金屬材料熱處理課程設計

1、<p><b>　　1 前言</b></p><p>　　熱處理工藝課程設計是學生對熱處理工藝的基礎知識、原理及方法的綜合應用及全面訓練，進一步提高學生技能，達到本學科基本要求的重要教學環(huán)節(jié)。通過課程設計，可以培養(yǎng)學生初步的設計思想、分析問題和解決問題的能力，了解設計的一般方法和步驟；初步培養(yǎng)學生的設計基本技能和對工程技術問題的嚴肅認真和負責的態(tài)度。</p><

2、;p>　　熱處理工藝課程設計可以增強同學對基礎知識的理解，通過《金屬熱處理工藝學》、《固態(tài)相變原理》學科的學習，學生掌握了一些常用材料的組織的轉(zhuǎn)變過程及熱處理方法，通過課程設計能夠讓同學們更好地理解材料成分、組織、結構和性能它們相互之間的內(nèi)在聯(lián)系；通過本課程設計之后，我們對所學習過的知識有一個系統(tǒng)的、健全的結構把握，能夠有效地訓練學生的邏輯思維能力，分析問題和解決問題的能力；課程設計有利于學生嚴謹治學的培養(yǎng)，雖然與工程實際有一定的

3、距離，但它也是我們走向社會前一次重要的鍛煉，它要求我們在課程設計中從使用性能、成本要求、加工工藝性能等多方面考慮一個零件的熱處理工藝。</p><p>　　通過本次課程設計，學生能夠正確地對局部與整體的把握，能培養(yǎng)我們對細節(jié)注重的能力，同時掌握整體學習、工作以及研究的本領。</p><p><b>　　2 零件圖分析</b></p><p>

4、　　圖1熱處理凹模工件圖</p><p><b>　　2.1 零件形狀</b></p><p>　　該零件圖是一個凹模的零件圖，它由四個螺紋孔（分布在模具的四個角上）和靠近螺紋各有一個模具導桿孔；在靠近中央位置有一個呈倒E字形的型孔，此為材料加工成型的重要部分；在型孔上下兩側(cè)右邊的相對位置各有一個矩形型孔，在矩形型孔之間對稱分布著許多小孔。從形狀看來，這個凹模是一個

5、相對比較復雜的模具，從而導致在機械加工上也變得相對復雜。</p><p><b>　　2.2 零件尺寸</b></p><p>　　該凹模的總體尺寸為200×150×35mm，所以這是一個尺寸較小的凹模，因而其工作時所受的載荷也相對較低。</p><p><b>　　2.3 技術要求</b><

6、/p><p>　　該凹模的技術要求是在熱處理完成之后，使用時的整體硬度為61～63HRC，所以它的使用狀態(tài)時的硬度很高。</p><p>　　綜合對該零件的形狀、尺寸、技術要求這三方面的分析，這個模具屬于一個小型的冷作模具。因為熱作模具是在高溫下工作的，因此需要具有一定的高溫強度與高溫硬度，良好的淬透性與沖擊韌度，足夠的耐熱疲勞性能和抗氧化能力。所以其絕大部分使用的最高硬度也不超過60HRC。

7、作為一個小型的冷作凹模，則其工作時主要承受拉壓、彎曲、沖擊、疲勞、摩擦等多種機械力的作用，其主要時效形式有：過載失效、磨損失效、咬合失效以及多沖疲勞失效等。但是對其作用的載荷都相對比較小。為了滿足冷作模具高應力、高耐磨和使用壽命的需要，因此這個小型冷作模具應具備較高的硬度和耐磨性，一定的抗沖擊能力，較高的變形抗力，斷裂抗力，耐磨損，抗疲勞和不咬合等使用性能。</p><p><b>　　3 材料選擇&

8、lt;/b></p><p>　　通過給出的技術要求（61～63HRC），所以要選擇淬透性和淬硬性都比較好的材料作為該凹模的制作材料，經(jīng)查閱相關資料有很多材料都適合作為冷作模具的材料，如9SiCr、Cr12MoV、9Mn2V、CrWMn等。下面對這四種不同的材料的比較如下： </p><p>　　化學成分（質(zhì)量百分數(shù)：%）：</p><p>　　表1四種不同的

9、材料化學成分表</p><p>　　物理常數(shù)（近似值：℃）：</p><p>　　表2四種材料物理常數(shù)表</p><p><b>　　淬透性：</b></p><p>　　表3四種材料淬透性表</p><p>　　綜合以上所列出的各項數(shù)據(jù)顯示，這些材料均能達到該零件的使用性能要求。但是根據(jù)實際成本

