耐腐蚀量具热处理工艺设计.docx
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耐腐蚀量具热处理工艺设计
前言
热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。
通过热处理可以改变材料的加工工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命，本毕业设计是在《材料科学基础》《热处理原理》《热处理工艺》和《金属材料学》等课程学习的基础上开设的提高学生工程设计能力。
热处理工艺是整个机械加工过程中的一个重要环节，他与工件设计机加工工艺之间存在密切关系。
如何实现工件设计时提出的几何行者加工精度，满足设计时所要求的各种性能指标，热处理工艺设计的合理与否，有着至关重要的作用。
现代工业的飞速发展对机械零部件，工模具等提出的要求越来越高。
热处理不仅对锻造机械加工的顺利进行和保证加工效果超着重要作用，而且在改善或消除加工后的缺陷.提高工件的使用寿命等方面起着重要作用为获得理想的组织和性能，保证零件再生产过程中的质量稳定性和使用寿命，就必须从工件的特点，要求和技术条件入手，认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能的失效形式，正确选择材料；在根据生产规模、现场条件、热处理设备提出几种可行的热处理方案，最后根据其经济性方便性质量稳定性和便于管理、降低成本等因素，确定出一种最佳方案。
第一章耐腐蚀量具
1．1量具概述
量具是实物量具的简称，它是一种在使用时具有固定形态、用以复现或提供给定量的一个或多个已知量值的器具。
例如砝码、标准电池、色温灯电阻器、量块、信号发生器以及（单值或多值的、带或不带标尺的）量器等都是量具。
量具一般不带指示器，也不含有测量过程中的运动部件，而由被计量对象本身形成指示器。
例如计量液体容量的量器，就是利用液体上的上部端面作为指示器，可调量具虽然有指示器件，但它是供量具调整用而不是供计量时作指示用，如在信号发生器中的计量就是如此。
1.2量具的分类与用途
1.2.1标准量具
量具指用作测量或检定标准的量具。
如量块、多面棱体、表面粗糙度比较样块等。
1．2．2通用量具
量具也称万能量具。
一般指由量具厂统一制造的通用性量具。
如直尺、平板、角度块、卡尺等。
1．2．3专用量具
量具也或称非标量具。
指专门为检测工件某一技术参数而设计制造的量具。
如内外沟槽卡尺、钢丝绳卡尺、步距规等量具是以固定形式复现量值的测量器具，特点如下1、本身直接复现了单位量值，即量具的标称值就是单位量值的实际大小，如量块本身就复现了长度量的单位。
2、在结构上一般没有测量机构，没有指示器或运动着的元部件。
如量块只是复现单位量值的一个实物。
3、由于没有测量机构，如不依赖其他配用的测量器具，就不能直接测出被测量值。
例如量块要配用干涉仪、光学计。
因此它是一种被动式测量器具.
1．3量具的维护保养应注意：
1.不要用手去抓摸测量面和刻线，以免腐蚀，不要将量具放在磁场附近
2.不能用硬物损伤测量面，禁止随意拆卸
3.量具使用完毕应擦拭后上油装入盒内，注意防尘，精密量具在不使用时要注意妥善保管。
4.禁止将量具当其他工具使用
5.铸铁量具长期闲置不用，应派专人定期进行维护，防止生锈，变形等影响量具精度的现象产生.
