熱處理工藝課程設(shè)計---65mn犁鏵片熱處理工藝的設(shè)計

1、<p>　　65Mn犁鏵片熱處理工藝的設(shè)計</p><p>　　§1 熱處理工藝課程設(shè)計的目的</p><p>　　熱處理工藝課程設(shè)計是高等學校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設(shè)計練習，是熱處理原理與工藝課程的最后一個教學環(huán)節(jié)。其目的是：（1）培養(yǎng)學生綜合運用所學熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學知識得到鞏固和發(fā)展。</p><p>　

2、?。?）學習熱處理工藝設(shè)計的一般方法、熱處理設(shè)備選用和夾具設(shè)計等。</p><p>　?。?）進行熱處理設(shè)計的基本技能訓練，如計算、零件繪圖和學習使用設(shè)計資料、手冊、標準和規(guī)范。</p><p>　　因此，本課程設(shè)計要求我們綜合運用所學知識來解決生產(chǎn)實踐中的熱處理工藝制定問題，包括工藝設(shè)計中的細節(jié)問題，如設(shè)備的選用，夾具的設(shè)計等。要求我們設(shè)計工藝流程，這需要翻查大量的文獻典籍。如何靈活使用

3、資料、手冊，怎樣高效查找所需信息，以及手冊的查找規(guī)范和標準等，均不是一蹴而就的事情，需要我們在實踐中體會并不斷地總結(jié)，才能不斷進步。</p><p>　　材料熱處理工藝課程設(shè)計是培養(yǎng)材料專業(yè)學生在熱處理原理方面能力的重要環(huán)節(jié)，紙上談兵是經(jīng)不起考驗的，扎實的理論唯有通過實踐才能夠證明，且科學的實踐能夠有效鞏固甚至發(fā)展原有的理論，因此，本課程設(shè)計通過給出20余種不同牌號的材料，要求學生以個人（允許討論）或組隊的方式完

4、成熱處理工藝的設(shè)計，對學生鞏固已學熱處理知識、學習使用工具書、增強團隊合作意識等是大有裨益的。</p><p>　　§2 零件的技術(shù)要求及選材</p><p>　　2.1 65Mn犁鏵片的服役條件及可能的失效形式</p><p>　　犁鏵片的損壞形式主要有土壤顆粒磨損、鏵尖折斷和鏵刃崩裂。犁鏵磨損后則刃口變鈍，耕地的深度減小，耕作的效果差。而犁鏵在耕作過

5、程中，大多與土壤中的磚塊、沙粒、石塊或其他硬物相撞，會造成犁鏵的損壞和疲勞破壞，以及腐蝕磨損產(chǎn)生凹坑與龜裂。</p><p><b>　　圖1犁鏵片示意圖</b></p><p>　　2.2材料的選擇及其技術(shù)要求 </p><p>　　犁鏵片是鏵式犁重要的基礎(chǔ)部件，農(nóng)業(yè)耕作使用犁鏵尖鑿破土層，在動力作用下，鏵刃耕入土層一定深度，沿溝底和溝壑將土

6、地鏟起和切斷土中的植物莖、作物的殘根，鏵尖部是將土左右分開，鏵面和鏵壁的共同作用把土抬起、擠碎并反轉(zhuǎn)覆蓋在地面上，從而達到翻耕土壤的目的。因此要求鏵尖鋒利、整體具有足夠的強度和韌性，而且具有高的硬度和高的耐磨性，保證其有長的使用壽命，使用過程中才能抵抗周期性的沖擊和震動、振動。</p><p><b>　　技術(shù)要求</b></p><p>　　熱處理后的局部工作硬度為

7、52~60HRC，其余部分硬度不小于38HRC,顯微組織為回火馬氏體；工作部分必須有高的耐磨性和一定的韌性抗拉強度 ，避免在加熱時氧化脫碳現(xiàn)象。</p><p>　　為了控制犁鏵片熱處理變形，主要采取以下四個措施:</p><p>　　1.選用彈簧鋼65Mn</p><p>　　2.犁鏵片在加熱和冷卻過程中，應當垂直吊掛，彼此有適當?shù)拈g距，疊壓后要用夾具壓緊回火，確

8、保變形量符合要求。</p><p>　　3.采用淬火壓床，必要時采用反變形措施。</p><p>　　4.盡管犁鏵片的硬度范圍子48~60HRC，在同一件產(chǎn)品上的硬度差硬應小于5HRC，否則將造成零件的硬度不均和變形的增大。</p><p>　　2.3化學成分及合金元素的作用</p><p>　　2.3.1 65Mn鋼主要化學成分為：<

