游标卡尺的热处理基本工艺

4Cr13游标卡尺热解决工艺摘要：在当今社会对机械加工精度日益苛刻前提下，简要分析讨论制造游标卡尺材料选取，热解决工艺加工。本文就是针对通过4Cr3不锈钢游标卡尺热解决工艺，理解4Cr13不锈钢在正火、淬火、回火组织特性，选取合理量具制造工艺规定。核心词：游标卡尺4Cr13不锈钢热解决一、游标卡尺构造随着当代社会科技发展规定，对于加工工件精度规定越来越严格，因此近些年来，市场上对游标卡尺精度、材料、解决工艺等条件规定也越来越高。因此本次论文重要是通过对含碳量较高4Cr13型不锈钢游标卡尺，对其进行热解决工艺实验，如图1所示游标卡尺示意图。图1所示游标卡尺示意图游标卡尺重要是由主尺和附在主尺上可以自由滑动游标这两某些构成。在游标卡尺游标和主尺上尚有两副活动量爪，分别是内测量爪和外测量爪，普通是用来测量内径和外径，同步在游标卡尺尾部尚有伸出深度尺，重要用来测量深度规定。于是依照游标卡尺在使用性能和制造工艺规定下，选取合理热解决工艺是本次论文重点规定。二、游标卡尺选材规定及选材游标卡尺规定较高，但其在使用过程中也会由于各种因素浮现磨损、尺身与尺框之间产生间隙、尺身厚度不均匀和主尺弯曲等失效现象。因而，为了防止失效浮现，咱们要对游标卡尺零件进行合理选材与热解决工艺优化，最大限度减少由于游标卡尺失效而引起测量误差。1.选材规定（1）零件在使用中应当具备力学性能，这是选取游标卡尺材料必要条件，也是零件乃至机器完毕其功能基本保证。那么对于游标卡尺使用性能重要是由力学性能和物理性能表征。（2）材料要具备制成制品之后，可以在较长时间内完毕预定工作同步不会被破坏。（3）材料可以适应各种加工工艺，同步获得所规定使用性能或形状。（4）材料选取是不一定是最贵，但是一定是要最适合用来加工该零件，并且要使总成本降到最低或市场效益最大。(5)材料选取要适合该种工具工作环境规定。2.选材于是，通过查询资料咱们懂得惯用几种用于制造游标卡尺钢材料，重要是碳素工具钢、不锈铬钢、合金工具钢等钢材料。（1）碳素工具钢制造游标卡尺普通选T8A、T9或T10A钢，由于这些钢不但退火硬度低并且价格很便宜，同步加工性能较好。碳素工具钢也会随着碳含量升高，其耐磨性也会提高。同步随着含碳量升高，淬火后也更加容易得到马氏体。综合以上，对于碳素工具钢可以选用T10A钢可以作为游标卡尺主尺、游标、量爪等零件制造材料。（2）不锈钢。如果选用不锈钢作为制造游标卡尺材料，普通可以选取2Cr13、3Cr13和4Cr13及8Cr16钢。但是4Cr13钢比同样条件下，其她几种不锈钢得到马氏体具备更好抗锈蚀性、耐磨性，通过金相显微镜观测发现其碳化物分布更均匀。于是同样可以选用4Cr13钢作为游标卡尺主尺和游标制造材料。（3）合金工具钢运用合金工具钢制造游标卡尺普通可以从GCr15、9CrWMn和CrWMn钢中选取，这些材料都具备较好淬透性、耐磨性和尺寸稳定性，并且也都符合制造游标卡尺硬指标规定。但是合金工具钢硬度较高，韧性局限性，并且在价格上也要高于其她两种型号钢材。因此在合金工具钢中，GCr15钢是本组型号钢较好选取。（4）小结游标卡尺在制造工艺和使用性能上有一定规定:eq\o\ac(○,1)要具备较宽高硬度淬火加热区间，保证工件具备较高使用寿命。eq\o\ac(○,2)热解决变形小,尽量减少由于热解决导致变形。eq\o\ac(○,3)加工后组织性能稳定，以保证游标卡尺在使用过程中稳定性规定。eq\o\ac(○,4)切削加工性能较好，易于达到尺寸配合精度。综合游标卡尺性能规定以及各种型号钢材评比成果规定，4Cr13钢和GCr15钢是较好选取，但是从价格及加工成本上来讲，4Cr13钢是更好选取。