毕业设计-测微螺杆的热处理工艺设计.doc

攀枝花学院
学生课程设计（论文）

题 目：测微螺杆的热处理工艺设计
学生姓名：
学 号：
所在院(系)： 材料工程学院
专 业： 级材料成型及控制工程
班 级： 材料成型及控制工程一班
指 导 教 师： 职称： 讲 师

2013年12月16日
攀枝花学院教务处制

攀枝花学院本科学生课程设计任务书
题　目
测微螺杆的热处理工艺设计
1、课程设计的目的
使学生了解、设计测微螺杆的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能力。
2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）
内容 ：
（1）明确设计任务（包括设计的技术要求）
（2）绘出热处理件零件图
（3）给出设计方案
（4）写出设计说明
（5）设计质量检验项目
（6）设计热处理工艺卡片
（7）测微螺杆热处理缺陷及预防或补救措施
要求：
（1）对测微螺杆进行失效分析，提出零件性能要求，根据性能要求选择材料，成本分析，制定工艺。
（2）分析热处理工艺执行过程中可能出现的问题，解决方法，性能检测，画出工艺卡片
（3）通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。
（4）提交设计说明书（报告），2千字以上。报告格式请参照“毕业论文（设计）”格式。
3、主要参考文献
[1] 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2005
[2] 中国机械工程学会热处理分会．热处理工程师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2003．第一版.
[3] 张玉庭主编．热处理技师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2006．第一版
[4] 中国机械工程学会热处理学会．热处理手册［Ｍ］．机械工业出版社．2003．第三版.
4、课程设计工作进度计划
第16周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。
第17周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。
指导教师（签字）

日期
年 月 日
教研室意见：

年 月 日
学生（签字）：
接受任务时间： 年 月 日
注：任务书由指导教师填写。

课程设计（论文）指导教师成绩评定表
题目名称

评分项目
分值
得分
评价内涵
工作
表现
20%
01
学习态度
6

遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。
02
科学实践、调研
7

通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。
03
课题工作量
7

按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。
能力
水平
35%
04
综合运用知识的能力
10

能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。
05
应用文献的能力
5

能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。
06
设计（实验）能力，方案的设计能力
5

能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。
07
计算及计算机应用能力
5

具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。
08
对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）
10

具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。
成果
质量
45%
09
插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度
5

符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。
10
设计说明书（论文）质量
30

综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。
11
创新
10

对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
成绩

指导教师评语

指导教师签名： 年　月　日

攀枝花学院本科课程设计（论文） 摘要

摘 要

本课设计了量具钢制造测微螺杆热处理工艺设计。主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（完全退火）、渗碳、淬火+低温回火等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。 量具钢是用以制造卡尺、千分尺、块规等各种度量工具的钢种。量具在使用和存放过程中保持其尺寸精度是量具钢最基本的性能要求。为此，量具钢必须具有高的尺寸稳定性。热处理后的钢由于残留奥氏体转变、马氏体分解及残留应力作用会导致尺寸变化。因此，精密量具必须尽量减少不稳定组织并降低内应力。量具在使用中常与被测工件接触，易于发生磨损和碰撞。因而要求量具有高的硬度和耐磨性，并有一定的韧性。对于块规等量具，为保证彼此紧密接触和贴合，要求有很高的表面光洁程度。为此，除要求高硬度外，还应要求钢材纯净，组织致密，不允许有粗大碳化物或大块非金属夹杂物。此外，量具钢还应具有一定的淬透性，较小的淬火变形和良好的耐蚀性。

Ⅰ
攀枝花学院本科课程设计（论文） 目录

目 录

摘 要 Ⅰ
1、设计任务 1
1.1设计任务 1
1.2设计的技术要求 1
2、设计方案 2
2.1 测微螺杆设计的分析 2
2.1.1工作条件和性能要求 2
2.2钢种材料 3
2.2.1 成分特点及作用 3
测微螺杆零件简图 3
3、设计说明 4
3.1加工工艺流程 4
3.2具体热处理工艺 4
3.2.1预备热处理工艺 5
3.2.2机械加工 5
3.2.3回火及稳定处理种钢
6
3.2.4 物理性能 7
4、分析与讨论 8
5、结束语 9
6、热处理工艺卡片 10
参 考 文 献 11