9、/p><p>　　W(C)=0.62%~0.70%,w(Mn)=0.90%~1.20%,w(Si)=0.17%~0.37%,</p><p>　　w(Gr)≤0.25%</p><p>　　2.3.2 65Mn所含元素的作用：</p><p>　　碳 主要與硅、鉻(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。</p&g

10、t;<p>　　硅 能增加鋼的強度、彈性、耐熱、耐酸性及電阻系數(shù)等。該鋼中的Si不與C結(jié)合，它在相變點（Ac1）以上則完全溶入奧氏體，提高了過冷奧氏體在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域的穩(wěn)定性，同樣也能明顯提高該鋼的淬透性。</p><p>　　鉻 鉻的碳化物在淬火加熱時幾乎全部溶于奧氏體，從而提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性和鋼的淬透性，同時還能提高鋼的抗氧化脫碳和抗腐蝕能力。</p><

11、p>　　錳 錳大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強化，一部分錳也溶于Fe3C中，形成合金滲碳體，錳還能增加珠光體相對量，并使它變細，從而提高鋼的強度。錳能與S化合成為MnS，以減輕S的有害作用。 </p><p>　　§3 熱處理工藝課程設(shè)計的內(nèi)容及步驟</p><p>　　3.1相變點的確定 </p><p>　　65Mn鋼

12、是常見的彈簧鋼，是在淬火和回火狀態(tài)下具有高彈性的鋼，其相圖較復雜并查找資料，可確定的65Mn相變點</p><p>　　表1 制定的相變點表</p><p><b>　　3.2 熱處理工藝</b></p><p><b>　　3.2.1工藝流程</b></p><p>　　3.2.1.1用65Mn

13、制作犁鏵片的工藝流程為：毛坯→淬火→低溫回火</p><p>　　3.2.1.2淬火及回火示意圖：</p><p>　　圖2 犁鏵片的熱處理工藝示意圖</p><p>　　熱處理流程：預熱→加熱→冷卻→檢查硬度和金相組織→低溫回火→檢查硬度</p><p>　　熱處理后犁鏵片的技術(shù)要求有：</p><p>　　淬火后得

14、到的顯微組織為馬氏體；</p><p>　　回火后得到的顯微組織為回火馬氏體；</p><p>　　基體平面硬度為52~60HRC，檢查部位在犁壁處。</p><p>　　3.2.2熱處理工藝參數(shù)的制定 </p><p>　　將井式電阻爐開啟加熱到830℃，待爐溫穩(wěn)定在830℃，再將犁鏵片按一定工裝方式置入爐內(nèi)，淬火保溫時間50min,然

15、后后用夾具將犁鏵片侵入水中淬火，獲得片狀馬氏體，片狀馬氏體在空間形態(tài)呈雙凸透鏡，在光學顯微鏡下則呈針狀貨竹葉狀，馬氏體片之間不平行，呈一定角度分布；片狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶。淬火的目的是提高零件的硬度、強度和耐磨性。淬火保溫時間根據(jù)時間計算公式τ=a×K×D計算。</p><p>　　將井式電阻爐開啟加熱到190℃，待爐溫穩(wěn)定在190℃，再將犁鏵片按原工裝方式置入爐內(nèi)，保溫120～150m

16、in,保溫后用夾具將犁鏵片拿出并放置在空氣中冷卻，冷卻后獲得回火馬氏體，回火的目的是減少或消除淬火應力，提高韌性塑形，獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合。（淬火鋼回火時硬度總的變化趨勢是隨著回火溫度升高，鋼的硬度連續(xù)下降。但含碳量大于0.8%的高碳鋼在100度左右回火時，硬度反而略有升高，這是由于馬氏體中碳原子的偏聚及@-碳化物析出引起彌散硬化造成的。在200~300度回火時，硬度平緩下降。這是由于一方面馬氏體分解，使硬度降低，另一方

17、面殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w或回火馬氏體，使硬度升高，兩者綜合影響的結(jié)果?；鼗饻囟瘸^300度以后，由于@-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體，共格關(guān)系被破壞，以及滲碳體聚集長大，使鋼的硬度呈直線下降。）</p><p>　　圖3 碳鋼回火溫度和硬度的關(guān)系</p><p>　　回火時間根據(jù)時間計算公式τ=a×K×D計算得到。</p><p>　　根據(jù)時間計算公式τ

18、=a×K×D 【其中K-裝爐修正系數(shù)，D-工件有效厚度（mm），a-由鋼種決定的加熱系數(shù)（min/mm）】，以及經(jīng)驗公式等，查找資料，各工藝參數(shù)制表確定如下：</p><p><b>　　表2 工藝參數(shù)表</b></p><p>　　裝爐修正系數(shù)K的確定：</p><p>　　表3 工件在爐內(nèi)不同排布方式的加熱時間修正值&