因此最后选定4Cr13钢作为游标卡尺主尺和游标、量爪及框架制造材料。三、热解决工艺选取1.预备热解决选取对于4Cr13钢制游标卡尺尺身而言，预备热解决可采用退火、正火、等温球化退火、高温回火等热解决工艺。然而，如果采用等温球化退火工艺作为游标卡尺尺身预备热解决工艺，可得到球化体组织，可以得到钢最佳塑性和最低硬度，可以很大限度上改进切削加工性能，同步为最后热解决做最佳组织准备；如果原毛坯中有网状碳化物，还要先进行正火以消除网状碳化物，然后再进行球化退火。因此通过采用等温球化退火工艺作为游标卡尺主尺预备热解决工艺较为适当。2.最后热解决拟定最后热解决可以采用淬火+低温回火。淬火可以提高工件硬度和耐磨性，然而，淬火完毕之后还必要要有回火与之配合。那么低温回火时，马氏体发生分解，从而析出碳化物而变成为回火马氏体，消除了某些淬火应力；还可以愈合在淬火时产生微裂纹；也可以在较小限度下减少加工件硬度，明显地提高钢韧性。这就满足了游标卡尺对高硬度、高耐磨性以及恰当韧性规定。3.研究意义游标卡尺在生产和科研中发挥着重要作用，有一定市场需求。为了满足当代社会发展需要，咱们要选取合理制造材料，同步也要选取最适当热解决工艺，最大限度提高游标卡尺使用性能。故此，研究和优化游标卡尺选材与热解决工艺意义，就是可以大幅减少生产成本获得更好使用性能，为加工生产提供最可靠保障。四、热解决工艺制定1.4Cr13钢成分和性能在设计工艺前，有必要先对4Cr13钢成分和性能进行讨论，然后再依照其成分和性能设计工艺。高碳铬工具钢4Cr13是世界上生产量最重要工具钢，占世界工具钢生产总量65%以上。4Cr13钢是一种合金含量较少，具备良好性能，应用最广泛高碳铬工具钢。以至于当前咱们所用车刀、铣刀、铰刀等诸多刀具，量具都使用4Cr13钢。4Cr13钢通过淬火加回火后具备较高硬度、均匀组织、良好耐磨性、高接触疲劳性能。（1）4Cr13化学成分及其特点碳C：0.36～0.45铬Cr：12.00～14.00硅Si：≤0.60锰Mn：≤0.80镍Ni：容许具有≤0.60从4Cr13不锈钢化学成分中咱们不难看出如下特点：eq\o\ac(○,1)4Cr13钢含碳量很高，属于过共析钢。大量碳将会有一某些存在于马氏体基体中，以强化马氏体；另一某些碳形成足够数量碳化物以获得较高耐磨性和硬度；但是碳含量过高也会增长碳化物分布不均匀性，容易生成网状碳化物而减少该钢性能。eq\o\ac(○,2)Cr元素含量较高，其作用重要是提高钢淬透性和钢耐腐蚀性能。钢中某些铬形成合金渗碳体在淬火加热时溶解较慢，可减少过热倾向，通过热解决后可以细化晶粒；使碳化物能以细小质点均匀分布于钢基体组织中，既可提高钢回火稳定性，又可提高钢硬度，进而提高钢耐磨性和接触疲劳强度。eq\o\ac(○,3)加入硅、锰、镍等元素可以进一步提高该钢淬透性。（2）4Cr13钢力学性能硬度：退火≤201HB，压痕直径3.9～4.3mm，淬火≥50HV（3）热解决工艺规定：热解决规范：EQ\o\ac(○,1)退火750～800℃缓冷或约750℃快冷；EQ\o\ac(○,2)淬火1050～1100℃油冷；EQ\o\ac(○,3)回火200～300℃快冷。金相组织：组织特性为马氏体型。该钢抗氧化性好，可在600～650℃长期使用。如表1所示4Cr13不锈钢热解决工艺表14Cr13钢热解决项目退火淬火回火加热温度/℃800～900950～1050400～600冷却炉冷油冷空冷五、加工工艺流程制定零件加工工艺流程1.设备选取选用恰当热解决设备根据是热解决工艺类型，产品零件特性，即零件形状、尺寸、质量和材料，产品技术规定和精度，产品生产量和劳动量，所用能源、氛围及淬火介质物质条件。