9sicr热处理实验报告 - 图文

机械工程材料实验报告

一.任务书分析

1.圆板牙的服役条件及可能的失效形式

1.1用圆片板牙加工螺纹时，呈半切削半挤压状态。板牙的内径和中径为切削部

板牙

分，尤其是板牙内径要承受较大的切削力，因此必须具有一定的强度和切削能力。考虑到板牙切削出的螺钉与螺孔配合时应有一定的间隙，并考虑到磨损量，故设计板牙时，应使内径和中径小于螺纹内径、中径的标称尺寸

1.2.1疲劳断裂的分析

疲劳断裂是机械零件在循环应力作用下，将会出现的疲劳断裂。所有机械零件在工作过程中的实效疲劳断裂与断裂失效的50%~90%时，疲劳断裂一般会发生突然，危害性大，疲劳断裂是发生在零件的局部应力区，某些晶粒在变力作用下形成微裂纹，随着循环数增加，裂纹继续扩展，导致最终疲劳断裂。针对疲劳断裂的特点，可以采用各种强化方法来提高零件的抗疲劳能力。 1.2.2 磨损失效的分析

磨损是相互接触的零件间存在滑动时，接触表面会因发生摩擦损坏而引起形状变化的现象，它是一种可以看到的，渐发生的破坏形式。主要有磨粒磨损和黏着磨损。

磨粒磨损是由于相对运动的物体接触时，滑动表面高低不平，凸出的硬质点将轴的接触面刨出沟槽或划伤而产生的破坏。常见的磨粒磨损有：与切削、磨削加工类似的和有高强度、高硬度的磨粒进入两个接触面间的沟槽。

黏着磨损是在两个相对运动的物体直接接触中，由于接触应力很高而引起塑性变形，导

致物体接触，温度升高并发生黏着、焊合现象，分离时黏合处撕开，从而将小块料撕去，造成表面损伤。

提高耐磨性，一是要材料有高硬度，若材料中存在耐磨硬颗粒，更有利。二是材料具有小的摩擦系数，降低配对材料间的原子结合力， 此外，改善润滑条件，细化表面粗糙度，使机械零件保持清洁等，均有利于减少摩擦磨损。 1.2.3 变形失效的分析

变形失效主要有弹性和塑性变形失效。

弹性变形失效是零件过量弹性变形产生的失效。主要是指失去弹性的能力，属于功能失效。引起弹性变形的原因零件刚度不够，除结构因素外，还取决与材料的弹性模量，因此，要预防弹性变形失效，因选择弹性模量高的材料来制作零件。

塑性变形失效是零件因过量塑性变形产生的失效，主要由于应力过大造成的。零件产生塑性变形，是由于实际工作应力超过了这种材料的屈服强度。在设计装配使用正常情况下，应考虑选用高屈服强度材料。 1.3材料的选择及其技术要求

适合做板牙的材料一般有4种 9SiCr、Crl2MoV、Crl2MoV、65Nb

要承受强烈的摩擦，并承受冲击载荷及挤压力，其失效形式通常是齿部磨损、点蚀、崩齿和剥落。板牙一般采用9SiCr、Crl2MoV等合金工具钢制造，要求硬度59～62 HRC。 1.3．1 9SiCr

根据长期积累的经验，将两块搓丝板背靠背绑扎在专用的淬火夹具上，400—500 oC空气炉预热，860～870℃盐浴加热，淬火介质为160—180 oC硝盐或热油；(210～230)℃x2 h x 2次硝盐浴回火，硬度59—6l HRC。 1.3.2 Crl2MoV

制作的板牙有低淬低回和高淬高回两种热处理工艺。高、低淬火工艺各有千秋，笔者主张不高不低的方法，即500℃空气炉烘干，850℃中温炉预热，1050—1060 oC加热，在580～600 oc的中性盐浴中分级3～5 rain，立即放入260～280℃硝盐中等温30—45 rain；(500—520)oC X 2 h×2次回火。结果硬度59～62 HRC，工件畸变小，使用寿命高。 1.3.3 65Nb

