎切削工具由于承受較大的沖擊或者因為工具本身的脆性較大有時會產(chǎn)生整體的斷裂、破碎現(xiàn)象。工具的斷裂、破碎與工具本身的韌性不足有關(guān),但是所有的斷裂、破碎現(xiàn)象都是因為脆性較大而引起的。4被加工工件達(dá)不到技術(shù)要求在切削過程中,由于工具產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損或工具的切削刃上有明顯的崩刃現(xiàn)象,這時工具雖然可以繼續(xù)切削,但是由于被加工工件的尺寸精度或者表面粗糙度達(dá)不到技術(shù)的要求,因而不能繼續(xù)使用。3.2設(shè)計零件圓板牙的技術(shù)要求圓板牙屬于手工切削或低速切削的工,要求齒部有較高的耐磨性,同時齒部不能太脆,因此要有較高的韌性且變形要小,因此不能脫碳。硬度：60～63HRC。金相組織：馬氏體針﹤3級,殘留碳化物網(wǎng)≤3級。尺寸：螺紋中徑應(yīng)控制在12mm、厚度為14mm、外圓直徑34mm的范圍內(nèi)。裝爐量：5件。圓板牙的平面圖及剖面圖平面圖剖面圖圓板牙鋼的材料選擇圓板牙屬于薄刃工具,其刃部所受的沖擊力不大,制造的材料組織中含有均勻分布的細(xì)小合金碳化物,使用時刃口部位不易崩刃,淬透性好,淬火應(yīng)力和變形小,只有這樣才能保證上述技術(shù)要求。綜合圓板牙的工作條件、失效形式、性能要求等諸多因素來選擇材料。制造圓板牙常用的鋼種有9SiCr,GCr15,T12,CrWMn等。9SiCr鋼工作溫度可達(dá)300℃。由于鋼中Cr、Si的加入,提高了淬透性。因為Cr、Si的作用,使鋼中的碳化物細(xì)小均勻,使用時刃口部位不易崩刃；Cr除了提高淬透性、回火抗力外,還可以減少Si石墨化傾向CrWMn鋼由于Cr、W、Mn同時加入,使其有較高的淬透性使,Cr、W、Mn都是碳化物形成元素,使鋼中有較多的碳化物,淬火后硬度高,可達(dá)到64~66HRC,但熱硬性不如9CrSi,但CrWMn鋼熱處理后變形小,故稱微變形鋼。W能細(xì)化碳化物,改善了韌度；由于Mn的存在大為降低了Ms點,淬火后的殘余奧氏體比較多,淬火變形也較?。坏撲摰奶蓟锒嗲乙仔纬删W(wǎng)狀,如果碳化物粗大且不均勻,則制造薄刃后,刃部有崩刃的危險。CrWMn鋼主要用于制造斷面尺寸較大、淬火變形要求小、耐磨性要求較高的工具。GCr15是典型的滾動軸承鋼,也可以制造工具。Cr的加入增加了鋼的淬透性,并能形成較穩(wěn)定的細(xì)小均勻的碳化物,它的冶金質(zhì)量比一般鋼要高。在淬火低溫回火后可獲得高而均勻的硬度。熱處理變形比較小,尺寸很穩(wěn)定。但是該鋼和9SiCr相比,回火穩(wěn)定性比較差。因此,對刃口要求高且在內(nèi)部的圓板牙來說,GCr15不如9SiCr更適合。因此選擇9SiCr作為制造圓板牙的材料。4熱處理及機(jī)械加工設(shè)計4.1圓板牙的加工工藝圓板牙的加工工藝圖毛坯毛坯鍛造球化退火機(jī)械加工淬火+回火清洗檢查4.1.29SiCr圓板牙<M12>鋼退火-淬火-回火熱處理工藝制造9SiCr圓板牙〔M12采用的熱處理工藝包括預(yù)備熱處理德球化退火和最終熱處理的淬火+低溫回火。球化退火的加熱溫度選擇為800℃,500℃出爐后空冷；淬火的溫度；等溫淬火的加熱溫度為630℃,等溫溫度190℃,冷卻介質(zhì)為硝鹽；低溫回火的溫度選擇為200℃,保溫90分鐘,空冷,目的是獲得強(qiáng)度、韌度、塑性及耐磨性。9SiCr圓板牙〔M12整個熱處理工藝去曲線如下圖所示。9SiCr圓板牙<M12>熱處理全過程工藝曲線4.1.3鍛造工藝曲線制造圓板牙的毛坯要經(jīng)過鍛造后獲得基本的形狀。