（1）热解决炉型选取在工业生产上，为了减少生产成本，普通采用盐浴炉进行加热，工件在浴炉中加热与液体介质相接触，靠对流换热。但是依托盐浴炉加热时对加工件表面清理工作量较大，于是为了迅速加热，同步使变形较小，可以采用电阻炉进行加热。与盐浴炉相比，电阻炉具备装料多，适合于各种型号零件加热，同步不需要消耗盐、碱等介质，减少了污染环境，还不需要对零件表面进行清理；零件可以随着电阻炉冷却而冷却，正好可以满足预备热解决必要要随炉冷却这一阶段。于是本论文中采用井式电阻炉进行加热。由4Cr13钢热解决温度咱们可以懂得，预备热解决和最后热解决加热温度均低于950℃，因此可以采用RJ-65-9型号中温井式电阻炉，如图2所示中温井式电阻炉。图2中温井式电阻炉中温井式电阻炉RJ-65-9技术规格：额定功率：65KW；额定电压：380V；额定温度：950℃；炉膛尺寸（mm）：Φ600×1600；外形尺寸（mm）：1800×1760×3180；最大一次装载量：700Kg；加热区：2；相数：3；重量：4000Kg。（2）其他设备及规定EQ\o\ac(○,1)磨床设备为了保证加工工件表面质量，对游标卡尺主尺进行磨削加工解决，本文中重要使用卧轴矩台平面磨床，如图3所示卧轴矩台平面磨床M7130。图3卧轴矩台平面磨床M7130eq\o\ac(○,2)检测设备工件加工完毕之后要对工件硬度规定进行测量，本论文重要是运用维氏硬度计检测4Cr13钢游标卡尺主尺某些，如图4所示维氏硬度计。图4维氏硬度计eq\o\ac(○,3)矫直设备游标卡尺主尺部位加工完毕之后，要进行矫直解决，增长游标卡尺精度规定和形状规定，由于采用钢材料是不锈钢，其硬度较大，于是使用YJ系列悬臂式型钢矫直机，如图5所示悬臂式型钢矫直机YJ550，其重要参数：平均辊距：500mm；辊数：9+1；可矫型钢最大尺寸和规格：20×150；矫直速度M/S：1.5；主电机功率/KW：75。图5悬臂式型钢矫直机YJ550eq\o\ac(○,4)清洗设备清洗设备有持续式，室式，槽式等清洗机和清洗槽，那么多数清洗机是与加热淬火设备配套使用，应依照受热解决件批量和淬火炉操作方式进行选取。零件在热解决前需清除锈斑，油渍，污垢等清洗工作，以保证不阻碍加热和冷却。那么通过热解决之后也需要进行清洗，以去除零件表面氧化皮，不影响下道工序加工。选用普通清洗机即可，那么咱们直接是通过在工厂设备进行清洗，适合大批量生产，因此选用有输送带式清洗机清洗设备，如图6所示选用QXLT型清洗机。图6QXLT型清洗机2、预备热解决若供货状态为球化退火则进行下一道工序，否则进行预备热解决。对于4Cr13钢制游标卡尺尺身而言，预备热解决可采用工艺如表2所示4Cr13钢预备热解决。然而此时采用了等温球化退火工艺来作为游标卡尺尺身预备热解决工艺。由于球化退火可得到球化体组织，使钢具备最佳塑性和最低硬度，为最后热解决做组织准备，还可使切削加工性有很大改进。如果原材料原始组织中有网状碳化物，则先进行正火（消除碳化物）然后再进行球化退火。表24Cr13钢预备热解决钢号工艺名称工艺要点硬度（HBS）4Cr13退火790～810℃保温2～6h，以10～30℃/h，冷至650℃如下，出炉空冷170～207等温球化退火780～790℃保温2～4h，炉冷至700～720℃保温3～6h，再炉冷至600℃如下，出炉空冷179～207正火900～950℃保温1～2h，分散空冷270～390高温回火600～700℃保温后空冷229～2853、机械加工通过数控加工办法对游标卡尺零件进行加工，数控加工过程中，一方面应依照零件图样进行工艺分析、解决，拟定机床切削用量、工步安排、进给路线、加工余量及刀具尺寸和型号等，然后再能编制加工程序。编好相应加工程序，拟定适当切削用量并通过计算。

