热处理工艺课程设计65Mn犁铧片

1、65Mn犁铧片热处理工艺的设计§1 热处理工艺课程设计的目的热处理工艺课程设计是高等学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是：（1）培养学生综合运用所学热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、零件绘图和学习使用设计资料、手册、标准和规范。因此，本课程设计要求我们综合运用所学知识来解决生产实践中的热处理工艺制定问题，包括工艺设计中的细节问题，如设备的选用，夹具的设计等。要求我们设计工艺流程，这需要翻查大

2、量的文献典籍。如何灵活使用资料、手册，怎样高效查找所需信息，以及手册的查找规范和标准等，均不是一蹴而就的事情，需要我们在实践中体会并不断地总结，才能不断进步。材料热处理工艺课程设计是培养材料专业学生在热处理原理方面能力的重要环节，纸上谈兵是经不起考验的，扎实的理论唯有通过实践才能够证明，且科学的实践能够有效巩固甚至发展原有的理论，因此，本课程设计通过给出20余种不同牌号的材料，要求学生以个人（允许讨论）或组队的方式完成热处理工艺的设计，对学生巩固已学热处理知识、学习使用工具书、增强团队合作意识等是大有裨益的。§2 零件的技术要求及选材 2.1 65Mn犁铧片的服役条件及可能的失效形式

3、 犁铧片的损坏形式主要有土壤颗粒磨损、铧尖折断和铧刃崩裂。犁铧磨损后则刃口变钝，耕地的深度减小，耕作的效果差。而犁铧在耕作过程中，大多与土壤中的砖块、沙粒、石块或其他硬物相撞，会造成犁铧的损坏和疲劳破坏，以及腐蚀磨损产生凹坑与龟裂。图1犁铧片示意图2.2材料的选择及其技术要求 犁铧片是铧式犁重要的基础部件，农业耕作使用犁铧尖凿破土层，在动力作用下，铧刃耕入土层一定深度，沿沟底和沟壑将土地铲起和切断土中的植物茎、作物的残根，铧尖部是将土左右分开，铧面和铧壁的共同作用把土抬起、挤碎并反转覆盖在地面上，从而达到翻耕土壤的目的。因此要求铧尖锋利、整体具有足够的强度和韧性，而且具有高的硬度和高的耐磨性，

4、保证其有长的使用寿命，使用过程中才能抵抗周期性的冲击和震动、振动。技术要求 热处理后的局部工作硬度为5260HRC，其余部分硬度不小于38HRC,显微组织为回火马氏体；工作部分必须有高的耐磨性和一定的韧性抗拉强度 ，避免在加热时氧化脱碳现象。为了控制犁铧片热处理变形，主要采取以下四个措施:1.选用弹簧钢65Mn2.犁铧片在加热和冷却过程中，应当垂直吊挂，彼此有适当的间距，叠压后要用夹具压紧回火，确保变形量符合要求。3.采用淬火压床，必要时采用反变形措施。4.尽管犁铧片的硬度范围子4860HRC，在同一件产品上的硬度差硬应小于5HRC，否则将造成零件的硬度不均和变形的增大。2.3化学成分及合金元

5、素的作用2.3.1 65Mn钢主要化学成分为：W(C)=0.62%0.70%,w(Mn)=0.90%1.20%,w(Si)=0.17%0.37%,w(Gr)0.25%2.3.2 65Mn所含元素的作用：碳 主要与硅、铬(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及红硬性。硅 能增加钢的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数等。该钢中的Si不与C结合，它在相变点（Ac1）以上则完全溶入奥氏体，提高了过冷奥氏体在贝氏体转变区域的稳定性，同样也能明显提高该钢的淬透性。铬 铬的碳化物在淬火加热时几乎全部溶于奥氏体，从而提高过冷奥氏体的稳定性和钢的淬透性，同时还能提高钢的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力。 锰