600℃、850℃两次预热，1120℃加热，580— 620 oC中性盐浴分级淬火；570 oC×1．5 h x 2次回

火，硬度61．0—61．5 l-IltC。65Nb钢制的板牙使用寿命高，甚至超过进口的同类产品。

但是工艺叫我繁琐,成本较大. 1.3．4 GW30

此钢结硬质合金制螺丝板牙

用GW30钢结硬质合金制作的较Crl2钢搓丝板使用寿命可提高7倍以上。热处理工艺为500X2 h空气炉去应力；960℃×4 min／mm加热，淬60—80℃热油；(160～180)℃X 2 h回火。硬度60—65 HRC。

经过对比和分析,本工艺采用9sicr较为合理 1.4 9sicr材料的一般情况

9SiCr钢是低合金刃具用钢，但也常常制作冷作模具零件，效果很好。它比铬钢（Cr2或9Cr2）有更高的淬透性和淬硬性并且有较高的回火稳定性。适合分级淬火或等温淬火。该钢最早引自前苏联的9XC，过去曾称作9CrSi钢。成分和性能与9XC完全一样。在我国已有很长的应用历史。外国同类钢号仅有德国的90CrSi5瑞典的2092和SR1855，DF-1。其他国家未见有相似钢号。该钢可作多种形状复杂，变形要求小的冷作模具零件。

9sicr高碳合金工具钢，韧性较好，具有较好的回火稳定性，热处理时变形小。该钢中碳化物分布均匀，不易析出碳化物网，并易于正火消除，通过正火可以消除网状以及粗片碳化物组织。但是抗压强度和耐磨性不足，加工性较差。该钢的表面残余含碳量为0.6%—0.7%的脱碳层时，由于碳化物的减少使得表面层的过热敏感性增大。经正常加热淬火以后表面硬度仍可以达到60—62HRC，但其抗弯强度却下降40%—50%。表面层晶粒度达到7级，心部为10级。

该钢锻造性能良好，由于易脱碳，需要在中性气氛或者保护气氛炉中加热。施以锻热调质处理，可以获得细密的回火索氏体组织，简化工艺，省时节电，既有良好的切削加工性能，又有理想的余热处理组织。

特宝金属特殊钢

该钢受热软化温度为320℃，淬透性比铬钢好，油淬淬硬性深度40—50mm。该钢零保温淬火韧化工艺，可以消除搓丝=板因常规淬火加热氧化脱碳造成的早期失效，不均匀奥氏体修或可以细化马氏体，搓火后得到隐晶马氏体或者细针状马氏体，这种组织强韧性好。

9SiCr量具刃具用钢，是常用的低合金工具钢，具有较高的淬透性和淬硬性，以及较高的回火稳定性，适合用做制作板牙的材料

2 9SiCr钢的组织特点及其合金元素对钢的作用 2.19SiCr钢的组织特点：

9SiCr钢为合金工具钢， 900℃加热温度下正火，得到珠光体组织；在800℃下进行退火处理得到珠光体组织；在850℃下进行淬火处理得到板条马氏体；淬火后的试件在150℃下进行回火处理，得到回火马氏体；在450℃下进行回火处理，得到回火屈氏体，为铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物;在550℃下进行回火处理，得到回火索氏体，为铁素体与较

粗

的

粒

状

渗

碳

体

所

组

成

的

机

械

混

合

物

。

2.2 9SiCr钢中合金元素对钢的作用：

表1.1 9SiCr钢中合金元素含量表： 钢牌号 9SiCr

①铬（Cr）：9SiCr中的Cr、Si元素提高淬透性，强化基体组织。另外Cr元素融入Fe3C中，提高钢的硬度和耐磨性。

②硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。硅量增加，会降低钢的焊接性能。

③锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。在钢中加入0.70%以上时，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