主轴转速n。普通依照切削速度来选定。计算公式为：

n

=

VC×1000/（π×DC）

式中：DC—刀具直径（mm）

VC--切削速度（m/min）。在使用球头刀时要做某些调节，球头刀计算直径De不大于铣刀直径DC。

De=｛D2C–（DC

–2×Pa）2｝×0.5

式中：DC—铣刀直径（mm）

Pa—背吃刀量

而

n

=

VC×1000/（π×De）

进给速度Vf：Vf

=

n×z×fL

式中：Vf

—工作台进给量（mm/min）；

n—主轴转速（r/min）；

z—刀具齿数；

fL—进给量（mm/齿），由刀具供应商提供4、最后热解决EQ\o\ac(○,1)淬火保温时间淬火保温时间是指工件装炉后，从炉温回升到淬火温度时算起，直到出炉为止所需要时间。而淬火保温时间可依照如下经验公式估算。其中，t—加热时间min，—加热系数（min/mm或s/mm），D—工件有效厚度（mm），K—装炉条件修正系数，普通取1~1.5。EQ\o\ac(○,2)稳定化解决低温回火前，在200~225℃较长时间（约8h）回火，以增长卡尺尺身尺寸稳定性。这样可使得残存奥氏体充分溶解，同步释内放应力，使工件尺寸稳定性提高。EQ\o\ac(○,3)低温回火低温回火时，马氏体发生分解析出碳化物而成为回火马氏体，淬火应力得到某些消除。淬火时产生微裂纹也大某些得到愈合，因而低温回火可以在很少减少硬度同步使钢韧性明显提高。这就满足了卡尺对高硬度、高耐磨性以及恰当韧性规定。对于这一工艺可行性已通过实验得到验证。为了达到良好尺寸稳定性，回火前增长冷解决工艺或采用200~225℃较长时间（约8h）回火，这里采用后者。综合以上，得到“淬火+低温回火”热解决工艺亦即最后热解决工艺。5、校直、研磨（1）矫直机械加工完毕之后，由于加工需求，要对游标卡尺主尺某些进行矫直解决，从而提高其平直度。在辊式矫直机中通过交错排列矫直辊多次反向弯曲，原始曲率不均匀度逐渐减小，进而矫平。校直质量规定eq\o\ac(○,1)凡经校直工件，应100％检查变形，复查硬度。检查零件夹角、小孔、键槽及螺纹等部位与否有损伤。必要时应用探伤办法检查工件有无裂纹，要特别注意加压、锤击部位微细裂纹。eq\o\ac(○,2)凡经校直工件，均应进行去应力回火，回火温度不应引起硬度下降，回火时问应超过2小时，除有回火脆性工件应快冷外，普通用空冷。（2）研磨将工件样品固定在卧轴矩台平面磨床工作台上，进行研磨解决，设定好研磨机参数之后，在研具表层涂抹一层研磨剂，有增进研磨、润滑和冷却作用。6、检测解决用装有正四棱锥形金刚石压头HV1000型Vickers显微硬度计，其压头梭锥两对面夹角为136°，调节使10×物镜位于主体正前方位置，转动升降丝杆使实验台上升，直至试样表面清晰成像。在350N压力作用下压入试样表面，保持载荷时间30s后，卸除实验压力，可得到金刚石压头压入材料痕迹，如图7所示硬度计压痕。图7硬度计压痕7、清洗、刻线（1）清洗为避免污染工作场地和环境以及实现废物回收运用，所有经机械加工、热解决前零件都必要进行清洗，以除去其表面油脂、污物、切削液和金属碎屑。用油淬火零件在进入回火炉前也必要清洗，除去表面氧化皮，为此需要使用清洗液。后者是用单一或各种化学品配备水溶液。EQ\o\ac(○,1)清洗机理清洗剂靠物理和化学反映起作用。有些污染物是被清洗剂包围发生反映后被清除，碱性清洗剂和脂性污物发生皂化作用被清除，溶于水污物被清洗剂溶解；某些乳化洗涤剂把油脂溶解形成乳白色乳化剂使其清除，润湿剂或表面活性剂是清洗剂核心成分，可减少液体表面张力，使清洗液易于渗入污物与工件表面界面。