10、和材料的化學成分來看，9Mn2V在符合要求的同時具有整體優(yōu)勢。因為從熱處理特點來看，9Mn2V的化學成分相對簡單，且合金元素含量也不高，便于熱處理；另外，從上述四種材料的物理參數(shù)看來，9Mn2V的臨界點相對較低，應用到大批量生產(chǎn)上可以減少一部分能源的使用，這是一方面的優(yōu)勢。此外，對9Mn2V進行回火的時候還可以不用通過介質(zhì)來進行加熱。所以，在均能滿足性能要求的前提下，9Mn2V非常符合制作這個凹模。</p><p&g

11、t;　　9Mn2V的化學成分（質(zhì)量百分數(shù)：%）如下表：</p><p>　　表4 9Mn2V的化學成分（質(zhì)量百分數(shù)：%）表</p><p>　　9Mn2V的相關物理參數(shù)(攝氏度：℃)如下表：</p><p>　　4 確定加工工藝路線</p><p><b>　　表5 加工工藝表</b></p><

12、p>　　5 熱處理工藝方法選擇</p><p>　　5.1 模具的預備熱處理</p><p>　　為了消除毛坯的殘留組織缺陷，有利于后續(xù)冷熱處理，提高使用性能和壽命。冷作模具的預備熱處理采用球化退火，因為球化退火可以獲得滿意的機械加工性能，并做好淬火前組織上的準備，球化退火組織對最終獲得熱處理后的強韌性、畸變、開裂傾向、耐磨性以及斷裂韌度有顯著的影響。</p>&l

13、t;p>　　球化溫度應選在Ar1以上20～50℃為宜，要避免在退火過程出現(xiàn)有殘存的原片狀碳化物或新的片狀及棱角狀碳化物，應保留許多未溶的細小碳化物顆粒以作為球化的結晶核心，保證能加速球化過程和形成均勻的球化體。球化退火的等溫溫度和保持時間要選擇在不出現(xiàn)片狀或片、球狀混合組織，并有合適的球化速度范圍為宜，保證能加速球化過程和形成均勻的球化體。</p><p>　　5.2 模具的最終熱處理</p>

14、<p>　　冷作模具的最終熱處理是淬火＋低溫回火。在冷作模具的熱處理工藝過程中最重要的就是淬火和回火的處理，淬火是為了使冷作模具具有高的強度、硬度和耐磨等性能；回火主要是消除工件淬火時所產(chǎn)生的殘余內(nèi)應力，提高材料的塑性和韌性，獲得良好的綜合力學性能，穩(wěn)定工件尺寸，使鋼的組織在工件使用過程中不再發(fā)生變化。淬火與低溫回火相結合，則可以使模具具有高的強度、耐磨性、足夠的強度和韌性以及一定的沖擊性的配合，這使得冷作模具應具備高的變

15、形抗力、斷裂抗力、耐磨損、抗疲勞和不咬合等能力。</p><p>　　淬火一般是把鋼加熱到臨界點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，而低溫回火一般是指在低于250℃的情況下進行回火，同時還要根據(jù)鋼種注意要避免各種鋼的回火的脆性溫度區(qū)間。低溫回火可以使工具、量具獲得高硬度、耐磨、足夠的強度和韌性。</p><p>　　6 制訂熱處理工

16、藝制度</p><p>　　6.1 預備熱處理工藝制度的制訂</p><p>　　表6預備熱處理工藝表</p><p>　　6.1.1 加熱速度</p><p>　　加熱速度主要與鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關。為防止變形開裂，應該適當控制加熱速度。碳鋼和低合金鋼的中、小件的加熱速度一般控制在100～200℃/h；中、高合金鋼形狀復

17、雜的或截面大的工件一般應進行預熱或采用低溫入爐進行隨爐升溫的加熱方式，在溫度低于600～700℃是的加熱速度為30～70℃/h，高于此溫度后控制在80～100℃/h。根據(jù)本設計中零件尺寸及形狀的實際情況，采用低溫入爐加熱，加熱速度為90～100℃/h能夠達到目的。</p><p>　　6.1.2 加熱溫度</p><p>　　球化退火主要應用于共析、過共析鋼，使鋼中的碳化物球化以降低硬度