鍛造是利用鍛壓機(jī)械對金屬坯料施加壓力,使其產(chǎn)生塑性變形,以獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。鍛造按坯料在加工時的溫度可分為冷鍛和熱鍛。鋼的再結(jié)晶溫度約為460℃,但普遍采用800℃作為劃分線,高于800℃的是熱鍛；在300～800℃之間稱為溫鍛或半熱鍛。本設(shè)計采用的是熱鍛。根據(jù)9SiCr鋼的鍛造工藝規(guī)范,以及本設(shè)計的尺寸要求,選擇始鍛溫度1050℃,終鍛溫度為860℃。鍛造工藝曲線查閱《熱處理工藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊》可以找出9SiCr鋼的鍛造工藝的加熱溫度、始鍛溫度冷卻方式,本設(shè)計具體的鍛造工藝參數(shù)如表所示。9SiCr鋼的熱加鍛造工藝規(guī)范項目加熱溫度/℃開始溫度/℃終止溫度/℃冷

卻鋼錠1150~12001100~1150880~800緩冷〔砂冷或坑冷鋼坯1100~11501050~1100850~800緩冷〔砂冷或坑冷4.1.4球化退火工藝曲線圓板牙屬于低合金刃具鋼。低合金刃具鋼的預(yù)先熱處理是球化退火,目的是降低硬度,改善鍛造組織和切削加性能,為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。9SiCr圓板牙球化退火前的組織要求是細(xì)片狀珠光體,經(jīng)等溫球化退火后為球狀珠光體,其經(jīng)淬-回火后的力學(xué)性能與原始組織為片狀珠光體相比,在強(qiáng)度、硬度相同情況下,其塑韌性都要高,且對淬火溫度的敏感性也相對較小。查閱《簡明熱處理工手冊》可知9SiCr鋼的球化退火加熱溫度為790～810℃,保溫時間為2～4h,以小于40℃∕h的速度爐冷至500℃出爐空冷；等溫溫度為700～720℃,保溫時間4～6h后爐冷至500℃出爐空冷。本設(shè)計9SiCr圓板牙鋼M12的批量為5件。由于球化退火的加熱及保溫時間與工件的尺寸、裝爐量及爐子的特性有關(guān)。正常的退火組織為球狀的珠光體,級別為2～5級。球化退火后的硬度為若退火溫度過高奧氏體較為均勻,晶核數(shù)量減少,又會局部出現(xiàn)粗片狀珠光體,致使切削性能變差,淬火過熱敏感性大,淬火后的變形也大；若球化退火溫度過低,原始的珠光體雖然溶解,但濃度不大,冷卻時局部組織會出現(xiàn)片狀珠光體,因此加熱溫度選擇為800℃。根據(jù)本設(shè)計的裝爐量為5件,圓板牙內(nèi)徑尺寸為12mm,所以保溫時間不宜太長,所以加熱保溫時間選擇2小時,等溫保溫時間為4小時。如果保溫時間太長,奧氏體均勻性太高,不利于球化。具體的球化退火的工藝參數(shù)如上圖所示。Acm870Acm870Ac1770Ar173030℃∕h500℃空冷8007102h4h溫度T∕℃時間t∕h100℃∕9SiCr鋼制造圓板牙的球化退火過程中冷卻速度應(yīng)小于40℃∕h,由于本次設(shè)計的批量比較少,冷卻速度不應(yīng)很大,選擇30℃4.1.5淬火工藝曲線本設(shè)計采用等溫淬火。因為等溫淬火除了有消除內(nèi)應(yīng)力、提高力學(xué)性能和耐磨性等作用外,還可使組織應(yīng)力和熱應(yīng)力減至最小,并大大減少工件的變形,適合要求變形小、形狀復(fù)雜的刃具,所以對圓板牙這類要求變形較高的工件,宜采用等溫淬火工藝。