撞击和搅动属物理作用。碰撞靠清洗剂喷射来实现，通过一系列喷嘴在高压下把液体冲向工件，搅拌仅合用于浸泡清洗，浸泡清洗剂效果只取决于其洗净能力，把空气或蒸汽吹入清洗剂搅动作用非常有助于污物彻底清理。EQ\o\ac(○,2)清洗环节工件装框完毕后用行车吊至清洗机清洗，清洗时要平稳开动行车，不可使清洗框与其她物件碰撞，以免碰伤工件。所有有孔工件清洗机清洗后要用高服气将孔吹干净.不好装框工件用吊环和钢丝绳吊至清洗机清洗。精密工件和清洗机无法清洗工件可以用酒精或丙酮将工件擦洗干净。（2）刻线好久以来，量具生产厂家对量具线条加工工艺始终以照相、腐蚀工艺为主。线条加工工艺复杂，工序繁多，并且接触酸、苯及铬醉等化学物品，对人体存在危害，对环境构成污染隐患。近几年来，随着激光制造技术迅速发展及在各个领域广泛应用，针对线条刻制激光刻线机得到研发生产，激光刻线工艺逐渐被量具厂家所使用。当前常用激光刻线机有灯泵激光刻线机、半导体激光刻线机和光纤激光刻线机二种。本次实验选用激光刻线工艺，其刻线工艺流程如下：eq\o\ac(○,1)整个流程操作简朴，以便快捷，整个流程只需要一种操作者即可，易于掌握控制；eq\o\ac(○,2)工艺不接触化学药物，无污染源；eq\o\ac(○,3)所需要耗材依照使用刻线扫L不同而不同.光纤激光刻线机几乎不需要什么辅助耗材，只需要定期做以简朴维护即可；eq\o\ac(○,4)激光刻线工艺属单件加工，比照相腐蚀工艺效率略低。但激光刻线废品率要小诸多，废品率仅为9%；eq\o\ac(○,5)标刻后线条整洁、字图归整。8、检查并入库通过加工组装完毕之后，对游标卡尺进行检测，重要检测其测量精度和规定，并对检测成果做好相应记录，将合格游标卡尺入库保存。六、实验热解决工艺与组织分析在实验中，需进行正火、淬火、淬火+低温回火、淬火+中温回火和淬火+高温回火等工艺。通过对实验试样组织分析，在设计游标卡尺零件热解决工艺时选取了合理热解决工艺。（1）正火工艺及其组织分析EQ\o\ac(○,1)正火工艺正火可以细化晶粒，使组织均匀化，也可消除高碳钢网状碳化物。其工艺是将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃保温，然后在室温静止空气中自然冷却。4Cr13钢Ac3为900℃，故其正火工艺曲线如图8。图84Cr13钢正火工艺曲线EQ\o\ac(○,2)组织分析(a)正火200×(b)正火500×(c)正火200×图9经4%硝酸酒精溶液腐蚀，不同放大倍数下4Cr13钢正火显微组织（a）（b）（c)。试样正火后其组织如图9所示，实验测得其硬度为354HBS，这比试样退火后硬度高。图中，渗碳体细小、均匀、弥散地分布，而珠光体组织也较细小。细小均匀组织使得4Cr13钢缺陷减少（消除了网状碳化物）、切削性能得到改进。故正火也可作为预备热解决。（2）淬火工艺及其组织分析EQ\o\ac(○,1)淬火工艺淬火就是将钢加热到临界温度（Ac3或Ac1）以上，保温一定期间使之奥氏体化后，以不不大于临界冷却速度冷速进行冷却一种工艺过程。由于4Cr13钢是高碳钢，故采用不完全淬火，其详细工艺曲线如图10所示。图104Cr13钢淬火工艺曲线EQ\o\ac(○,2)组织分析试样淬火后组织如图11所示，实验测得其硬度为62~65HRC。以(b)图为例，浅灰色基体为隐针状马氏体，细小白色颗粒为碳化物。这种马氏体亚构造重要为孪晶，从而使4Cr13钢具备较高强硬度。