18、，改善組織，提高淬火鋼的性能及減少淬火缺陷等。加熱溫度對鋼中碳化物的球化效果有著很大的影響。球化退火加熱溫度不宜太高，一般控制在稍高于Ac1，如Ac1+（20～30）℃，可獲得不均勻奧氏體和大量細小的殘留碳化物，作為碳化物球化的非自發(fā)核心，以促進球化。所以根據(jù)9Mn2V的Ac1點的溫度（730℃）得到球化溫度為750～760℃。</p><p>　　6.1.3 加熱時間</p><p>

19、　　加熱時間主要與鋼的成分、工件的尺寸與形狀、加熱溫度、加熱介質(zhì)、加熱方式、裝爐量及熱處理目的有關，采用公式（min）來計算，其中K表示與加熱條件有關的綜合物理因素，而W=V/F（mm）表示與工件的尺寸和形狀有關的幾何因素（V為工件的體積，F(xiàn)為工件的面積）。根據(jù)本設計中零件的尺寸確定加熱時間為：(0.6～2)×（35+5+5）＝（27～90）min。所以取加熱時間為60min。</p><p>　　KW

20、使用時間系數(shù)見下表：</p><p>　　表7 KW使用時間系數(shù)表</p><p>　　注：D為有效厚度；B為板厚；δ為管壁厚。</p><p>　　6.1.4 保溫時間</p><p>　　工件在爐內(nèi)要進行一段時間的保溫，一方面是為了使工件能夠很好地透熱，另一方面使工件內(nèi)部各部分的溫度分布均勻一致，組織狀態(tài)均勻一致。保溫時間的確定也與鋼的

21、成分、工件的尺寸與形狀等有關。由于合金鋼中碳化物內(nèi)存在大量的合金元素，提高了碳化物的穩(wěn)定性，使得合金碳化物即使在高溫下也很難溶解，所以要進行長時間的保溫，通過查閱合金鋼手冊相應鋼種的等溫退火曲線取保溫時間為4h。</p><p>　　6.1.5 等溫溫度</p><p>　　由熱處理手冊查得，對于過共析鋼和合金工具鋼的球化退火溫度的確定應該是Ar1+（20～30）℃，所以根據(jù)9Mn2V的

22、Ar1點溫度（655℃）來確定其等溫溫度為680～690℃。</p><p>　　6.1.6 等溫時間</p><p>　　等溫時間取決于該材料的化學成分及工件截面尺寸，為了使工件能夠很好地完成等溫轉(zhuǎn)變，使合金碳化物能夠很好地轉(zhuǎn)變成球狀碳化物，且均勻細小。根據(jù)合金鋼手冊相關鋼種的等溫曲線的等溫時間，所以取等溫時間為4h。</p><p>　　6.1.7 冷卻速度

23、</p><p>　　冷卻速度對鋼退火后的組織與性能影響的一般規(guī)律是：冷卻速度越大，奧氏體分解溫度越低，則珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物越細，應力越大，硬度越高。所以，為達到預期的處理效果，冷卻速度應控制適當。由于要求等溫球化退火的冷卻速度緩慢，所以根據(jù)相關資料取冷速度為小于等于30℃/h。</p><p>　　退火件一般采用隨爐冷卻至低于550℃出爐空冷，對于要求內(nèi)應力較小的工件應爐冷至低于350℃出爐

24、空冷。</p><p>　　各類鋼材的退火冷卻速度見下表：</p><p>　　表8各類鋼材退火冷卻速度表</p><p>　　注：球化退火的冷卻速度為20～60℃/h。</p><p>　　6.2 最終熱處理工藝制度的制訂</p><p>　　6.2.1 淬火工藝制度的制訂</p><p>

25、;<b>　　表9淬火工藝</b></p><p><b>　　（1）加熱速度</b></p><p>　　加熱速度與退火時的加熱速度相同，加熱速度選擇為90～100℃/h。一般在空氣爐中的加熱比在鹽浴爐中加熱要高10～30℃，采用油、硝鹽淬火介質(zhì)時，淬火加熱溫度比用水淬火時要提高20℃左右。</p><p><b&

26、gt;　?。?）加熱溫度</b></p><p>　　鋼的淬火加熱溫度與鋼的含碳量有關，亞共析鋼的加熱溫度為Ac3+（30～50）℃；共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度為Ac1+（30～50）℃。因為9Mn2V的Ac1點溫度是730℃，所以加熱溫度為760～780℃。</p><p>　　（3）加熱時間與保溫時間</p><p>　　爐中的工件應在規(guī)定的加熱