19、lt;/p><p>　　查資料裝爐修正系數(shù)K取4。</p><p>　　由鋼種決定的加熱系數(shù)a（min/mm）的確定</p><p>　　表4 常用鋼的加熱系數(shù)</p><p>　　采用井式電阻爐，爐腔是封閉的，所以加熱系數(shù)a取0.9。</p><p>　　表5不同形狀和尺寸的工件加熱計算時的特征尺寸及形狀系數(shù)</p

20、><p>　　工件有效厚度的確定：</p><p>　　上表為不同形狀和尺寸的工件加熱計算時的特征尺寸及形狀系數(shù)表，有此可計算出工件的有效厚度為：</p><p>　　D=厚度×形狀系數(shù)=9×1.5=13.5mm。</p><p>　　3.2.3所選熱處理工藝的目的</p><p>　　（1）犁鏵片加工

21、工藝流程 犁鏵片要求鏵尖鋒利、整體具有足夠的強度和韌性，而且具有高的硬度和高的耐磨性，保證其有長的使用壽命。因此，通常采用以下流程進行加工：毛坯→淬火→低溫回火</p><p>　?。?）淬火是把鋼加熱到Ac3或Ac1以上溫度，保溫一定時間，然后以適當方式冷卻，以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。淬火的目的：提高工件的力學性能，如硬度，強度，耐磨性，彈性極限等；改善某些特殊鋼的物理化學性能或化學性能，如耐蝕性

22、、磁性、導電性等?，F(xiàn)以65Mn鋼為原材制作的犁鏵片進行淬火，是為了獲得板條馬氏體，獲得板條馬氏體后犁鏵片的硬度、強度和耐磨性得到很大的提高。</p><p>　　（3）回火是把淬火后的工件加熱到A1一下適當溫度，保溫一定時間，以一定方式冷卻的熱處理工藝?；鼗鸬哪康氖牵孩偈构ぜ玫剿蟮牧W性能。工件淬火后，硬度高，脆性打，為了達到技術(shù)要求的力學性能，可以通過回火來調(diào)整到希望得到的硬度、強度、塑形和韌性。②減少或

23、消除內(nèi)應力。工件淬火后存在很大的內(nèi)應力，及時回火可以消除應力，減少畸變和防止開裂。③穩(wěn)定尺寸。工件淬火后的組織一般為馬氏體和部分殘余奧氏體，這兩種組織都不穩(wěn)定，會自發(fā)地發(fā)生轉(zhuǎn)變，引起工件尺寸和形狀的變化。通過回火可以促使這些轉(zhuǎn)變，使組織趨于穩(wěn)定，以保證使用過程中不再發(fā)生變形。在前一步65Mn犁鏵片的淬火后得到的馬氏體經(jīng)過這一步的低溫回火得到回火馬氏體，降低脆性，減少內(nèi)應力，硬度不降低或降低2～3HRC,保持高硬度和耐磨性。</p&

24、gt;<p>　　3.2.4組織特點和性能的分析 </p><p>　　淬火組織：淬火是指把鋼加熱到臨界點Ac1或Ac3以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。65Mn鋼屬于高碳鋼，其Ac3是765℃，淬火加熱溫度為830℃，淬火加熱過程中發(fā)生奧氏體相變，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，從而可以獲得細小而均勻的奧氏體</p><p>　　

25、圖4 奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖 </p><p>　　適當溫度淬火后得到細小而均勻的馬氏體組織。在淬火加熱過程中，基體轉(zhuǎn)變成奧氏體，細小的碳化物顆粒逐漸向基體中溶解。在溶解過程中受加熱溫度影響很大，同時還與碳化物的類型和碳化物的顆粒度有關(guān)，尺寸小的碳化物易溶解。當以大于臨界冷卻速度冷卻到馬氏體點Ms之下時，過冷奧氏體即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體轉(zhuǎn)變分為形核和長大兩個階段，長大速度很快，基本上是瞬時形成，組織的形核

26、受加熱溫度和保溫時間的影響 ，溫度越高，速度越快，越容易形核，晶粒度越小，馬氏體轉(zhuǎn)變只與溫度有關(guān)，與保溫時間是沒有關(guān)系的。830℃淬火后的金相組織大部分為片狀馬氏體，局部區(qū)域為板條馬氏體。隨淬火溫度的升高，片狀馬氏體越來越少，板條馬氏體越來越多。但隨淬火溫度的升高，奧氏體晶粒也明顯長大，所形成的板條馬氏體的尺寸也逐漸長大，同時殘余奧氏體量也隨淬火溫度升高而增多，830℃淬火時，殘余奧氏體呈塊狀，分布在板條馬氏體之間，當溫度達到1000℃