第二章耐腐蚀量具的服役条件及失效形式
2．2服役条件
1）精密测量应在恒温室中标准温度（20℃）下进行。
2）应使测量器具与被测件的线膨胀系数相接近，在相对时，标准件的材料与被测件材料相同，或用质量较好的被测件作为标准件。
3）测量器具和被测件要在相同温度下进行测量，在加工中受热的工件和过冷的工件都不应立即进行测量。
4）在进行精密测量或大尺寸测量时，要采用定温方法。
即测量器具与被测件要在同一，经过一定时间使二者与周围环境的温度相一致。
而后进行测量。
5）测量器具要远离热源和没有绝热装置的机床变速箱上，风口处等高温或低温地方。
6）测量者的体温、手温、哈气对测量器具的影响。
对有隔热装置的测量器具，测量时应拿住隔热装置。
7）测量器具不能放在有冷却液、切削液的地方，它会引起锈蚀、堵塞而影响正常使用。
8）不应将测量器具放在机床上，避免由于振动使其松动精度失准、脱落摔坏。
9）不应将测量器具放在磁场附近（磨床的磁性工作台上、车床的磁性卡盘），避免量具被磁化，在测量面上吸附切屑，磨损测量面加大了测量误差。
2．2失效形式
1）测量器具表面碰伤、锈蚀、划痕、裂痕、镀、涂层脱落刻度不清。
2）测量面磨损、平面度超出规定、两测量面的平行度误差失准。
3）尺身、尺身变形使得测量器具，各零件的相对运动出现卡滞或松动现象。
4）量爪碰撞折断。
2．3耐腐蚀量具的性能特点：
（1）高硬度和高耐磨性．以此保证在长期使用中不致被很快磨损，而失去其精度。
（2）高的尺寸稳定性．以保证量具在使用和存放过程中保持其形状和尺寸的恒定。
（3）足够的韧性．以保证量具在使用时不致因偶然因素——碰撞而损坏。
（4）在特殊环境下具有抗腐蚀性。
（5）经淬火、回火处理后可使其硬度达HRC56—58，同时可保证量具具有良好的耐腐蚀性和足够的耐磨性。
第三章量具钢材料的选择
3．19Cr18化学成分及其作用
碳C：
0.90~1.00
碳的作用：
1.提高刀刃抗变形能力和抗张强度
2.增强硬度，提高抗磨损能力
硅Si：
≤0.80
硅的作用：
1.增强硬度，抗张强度和韧性
2.防磨损和腐蚀
锰Mn：
≤0.80
锰的作用：
1.增大可淬性，抗磨损力和抗张强度
2.从熔化的金属中以分离氧化和分离汽化作用带走氧
3.大量加入时，增强硬度，但提高脆性
硫S：
≤0.030，硫的作用：
可提高钢的切削性能。
磷P：
≤0.035
磷的作用：
1.增强力度，机械加工性和硬度
2.浓度过大时易脆裂
铬Cr：
≤17.00~19.00
铬的作用：
1.增强硬度，抗张强度和韧性
2.防磨损和腐蚀
镍Ni：
允许含有≤0.60
镍的作用：
增强力度，硬度和抗腐蚀能力
钼Mo：
可加入≤0.75
钼的作用：
1.增强力度，硬度，可淬性和韧性
2.改善机械加工性和抗腐蚀能力
3．29Cr18牌号含义及所属种类
3．2．1含义：
9—平均含碳量为0.9%
Cr—量具钢中的铬元素
18—铬的含量为18%
3．2．2种类：
9Cr18钢属于高碳高铬马氏体不锈钢，淬火后具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性能。
该钢适宜制造承受高耐磨、高负荷以及在腐蚀介质作用下的塑料模具。
9Cr18钢属于高碳马氏体型不锈钢。
此钢淬火后具有较高的硬度和耐磨性，在大气、水以及某些酸类和盐类的水溶液中具有优良的不锈性和耐蚀性。
主要用来制造切片机械刃具、剪切刀具、手术刀片、轴承、阀片等承受高度摩擦并在腐蚀条件下工作的零件。
第四章量具的加工工艺路线
4．1加工工艺路线：
锻造—调质—淬火—低温回火—冷处理—人工时效—研磨
4．2工艺路线中每道工序的作用：
（1）调质处理作用：
获得回火索氏体组织，以减少淬火变形和提高机械加工的光洁度。
（2）淬火和低温回火作用：
量具钢为过共析钢．通常采用不完全淬火加低温回火处现在保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度并进行预热，以减少加热和冷却过程中的温差及淬火应力。
（3）冷处理作用：
减少残余奥氏体量．从而增加尺寸稳定性。
（4）时效处理作用：
为了进一步提高尺寸稳定性，淬火、回火后．再在120～150℃进行24～36h的时效处理，这样可消除残余内应力，大大增加尺寸稳定性而不降低其硬度。
第五章耐腐蚀量具的热处理工艺规程
5．1热处理大致工艺规程
量具在热处理过程中的主要特点是在保持高硬度与高耐磨性的前提下，尽量采取各种措施使量具在长期使用中保持尺寸的稳定。
量具在使用过程中随时间延长而发生尺寸变化的现象称为量具的时效效应。
这是因为．①用于制造量具的过共析钢淬火后含有一定数量的残余奥氏体，残余奥氏体变为马氏体引起体积膨版。
②马氏体在使用中继续分解，正方度降低引起体积收缩③残余内应力的存在和重新分布，使弹性变形部分地转变为塑性变形引起尺寸变化。
由于制造量具尺寸相对较小，壁厚相对较薄，选择工艺规范时除了考虑性能要求外，还应尽可能减少加工过程可能出现的畸变。
因此，在加热过程中增加了850℃保温10-18min的预热工序，以尽可能减少加热过程的应力；预热的同时将另一炉升温，到温后立即将预热后的零件放入，这样可以减少升温过程的应力；淬火时应提高淬火油温，出油温度也相应提高，并趁热采取内撑法顶形校正。
因此在量具的热处理中应针对上述原因采用如下热处理措施：
（1）调质处理。
其目的是获得回火索氏体组织，以减少淬火变形和提高机械加工的光洁度。
（2）淬火和低温回火。
量具钢为过共析钢．通常采用不完全淬火加低温回火处现在保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度并进行预热，以减少加热和冷却过程中的温差及淬火应力。
量具的淬火方式为油冷（30~60℃）不宜采用分级淬火和等温淬火．只有在特殊情况下才予以考虑。
一般采用低温回火，回火温度为150～160℃，回火时间不应小于3h.