27、溫度范圍內(nèi)保持適當?shù)臅r間，以保證必要的組織轉(zhuǎn)變和擴散。加熱時間和保溫時間一共由三部分組成：①升溫時間；②透熱時間；③組織轉(zhuǎn)變時間。加熱時間同退火工藝中的加熱時間的確定一致，由于在最終熱處理前，工件的尺寸發(fā)生了改變，所以其加熱時間會有一定的變化，利用退火工藝中所引用的經(jīng)驗公式（min）來計算。根據(jù)本設計中零件的尺寸確定加熱時間為：（0.6～2）×（35＋0.5＋0.5）＝（20～70）min，還是取1h。</p>

28、<p>　　其中保溫時間可以由經(jīng)驗公式來加以確定。其中 為保溫時間系數(shù)，可從工具書查得；k為工件在爐中裝爐形式所相應的修正系數(shù)；D為工件的有效厚度。根據(jù)本設計中零件的相關尺寸計算，其中k取1，所以保溫時間為：1.2×1×（35＋0.5＋0.5）＝43.2min，即取40min。又由于手冊推薦普通碳鋼及低合金鋼在透熱后保溫5～15min即可滿足組織轉(zhuǎn)變要求，合金結構鋼則需要15～25min。本設計中的零件相對

29、比較小，所以透熱時間基本上可以忽略。因此本設計中淬火的保溫時間確定為30min。</p><p>　　保溫時間系數(shù)見下表單位為（min/mm）：</p><p><b>　　表10保溫時間系數(shù)</b></p><p><b>　　（4）淬火冷卻</b></p><p>　　9Mn2V屬于冷作模具鋼，

30、所以采用工模具鋼較為常見的淬火冷卻方式——油冷淬火，以油為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻，當冷至油溫的時候?qū)⒐ぜ〕隹绽洹?lt;/p><p>　　6.2.2 回火工藝制度的制訂</p><p><b>　　表11回火工藝</b></p><p><b>　?。?）加熱速度</b></p><p>　　加熱速度與

31、退火、淬火工藝中的加熱速度一致，取90～100℃/h。</p><p><b>　　（2）加熱溫度</b></p><p>　　對于工具、模具鋼的回火要求是能夠保持高硬度的條件下，使脆性有所降低，殘余內(nèi)應力有所減小，所以采用低溫淬火。根據(jù)手冊查得低溫回火溫度范圍在150～250℃進行，但是9Mn2V的回火脆性溫度區(qū)間在190～250℃，所以加熱溫度為150～180℃。

32、</p><p><b>　　表12回火溫度</b></p><p>　　表13冷作模具鋼的回火脆性溫度范圍</p><p><b>　?。?）保溫時間</b></p><p>　　回火時間是從工件入爐后爐溫升至回火溫度是開始計算，回火溫度一般為1～3h。也可以根據(jù)經(jīng)驗公式加以確定。其中 為回火時間

33、系數(shù)； 為回火時間系數(shù)；D為工件的有效厚度。本設計中的零件的有效厚度為36mm，假設選擇回火爐為箱式電阻爐，查表得為120，為1，所以計算結果為156min，所以取3h。Kn及An值推薦表如下：</p><p>　　表14 Kn及An值推薦表</p><p><b>　　（4）冷卻速度</b></p><p>　　工件回火后即可出爐空冷至室溫。

34、</p><p>　　7 熱處理設備選擇</p><p>　　7.1 預備熱處理設備的選擇</p><p>　　7.1.1 退火設備的選擇</p><p>　　在本設計中的零件形狀為矩形，形狀規(guī)則且比較小，其預備熱處理的目的為球化退火，使其獲得滿意的機械加工工藝性能，為最終熱處理做好組織上的準備。由于該材料的退火工藝中無需通過氣體保護進

35、行加熱，所以可以采用空氣氣氛直接裝爐加熱；此外，進行預備熱處理的工件有足夠的加工余量，所以對工件脫碳層的要求相對就要小；并且本設計是針對單件小批量生產(chǎn)設計，所以退火爐選擇普通間隙式箱式電阻爐即可滿足設計要求。中溫箱式電阻爐的技術參數(shù)和結構如下圖所示。</p><p>　　這類爐子由爐體和電氣控制柜組成。爐體由爐架和爐殼、爐襯、爐門、電熱元件及爐門升降機構等組成。電熱元件多分布于兩側(cè)墻和爐底。爐內(nèi)溫度均勻度狀態(tài)主要

