1、手用锯条材料的热处理工艺研究综合实验doc1、绪论:摘要-1关键词-1前言-22、实验方案及方法:2.1实验研究对象-32.2实验理论准备-32.3实验流程设计-32.3.1总的工艺流程-32.3.2具体工艺制定、参数作用及热处理后组织-33、实验结果和讨论3.1原始组织分析及硬度-73.2球化退火后组织及硬度-83.3淬火后组织及硬度-93.4回火后组织及硬度-114、结论和建议41结论-124.2建议-125、附录附录一-13附录二-13参考文献-14致谢-14摘要手用锯条材料的热处理工艺,手用锯条具有高耐磨性、高强度、高硬度,使用寿命较长等特点,选用T10碳素工具钢材料加工。T10属于过
2、共析钢,含碳量0.951.04%,Si0.35%,Mn0.40%.硬度供应状态HB187,淬火后HRC62.锯条在切削过程中,刀刃与工件表面金属相互作用,使切削产生变形与断裂,并从工件整体剥离下来。本身还承受弯曲、扭转、剪切应力和冲击、振动等负荷作用。锯条的磨损是主要的失效形式。此外,锯条的尺寸要求长且薄,刀刃处易受压弯曲,且受强烈震动、冲击时易崩刀,甚至整体折断。用T10工具钢采用的热处理工艺是先预备热处理,即球化退火,以达到利于切削的作用。粗加工后进行最终热处理,淬火后盐水冷却,再低温回火。最终热处理后的组织是马氏体和残余奥氏体,使材料具有高硬度高强度及高的耐磨性等特点,并去除一定的热加工
3、应力。最后再精加工及装配成型。关键词高强度 高硬度 耐磨性 过共析钢 崩刀 热处理 箱式炉1、前言普通手用钢锯条是一种工业消耗品,在国内有很大的市场。据有关资料统计,全国40余家锯条生产厂年生产锯条1516亿支。 大多锯条采用碳素工具钢制成,碳素工具钢价廉易得,易于锻造成型,常用于切割管件、实心体、木材、塑料及所有可加工金属。其切削硬质合金可达300mm/min,切削大理石可达100mm/min,切削花刚石可达40mm/min,是传统往复锯或线切割效率的几十倍,其切口窄(只有1.2mm2mm),与传统的往复锯和圆盘锯相比可省原料理610倍,可为用户带来显著的经济效益,这些优点都是传统的往复锯,
4、圆盘锯无法比拟的。锯条损坏的原因:1、折断原因:锯条装得太松或太紧;工件抖动或未夹紧;锯缝歪斜;压力太力;新锯条在旧缝中卡住等。2、崩齿原因:锯条粗细选择不当;起锯方向不对;将锯完时未用手扶料。3、锯齿磨损快的原因:未加冷却液;锯速太快;锯时粗枝大叶。碳素工具钢锯条存在着耐磨性差,经整体淬火后锯条的脆性大,在使用中有极易断条失效的缺陷,生产中应设法改善缺陷,提高使用寿命。2、实验方案及方法2.1实验研究对象:手用锯条材料的选用及其热处理工艺2.2实验理论准备:2.2.1手用锯条的工作条件锯条在切削过程中,刀刃在工件表面金属相互作用,使得切屑产生变形与断裂并从工件整件下剥离下来,故刀刃本身承受弯
5、曲、扭转、剪切应力和冲击、振动等负荷作用,同时还要受到工件和切屑的强烈摩擦作用。2.2.2手用锯条的失效形式锯条的切削作用,使锯条长时间磨削,故磨损是主要的失效形式。当锯条磨削到一定程度后就不能正常工作了。此外,锯条的尺寸要求长且薄,刀刃处易受弯曲,且受强烈振动,冲击时出现“崩刀”现象甚至整体折断。2.2.3手用锯条的选用原则具有高硬度,高耐磨性;具有一定的淬透性,淬硬性;具有一定耐蚀性;韧性要求不高;材料成本低,需大批量生产,且加工工艺简单,容易操作等特点2.2.4手用锯条的选用材料锯条的材料很多,手用锯条要求高硬度、高耐磨性、较好的韧性和弹性(锯条弯成直径为200毫米的半圆不折断,变形不超
6、差),通常用T10、T12、或20钢渗碳制成实验选用材料:本次实验根据实验室环境及硬件设施,选用材料T10,通过淬火加低温回火得到。2.2.5实验使用设备:加热炉、显微金像设备、洛氏硬度机2.3实验流程设计:2.3.1总的工艺流程毛抷锻造球化退火粗加工最终热处理(淬火低温回火)精加工装配2.3.2具体工艺的制定、参数作用及热处理后组织2.3.2.1球化退火预备热处理作用:1、降低硬度,改善切削性能2、获得均匀组织,改善热处理工艺性能 3、为后面的切削作准备工作退火后的组织:球状珠光体退火后的硬度:HB197217参数选择:表一:球化退火工艺参数表工艺预热随炉冷却保温随炉冷却空冷温度范围/780