（3）冷处理。
高精度量具在淬火后必须进行冷处理．以减少残余奥氏体量．从而增加尺寸稳定性。
冷处理温度一般为一70—－80℃并在淬火冷却到室温后立即进行，以免残余奥氏体发生陈化稳定。
（4）时效处理。
为了进一步提高尺寸稳定性，淬火、回火后．再在130～140℃进行15~20h的时效处理，这样可消除残余内应力，大大增加尺寸稳定性而不降低其硬度。
总之．量具的热处理为除了要进行一段过共析钢的正常热处理（不完全淬火十低温回火）之外．还需要有三个附加的热处理工序．即淬火之前进行调质处理、正常淬火处理之间的冷处理、正常热处理之后的时效处理，具体热处理工艺曲线见图
图129cr18热处理工艺曲线图
5．2热处理工艺
量具的热处理如下
1、球化退火其目的及工艺与一般工具钢相同，故可参考工具钢中的碳素、合金工具钢的球化退火工艺参数。
2、调制处理或正火量具锻造成毛坯以后，为了细化晶粒，消除网状碳化物，改善退火时的某些不良组织和降低机械加工的表面粗糙度，通过进行正火或调质处理。
3、淬火截面不大的工具，一般在盐浴中加热。
淬火加热时一般通过预热。
对某些形状复杂、残盐不易洗净的量具，可在可控制气氛炉加热。
仅对工作面进行淬火的卡板，可采用高频感应加热局部淬火。
4、回火量具淬火后如不进行冷处理，则需立即回火，以免发生裂纹。
回火时，装炉量不能过多，防止加热不透而造成回火不足。
回火加热时间应根据设备、装炉量以及工作大小来确定。
在盐浴中回火保温时间不能少于1h，截面尺寸在50mm以上时，保温时间2～4h。
5、冷处理对于要求精度高的量具，需进行冷处理，将其冷至—80～—70℃，保持0.5～1h，甚至采用—196℃。
量具零件淬火后，应冷至室温后再进行冷处理，以防产生裂纹；形状复杂或厚薄悬殊的零件，冷处理前宣将细薄部分用石棉包扎，冷处理完毕，待零件升至室温后，立即进行回火或时效。
6、时效处理量规在140～180℃时效处理8～10h；硬度不低于64HRC的两块，冷处理后进行120℃保温48h续而缓冷的时效处理。
采用反复多次的冷处理和时效可以使残余奥氏体减至最低限度。
5．3热处理后金相显微组织
如图13所示即为9cr18制耐腐蚀量具热处理后金相组织（500X）
图139cr18热处理后金相组织（500X）
处理情况：
1060℃油冷淬火后160℃回火
组织说明：
基体为针状马氏体、少量残余奥氏体，大块状及颗粒状分别为共晶碳化物和二次碳化物。
硬度为59HBC
第六章9cr18钢制量具的加工
6．1锻造加工规范
9cr18钢在室温下的平衡组织是马氏体加碳化物，加热到950℃以上形成单一奥氏体加热温度高于1150℃出现α铁素体，进人双相状态，变形时极易出现裂纹。
因此，这种不锈钢的锻造温度范围为始锻1120℃，终锻温度为950℃。
采用电炉加热以确保锻件质量。
图119cr18锻造工艺加热规范
料段在1000℃时装炉并保温20min，然后快速升温到1120℃，保温15min开始锻造，效果良好。
6．2锻造的操作要求
（1）毛坯料端面及外表面不能有裂纹,若发现有裂纹,应及时清除。
（2）锻造模具应预热,预热温度在300℃左右。
（3）锻造过程中不能用水冷却模具,以免毛坯接触水引起材料开裂。
（4）模具可采用石墨为主的润滑剂润滑。
（5）因为9Cr18的延伸性能较差,模具应采用易于金属流动的结构。
6．3车削加工
由于9Cr18不锈钢锻造温度范围窄,材料成形性和流动性差,致使锻造毛坯时的尺寸精度、回火硬度与回火组织都很难保证。
国内在不锈钢轴承生产中,有很大比例直接用磨光棒料车成形,不用锻坯加工。
为提高材料利用率,可采用大直径棒料进行套车加工。
由于合金元素的加入,使不锈钢的拉伸、屈服强度、塑性和韧性都增高,切削加工性变差。
不锈钢的强度,特别是高温强度和硬度高,切削时的变形大,切削力及切削热亦大,而导热性差,使刀具易发热和产生塑性变形,降低了刀具的切削能力,使刀具的磨损加剧。
