9sicr热处理实验报告

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1、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

2、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

3、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

4、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5962 HRC。1.31 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，400500 oC空气炉 预热，860870C盐浴加热，淬火介质为160180 oC硝盐或热油；(210230)Cx2 h x 2 次硝盐浴回火，硬度5961 HRC。1.3.2 Crl2MoV 制作的板牙

5、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500C空气炉烘干，850C中温炉预热，10501060 oC加热，在580600 oc的中性盐浴中分级35 rain，立即放入260280C硝盐中等温3045 rain； (500 520)oC X 2 hX2次回火。结果硬度5962 HRC，工件畸变小，使用寿命高。1.3.3 65Nb600C、850C两次预热，1120C加热，580620 oC中性盐浴分级淬火；570 oCX1. 5 h x 2次回火，硬度61. 061. 5 1-11 tC。65Nb钢制的板牙使用寿命高，甚至超过进口的同类产品。但是

6、工艺叫我繁琐,成本较大.1.34 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；960CX4 min/mm加热，淬6080C热油；（160180）CX 2 h回火。硬 度6065 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

7、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6062HRC，但其抗弯强度却下降40%50%。表面层晶粒度达到7

8、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320C，淬透性比铬钢好，油淬淬硬性深度4050mm。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

9、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，900C加热温度下正火，得到珠光体组织；在800C下进行退 火处理得到珠光体组织；在850C下进行淬火处理得到板条马氏体；淬火后的试件在150C 下进行回火处理，得到回火马氏体；在450C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550C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 。C Ml火喲It体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CSiMnCrSp牌号9Si

10、0.851.200.300.95小小Cr0.951.600.601.25于 0.030于 0.030 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。 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0.150.30%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1.01.2%的硅， 强度可提高1520%。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。 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

11、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。 磷（P）:在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏, 降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性, 在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于 0.055%，优质钢要求小于 0.040%。3板牙热处理工艺规程3.1 退火钢的常用退火工艺的分类及应用类别主要目的工艺特点扩散退火成分均匀化加热至Ac3十（

12、150202） C,长时间保温后缓慢冷 却铸钢件完全退火细化组织，降低硬度加热至Ac3十（3052） C,保温后缓慢冷却铸、焊不完全退火细化组织，降低硬度加热至Acl十（40 一 62） C，保温后缓慢冷却中、高化程度等温退火细化组织，降低硬度,防止产生白点加热至Ac3十（3050） C （亚共析钢）或Acl十（20 42） C （共析钢和过共析钢），保持一定时问，随炉 冷至稍低于Arl进行等温转变，然后空气冷却（简称 空冷）中碳合 件及冲 为均匀球化退火碳化物球状化，降低硬 度，提高塑性加热至 Acl 十（20 一 40） C或 Acl 一 （20 一 32）C， 保温后等温冷却或直接缓慢冷

13、却工模具再结晶退火或中间退火消除加工硬化加热至Acl 一 （50 一 152） C，保温后空冷冷变形去应力退火消除内应力加热至Acl 一 （100200）C，保温后空冷或炉冷至200 一 302C，再出炉空冷铸钢件锻造后球化退火的目的主要是降低硬度，改善切削性能，为最终热处理作组织准备。工具钢原始组织为球状珠光体经淬火-回火后的力学性能和原始组织为片状珠光体相比，在强度、硬度相同情况下，其塑韧性都要高，且对淬火温度的敏感性也相对较小。要注意的是球化退火前的组织要求是细片状珠光体，不允许有严重的网状碳化物，否则应在球化退火前安排正火处理。球化退火组织按照国家有关评级，应在2-5 级合格。3.2

14、淬火工艺3.2.11、淬火加热温度碳钢的淬火加热温度可利用Fe-Fe3C相图来选择。对于亚共析碳钢，适宜的淬火温度为Aq+3050C,使碳钢完全奥氏体化，淬火后获得均 匀细小的马氏体组织。对于过共析碳钢，适宜的淬火温度为Aq+3050C。淬火前先进行球 化退火，使之得到粒状珠光体组织，淬火加热时组织为细小奥氏体晶粒和未溶的细粒状渗碳 体，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布在马氏体基体上的细小粒状渗碳体组织。对于低合金 钢，淬火加热温度也根据临界点Aq或Ac3来确定，一般为Aq或Ac3以上50100C。高合 金工具钢中含有较多的强碳化物形成元素，奥氏体晶粒粗化温度高，故淬火温度亦高。2、淬火加热时间

15、为了使工件各部分完成组织转变，需要在淬火加热时保温一定的时间，通常将工件升温 和保温所需的时间计算在一起，统称为加热时间。影响淬火加热时间的因素较多，如钢的成分、原始组织、工件形状和尺寸、加热介 质、炉温、装炉方式及装炉量等。钢在淬火加热过程中，如果操作不当，会产生过热、过烧或表面氧化、脱碳等缺陷。过热是指工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过长，造成奥氏体晶粒粗大的现象。过热不仅使淬火后得到的马氏体组织粗大，使工件的强度和韧性降低，易于产生脆断，而且 容易引起淬火裂纹。对于过热工件，进行一次细化晶粒的退火或正火，然后再按工艺规程进 行淬火，便可以纠正过热组织。过烧是指工件在淬火加热时，温度过高,使奥氏体晶界发生氧化或出现局部熔化的现象, 过烧的工件无法补救，只得报废。(3)淬火处理的常见问题Ms点随C%的增加而降低，淬火时，过冷奥氏体开始转变为马氏体的温度称之為Ms点，转变 完成之温度称之为Mf点。C%含量愈高，Ms点温度愈降低。0.4%C碳钢的Ms温度约為350C 左右，而0.8%C碳钢就降低至约200C左右。