36、受電熱元件布置，爐門的密封和保溫等狀態(tài)的影響。通常爐膛前端溫度較低。工件在高中、溫箱式電阻爐中加熱主要靠電熱元件和爐壁的熱輻射。根據(jù)形狀、尺寸以及生產(chǎn)批量選擇型號為RX3—15—9的中溫箱式電阻爐作為該凹模的退火熱處理設備。</p><p>　　表15 中溫箱式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術參數(shù)</p><p><b>　　圖5中溫箱式電阻爐</b></p>

37、<p>　　7.2 最終熱處理設備的選擇</p><p>　　由熱處理手冊查得，對于熱處理工件性能要求嚴格的工具鋼、模具鋼應該選用真空爐、鹽浴爐或者流態(tài)化爐，這三種爐是對模具和刃具進行熱處理的常用的熱處理設備。</p><p><b>　?。?）鹽浴爐</b></p><p>　　鹽浴爐是一種綜合換熱系數(shù)大，加熱速度快，加熱均勻，變

38、形小，熱容量較大，加熱溫度波動小，容易恒溫加熱的熱處理設備；鹽液容易保持中性狀態(tài)，實現(xiàn)無氧化無脫碳加熱，在鹽液中加入含碳、含氮等物質(zhì)，容易實現(xiàn)化學熱處理；浴爐容易實現(xiàn)工件局部加熱錯做。但是，浴液對環(huán)境有不同的污染程度；工件帶出的廢鹽，不但造成浪費，而且對工件有腐蝕，特別是粘在工件縫隙和盲孔中的鹽；中、高溫浴爐的浴面輻射熱損失較嚴重，不便于機械化和連續(xù)化生產(chǎn)。</p><p><b>　?。?）流態(tài)化爐&

39、lt;/b></p><p>　　流態(tài)爐具有快速均勻接觸傳熱傳質(zhì)，能耗低，運行成本低，爐床溫度均勻，使用溫度范圍寬，微（無）氧化脫碳，表面光潔，不需清洗，難以銹蝕（具有防銹性），熱處理后零件性能均勻并有很好的重現(xiàn)性；而且可以根據(jù)工藝任意設定氣氛，爐床內(nèi)氣氛換氣凈化只需2~3分鐘，對易變形，易開裂及桿（軸）、片和異型疑難零件有著良好的工藝效果；操作靈活簡便、維修少且方便，無毒害且安全。流態(tài)爐還是柔性生產(chǎn)方式和

40、批量生產(chǎn)作業(yè)相結合的經(jīng)濟爐型，是多類型工藝的熱處理車間；它減少各類單一功能設備投資，減少能源負荷配置的良好途徑，可以隨零件種類質(zhì)量和性能要求，靈活調(diào)整組織生產(chǎn)，可改變目前存在裝備（爐）單一的現(xiàn)狀。</p><p><b>　?。?）真空爐</b></p><p>　　真空爐熱處理設備具有高效、優(yōu)質(zhì)、低耗和無污染等一系列有點，是近代熱處理設備發(fā)展的熱點。真空熱處理設備種

41、類較多，通常按用途和特性分類，例如：真空退火爐、真空淬火爐、真空回火爐、低真空爐、高真空爐等等。</p><p>　　綜合上述三種爐型的特點，再根據(jù)本設計中零件尺寸、產(chǎn)品批量規(guī)模和對環(huán)境保護的要求。通過以上各熱處理設備的比較，選擇真空熱處理爐比較好。</p><p>　　7.2.1 淬火設備的選擇</p><p>　　由于該零件是低合金工具鋼9Mn2V制作的凹模，

42、所以要求其整體具有高達61～63HRC的硬度，同時還要求工件淬火后表面的化學成分波動小，沒有裂紋產(chǎn)生和很小的畸變度。為了滿足上述要求，就需要對工件在淬火加熱氣氛和淬火冷卻時要采取相應的措施，在工件加熱時應該通過例如真空的手段防止工件表面化學成分的變化，在淬火時應采用油作為淬火介質(zhì)來控制工件的冷卻速度。所以采用油淬真空爐作為該凹模的淬火熱處理設備，由于形狀和批量小，所以采用雙室油淬真空爐就能達到目的。為了能夠防止加熱室被污染以及保持較好、