1溫度的確定查閱《熱處理工藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊》可知9SiCr鋼的淬火加熱溫度范圍在850～880℃,鹽浴爐中加熱系數(shù)為30～45s∕mm,冷卻介質(zhì)為油或硝鹽。淬火加熱溫度的確定,除了考慮控制未溶碳化物數(shù)量外,還應(yīng)考慮原材料的球化級別、工具尺寸等因素。因為尺寸較大的工件,容易產(chǎn)生球化不良、碳化物不均勻等問題,所以大尺寸的圓板牙宜采用較低的淬火加熱溫度,如：小于M10的圓板牙,常采用860～870℃；大于M10的圓板牙,采用850～860℃AAcm870630860℃19021minAc177011min45min油冷溫度T∕℃時間t∕h9SiCr等溫淬火工藝曲線本設(shè)計為M12的圓板牙,批量為5件,查閱《熱處理手冊》第4版,第2卷可知,不同規(guī)格的圓板牙其淬火溫度與分級溫度的關(guān)系如表所示。不同規(guī)格的圓板牙其淬火溫度與分級溫度的關(guān)系規(guī)格M1~M2.5M3~M5M6~M9M10~M14M16~M27M27~M36加熱溫度∕℃860~870850~860分級溫度∕℃160~170170~180180~190190~210根據(jù)上表的規(guī)范數(shù)據(jù),本設(shè)計的淬火加熱溫度選擇860℃,等溫溫度選擇為190℃。等溫時,部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w,從而使鋼的硬度、強(qiáng)度和韌性得到良好的配合,并保證工件具有良好的耐磨性。等溫溫度過高,硬度、強(qiáng)度會急劇下降；等溫溫度過低,得不到所需的下貝氏體數(shù)量。等溫溫度也會影響隨后空冷時形成的馬氏體數(shù)量,從而對螺孔的脹縮有影響。同樣等溫停留時間對力學(xué)性能也有影響,適當(dāng)?shù)臅r間使鋼具有最佳的強(qiáng)韌性。2淬火時間的確定低合金刃具鋼的導(dǎo)熱性差,并且此設(shè)計的圓板牙尺寸較大,形狀復(fù)雜,所以除了應(yīng)該緩慢加熱外,還應(yīng)該在600～650℃預(yù)熱,預(yù)熱為淬火時間的兩倍左右,以減少高溫停留的時間,從而減輕9SiCr圓板牙鋼的脫C現(xiàn)象。確定淬火時間的公式如下：t=a·K·Dt-加熱時間〔min或sa-加熱系數(shù)〔min/mm或s/mmD-工件有效厚度<mm>①K-裝爐條件修正系數(shù),通常取1~1.5在鹽浴爐中加熱,由于鹽浴爐的脫氧,也可以減輕圓板牙的脫C傾向。查閱《熱處理手冊》第4版,第2卷可知,在鹽浴爐中預(yù)熱到600～650℃的加熱系數(shù)為60~90s/mm,淬火時的加熱系數(shù)為30~45s/mm。計算圓板牙的淬火時間不根據(jù)零件的直徑,而是根據(jù)厚度計算。本設(shè)計的有效厚度為14mm,裝爐條件修正系數(shù)取1,所以預(yù)熱時間和淬火時間分別為：預(yù)熱時間t=a·K·D=90×1×14=1260s=21min；淬火時間t=a·K·D=45×1×14=630s=10.5min,取11min；3等溫時間等溫停留的時間對力學(xué)性能也有影響,適當(dāng)?shù)臅r間使圓板牙具有最佳的強(qiáng)韌性。試驗表明,超過60分鐘,圓板牙的性能大為下降。這因為下貝氏體和殘余奧氏體量太多的緣故。所以等溫時間為30～45min。根據(jù)裝爐量等因素采用45分鐘比較合適。等溫淬火后的金像組織為：細(xì)小馬氏體+粒狀合金碳化物+殘余奧氏體。4淬火的冷卻冷卻時淬火的關(guān)鍵,應(yīng)根據(jù)9SiCr圓板牙鋼的淬透性、工件尺寸和形狀有關(guān)。