7、79030/h680700至600至室温保温时间/h2-44-6图一:球化退火工艺图设备:箱式炉2.3.2.2粗加工作用:对零件的尺寸进行加工,保留一定加工余量设计尺寸:长300mm 宽15mm 厚2mm实际实验尺寸:长15mm 直径10.37mm的圆棒2.3.2.3最终热处理1、淬火(不完全淬火)作用:提高锯条工件的硬度、耐磨性能。淬火后的组织:过共析钢的淬火应为不完全淬火,其温度为AC1(3050)加热状态为细小奥氏体晶粒和未溶解的碳化物。淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的球状碳化物。这种组织不仅有高的强度和硬度、高的耐磨性,而且也有较好的韧性。温度选择说明:高于AC1以上3050目的是为了
8、保证工件内部各部分温度均高于AC1。但若温度过高,超过Accm以上温度,处于单相奥氏体区,碳化物溶解,奥氏体晶粒长大,淬火后得到片状马氏体(孪晶马氏体),其显微裂纹增加,脆性增大,淬火开裂倾向也增大。由于碳化物的溶解,奥氏体中含碳量增加,淬火后残余奥氏体量增多,钢的硬度和耐磨性降低。淬火后的硬度:HRC 6365参数选择:加热温度:727+3050=757777冷却介质:盐或碱的水溶液加热时间确定:t=a*K*D加热系数a=1.0 min/mm (查表);修正系数 K=4 (查表);锯条的有效厚度 D=22.5mm;实际零件厚度 D=10.37mm;根据公式 t=1.0min/mm * 4 *
9、 (10.37mm)=41.48min 取45min表二:淬火工艺参数表加热温度冷却介质保温公式加热系数a修正系数K零件厚度D结果t7577775%盐水溶液t=a*K*D1.0min/mm41037mm45min图二:淬火工艺图加热设备:箱式炉2、回火(低温回火)作用:提高硬度,耐磨性 使有足够的强度和韧性 淬火后存有较大淬火内应力和较多的显微裂纹,应及时回火以消除内应力和残余应力回火后的组织:回火马氏体和残余奥氏体回火后的硬度:与淬火后的硬度差别不大参数选择:表三:回火工艺参数表回火温度保温时间175185 (低温)12h图三:回火工艺图加热设备:箱式炉3、实验结果和讨论3.1原始组织及硬度
10、腐蚀液:4%的硝酸溶液图3.1.1:原始组织图 (低倍500)图3.1.2:原始组织图 (高倍1000)组织分析:图3.1.1、3.1.2为退火态组织,均匀分布的颗粒状珠光体,无网状碳化物,故无需正火处理。硬度测定:洛氏硬度: HRC 22 23 24平均值 22 32退火后组织及硬度工艺步骤:加热温度780,保温4小时;炉冷至500,出炉空冷。腐蚀液:4%的硝酸溶液图3.2.1:球化退火后组织图 (低倍500)组织分析:图3.2.1、3.2.2为球化退火后组织,从图中可清楚的看出片状珠光体,组织较为均匀。粒状珠光体使硬度降低,切削阻力小,利于切削加工,为后期的粗加工做准备。由于退火温度不高,
11、保温时间不长,致使退火不彻底,没有完全形成均匀粒状珠光体。对切削性能有一定的影响。图中黑色块状为抛光时的脏东西,白色为腐蚀不彻底,珠光体未完全显现出来,且使材料成分不纯。硬度测定:洛氏硬度:HRC 20 18 19.5平均值:19.2硬度分析:此硬度最利于切削,达到预期效果。33淬火后组织及硬度腐蚀液:4%的硝酸溶液图3.3.1:淬火后组织图 (低倍500)组织分析:图3.3.1、3.3.2中看出,细小长条状为奥氏体,白色小团块是未溶解的碳化物。隐晶马氏体存在与奥氏体中,肉眼看不出来。黑色团状为脏东西,白色区域为侵蚀过浅,看不出组织。中间模糊是表面磨不平造成的。奥氏体使材料的塑性、韧性提高,低
12、的屈服强度,容易塑性变形和加工成型。间隙大,利于大量碳化物溶解,变形小,淬透性大。未溶碳化物对加热时奥氏体晶粒长大起机械阻碍作用。此外,碳化物易于变形和开裂。试样表面不净,使材料不纯。硬度测定:洛氏硬度:HRC 65.5 66.5 65.5平均值:65.834回火后组织及硬度腐蚀液:4%的硝酸溶液图3.4.1 回火后组织图 (低倍500)组织分析:图3.4.1、3.4.2为回火后组织,条状为残余奥氏体及回火马氏体,碳化物应溶解,实际未完全溶解,仍能看见细小碳化物。回火马氏体使材料具有高硬度、高耐磨性,内应力降低,韧性提高。碳化物有细化晶粒的作用,但易产生变形开裂现象。由于式样磨不平及抛光过程中