6、 锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化，一部分锰也溶于Fe3C中，形成合金渗碳体，锰还能增加珠光体相对量，并使它变细，从而提高钢的强度。锰能与S化合成为MnS，以减轻S的有害作用。 §3 热处理工艺课程设计的内容及步骤3.1相变点的确定 65Mn钢是常见的弹簧钢，是在淬火和回火状态下具有高弹性的钢，其相图较复杂并查找资料，可确定的65Mn相变点表1 制定的相变点表项目Ac1Ac3（或Acm）Ar1MsAr3温度/7267656892707413.2 热处理工艺3.2.1工艺流程3.2.1.1用65Mn制作犁铧片的工艺流程为：毛坯淬火低温回火3.2.1.2淬火及回火示意

7、图：时间/min图2 犁铧片的热处理工艺示意图热处理流程：预热加热冷却检查硬度和金相组织低温回火检查硬度热处理后犁铧片的技术要求有： 淬火后得到的显微组织为马氏体； 回火后得到的显微组织为回火马氏体； 基体平面硬度为5260HRC，检查部位在犁壁处。3.2.2热处理工艺参数的制定 将井式电阻炉开启加热到830，待炉温稳定在830，再将犁铧片按一定工装方式置入炉内，淬火保温时间50min,然后后用夹具将犁铧片侵入水中淬火，获得片状马氏体，片状马氏体在空间形态呈双凸透镜，在光学显微镜下则呈针状货竹叶状，马氏体片之间不平行，呈一定角度分布；片状马氏体的亚结构主要是孪晶。淬火的目的是提高零件的硬度、强

8、度和耐磨性。淬火保温时间根据时间计算公式=a×K×D计算。将井式电阻炉开启加热到190，待炉温稳定在190，再将犁铧片按原工装方式置入炉内，保温120150min,保温后用夹具将犁铧片拿出并放置在空气中冷却，冷却后获得回火马氏体，回火的目的是减少或消除淬火应力，提高韧性塑形，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合。（淬火钢回火时硬度总的变化趋势是随着回火温度升高，钢的硬度连续下降。但含碳量大于0.8%的高碳钢在100度左右回火时，硬度反而略有升高，这是由于马氏体中碳原子的偏聚及-碳化物析出引起弥散硬化造成的。在200300度回火时，硬度平缓下降。这是由于一方面马氏体分解，使硬

9、度降低，另一方面残余奥氏体转变为下贝氏体或回火马氏体，使硬度升高，两者综合影响的结果。回火温度超过300度以后，由于-碳化物转变为渗碳体，共格关系被破坏，以及渗碳体聚集长大，使钢的硬度呈直线下降。）图3 碳钢回火温度和硬度的关系回火时间根据时间计算公式=a×K×D计算得到。根据时间计算公式=a×K×D 【其中K-装炉修正系数，D-工件有效厚度（mm），a-由钢种决定的加热系数（min/mm）】，以及经验公式等，查找资料，各工艺参数制表确定如下：表2 工艺参数表工艺温度加热时间/min保温时间/min淬火83050回火1901201501） 装炉修正系数K

10、的确定：表3 工件在炉内不同排布方式的加热时间修正值 查资料装炉修正系数K取4。2） 由钢种决定的加热系数a（min/mm）的确定表4 常用钢的加热系数钢材加热系数空气电阻炉加热系数/（min/mm）盐浴炉加热系数/（s/mm）碳钢0.91.12530合金钢1.31.650601520（一次预热）高速钢815（二次预热）采用井式电阻炉，炉腔是封闭的，所以加热系数a取0.9。表5不同形状和尺寸的工件加热计算时的特征尺寸及形状系数工件形状特征尺寸s形状系数k球球径0.7立方体边长0.7圆柱直径1.0菱形边长1.0环环宽度1.5换厚度1.5板厚度1.5管材壁厚开口通管2.0；长管4.0；闭口管4.0