9SiCr鋼的淬透性較高,一般均在油中火硝鹽中淬火,本設(shè)計選擇油淬。因為盡量緩慢的冷卻可使降低淬火應(yīng)力,減小變形和防止開裂。低溫回火工藝曲線由于鋼中Cr、Si的加入,提高了9SiCr圓板牙鋼的回火穩(wěn)定性,因此可采用低溫回火。查閱《簡明熱處理工手冊》可知9SiCr圓板牙的回火溫度為190~200℃,回火時間為90~120min。淬火后后的圓板牙應(yīng)立即回火,以消除淬火應(yīng)力,并提高韌性和塑性。采用低溫回火可以保持圓板牙的高硬度、高耐磨性和高韌性。低溫回火過程中,馬氏體分解,殘余奧氏體部分轉(zhuǎn)變,使淬火內(nèi)應(yīng)力降低很多,脆性也降低了。本設(shè)計的圓板牙直徑為12mm、裝爐量5件,所以選擇回火溫度為200℃,保溫時間90min。低溫回火后組織為：細(xì)小馬氏體+粒狀碳化物+少量的殘余奧氏體。硬度為60～63HRC。在選取回火溫度時,應(yīng)避免第一類回火脆性〔250~350℃。冷卻方式為空氣中冷卻。具體的回火工藝參數(shù)如下圖所示。溫度T溫度T∕℃時間t∕h90min200空冷硬度60～62HRCAr17309SiCr回火工藝曲線4.29SiCr圓板牙鋼退火、淬火、回火熱處理工藝?yán)碚撏嘶鹪韺⒔M織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?保溫一定時間,然后緩慢冷卻以達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火。退火的目的在于均勻化學(xué)成分、改善機(jī)械性能、消除或減少內(nèi)應(yīng)力,并為零件最終熱處理準(zhǔn)備合適的內(nèi)部組織。鋼件退火工藝種類很多,按加熱溫度可分為兩大類：一類是在臨界溫度〔Ac1或Ac3以上的退火,又稱相變重結(jié)晶退火,包括完全退火、不完全退火、擴(kuò)散退火和球化退火等；另一類是在臨界溫度以下的退火,包括軟化退火、再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火等。4.2.2淬火工藝原理把鋼加熱到臨界點Ac1或Ac3以上一定溫度,保溫一定時間,然后以大于臨界淬火速度的速度冷卻,使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。淬火方法有以下種：1單液淬火法：一種冷卻介質(zhì),用于形狀簡單的工件。2預(yù)冷淬火法：先在空氣中預(yù)冷,再投入介質(zhì)中冷卻,可減小內(nèi)應(yīng)力。3雙液淬火法：先在冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻,再轉(zhuǎn)入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻,即保證獲得馬氏體組織,又減小淬火應(yīng)力,但工藝控制難。4分級淬火法：在鹽浴爐中保溫一定時間后,出爐空冷,獲得馬氏體組織,可保證工件較小的變形與防止開裂,適用于截面尺寸不大、形狀復(fù)雜的工件。5等溫淬火法：在鹽浴爐中保溫足夠時間,發(fā)生下貝氏體轉(zhuǎn)變后出爐空冷,獲得下貝氏體組織,淬火內(nèi)應(yīng)力小,具有良好的綜合力學(xué)性能,適用于處理形狀復(fù)雜、尺寸較小,要求較高硬度和韌性的工件。6局部淬火法：只對工件需要硬化的部位進(jìn)行加熱淬火。