攀枝花学院本科课程设计（论文） 1 设计任务

1 设计任务

1.1设计任务
测微螺杆的热处理工艺设计
1.2设计的技术要求
量具钢是用来制造各种测量用的工具的钢材，如块规、量块、塞规、千分尺、卡尺等，由于量具是测量工件尺寸的标准，为了保证测量精度、不允许在长期的使用中有变形和尺寸变化，因此要求其具有高的尺寸稳定性、高的硬度(I>62HRC)、耐磨性和足够的韧性。我国目前还没有专用钢材，通常用弹簧钢、碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢制造，常用的量具钢主要有Cr2、9Cr2、Cr06、9SiCr等。精度要求不高的直尺、耐冲击的样板等可用50、55、60Mn等材料，经过感应表面淬火处理加工而成；对于化工、煤矿、野外使用的量具，则要用耐腐蚀性的4Crl3、9Crl8等不锈钢制造。量具(a)卡．尺；(b)千分尺精密量具的热处理工艺较复杂，一般采用球化退火、淬火及低温回火，例如用CrWMn材料制作块规的热处理工艺。为了使量具尺寸和形状稳定，保证量具的精度，淬火后将其冷至一80℃左右，进行冷处理，使得残余奥氏体转变为马氏体，时效处理的目的是进一步消除内应力，精磨后在110oC～120oC人工时效的目的是消除磨削应力，对于高精密的量具，需进行多次处理。
量具钢有碳素工具钢、合金工具钢、不锈钢、渗碳钢和中碳钢、38CrMoAl渗氮用钢等。量具钢热处理的目的就是提高硬度、耐磨性和尺寸稳定性。热处理工艺特点是除了淬火、回火常规处理外，应在工艺路线中的适当位置增加调质处理、去应力退火、冷处理、时效处理等工序。
①去应力退火：在粗加工和精加工前采用，工艺规范是：650～700。C×1～2h。缓冷至室温。
②调质处理：在精加工之前要进行调质或正火处理，目的是减少淬火变形，使淬火之后有高而均匀的硬度。
③淬火处理：淬火加热过程中采用预热加热的方式。奥氏体化加热时保温时间：箱式炉加热系数按1．5～2min／mm计算，盐浴炉加热时，碳素工具钢按0．4～0．5min／mm计算，合金工具钢按0．5～0．7min／mm计算。不宜采用分级或等温淬火方式，大多采用油、盐水或水一油双液淬火。
④冷处理：冷处理的目的是稳定尺寸，温度为一80℃，保温时间为0．5～2h。
⑤回火处理：一般采用低温长时间的回火工艺。在硝盐浴或油中，回火时间不能少于1h。有效尺寸在50ram以上时，保温时间为2～4h。6)时效处理：在淬火、回火、精加工之后，在110～150。C保温6～36h。为了稳定尺寸，可以进行两次时效处理。

1
攀枝花学院本科课程设计（论文） 2 设计方案

2 设计方案

2.1测微螺杆设计的分析
2.1.1工作条件和性能要求
量具工作时受外加应力小，工作环境一般都比较好。
量具钢是用以制造卡尺、千分尺、块规等各种度量工具的钢种。量具在使用和存放过程中保持其尺寸精度是量具钢最基本的性能要求。为此，量具钢必须具有高的尺寸稳定性。热处理后的钢由于残留奥氏体转变、马氏体分解及残留应力作用会导致尺寸变化。因此，精密量具必须尽量减少不稳定组织并降低内应力。量具在使用中常与被测工件接触，易于发生磨损和碰撞。因而要求量具有高的硬度和耐磨性，并有一定的韧性。对于块规等量具，为保证彼此紧密接触和贴合，要求有很高的表面光洁程度。为此，除要求高硬度外，还应要求钢材纯净，组织致密，不允许有粗大碳化物或大块非金属夹杂物。此外，量具钢还应具有一定的淬透性，较小的淬火变形和良好的耐蚀性。
为了满足上述性能要求，量具钢的含碳量较高(W。=0．9％～1．5％)，以保证足够的硬度和耐磨性。钢中加人Cr、Mn、W等合金元素能形成大量合金碳化物，从而进一步提高钢的耐磨性，同时也提高钢的淬透性，从而允许采用较缓的介质淬火，有利于减小淬火应力和变形。这些元素还能提高钢的耐回火性，使马氏体或

2.2钢种材料
量具钢
对量具钢的要求
①大多数量具的工作部分应有高的硬度(；，>62HRC)和耐磨性。
②某些量具要求热处理变形小，在存放和使用的整个过程中尺寸不发生变化，始终保持其高精度。
③要求有好的加工工艺性(一般量具表面粗糙度要求Ral．6¨m)。
④具有良好的抗蚀性。
⑤足够的韧性