13、出现的脏东西和侵蚀不够等问题,出现了如前面诸相似的现象。侵蚀和表面不平,对材料性能没有影响,仅不利于观察试样。硬度测定:洛氏硬度: HRC 66 65.5 65 65.5平均值:65.5硬度分析:硬度稳定,保证强度,提高锯条性能。4、结论和建议4.1结论:实验表明,最后的组织为回火马氏体,达到手用锯条所需的高耐磨性特点;硬度达到预期要求;性能基本符合手用锯条的使用要求;适用工作条件经测定也在适用范围内。固选用T10作为锯条的热处理材料是符合要求的,且热处理步骤适宜,可以应用于实践生产中。由于实验设备条件限制,及个人操作水平有限,使得实验结果存在一定的误差和缺陷,但不影响整体实验结果。4.2建议
14、:当5CrMnMo钢锻造后,虽经退火,但毛坯内仍存在组织不均匀、微裂及内应力,从而导致以后淬火时易变形和开裂,为此我们采取以下措施: 首先,退火的温度取上限、保温时间取下限;淬火前进行一次正火,然后立即进行淬火,其工艺如图所示。我们应该研发新材料使其性能更优越,价格低廉,寿命更高的锯条。个人对热处理方面的知识还需要提升,实验室的工作环境有望改善。5、附录附录一:T10钢的性能特点及常用用途:T10,过共析钢,晶粒细小。在淬火加热时(温度达800)不致过热,仍能保持细晶粒组织,淬火后钢中有未溶解的过剩碳化物,所以具有比T8、T8A钢更高的耐磨性,但韧性较低。用于制造切削刃口在工作是不变热的工具,
15、不承受冲击负载而具有锋利刃口和少许韧性的工具。如加工木材用工具、手用横锯、手用细木工具、机用细木工具、麻花钻、拉丝模、冲模、冷镦模、螺丝锥、扩孔刀具、搓丝板、车刀、刨刀、铣刀、货币压模、小尺寸断面均匀的冷切边及冲孔模、低精度形状简单的卡板、钳工刮刀、硬岩石钻子、制铆钉和钉子用工具、螺丝刀、锉刀、刻纹用凿子、切纸和烟叶用刀具等。工具钢的特性:热处理后具有足够高的硬度,红硬性一般在180250。具有良好的耐磨性,在承受相当大的压力和摩擦力的条件下,仍能保持其形状和尺寸不变。具有一定的强度和韧性,使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力,以保证工具的正常使用。工具钢的良好工艺性能:具
16、有良好的热压力加工性能和机械加工性能,才能保证工具的制造和使用。钢的加工性取决于化学成分、组织的质量。淬火温度足够宽,以减少过热的可能性。淬硬性和淬透性达到一定的要求。工具表面发生脱碳,将使表面层硬度降低,因此要求工具钢的脱碳敏感性低。热处理变形性小,即工具在热处理时,要求其尺寸和外形稳定。具有良好的磨削性。附录二:手用锯条的其他常用材料的热处理工艺:1、20#钢表面渗碳处理。20#钢液体碳氮共渗直接淬火。配方40%尿素+28%碳酸钠+20%氯化钾+12%氯化钠。采用可控气氛的碳氮共渗。由于碳素工具钢类锯条存在耐磨性差,经整体淬火后锯条的脆性大,在使用中有极易断条失效的缺陷,为了解决上述问题,
17、可在对锯条处理时引入电脉冲和磁场,使处理后的锯条锯齿硬度由普通热处理的688769HV升高至825889HV,锯条的塑形也有较大增长,优良的综合性能提高了锯条的使用寿命。参考文献: 设计型综合实验指导书(材料与化工学院金属材料与工程系专用) 王鑫 刘健康 韩志礼编著 西安从业大学材料与化工学院 2006年9月; 热处理手册第二分册 热处理手册 编委会 机械工业出版社 1978年10月; 金属热处理工艺学 (修订版) 夏丽芳 编著 哈尔滨工业大学出版社 2008年5月第四版; 工程材料学 (修订版) 王晓敏 编著 哈尔滨工业大学出版社 2005年3月第3版; 钢铁材料金相图谱 李炯辉、施友方、高汉文 编著 上海科学技术出版社 普通手用锯条热处理新工艺 王振宁 国外金属热处理 2005年第26卷第2期 20#钢手锯条显微组织及性能分析 茅兴富 西安建筑科技大学学报1996年6月 第28卷第2期
copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有
经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1