4.2.3回火工藝原理回火是指將淬火鋼加熱到臨界點A1以下某一溫度,保溫一定時間,使淬火組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織,然后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s到室溫的一種熱處理工藝。回火分五個階段進(jìn)行：馬氏體中碳的偏聚；馬氏體分解；殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變；碳化物的轉(zhuǎn)變；α相得狀態(tài)的變化及碳化物的聚集長大。回火目是獲得工件所需的組織和性能、穩(wěn)定工件尺寸和消除或減小淬火內(nèi)應(yīng)力?；鼗鸬姆N類：1低溫回火〔150～250組織：回火馬氏體。目的：降低內(nèi)應(yīng)力和脆性、保持高硬度和高耐磨性。用途：刀具、模具、滾動軸承、滲碳件、表面淬火件。2中溫回火〔350～500組織：回火托氏體。目的：較高的強(qiáng)度、硬度以及良好的塑性和韌性、高的彈性極限。用途：彈簧、熱鍛模具。3高溫回火〔500～650組織：回火索氏體。目的：獲得較好的綜合力學(xué)性能。用途：汽車、機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件。4.3圓板牙熱處理常見缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法4.3.1圓板牙球化退火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救圓板牙球化退火后易產(chǎn)生組織缺陷為球化組織粗大不均、球化不完全、組織中有網(wǎng)狀碳化物,原因是球化退火千沒有消除網(wǎng)狀滲碳體,在球化退火時集聚而成或退火溫度過高或過低、等溫時間短。消除辦法是進(jìn)行正火和一次球化退火。防止措施是改善鍛造工藝或采用正火預(yù)備熱處理,消除網(wǎng)狀碳化物及碳化物不均勻性常見的缺陷還有過燒、黑脆。過燒是由于加熱溫度過高,出現(xiàn)晶界氧化,甚至晶界局部熔化,造成工件報廢。黑脆是在鋼退火后硬度雖然很低但脆性很大,一折即斷。金相組織特點是部分滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)槭?。產(chǎn)生原因是退火溫度過高保溫時間過長,冷卻緩慢。預(yù)防辦法是制定正確的熱處理工藝,發(fā)生黑脆后不能返工。圓板牙分級淬火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救圓板牙對變形的要求非常高,所以應(yīng)特別注意淬火的變形缺陷。淬火時產(chǎn)生變形、開裂。預(yù)防措施是盡量做到均勻加熱及正確加熱；進(jìn)行及時的回火；選擇正確的冷卻方法和冷卻介質(zhì)。補(bǔ)救辦法是重新淬火工件中間退火。產(chǎn)生變形的主要矛盾是熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。熱應(yīng)力由于表層冷卻快,產(chǎn)生熱漲冷縮,內(nèi)部受壓應(yīng)力,此時產(chǎn)生塑性變形,形成表面積大的部分向外伸展,表面積小的齒部向內(nèi)縮進(jìn)的情況,如圖14所示。熱應(yīng)力對板牙的影響熱應(yīng)力對板牙的影響組織應(yīng)力的作用正好相反,板牙繼續(xù)冷卻的時候,表層冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,馬氏體比容較大,因此產(chǎn)生膨脹,其內(nèi)部由于外層而產(chǎn)生張應(yīng)力,外層受壓應(yīng)力,此時內(nèi)部產(chǎn)生塑性變形。