11、工件有效厚度的确定：上表为不同形状和尺寸的工件加热计算时的特征尺寸及形状系数表，有此可计算出工件的有效厚度为：D=厚度×形状系数=9×1.5=13.5mm。3.2.3所选热处理工艺的目的（1）犁铧片加工工艺流程 犁铧片要求铧尖锋利、整体具有足够的强度和韧性，而且具有高的硬度和高的耐磨性，保证其有长的使用寿命。因此，通常采用以下流程进行加工：毛坯淬火低温回火（2）淬火是把钢加热到Ac3或Ac1以上温度，保温一定时间，然后以适当方式冷却，以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。淬火的目的：提高工件的力学性能，如硬度，强度，耐磨性，弹性极限等；改善某些特殊钢的物理化学性能或化学性能

12、，如耐蚀性、磁性、导电性等。现以65Mn钢为原材制作的犁铧片进行淬火，是为了获得板条马氏体，获得板条马氏体后犁铧片的硬度、强度和耐磨性得到很大的提高。（3）回火是把淬火后的工件加热到A1一下适当温度，保温一定时间，以一定方式冷却的热处理工艺。回火的目的是：使工件得到所要求的力学性能。工件淬火后，硬度高，脆性打，为了达到技术要求的力学性能，可以通过回火来调整到希望得到的硬度、强度、塑形和韧性。减少或消除内应力。工件淬火后存在很大的内应力，及时回火可以消除应力，减少畸变和防止开裂。稳定尺寸。工件淬火后的组织一般为马氏体和部分残余奥氏体，这两种组织都不稳定，会自发地发生转变，引起工件尺寸和形状的变化

13、。通过回火可以促使这些转变，使组织趋于稳定，以保证使用过程中不再发生变形。在前一步65Mn犁铧片的淬火后得到的马氏体经过这一步的低温回火得到回火马氏体，降低脆性，减少内应力，硬度不降低或降低23HRC,保持高硬度和耐磨性。3.2.4组织特点和性能的分析 淬火组织：淬火是指把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。65Mn钢属于高碳钢，其Ac3是765，淬火加热温度为830，淬火加热过程中发生奥氏体相变，珠光体转变为奥氏体，从而可以获得细小而均匀的奥氏体 图4 奥氏体等温转变曲线图 适当温度淬火后得到细小而均匀的马氏体

14、组织。在淬火加热过程中，基体转变成奥氏体，细小的碳化物颗粒逐渐向基体中溶解。在溶解过程中受加热温度影响很大，同时还与碳化物的类型和碳化物的颗粒度有关，尺寸小的碳化物易溶解。当以大于临界冷却速度冷却到马氏体点Ms之下时，过冷奥氏体即发生马氏体转变。马氏体转变分为形核和长大两个阶段，长大速度很快，基本上是瞬时形成，组织的形核受加热温度和保温时间的影响 ，温度越高，速度越快，越容易形核，晶粒度越小，马氏体转变只与温度有关，与保温时间是没有关系的。830淬火后的金相组织大部分为片状马氏体，局部区域为板条马氏体。随淬火温度的升高，片状马氏体越来越少，板条马氏体越来越多。但随淬火温度的升高，奥氏体晶粒也明

15、显长大，所形成的板条马氏体的尺寸也逐渐长大，同时残余奥氏体量也随淬火温度升高而增多，830淬火时，残余奥氏体呈块状，分布在板条马氏体之间，当温度达到1000时，已明显地形成条状残余奥氏体并沿着板条马氏体分布。 图5 至水冷端的距离和硬度的关系回火组织：钢在淬火后一般很少直径使用，因为淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，并且有内应力产生，马氏体虽然强度、硬度高，但塑性查，脆性大，在内应力作用下容易产生变形和开裂；此外，在淬火后组织是不稳定的，在室温下就能缓慢分解，产生体积变化而导致工件变形。回火时组织与性能的变化随着回火温度升高，淬火内应力不断下降或消除，硬度逐渐下降，塑性、韧性逐渐升高。低温回火

16、后得到回火马氏体组织，使钢具有高硬度和耐磨性，良好的塑性和韧性。低温回火主要用于各种高碳钢和高碳合金钢。3.2.5设备的选择 淬火设备：井式电阻炉RJ2-30-9。图6 井式电阻炉RJ2-30-9图表6 井式电阻炉RJ2-30-9参数型号额定功率/kW额定电压/V最大装载量/kg额定温度/炉膛尺寸（直径X深度）/mmRJ2-30-930380230950450X800 低温回火设备：普通型箱电阻炉 RX5353 图7普通型箱电阻炉 RX5353图表7普通型箱电阻炉 RX5353参数型号额定功率/kW最高工作温度/最大装载量/kg炉膛尺寸/mmRX535335350420600 *900 *45