43、較穩(wěn)定的真空度，選擇淬火室與加熱室之間有隔熱屏的雙室油淬真空爐。其中淬火介質(zhì)按照下表中所列出的相關參數(shù)選擇合適的淬火介質(zhì)。根據(jù)工件的尺寸、形狀及生產(chǎn)批量選擇FH·H—20型油淬真空爐即可滿足要求。所選擇爐型的相關參數(shù)及結構示意圖如下示。</p><p>　　表16真空爐技術參數(shù)</p><p><b>　　圖6雙室油淬真空爐</b></p>&

44、lt;p>　　表17真空淬火油的使用性能</p><p>　　7.2.2 回火設備的選擇</p><p>　　在回火過程中對熱處理工件要求基本一致，只是為了使工件達到使用狀態(tài)下的性能要求，從加熱溫度對工件化學成分、形狀影響的方面和從熱處理設備成本方面來考慮，由于加熱溫度不高，所以對工件的氧化情況就不是很嚴重，且工件變形也比較均勻，對精加工影響不大，所以還是選用中溫箱式電阻爐作為該凹

45、模的回火設備，其結構和技術規(guī)格和預備熱處理中的一樣。</p><p><b>　　8 工裝設計</b></p><p><b>　　8.1 清洗設備</b></p><p>　　為了防止零件出現(xiàn)軟點、組織不均勻等影響熱處理質(zhì)量的現(xiàn)象，所以要在零件熱處理前經(jīng)行清除銹斑、油漬、污垢、切削液和研磨劑等，以保證不阻礙加熱和冷卻

46、，不影響介質(zhì)和氣氛的純度。另外，在熱處理后也常需清洗，以去除零件表面殘油、殘渣和炭黑等附著物，以保證熱處理零件清潔度、防銹和不影響下道工序加工等要求。清洗設備主要有一般清洗機、超聲波清洗設備、脫脂爐清洗設備、真空清洗設備。根據(jù)各個清洗設備的用途并結合本設計中的零件的具體情況，本設計中的零件為小型的凹模，所以可以選擇一般清洗設備中的間歇式清洗設備就能滿足要求。為滿足清洗效果和保護環(huán)境，清洗機應具備水過濾裝置、撇油裝置和霧氣處理裝置。此外，

47、金屬清洗劑選擇合成洗滌劑，其中含有表面活性劑，可滲入零件的油膜內(nèi)起清洗乳化作用，成本低且效果好。清洗設備如下圖所示：</p><p><b>　　圖7室式清洗機</b></p><p>　　8.2 清理及強化設備</p><p>　　零件經(jīng)過熱處理后，尤其是淬火回火之后，表面有氧化皮和粘著物，需要一定的設備將其清除掉，所以就應該在熱處理后通過

48、清理設備將工件表面的氧化皮和粘著物清理掉，防止對工件的性能及質(zhì)量等造成影響。如果要在清理氧化皮的同時使零件獲得良好的表面和提高工件表面的強度，可以利用拋丸機器或噴嘴將鋼丸高速射向零件表面，通過鋼丸的沖擊作用清除零件表面的氧化物和粘著物并同時達到強化作用，提高零件的疲勞壽命。常用的清理設備有機械式拋丸和氣力、液力噴丸（砂）。根據(jù)本設計中工件的實際情況選擇一臺機械式拋丸機器就可以同時滿足清理工件熱處理后工件表面的氧化皮和使工件表面強化，下圖

49、是機械式拋丸機的結構示意圖。</p><p>　　圖8機械式拋丸機器工作原理</p><p>　　8.3 熱處理用夾具</p><p>　　當工件在熱處理爐中進行加熱時，為了能夠更好地使工件各個部位受熱均勻，同時也為了方便熱處理工作人員的操作，需要選擇合適的輔助工具，如夾具、墊具等。由于本設計中的工件是一個長方體塊，尺寸較?。煌瑫r為滿足淬火過程的順利進行，選擇如下

50、所示的墊具和夾具。</p><p><b>　　圖9墊具</b></p><p>　　9 檢驗設備及方法選擇</p><p>　　9.1 退火后的檢驗</p><p><b>　　9.1.1 外觀</b></p><p>　　退火工件表面不能有裂紋及傷痕等缺陷。<

51、/p><p><b>　　9.1.2 硬度</b></p><p>　　退火后若硬度不均（組織不均勻）將影響切削性能和最終熱處理質(zhì)量。表面硬度的誤差范圍見下圖：</p><p>　　圖11表面硬度誤差范圍</p><p>　　所以，在本設計中的凹模淬火后的硬度值誤差為25HBS。根據(jù)手冊查得，要求9Mn2V在球化退火后的硬