量具用钢为含碳量较高的过共析钢，可保证其具有高的硬度和耐磨性，同时为了减少变形、增加尺寸的稳定性、进一步提高耐磨性，钢中加入了一定数量的Cr、Mn、W等合金元素，常用的量具钢有低合金工具钢(CrMn、CrWMn等)、轴承钢(GCrl5、GCrl5SiMn等)和碳素工具钢(T10A、T12A等)。碳素工具钢只适用于制造精度要求不高但使用频繁的样板、卡规等；低合金工具钢和轴承钢用于制造精度高的量具。
在此，对测微螺杆的制造我们选用9Cr18钢。

2.2.1成分特点及作用

量具用钢的成分与低合金刃具钢相似，属于高碳钢(碳的质量分数为0．9％
～1．5％)，所加合金元素cr、W、Mn的作用是提高淬透性。
而9Cr18具有良好的抗锈蚀性，耐磨性，碳化物分布不均匀，切削加工性及抛光性尚好等特点
钢号
C
Si
Mn
Cr
Mo
S
P
9Cr18
0.90~1.00
≤0.80
≤0.80
17~19
~
≤0.030
≤0.035

2.2.2 测微螺杆简图

3
攀枝花学院本科课程设计（论文） 3 设计说明
3 设计说明

3.1加工工艺流程
测微螺杆的机械加工流程为：下料一锻造一清洗一淬火一回火一清洗一矫直一稳定化处理一清洗。

3.2 9Cr18钢热处理
a高温正火 9Crl8钢和Crl2钢一样，碳化物也易于偏析积聚，呈块状，带状存在。它的网状碳化物也很容易通过高温正火消除。但是由于正火温度很高，容易使晶粒长大。因此，如锻后网状碳化物基本上不存在，可免去高温正火。这种材料在保证质量的前提下，尽量不采用高温正火处理。高温正火加热温度1100—1150℃，保温时间视装炉量，网状碳化物轻重等具体情况而定。
9Crl8钢高温正火后质量检验：
①．带状碳化物≤3级(以Ctl2钢标准检验)合格，
②．网状碳化物基本不存在为合格，
③．晶粒度≤6级合格。
b球化退火．这种钢球化退火性能，比Crl2钢还差。特别是大块状碳化物，很容易由于锻造不当，而遗留下来，这就给球化增加了困难。球化退火温度一般选用840—860℃。球化退火工艺如图37所示。球化退火应特别注意冷却速度，不能>45℃／小时，否则将使硬度急剧升高。球化退火后一·般金相组织内都有较大块碳化物存在(分布均匀对质量没什么特殊影响)。从组织上看，块状碳化物仍然是比较大的。球化后硬度HRC24。球化后质量检验主要是硬度检查，硬度HRC≤26即可。硬度过高将影响机加工。
c淬火、冷处理及二次淬火9Crl8钢淬透性很好。但它淬火后的A。量比较多，而A。是影响尺寸稳定的关键因素，所以必须严加控制。它的马氏体开始转变点Ms点温度约在(随淬火温度的不同)215—180℃，转变终了点Mz点温度，目前尚无一致的认识。淬火温度的高低，直接影响淬火后的硬度和A。量。随淬火温度的升高，硬度和A。量增高：而硬度约在1070。C出现最大值，在约1150℃明显下降
淬火后质量检验：1．网状碳化物基本不存在，2．带状碳化物≤3级，3．硬度HRC60—65，4．残留奥氏体量≤13％，5．晶粒度≤6级，6．马氏体中不得有粗针状马氏体存在。零件淬火后应及时进行冷处理。淬火后不能超过6小时，否则将引起Am的稳定作用，更不许回火后再行冷处理。
冷处理工艺；温度—75—80℃，等温停留4—6小时。9Crl8钢二次淬火效果较好，可进一步消除冷处理后遗留的Am，最大量可消除Am量的14％左右

二次淬火工艺：加热温度95—100℃,保温时间7一8小时。零件经冷处理、二次淬火硬度—般提高HRCl—3。
d回火及稳定处理种钢，回火温度比较低。随回火温度的升高，而硬度降低，当回火温度超过200℃以上硬度明显降低。
回火工艺：1．加热温度180—200℃，保温时间3—4小时}；
稳定处理工艺：1．9Crl8钢：加热温度150一160℃，保温时间8—12小时
回火、稳定处理加热介质为油或空气，即加热在油中或带风扇的烘箱中进行。回火、稳定处理后应保证硬度HRC60—64