組織應(yīng)力對板牙的影響組織應(yīng)力對板牙的影響脫碳是圓板牙9SiCr制造圓板牙的缺,發(fā)生脫碳的根本原因是鹽浴中存在大量的氧化物,因此必須對鹽浴進(jìn)行嚴(yán)格的脫氧。圓板牙脫碳后其表面硬度下降,磨去表面脫碳層,硬度仍能達(dá)到要求。熱處理后板牙螺紋不再磨加工,因此齒部脫碳使耐磨性大大降低。脫碳后圓板牙難以挽救,只能預(yù)防。4.3.3圓板牙低溫回火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救回火的主要缺陷是硬度不合格,過高或過低、硬度不均勻,以及回火時產(chǎn)生變形及脆性等。主要是由于回火溫度過低,回火時間過短。硬度太高可以適當(dāng)?shù)奶岣呋鼗饻囟冗m當(dāng)?shù)闹匦禄鼗饋磉M(jìn)行調(diào)整。回火后工件可能發(fā)生變形,這是由于回火前工件內(nèi)應(yīng)力不平衡,回火應(yīng)力松弛或產(chǎn)生應(yīng)力重分布所致。要避免回火變形,采用多次校直多次加熱或采用壓具回火?；鼗鸫嘈缘某霈F(xiàn)因為所選的回火溫度不當(dāng)。防止脆性的出現(xiàn),應(yīng)當(dāng)正確的選擇回火溫度。本設(shè)計的回火溫度為200℃,為避免第一類回火脆性,只有通過重加熱淬火,另選溫度回火。5選擇檢測設(shè)備及方法5.1選擇檢測設(shè)備5.1.1設(shè)備加熱爐為主要的設(shè)備。按工作介質(zhì)分：空氣爐、鹽浴爐、保護(hù)氣氛爐、流動離子爐、真空爐。按外形和爐膛形狀分：箱式爐、井式爐、臺車式爐、推桿式爐、轉(zhuǎn)底式爐、底式爐。根據(jù)圓板牙的熱處理工藝選擇用鹽浴爐加熱,鹽浴爐主要是利用熔鹽的對流加熱工件。按加熱方式分內(nèi)熱式和外熱式。用的最多的是內(nèi)熱式鹽浴爐為電極鹽浴爐,這類爐子加熱迅速均勻,工作溫度范圍較寬,工件不易產(chǎn)生氧化脫碳,適用于合金的加熱。電極鹽浴爐分為插入式電極鹽浴爐和埋入式電極鹽浴爐。插入式電極鹽浴爐的優(yōu)點是爐膛截面有長方形、方形、圓形及多邊形等形狀。埋入式電極鹽浴爐則能夠節(jié)約電能和提高工作室的利用面積。本設(shè)計選擇插入電極式鹽浴爐,如圖所示。插入式電極鹽浴爐結(jié)構(gòu)埋入式電極鹽浴爐結(jié)構(gòu)5.1.2儀表熱處理中溫度是一個很重要的參數(shù),實現(xiàn)精確的測量與控制,對提高熱處理質(zhì)量十分重要。溫度測量與控制主要用測溫元件和顯示儀表。測溫原件主要有熱電偶,熱電阻,輻射高溫計等,顯示儀表主要有毫伏計,電子電位差計等。熱電偶可以插入介質(zhì)中,簡單便捷。電子電位差計是一種自動平衡顯示儀,能同時顯示溫度、自動記錄曲線和控制爐溫,在熱處理中應(yīng)用比較廣泛。本設(shè)計選擇熱電偶和電子電位差計。5.1.3工具夾圓板牙的特點是厚度與直徑相比顯得薄,淬火時內(nèi)孔易漲大,除了用等溫淬火來消除變形外,必要時要利用夾工具來調(diào)整尺寸變形。常用工夾具的主要用途,以便加熱,冷卻；減小或限制加熱、冷卻時的變形；對已變形的工件校正等。熱處理常用的工夾具為淬火架,淬火掛〔吊具,滲碳吊具、淬火籃筐等1本設(shè)計選擇如圖11所示的兩種掛具作為工夾具加熱。圖11淬火掛〔吊具5.2圓板牙熱處理質(zhì)量檢驗項目、內(nèi)容及要求1變形檢查圓板牙在熱處理過程中加熱、冷卻,并便隨有相變發(fā)生,所以會產(chǎn)生變形,如彎曲或翹曲變形超過圖紙技