52、度值為≤229HBS。選擇一臺布氏硬度計進行檢測即可。</p><p>　　9.1.3 金相檢驗</p><p>　　低合金工具鋼球化退火后正常組織為均勻分布的球化體。若組織中有點狀和細片狀珠光體或分布不均勻的粗大球化體及粗片狀珠光體，都是不正常組織。碳化物網(wǎng)要求小于等于2級，珠光體為2～5級。但是對于一條成熟的生產(chǎn)線來說，此項檢驗室可以省略。在本設計中為可靠做保證，根據(jù)相關手冊，選擇一

53、臺低溫金相顯微鏡即可。</p><p>　　其中在制作金相試樣的過程中，采用簡單方便的冷酸浸蝕試驗法來顯示金相組織，根據(jù)冷酸浸蝕溶液成分及使用范圍（如下表）選擇合適的酸浸蝕劑：</p><p>　　表18冷酸浸蝕溶液成分及使用范圍</p><p>　　9.2 淬火回火后的檢驗</p><p><b>　　9.2.1 外觀<

54、/b></p><p>　　工件表面不允許有裂紋和有害的傷痕（必要時可用磁粉探傷或其他無損檢測方法檢測）。鍛造余熱淬火工件，表面不能有折疊等缺陷。</p><p><b>　　9.2.2 硬度</b></p><p>　　硬度必須滿足技術要求61～63HRC，表面硬度的誤差范圍，根據(jù)不同類型的工件，不能超過下圖所示：</p>

55、<p>　　表19淬回火件的表面硬度誤差范圍</p><p>　　通過表中可以查得，本設計中對零件表面硬度誤差范圍的允許值為4HRC。選用洛氏硬度計進行硬度的檢驗。根據(jù)熱處理手冊相關資料，洛氏硬度計的壓頭為金剛石圓錐，預載荷為100N，總載荷為1500N。</p><p><b>　　9.2.3 畸變</b></p><p>　

56、　淬火回火的畸變允許值不得超過下圖數(shù)據(jù)所示，本設計中的零件在淬火后的最大彎曲允許值為0.5mm：</p><p>　　表20淬回火件允許彎曲的最大值</p><p>　　10 熱處理缺陷分析</p><p>　　10.1 退火缺陷分析</p><p>　　10.1.1 硬度過高</p><p>　　由于常在碳質(zhì)量

57、分數(shù)大于4.5%的中、高碳鋼中出現(xiàn)硬度過高的現(xiàn)象，產(chǎn)生的原因主要有：</p><p>　?。?）、冷卻速度快或等溫溫度低，組織中珠光體片間距變細，碳化物彌散度增大或球化不完全。</p><p>　　（2）、某些高合金鋼等溫退火時，等溫時間不足，隨后冷至室溫的速度又快，產(chǎn)生部分貝氏體活馬氏體轉(zhuǎn)變，是硬度升高。</p><p>　　（3）、裝爐量過大，爐溫不均勻。<

58、;/p><p>　　10.1.2 球化不完全</p><p>　　對于共析鋼、過共析鋼球化退火組織中有片狀珠光體，即球化不完全。</p><p>　?。?）、細片狀珠光體+點狀珠光體，產(chǎn)生原因是退火溫度偏低或保溫時間不足，原始組織中細片狀珠光溶解不完全，或等溫溫度低、冷卻速度快，碳化物彌散度大。</p><p>　　（2）、粗片狀珠光體+球狀珠

59、光體，由于退火溫度高火保溫時間過長，未溶碳化物少，冷卻速度又緩慢或等溫溫度偏高引起的。</p><p>　　10.1.3 球化不均勻</p><p>　　過共析鋼球化退火后有時存在粗大的碳化物，出現(xiàn)碳化物不均勻現(xiàn)象。其原因是球化退火前未消除網(wǎng)狀的碳化物在球化退火時發(fā)生熔斷、聚集形成的。球化退火前通過正火消除網(wǎng)狀碳化物可使缺陷消除。</p><p>　　10.1.4

60、 粗大魏氏組織</p><p>　　加熱溫度過高，奧氏體晶粒粗大，冷速又較快的中碳鋼中常出現(xiàn)粗大魏氏組織，其鐵素體呈片狀按羽毛或三角形分布在原奧氏體晶粒內(nèi)。可通過完全退火或重新正火是晶粒細化加以消除。</p><p>　　10.1.5 退火石墨</p><p>　　碳素工具鋼和低合金工具鋼，退火加熱溫度過高或溫度時間過長，或者多次返修退火，組織中出現(xiàn)石墨碳，并在