4
3.2.1预备热处理工艺
退火是将偏离平衡状态的金属坯料或零件加热至较高温度，保持一定的时间后通常以相当缓慢的速度冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法。
退火的目的是：
a消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。
b消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷。
c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
d细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做组织准备。
e消除钢中的内应力，以防止变形与开裂[5]。
正火 为改善一些中碳钢量具零件的原始组织，减小机械加工粗糙度和提高强度，可用正火做为预备热处理和最终热处理。
消除网状碳化物 如果过共析钢中网状碳化物比较严重或组织粗大，淬火时易产生裂纹，磨削时也容易产生裂纹。淬火前这类金相组织上的缺陷可以用适当的预备热处理来减轻或消除，方法是将钢加热到稍高于或接近于Acm温度，保持一定时间使碳化物网全部或大部分溶于A中并适当均匀化，然后快冷，使碳化物不致沿晶界析出，再在Ac1以下适合的温度回火或正常退火，以调整到所需的硬度和组织。
3.2.2机械加工
由于我们专业并不怎么涉及机加工方面的知识，因此此处只能说明其在车床上进行加工。
3.2.3回火及稳定处理种钢
回火温度比较低。随回火温度的升高，而硬度降低，当回火温度超过200℃以上硬度明显降低。
回火工艺：加热温度180—200℃，保温时间3—4小时}；
稳定处理工艺： 9Crl8钢：加热温度150一160℃，保温时间8—12小时
回火、稳定处理加热介质为油或空气，即加热在油中或带风扇的烘箱中进行。回火、稳定处理后应保证硬度HRC60—64

回火规范如表。
表3.5 9Cr18回火规范表

方案

 淬火温度 /℃
回 火
用 途
加热温度/℃
介质
硬度HRC
Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

1050~1070

去除应力，降低硬度

200~300

550~580

油

—

—

53~58

43~46
3.2.5物理性能
经过上述各种热处理后9Cr18的韧性、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提升。

7
攀枝花学院本科课程设计（论文） 4 分析与讨论
4 分析与讨论

测微螺杆热处理工艺设计已经在前面展示，单就其性能以及热处理的过程想必是没多大问题，若放入实际生产中有很多不可预知的问题，因此，不能纸上谈兵须得到工厂或者实验室中反复的通过实验数据进行分析，然后在得出最重要的结论用于实践中，从而在生产中减低成本、提高效率并且减少工时，降低能源消耗。

8
攀枝花学院本科课程设计（论文） 5 结束语

5 结束语

这次测微螺杆热处理工艺设计的完成，让我不仅通过自己的努力大致了解了测微螺杆的制作流程，还学会了把自己书本上学到的知识运用到实际物体上去。
量具钢的热处理机械制造过程中使用的卡尺、千分尺、块规、塞规、样板等统称为量具，其应用十分广泛，要求其具有高的硬度和耐磨性，以防止使用中量具的磨损；高的尺寸稳定性，确保量具的形状和尺寸不变，以保证量具的精度。
前段时间在没有认真学习金属学时，我觉得这个课程设计很难很难，但现在经过我对金属学的充分认识，我重新把这套支撑辊的设计完成了一遍，也从中发现了很多原作者的问题，使我从中吸取了精华部分。金属学都是理论上的成型工艺，在实际生产中肯定还有许多细节问题需要我们去解决和改进。在这次的课程设计中，发挥出了自己单独设计测微螺杆热处理工艺设计能力和综合运用书本知识，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，尤其是热处理加工工艺，是自己很有成就感。同时各科相关的课程都有了全面的复习与运用，独立思考的能力也有所提高，更为重要的是：在这次测微螺杆热处理工艺设计中，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，进而加以弥补。

9
攀枝花学院本科课程设计（论文） 6 热处理工艺卡

6 热处理工艺卡片

零件名称：测微螺杆
热处理工艺卡
处理要求： 清洗、淬火、回火、清洗、矫直、稳定化处理、清洗
热处理技术要求：恰当控制温度和时间
硬度：53~57HBW
材料：9Cr18
工序号
名称
设 备
工具
装 料
工 艺 规 范
冷 却
备 注

工具数量
一工具装数量/
件
温度/℃
加热时间
保温时/h间
合计
介质
温度/℃

1
淬火
真空炉

1050~1060
2~6min--
40min
42~46min--
通氮

2
回火
电炉

200~250
2~6min
4h
242~246min
空气

3
稳定化处理
电炉

180~220
2~6min
4h
242~246min
炉冷

4

5

3

6

7

8

9

10

更该日期

更改
单号

更改
标准
更改者

10
攀枝花学院本科课程设计（论文） 参考文献

参 考 文 献

[1] 读秀网
[1] 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2005
[2] 中国机械工程学会热处理分会．热处理工程师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2003．第一版.
[3] 张玉庭主编．热处理技师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2006．第一版
[4] 中国机械工程学会热处理学会．热处理手册［Ｍ］．机械工业出版社．2003．第三版. [9]
11