17、0 3.2.6操作过程中的注意事项 犁铧在加热和冷却过程中，应当垂直吊挂，彼此有适当的间距，叠压后要用夹具压紧回火，确保形变量符合要求；对于弹簧钢而言，为防止回火脆性的发生，在中温回火后应水冷。为了避免或减少犁壁在箱式电炉加热时的氧化脱碳现象，以防淬火软点的出现，应在表面刷上或浸泡涂料。提高犁铧和犁壁耐磨性 的途径是提高硬度，但事实上当硬度超过60HRC，犁铧和犁壁的内应力增大，造成微观裂纹，因此抗疲劳断裂的能力降低，势必在犁铧耕地受到冲击时，使犁铧破碎，因此要严格控制回火后的硬度，确保在要求的范围内。尽管犁铧和犁壁的硬度范围在4860HRC,在同一件产品上的硬度差应小于5HRC，否则将造成零

18、件的硬度不均和变形的增大。工件在炉内加热时，应均匀放置，防止单面受热，应放平，避免工件在高温塑形状态因自重而变形。3.3夹具选用由于是小零件，对夹具没有任何特殊要求。3.4热处理过程中可能出现的缺陷及预防措施由于淬火时犁铧片的淬火温度为830，将犁铧片用夹具置入水中淬火时发生马氏体相变（由奥氏体转变为马氏体）；在马氏体、奥氏体、珠光体三种组织中，以马氏体的比体积最大，奥氏体的比体积最小，并且马氏体的碳含量越高，其比体积越大；因此工件从奥氏体转变为马氏体后体积增大，从而产生内应力，这种由相变而产生的内应力称为组织应力，马氏体转变由于体积增大，其组织内应力是很大的，这是淬火时产生变形甚至开裂的重要

19、原因。预防措施：1.尽量做到均匀加热及正确加热工件；2.淬火时当犁铧片冷却到4050时将其从水中取出放置在空气中冷却至室温；3进行及时正确的低温回火，以降低淬火后在犁铧片内部存在的应力。生产中常见的回火缺陷有：硬度过高或过低，硬度不均匀，以及回火产生变形及脆性等。预防措施：调整回火温度，控制一次装炉量，在炉内设气流循环风扇。 采用多次矫直多次加热，或采用压具回火等措施来避免回火后工件变形。 应正确选择回火温度和冷却方式来防止脆性的出现。3.5热处理工艺卡片填写见附表1 热处理工艺卡片。§4 收获和体会 这次课程设计我与胡磊同学一组，进行了65Mn犁铧片的热处理工艺设计，热处理工艺设计

20、主要是进行零件的加工路线有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡，以上这些内容已经在本说明书中作了详细叙述。现将在设计过程中的点滴体会记录如下：本次热处理课程设计是我在大学里第一次亲自动手来设计热处理方案，此次的热处理课程设计不仅是对我这学期学的金属固态相变和金属热处理工艺学的复习和延伸，而且也为我毕业以后走上工作岗位做了实践方面的准备。65Mn钢是弹簧钢中的一个牌号，在实际应用中比较广泛，在很多有关热处理的手册上面都有介绍，所以从资料上查找我所需要的数据都比较方便。我是2012年12月28日就开始到扬州大学扬子津校区的昭文图书馆借阅了有关热处理的书籍，并赶早的熟悉65Mn钢的性能、和相变转变温度，也从网络上和书籍上初步了解犁铧片使用时要满足的性能要求是什么。当我初步了解上述内容后，我试着设计犁铧片的热处理工艺。第一次设计热处理工艺总是无从下手的，我在一边制定工艺一边记录下存在的疑问，以便向指导老师探讨解决方案。当十九周周一我们的热处理课程