61、其周圍形成鐵素體。具有石墨碳的退火工件，韌性低，斷口呈灰黑色，又稱黑脆。工件淬火時易形成軟點，造成工模具崩刃或早期磨損。這種缺陷一般可作報廢處理，也可通過擴散退火+重新正常退火挽救。</p><p>　　10.2 淬火缺陷分析</p><p>　　10.2.1 淬火畸變</p><p>　　淬火畸變形成的原因主要有以下幾點：</p><p&g

62、t;　?。?）、體積變化，熱處理前后各種組織比體積不同時引起體積變化的組要原因，其中馬氏體→貝氏體→珠光體→奧氏體的比體積依次減小。</p><p>　?。?）、形狀畸變，工件各部位相對位置或尺寸發(fā)生改變，主要是由于加熱溫度不均，形成的加熱應力引起畸變或工件在爐中放置不合理，在高溫下常因自重產(chǎn)生蠕變畸變。另外就是加熱時，隨加熱溫度升高，鋼的屈服強度降低，已存在于工件內(nèi)部才殘余應力達到高溫下的屈服強度時，就會引起工

63、件不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘余應力松弛，淬火冷卻時的不同時性形成的熱應力和組織應力使工件局部塑性變形。</p><p>　　可以通過采用合理的熱處理工藝，對于復雜或者合金含量高的工件要進行預熱等；合理設計零件，防止出現(xiàn)直棱直角和截面突變等不合理的情況；合理的鍛造和預先熱處理改善原始組織，消除殘余應力，從而減小淬火畸變。</p><p>　　10.2.2 淬火開裂</p>

64、<p>　　淬火開裂的原因有很多，比如說和熱處理工件的形狀，材質(zhì)，熱處理工藝，原始組織，材料本身，加熱冷卻速度的控制等等?？梢酝ㄟ^改進工件結構，截面力求均勻，不同截面處應有圓角過渡，盡量減少不通孔、尖角，避免應力集中引起的開裂；合理選擇鋼材；避免有顯微裂紋及嚴重非金屬夾雜物和碳化物偏析的原材料；爭取進行預先熱處理，避免正火、退火組織缺陷；正確選擇熱處理工藝參數(shù)；合理選用淬火介質(zhì)和淬火方法；對工件易開裂部位經(jīng)行局部包扎并淬火

65、后應及時回火或等溫回火。</p><p>　　10.2.3 硬度不足</p><p>　　表21淬火硬度不足原因及控制措施</p><p>　　10.2.4 軟點</p><p>　　表22淬火軟點產(chǎn)生原因及控制措施</p><p>　　10.3 回火缺陷分析</p><p>　　表23回

66、火缺陷產(chǎn)生原因及控制措施</p><p><b>　　11 小結</b></p><p>　　通過近三周的課程設計，從對零件圖的分析開始到最后的熱處理工藝卡的填寫，過程中熟悉了對零件熱處理的要求（加熱速度、加熱溫度、保溫溫度、保溫時間、冷卻方式以及冷卻速度等），對熱處理這門課程有了更加系統(tǒng)、全面、深刻的認識，同時對自己也是一種能力上的培養(yǎng)。通過在輔導老師的悉心指導下

67、，使我對課本知識的進一步完善，也進一步糾正了課程設計中的一些錯誤?？傊?，本次課程設計讓我熟悉了熱處理設計的程序而且了解了熱處理設計的關鍵和最重要的地方，同時對熱加工和對零件材料的熱處理又有了更深刻的了解。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 孫大涌. 熱處理手冊（第三版）.北京：清華大學出版社，2001</p>

68、<p>　　[2] 全國熱處理標準化技術委員會編. 金屬熱處理標準應用手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[3] 崔昆主編. 鋼鐵材料及有色金屬材料.北京：機械工業(yè)出版社，1980</p><p>　　[4] 合金鋼鋼種手冊. 北京：冶金工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 夏立方編. 金屬熱處理工藝學.哈爾濱工業(yè)大學

69、出版社，2008</p><p>　　[6] 吉澤升. 熱處理爐. 哈爾濱工業(yè)大學出版社.2008</p><p>　　[7] 吳承建.陳國良.強文江編. 金屬材料學.冶金工業(yè)出版社，2009</p><p><b>　　[8] 工程材料</b></p><p>　　[9] 模具制造工藝</p>