由于不锈钢的这些特殊性质,在车加工中,刀具材料、切削速度、进给量及切削液的选择都是影响套圈加工效率和质量的关键
因素。
6．4刀具材料及几何形状
首先,由于9Cr18不锈钢具有相当大的韧性和强度,加工中很容易与刀具发生粘连。
因此,要求刀具材料必须具有很高的硬度,良好的耐磨性与耐热性以及能承受一定的冲击载荷。
现常用的硬质合金材料中,YT类强度高,抗冲击和抗震性好,但耐磨性较差;YG类不耐冲击。
最终确定用YW1,其耐热性较好,能承受一定的冲击载荷。
其次,合理选择刀具角度是保证加工质量和刀具寿命的重要因素,其中前角的影响较大。
车削不锈钢时,采用较大前角使切削锋利,能保证加工面质量,使切屑对前刀面的压力小,切削力和切屑变形也较小,不易产生积屑瘤。
为了保护切削刃,后角应适当减小,粗车刀的后角应稍小,可取5°～7°。
同时还要勤于观察刀具磨损情况,及时更换刀具,提高工件表面质量和尺寸精度。
6．5切削速度
车加工不锈钢时,切削速度要较轴承钢高,这样切屑底层与刀具前刀面摩擦产生的温度增高,使这一薄层金属变软,甚至已成微熔状态,形成润滑膜,能起到一种特殊的润滑作用,使切削变形减小。
因此提高切削速度可减小车削加工变形及切削力,降低表面粗糙度。
6．6切削液
从切削力分布不均匀状况以及切削温度高等特性可以看出,9Cr18不锈钢的切削加工性很差,散热性也差。
因此在加工中应加入切削液,它能带走切削区的大量热,降低切削温度,减小热变形及刀具磨损,及时冲走碎屑,提高加工效率。
6．7磨削与超精
由于量具必须具备非常高的尺寸精确性和恒定性，而不锈钢材料在磨削过程中由于进给速度、冷却条件的控制不当极易产生烧伤和裂纹，所以在锻造加工及热处理之后必须进行磨削和超精，以确保机械加工的光洁度及尺寸稳定性。
第七章量具的热处理规范及金相组织
7．1热处理规范
1）退火,800～920℃缓冷;2）淬火,1000～1050℃油冷;3）回火,200～300℃油、空冷。
7．2金相组织：
组织特征为马氏体型。
7．3力学性能
硬度：
退火,≤255HB;淬火回火,≥55HRC
第八章热处理过程中的质量检验项目
8．1质量检测项目及其具体内容
1、表面质量：
检查工件表面是否有软点、裂纹、划伤等缺陷。
2、硬度：
在工具专业标准（企标）中规定了量具热处理后的硬度要求，如表8所示，为了提高量具的耐磨性。
可在保证量具尺寸稳定性的前提下适当提高硬度要求。
其他量具主要零件的硬度要求可参见表9
表8工具标准规定的硬度值
标准代号
名称
测量面硬度值HRC
推荐硬度值HRC
JB1082
游标卡尺
≥58
≥59.5
JB1085
千分尺
≥62
≥58
GZ8
万能角尺
≥56
≥58
GZ39
量块
≥64
≥58
GZ4
角度量块
≥62
≥58
GZ1
角锥量规
58~64
≥58
表9量具主要零件硬度要求
产品名称
零件名称
推荐硬度HRC
千分尺
螺纹量杆
62~65
校对量棒
游标卡尺
尺身
43~53
深度尺
游标片
30~45
千分表
齿轮
48~59
量杆
48~53
高度游标卡尺
0~300mm测尺
43~53
0~500mm测尺
40~50
底座
≥58
内径千分尺
量爪
62~64
量规体
3、金相组织
在一般情况下，量具热处理后金相组织要求可参见表10
项目
钢种
马氏体等级
托氏体量
网状碳化物
脱碳层
碳素结构钢
≤4
测量面不许有，非测量面允许4%
不磨部分脱碳层≤0.03mm，磨加工后，保证无脱碳层
碳素工具钢
≤3
合金工具钢
滚动轴承钢
≤2
≤3
表10量具热处理金相组织
8．2热处理后的缺陷及其分析
表11缺陷及其分析
缺陷名称
产生原因
采取的措施
过热或过烧
①淬火加热温度过高保温时间过长温度控制不准。
②原材料碳化物偏析严重局部含
④淬火加热过程中产生表面增碳或脱碳
①严格执行热处理工艺要求