0.85~0.95 1.20~1.60 0.30~0.60 0.95~1.25 小小C Si Mn Cr S p 于0.030 于0.030

由于Si、Cr元素的作用，提高了钢的回火稳定性，因此可在190-200℃回火。在这温度下回火，硬度下降很少，回火后硬度理论仍然有60-63HRC。经过回火后的金相组织为：回火马氏体+下贝氏体残余奥氏体+碳化物。大部分淬火应力已经消除。 3.5

根据材料性质以及相关参数制定工艺路线

临界点 温度（近770 似值）/℃ 工序为：热扎钢下料—→预先热处理—→球化退火—→粗加工—→淬火—→低温回火—→精加工—→精磨 870 730 Acl Acm Arl 四:实验结果及分析

4.1 原材料及设备

实验材料为9SiCr钢试样。实验设备主要有热处理炉、洛氏硬度计、金相显微镜、抛光机、淬火用油槽、照相设备等。

4.2 实验过程 ．4.2.1 退火工艺图：

空冷 800℃3~4h

等温球化退火工艺通常是先将材料加热至Ac1 以上20～'30℃保温一定时间。然后降至Arl以下

20～30℃进行等温。保温一定时间后随炉冷却到室温.Ac1=770℃，Ar1730℃,在等温温度的选取上，由于太低的等温温度会影响碳在奥氏体中的扩散，对球化效果造成不利影响的，在Ar1以下随着等温温度的降低，即使材料先前已经 达到了球化转变所需的奥氏体化效果．等温结束后也会出现大量的片状珠光体。而且通过进行不同等温温度的试验，也证明了较高的等温温度是形成良好的球化组织的重要保证。因此采取在800℃进行等温。对材料分别采用上述工艺进行处理，然后对材料进行显微组织分析，观察组织形态及分布情况，并对各组工艺进行硬度测试。

热处理中需要装罐保护，冷却过程中应先炉冷至500℃，然后空冷。

4.2.2．等温淬火工艺图：

温度

850~870℃ 15~20min 油冷 图1.2850℃淬火工艺

4.2.3．低温回火工艺图：

温度

190~200℃ 2h 空冷

4.3组织以及硬度分析

4.3.1.800℃退火后的金相组织：

图3.2860℃加热退火合金的显微组

分析：退火后组织细化，形成粒状马氏体。但由于打磨过程中剖光不到位，有一些点状杂质，影响组织观察。硬度:22HRC

对于等温球化退火来说．材料成分、原始组织、加热温度、保温时间和冷却速度等因素对材料的球化效果都有影响，其中加热温度对球化组织的影响很大．它是决定最终球化效果的一个关键因素。如果加热温度太低．碳化物在奥氏体中的固溶度会降低．同时原组织中的片状珠光体也不能完全溶解t\，达不到良好的奥氏体化效果．最终所获得的球状组织很少．仍存在有大量未溶的片状珠光体。但如果加热温度过高，未溶的碳化物质点会减少，奥氏体中碳浓度分布趋于均匀t3]，这就不利于球化转变过程的进行。因为在随后的等温过程中，存在有未溶碳化物质点的区域依然会发生组织的非自发形核长大，形成球状珠光体。而没有碳化物质点的区域，由于缺乏非自发形核中心。此处的奥氏体将按照正常的片状珠光体形成机制完成珠光体转变141，即最终形成的组织将会是球状与片状珠光体的混合物甚至全部都为片状珠光体。同时高温下晶粒会发生长大象．这也会对组织性能产生不利影响。由于9SiCr的Ac．=770℃。当采用AcI温度进行奥氏体加热保温时，这个加热温度显然过低．最终处理结束的组织中球状珠光体很少．并存在有大量的片状珠光体．这都是原始组织中残留下来的。当加热温度为790℃时，球化效果就非常好，组织分布很均匀。而当加热温度为810℃时，组织中又重新出现了片状珠光体，而且局部组织还聚集.