27、時，已明顯地形成條狀殘余奧氏體并沿著板條馬氏體分布。</p><p>　　圖5 至水冷端的距離和硬度的關(guān)系</p><p>　　回火組織：鋼在淬火后一般很少直徑使用，因為淬火后的組織是馬氏體和殘余奧氏體，并且有內(nèi)應力產(chǎn)生，馬氏體雖然強度、硬度高，但塑性查，脆性大，在內(nèi)應力作用下容易產(chǎn)生變形和開裂；此外，在淬火后組織是不穩(wěn)定的，在室溫下就能緩慢分解，產(chǎn)生體積變化而導致工件變形?；鼗饡r組織

28、與性能的變化隨著回火溫度升高，淬火內(nèi)應力不斷下降或消除，硬度逐漸下降，塑性、韌性逐漸升高。低溫回火后得到回火馬氏體組織，使鋼具有高硬度和耐磨性，良好的塑性和韌性。低溫回火主要用于各種高碳鋼和高碳合金鋼。</p><p>　　3.2.5設(shè)備的選擇 </p><p>　　淬火設(shè)備：井式電阻爐RJ2-30-9。</p><p>　　圖6 井式電阻爐RJ2-30-9圖&l

29、t;/p><p>　　表6 井式電阻爐RJ2-30-9參數(shù)</p><p>　　低溫回火設(shè)備：普通型箱電阻爐 RX5—35—3</p><p>　　圖7普通型箱電阻爐 RX5—35—3圖</p><p>　　表7普通型箱電阻爐 RX5—35—3參數(shù)</p><p>　　3.2.6操作過程中的注意事項</

30、p><p>　?、?犁鏵在加熱和冷卻過程中，應當垂直吊掛，彼此有適當?shù)拈g距，疊壓后要用夾具壓緊回火，確保形變量符合要求；對于彈簧鋼而言，為防止回火脆性的發(fā)生，在中溫回火后應水冷。</p><p>　?、跒榱吮苊饣驕p少犁壁在箱式電爐加熱時的氧化脫碳現(xiàn)象，以防淬火軟點的出現(xiàn)，應在表面刷上或浸泡涂料。</p><p>　?、厶岣呃珑f和犁壁耐磨性 的途徑是提高硬度，但事實上當硬

31、度超過60HRC，犁鏵和犁壁的內(nèi)應力增大，造成微觀裂紋，因此抗疲勞斷裂的能力降低，勢必在犁鏵耕地受到?jīng)_擊時，使犁鏵破碎，因此要嚴格控制回火后的硬度，確保在要求的范圍內(nèi)。</p><p>　?、鼙M管犁鏵和犁壁的硬度范圍在48~60HRC,在同一件產(chǎn)品上的硬度差應小于5HRC，否則將造成零件的硬度不均和變形的增大。</p><p>　?、莨ぜ跔t內(nèi)加熱時，應均勻放置，防止單面受熱，應放平，避免

32、工件在高溫塑形狀態(tài)因自重而變形。</p><p><b>　　3.3夾具選用</b></p><p>　　由于是小零件，對夾具沒有任何特殊要求。</p><p>　　3.4熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷及預防措施</p><p>　?、庞捎诖慊饡r犁鏵片的淬火溫度為830℃，將犁鏵片用夾具置入水中淬火時發(fā)生馬氏體相變（由奧氏體

33、轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體）；在馬氏體、奧氏體、珠光體三種組織中，以馬氏體的比體積最大，奧氏體的比體積最小，并且馬氏體的碳含量越高，其比體積越大；因此工件從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體后體積增大，從而產(chǎn)生內(nèi)應力，這種由相變而產(chǎn)生的內(nèi)應力稱為組織應力，馬氏體轉(zhuǎn)變由于體積增大，其組織內(nèi)應力是很大的，這是淬火時產(chǎn)生變形甚至開裂的重要原因。</p><p>　　預防措施：1.盡量做到均勻加熱及正確加熱工件；</p><p&g

34、t;　　2.淬火時當犁鏵片冷卻到40～50℃時將其從水中取出放置在空氣中冷卻至室溫；</p><p>　　3．進行及時正確的低溫回火，以降低淬火后在犁鏵片內(nèi)部存在的應力。</p><p>　?、粕a(chǎn)中常見的回火缺陷有：硬度過高或過低，硬度不均勻，以及回火產(chǎn)生變形及脆性等。</p><p>　　預防措施：①調(diào)整回火溫度，控制一次裝爐量，在爐內(nèi)設(shè)氣流循環(huán)風扇。</