②加强对原材料的质量检验
③过热零件进行返工后再重新淬火，过烧的全部报废
变形开裂
①加热速度快温度不均匀
②加热温度高或保温时间长
③原材料的碳化物呈带状或网状造成合金元素偏析严重夹杂物超标
④淬火后未及时回火或回火不充分
⑤淬火后清洗过早
①正确选择加热温度和保温时间预热充分
②加强对原材料的质量检测
表面脱碳
①脱氧不良，捞杂不彻底
②表面的氧化皮带入炉中
①进行正常的盐浴脱氧，确保工件的表面清洁
②对工件夹具进行喷砂或抛丸
表面腐蚀
①刀具加热过程中，在空气与盐浴交接处，出现腐蚀麻点
②盐浴中夹杂物超标
③工件的放置不当
①淬火、回火后应及时处理表面的残渣
②在盐浴中浸一下可保证工件的表面清洁
③盐浴按时脱氧，化验合格后才能够批量生产
毕业设计总结
随着毕业日子的逼近，毕业设计也接近了尾声。
在老师和同学的指导和带领写，我终于完成了自己的毕业设计。
在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年所学知识的总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有些太片面。
毕业设计不仅对所学习知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次毕业设计使我明白原来知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，以前老是觉的自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。
通过这次毕业设计，我才明白学东是一种长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质，注重理论与实践相结合。
以上皆为我这次毕业设计的总结，虽然篇幅有点短小可是我个人的最深体会，毕业设计里面肯定会有很多不足之处望薛老师给予多多指点。
致谢
衷心感谢指导老师薛书微老师，对本人的精心指导。
她的言传身教使我铭记于心。
她的学识和严谨的治学态度将使我受益终身。
感谢所有关心和帮助我的同学！
我将铭记大家对我的帮助！
参考文献
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机械工业出版社，1997年6月.
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哈尔滨工业大学出版社，2007年5月.
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西北工业大学出版社，1990年4月.
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高教出版社，2007年8月.
【6】崔忠圻.《金属学与热处理》.北京：
机械工业出版社，2007年3月.
工艺规程卡
产品
名称
量具
零件名称
量具
型材
9Cr18
1
工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单件
工
序
号
工序内容
工
序
设
备
加
热
温
度
令
却
时
间
冷
却
介
质
加
热
温
度
冷却时间
冷却
介质
1
锻造
1120
950
2
球化
退火
加热炉
750-770
空气
750-
770
3-4h
空气
3
正火
加热炉
850-870
空气
850-870
空气
4
淬火
加热炉
760-780
油
冷
760-780
1h
空气
5
回火
加热炉
150-160
空气
150-160
3h
空气
`标记
设计
日期
审核
日期
标准化日期
会
签
日
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