65Mn制作磨床头架主轴热处理工艺设计

1、    65mn制作磨床头架主轴热处理工艺设计    摘 要：本文针对弹簧钢65mn制作磨床头架主轴，根据硬度要求给出了具体工艺路线，包含完全退火、调质处理、表面淬火回火及稳定化处理，分别讨论了各工序的加热温度、加热设备、保温时间及冷却方式，最后进行工艺路线总结和金相组织分析。关键词：65mn；热处理工艺；金相组织doi：10.16640/ki.37-1222/t.2018.19.0301 65mn和磨床头架主轴简介1.1 65mn简介65mn是弹簧钢的一种，平均含碳0.65%、含锰1.0%，其强度、硬度、弹性和淬透性均比65钢高，有过热敏感性和回火脆性

2、，水淬裂纹倾向。退火态切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差。可制作高耐磨性零件，如磨床主轴、精密机床丝杆、铁道钢轨等。查阅手册，获得为726，为765。1.2 磨床头架主轴简介主轴是提供机床主运动的部件，应保证其刚度、强度、耐磨性、耐冲击性、热稳定性和抗振性等力学性能和高的原始几何精度，这与主轴用材和热处理密切相关。本次设计选择高碳低合金钢65mn，经过预先热处理作组织准备，整体调质后，要求淬硬部分进行表面淬火，最后进行低温回火。加工工序为：下料、锻造退火粗车调质精车感应淬火回火磨削稳定化处理。2 热处理工艺设计2.1 完全退火完全退火是获得接近平衡组织的热处理工艺，其目的是细化晶粒、均匀组织，

3、消除内应力，改善切削加工性能。（1）加热温度及方法。完全退火的温度在以上2030，由于退火温度过高会引起奥氏体晶粒粗大，又要使工件心部在规定时间内达到以上温度，故65mn完全退火温度选择在。完全退火加热速度取100200/h。加热设备选择型号为rx3-30-9的中温箱式电阻炉，其使用温度在700900，用于低合金钢的热处理、渗碳及时效等。（2）保温时间和冷却方式。完全退火保温时间与钢材的化学成分、工件形状与尺寸、加热方式、装炉量和装炉方式等因素有关。当装炉量不大时，在箱式炉中的保温时间以工件有效厚度计算：，式中d为工件有效厚度（mm）；k为加热系数，一般取1.52.0min/mm。装炉量大时，

4、则根据具体情况延长保温时间。代入m，取保温时间为260min。退火后随炉冷却，冷却速度应缓慢，以保证奥氏体在以下不大的过冷度下进行珠光体转变，以避免硬度过高。一般低合金钢的冷却速度应为100/h。2.2 调质处理将淬火加高温回火双重处理的热处理工艺称为调质处理。（1）加热温度及方法。淬火加热温度选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后得到细小的马氏体。对于亚共析钢，选择淬火温度為以上3050，故选择810作为淬火温度。淬火后应当高温回火，以得到回火索氏体组织，进而获得良好的综合机械性能根据65mn回火硬度方程：，确定回火温度为640。加热方法选择热炉装料，其目的是缩短加热时间，节省能

5、源。淬火加热设备选择为rj系列自然对流井式炉rj2-40-9，其一般用于长型工件的加热；井式炉密封性较好、散热面积小而热效率较高，加热变形较小； 脱碳及氧化损失较小； 悬挂状态加热，减小开裂倾向。回火加热设备选用强迫对流井式电阻炉rj2-55-6。（2）保温时间及冷却方式。淬火加热时间常用经验公式计算，常用经验公式：，式中，为加热时间（min），为加热系数（min/mm），k为装炉修正系数，d为零件有效厚度（mm）。经计算，淬火保温时间选为120分钟。回火时间应包括按工件截面均匀地达到回火温度所需加热时间及按m参数（回火程度）达到要求回火硬度完成组织转变所需的时间，如果考虑内应力的消除，则还应

6、考虑不同回火温度下应力驰豫所需的时间。回火时间一般为13h，本次时间选择为150min。调质处理中淬火冷却方式采用的是预冷淬火法，即将奥氏体化的工件从炉中取出后，先在空气中预冷一段时间，待工件冷至略高于温度后再放入油中冷却。预冷降低了工件进入油前的温度，减少了工件与油间的温差，减少热应力，从而减少工件变形开裂倾向。回火后工件一般在空气中冷却，但由于65mn含有较多锰和硅，它们促进了杂质元素的偏聚，促进了钢的第二类回火脆性。因此，回火后应进行油冷以抑制回火脆性。2.3 感应加热表面淬火-低温回火感应加热表面淬火是利用电磁感应、集肤效应、涡流和电阻热等电磁原理，通过工件产生的热效应，使工件表面局部

7、加热，快速冷却，获得马氏体组织的淬火工艺。淬火后采用感应加热回火，可以降低过渡层的拉应力，加热层的深度应比硬化层深一些，故采用中频加热回火。感应加热回火加热时间短，显微组织中碳化物弥散度大，得到的钢件耐磨性高、冲击韧性较好，且易安排在流水线上。2.4 稳定化处理-低温回火为使材料或工件在长期服役条件下形状尺寸、组织性能变化能够保持在规定范围内的热处理，称稳定化处理。采用低温回火，能够降低残余应力和脆性而不致降低硬度。3 热处理后检验3.1 硬度及淬透层深度各热处理工序获得硬度：完全退火196229hbs；单液淬火5764hrc；高温回火235265hbs；中频感应加热表面淬火-回火5662hrc；稳定化处理5662hrc。淬透性是指钢淬火时获得马氏体的能力，是钢材的固有属性，主要与钢的过冷奥氏体稳定性或临界冷却速度有关。65mn在油中冷却的临界直径为1725mm，由于工件直径比临界直径偏大，故淬透层深度为1725mm。3.2 工艺路线总结及金相组织完全退火： 810保温260min，炉冷；预冷淬火： 810保温120min，空气预冷60s，油冷；高温回火： 640保温150min，油冷；感应淬火