35、p><p>　?、诓捎枚啻纬C直多次加熱，或采用壓具回火等措施來避免回火后工件變形。</p><p>　　③應正確選擇回火溫度和冷卻方式來防止脆性的出現(xiàn)。</p><p>　　3.5熱處理工藝卡片填寫</p><p>　　見附表1 熱處理工藝卡片。</p><p>　　§4 收獲和體會 </p>

36、<p>　　這次課程設(shè)計我與胡磊同學一組，進行了65Mn犁鏵片的熱處理工藝設(shè)計，熱處理工藝設(shè)計主要是進行零件的加工路線有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工序的設(shè)計。根據(jù)零件的技術(shù)要求，選定能實現(xiàn)技術(shù)要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇設(shè)備，設(shè)計或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡，以上這些內(nèi)容已經(jīng)在本說明書中作了詳細敘述?，F(xiàn)將在設(shè)計過程中的點滴體會記錄如下：</p><p>　　本次熱處理課程

37、設(shè)計是我在大學里第一次親自動手來設(shè)計熱處理方案，此次的熱處理課程設(shè)計不僅是對我這學期學的《金屬固態(tài)相變》和《金屬熱處理工藝學》的復習和延伸，而且也為我畢業(yè)以后走上工作崗位做了實踐方面的準備。65Mn鋼是彈簧鋼中的一個牌號，在實際應用中比較廣泛，在很多有關(guān)熱處理的手冊上面都有介紹，所以從資料上查找我所需要的數(shù)據(jù)都比較方便。我是2012年12月28日就開始到揚州大學揚子津校區(qū)的昭文圖書館借閱了有關(guān)熱處理的書籍，并趕早的熟悉65Mn鋼的性能、

38、和相變轉(zhuǎn)變溫度，也從網(wǎng)絡(luò)上和書籍上初步了解犁鏵片使用時要滿足的性能要求是什么。當我初步了解上述內(nèi)容后，我試著設(shè)計犁鏵片的熱處理工藝。第一次設(shè)計熱處理工藝總是無從下手的，我在一邊制定工藝一邊記錄下存在的疑問，以便向指導老師探討解決方案。當十九周周一我們的熱處理課程設(shè)計開始的時候，我有的放矢的和指導老師探討我設(shè)計上的疑問，進度很快。</p><p>　　本次課程設(shè)計讓我更加深刻的認識到，大學四年，不是讓我們來學習“弄

39、虛作假”的，而是要學到真才實學的。作為一名材料成型及控制工程的工科學生不單只要具備理論知識，還應具備理論聯(lián)系實際的能力。利用我們學過的知識和查閱圖書館的書籍來設(shè)計一個實際生產(chǎn)方案是我們必備的專業(yè)技能。網(wǎng)絡(luò)和科技都很發(fā)達，一份熱處理設(shè)計書可以從很多途徑獲得，但是我們要明白一句話：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！敝挥形覀冇H自去完成一份熱處理設(shè)計，才會知道如何按照零件的使用要求來選材，制定熱處理工藝和查閱相關(guān)資料獲得熱處理過程中所需要的數(shù)

40、據(jù)和圖表。我們作為一名熱處理工作者一定要以嚴謹?shù)膽B(tài)度來設(shè)計我們的方案，精益求精，不容許有半點馬虎。</p><p>　　由于本人和一起合作的**同學均無實際經(jīng)驗，見識和學識尚淺薄，且能力和精力有限，說明書中有許多不足之處，懇請老師斧正，在此向指導老師**老師表示感謝！</p><p><b>　　§5 參考文獻</b></p><p>

41、;　　本說明書使用到的參考文獻如下：</p><p>　　1《熱處理工程師手冊》，樊東黎主編，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　2《熱處理技師手冊》，張玉庭主編，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　3《熱處理手冊（共4卷）》，中國機械工程學會熱處理學會，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　4《熱處理實用數(shù)據(jù)速查手冊》，葉衛(wèi)平主編，機械

42、工業(yè)出版社；</p><p>　　5《金屬熱處理工藝學》，夏立芳，哈爾濱工業(yè)大學出版社；</p><p>　　6《熱處理常見缺陷分析與對策》，王忠誠主編，化學工業(yè)出版社；</p><p>　　7《熱處理技術(shù)手冊》，樊東黎主編，化學工業(yè)出版社；</p><p>　　8《金屬固態(tài)相變原理》，徐洲、趙連城主編，科學出版社</p>&l