(a)×200(b)×500(c)×1000图11经4%硝酸酒精溶液腐蚀，不同放大倍数下4Cr13钢淬火显微组织（a）（b）（c）（3）淬火+低温回火工艺及其组织分析EQ\o\ac(○,1)淬火+低温回火工艺普通来说，淬火后还必要有回火与之配合，以提高硬度和耐磨性及强韧性（释放淬火内应力）。最后得到隐晶马氏体和细粒状碳化物，即回火马氏体。故其工艺曲线如图12所示。图124Cr13钢淬火+低温回火工艺曲线2组织与性能分析(a)×200(b)×500(c)×1000图13经4%硝酸酒精溶液腐蚀，不同放大倍数4Cr13钢淬火+低温回火显微组织（a）（b）（c）由图13组织知，基体为回火马氏体，白色点、粒状为未溶解碳化物，轻微白色带状为汇集分布颗粒状碳化物所构成轻微带状偏析。这是由于凝固时产生了枝晶偏析，因而在轧制后，浮现带状偏析，它使钢材在球化退火以及淬火、回火后获得不均匀显微组织，从而使钢力学性能，特别是疲劳性能下降。实验测得其硬度为61~64HRC，可以满足生产规定。（4）淬火+中温回火工艺及其组织分析EQ\o\ac(○,1)淬火+中温回火工艺淬火+中温回火工艺曲线如图14所示。图144Cr13钢淬火+中温回火工艺曲线EQ\o\ac(○,2)组织与性能分析(a)×200(b)×500(c)×1000图15经4%硝酸酒精溶液腐蚀，不同放大倍数下4Cr13钢淬火+中温回火显微组织（a）（b）（c）由图15组织知，试样经淬火+中温回火得到回火屈氏体，即为α相和细小K（碳化物）。K和α不再保持共格联系，共格强化消失。因碳化物稍大，弥散强化作用减少，使其硬度相对低温回火试样硬度低，塑性升高。测得试样硬度为48~50HRC，低于淬火+回火后硬度。（5）淬火+高温回火工艺及其组织分析EQ\o\ac(○,1)淬火+高温回火工艺淬火+高温回火工艺工艺曲线如图16所示。图164Cr13钢淬火+高温回火工艺曲线EQ\o\ac(○,2)组织与性能分析(a)200×(b)500×(c)1000×图17经4%硝酸酒精溶液腐蚀，不同放大倍数下4Cr13钢淬火+高温回火显微组织（a）（b）（c）由图17组织知，工件经高温回火得到由铁素体和弥散分布于其中细粒状渗碳体构成回火索氏体，其中Fe3C粗化、球化，铁素体晶粒呈等轴状（α相发生回答再结晶）。这使得钢试样进一步提高，硬度减少。测得试样硬度为375HRS.七、结论游标卡尺作为测量零件强度和精密划线一种量具，它精度、耐磨性和耐蚀性规定较高。此外，作为量具尺寸稳定性规定也较高。游标卡尺重要应用于生产和科研，有一定市场市场需求。本文通过对游标卡尺选材和热解决工艺分析与设计，最后得到了如下成果：⑴在遵循使用性原则、工艺性原则和可靠性原则及材料环境协调性规定基本上，先对游标卡尺进行工况分析，然后进行预选取，得出硬指标和软指标，再依照硬指标和软指标做出终选取。最后选取了4Cr13钢来制造游标卡尺零件（除划线爪外）。⑵从游标卡尺零件技术规定（较高耐磨耐蚀性、表面光洁度、尺寸稳定性和较小热解决畸变以及一定淬透性）出发，设计了游标卡尺零件热解决工艺。由于球化体组织具备一种持续、塑性好铁素体基体，使钢具备最佳塑性和最低硬度，为最后热解决做组织准备，还可使切削加工性有很大改进。因此采用了等温球化退火作为预备热解决工艺。即先将工件加热到785℃保温3h后，打开炉门冷至710℃保温4h，炉冷至600℃空冷。为了获得较高硬度和较好耐磨性，最后热解决采用淬火+低温回火工艺。即先将工件加热至840℃保温20min后油冷，工件冷至室温后即加热至210℃保温8h，再炉冷至150℃保温135min后空冷。为了进