手用锯条材料的热处理工艺研究综合实验doc.docx

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手用锯条材料的热处理工艺研究综合实验doc

1、绪论：

摘要--------------------------------------------------------------1

关键词------------------------------------------------------------1

前言--------------------------------------------------------------2

2、实验方案及方法：

2.1实验研究对象----------------------------------------------------------------------------3

2.2实验理论准备----------------------------------------------------------------------------3

2.3实验流程设计---------------------------------------------------3

2.3.1总的工艺流程-------------------------------------------------3

2.3.2具体工艺制定、参数作用及热处理后组织-------------------------3

3、实验结果和讨论

3.1原始组织分析及硬度---------------------------------------------7

3.2球化退火后组织及硬度-------------------------------------------8

3.3淬火后组织及硬度-----------------------------------------------9

3.4回火后组织及硬度-----------------------------------------------11

4、结论和建议

4．1结论----------------------------------------------------------12

4.2建议-----------------------------------------------------------12

5、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属于过共析钢，含碳量0.95～1.04%，Si≤0.35%,Mn≤0.40%.硬度供应状态HB≤187,淬火后HRC≤62.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15～16亿支。

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1.2mm～2mm）,与传统的往复锯和圆盘锯相比可省原料理6～10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，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：

HB≤197～217

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/℃

780～790℃

<30℃/h

680～700℃

至600℃

至室温

保温时间/h

2-4

4-6

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＋（30～50℃）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30～50℃目的是为了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：

HRC63～65

参数选择：

加热温度：

727+30～50=757～777℃

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=1.0min/mm（查表）；

修正系数K=4（查表）；

锯条的有效厚度D=2～2.5mm;

实际零件厚度D=10.37mm;

根据公式t=1.0min/mm*4*（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t

757～777℃

5%盐水溶液

t=a*K*D

1.0min/mm

4

10．37mm

45min

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

175～185℃（低温）

1～2h

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

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：

HRC222324

平均值22

3．2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，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：

HRC201819.5

平均值：

19.2

硬度分析：

此硬度最利于切削，达到预期效果。

3．3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：

HRC65.566.565.5

平均值：

65.8

3．4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：

HRC6665.56565.5

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：

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，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180～250℃。

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，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688～769HV升高至825～889HV，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：

<1>《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；

<2>《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；

<3>《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；

<4>《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；

<5>《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

<6>《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

<7>《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