4.3.2 850℃淬火后的金相组织：

图3.3850℃加热淬火合金的显微组织

分析： 如图，可以观察到此淬火温度下形成针状马氏体组织，在针状马氏体之间白色的铁素体存在。针状马氏体的大小不一。同时有些马氏体有一条中脊线，并在马氏体周围有残留奥氏体。硬度:64.5 65 65 HRC

4.3.3 150℃回火后的金相组织

200℃加热回火合金的显微组织

分析：低温回火得到回火马氏体组织。任然保留了原有马氏体的形态特征。针状马氏体回火析出了极细的碳化物，容易受到侵蚀，在显微镜下呈黑色针状。低温回火后马氏体针变黑，而残余奥氏体不变仍呈白亮色。低温回火后可以部分消除淬火钢的内应力，增加韧性，同时仍能保持钢的高硬度。 硬度分析.59 61 59.5HRC

4.4板牙淬火后板牙的经验项目、内容和要求

检验项目 原材料质量 检验内容及要求 用试样检查化学成分、低倍组织、晶粒度、淬透性、带状组织

毛坯力学性能 用试样检查、检查布氏硬度，按图样检查ób、ó0.2δ、ж、Ak 毛坯质量 淬火深度 检查表面氧化、裂纹及碰伤 用试样检查按图样要求，从表面测到HV500深度处有效深度，显微检查淬火深度时，碳钢为过共析+共析+1/2过渡区;合金钢为过共析+共析层应占总深度的50%~70% 表面硬度 按图样要求，为54~58HRC 心部硬度组织 按图样要求,为34~40 HRC 心部组织为板条马氏体+少量铁素体 表面裂纹

4.5板牙热处理中常见的缺陷及措施 缺陷名称 毛坯硬度偏高 产生原因 防止措施 不许有裂纹，100%磁粉探伤，批量件》5件可抽取 正火温度偏低或保温时间不应从新制定正火工足使组织中残余少量硬度较艺;检查控温仪表，偏高（HV>250）的魏氏组织，校准温度，控制正正火温度超过钢材晶粒显著火冷却温度 长大的温度 毛坯硬度偏低 带状偏析 正火冷却过缓 重新正火 钢材合金元素和杂质偏析，一更换材料 般正火难以消除

5. w18cr4v氮化试样渗氮层厚度的测量

5总结

课程设计是大学期间必不可少的一门课程，通过课程设计让我们得到了理论联系实际的切实体会，在课程设计中我们所学的课程知识得到了综合性的运用。

我们这次课程设计的任务是板牙热处理工艺的设计低合金刃具钢，通过这次课程设计，加强了我们思考和解决问题的能力。

做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个零件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多热处理相关的知识，并且对于热处理过程有了更多的认识。

这次课程设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

通过这次课程设计我懂得了生活就是这样，汗水预示着结果，也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。设计确实有些辛苦，

但苦中也有乐，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里几年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋。我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们设计成功的一项非常重要的保证。而这次课程设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

1 热处理工艺课程设计的目的 --------------------1

2 零件的技术要求及选材 ------------------------1

2.1圆板牙的服役条件及可能的失效形式 ----------1 2.2材料的选择及其技术要求 -----------------2 2.3化学成分及合金元素的作用 ---------------3 3 热处理工艺课程设计的内容及步骤 -------------4 3.1相变点的确定 ---------------------------4 3.2热处理工艺 -----------------------------4

3.2.1工艺流程 -------------------------4 3.2.2热处理工艺参数的制定 -------------6 3.2.3所选热处理工艺的目的 -------------9 3.2.4 组织特点和性能的分析 ---------------12 3.2.5 热处理设备的选择 ----------------14 3.2.6操作过程中的注意事项 --------------17 3.3夹具的选用 ------------------------------18 3.4热处理工艺卡片填写 ----------------------18 4 收获和体会 ---------------------------------18 5 参考文献 -----------------------------------19

6附表1 热处理工艺卡-------------------------20

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lto7.html