1、本科毕业论文（20 届）拉刀的热处理强韧化工艺试验所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 拉刀的热处理强韧化工艺试验 1设计的主要任务及目标设计的主要任务：针对拉刀在使用中常常由于崩刃或不耐磨而造成早期失效，选用拉刀常用钢种 M2 进行热处理工艺试验，检测淬火、回火及红硬性，观察在不同温度下淬火后晶粒度，确定能达到目标硬度值且组织良好的热处理工艺。设计目标：通过热处理试验，研究不同淬火温度对 M2
2、 高速钢材料的淬、回火硬度、红硬性的影响，综合分析确定其最佳热处理工艺参数。2设计的基本要求和内容（1）了解高速钢研究的背景，目的及意义；（2）了解高速钢热处理使用设备工艺的过程及作用；（3）掌握金相显微镜的原理、操作，了解其注意事项；（4）观察分析M2高速钢的微观组织；（5）通过实验收集数据，分析M2高速钢的合理热处理工艺参数 ；3主要参考文献1 李正邦. 发展我国高速钢的战略. 中国钨业, 2004, 19（5）: 1-7. 2 赵铁成. W9Mo3Cr4V 钢的强韧化处理. 特殊钢, 1990（3）: 56-60. 3 戚正风. 高速钢的红硬性J. 金属热处理学报, 2001, （12）
3、: 8-10.4 国家机械工业委员会 . 金相组织基础知识. 北京: 机械工业出版社, 1988.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 确定设计思路，进行开题检查 2013.122014.03.142 制备试样、熟悉热处理设备及分析仪器使用 2014.03.152014.03.303 按试验方案进行试验,进行中期检查 2014.04.1 2014.04.254 对数据进行分析，编写论文 2014.04.262014.05.205 完善论文，准备答辩 2014.05.21 2014.06.10II拉刀的热处理强韧化工艺试验摘要:拉刀，用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸
4、和形状从切入端至切出端依次增加和变化。制造拉刀的材料高速钢，高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢。该钢因其独特的冶金成分和后续热处理所获得的优异的切削性能，引起了机床与工具制造业的革命性变革，推动了工业的发展和社会的进步。在当今新经济时代，高速钢仍然保持着其在制造业中基础工具材料的地位，而且在模具及结构材料等方面的应用日益广泛，所以高速钢的发展仍然受到人们的关注。20 世纪 70 年代后期我国钼矿得到大量开采，于是 W-Mo 系钢迅速开发代替 W 系钢，在高速钢生产中占了主导地位，其中主要钢号为 W6Mo5Cr4V2，是世界最通用的高速钢 M2。本课题是对 M2 系列高速钢的热处
5、理工艺进行研究，课题来源于太原工具厂。对 M2 高速钢热处理工艺的研究，主要是通过淬火回火以及高温回火试验，研究一种正确的热处理工艺方法，以使其能得到高回火温度和高红硬性。关键词：拉刀，M2 高速钢，含碳量，红硬性，热处理工艺Heat treatment process for the strength test of broachAbstract:Broach, forming cutting tools are designed for broaching. Blade cutting tool on the surface of how row, each row of the size
6、 and shape of the blade to cut out from the cut end end, in turn, increase and change. The material pull a knife is made of high speed steel, high speed steel is a kind of high hardness, high wear resistance and high heat resistance of tool steels. The steel because of its unique composition of meta
7、llurgy and subsequent heat treatment of excellent cutting performance, caused a revolutionary change of the machine tool and tool industry, are the basic tools in manufacturing high speed steel material status, and in the mold and structural material application is becoming more and more widely, so
8、the development of high speed steel by the attention of people. Get a lot of molybdenum mining in our country in the late 1970 s, and W - Mo steel rapid development instead of W series steel, predominates in the high speed steel production, the main steel grade for W6Mo5Cr4V2, is one of the worlds m
9、ost common high speed steel M2. This topic is the heat treatment process of M2 high speed steel series, subject from taiyuan tool factory. The study of M2 high speed steel heat treatment process, mainly by quenching tempering and high temperature tempering test, study a method to correct heat treatm
10、ent process, so that it can get high temperature tempering and high hardness.Keywords: broach, the M2 high speed steel, carbon contents, heat treatment processI目 录1 前言 .11.1 课题的背景及意义 .11.2 拉刀在现代化制造业中的情况 .21.2.1 拉刀的地位及使用中会出现的问题 .21.2.2 拉刀材料的选择 .21.2.3 拉刀对高速钢质量方面的要求 .31.3 高速钢的发展及应用状况 .31.3.1 我国高速钢的发展状
11、况 .31.3.2 质量水平与国外相比 .51.4 高速钢的组织特点 .51.5 高速钢 M2.61.6 本课题的研究内容 .72 M2 高速钢的组织性能特点 .82.1 M2 高速钢的成分特点 .82.1.1 碳在钢中的影响 .82.1.2 钨在钢中的影响 .82.1.3 钼在钢中的影响 .92.1.4 铬在钢中的影响 .92.1.5 钒在钢中的影响 .103 热处理的工艺过程 .113.1 淬火工艺曲线的确定 .113.2 高速钢热处理工艺的特点 .113.3 热处理工艺主要步骤及其意义 .123.3.1 钢的预热 .123.3.2 钢的淬火 .123.3.3 钢的回火 .123.3.4
12、钢的正火 .133.3.5 钢的退火 .13II4 试验条件与方法 .144.1 试验材料 .144.2 试样编号 .154.3 试验仪器与设备 .154.3.1 淬火工艺设备 .154.3.2 回火工艺设备 .154.3.3 其他各种设备 .154.4 工艺试验方法 .164.4.1 淬火工艺试验方法 .164.4.2 回火工艺试验方法 .174.4.3 高温回火工艺试验 .185 试验结果与分析 .195.1 M2 淬火组织观察 .195.1.1 M2 淬火组织金相检验 .195.1.2 淬火组织金相图片 .195.1.3 碳化物的分布 .215.1.4 奥氏体晶粒大小 .215.1.5
13、M2 淬火试样硬度测定结果与分析 .225.1.6 淬火组织分析 .235.2 M2 高速钢试样回火硬度的检验 .245.3 淬火温度对红硬性的影响 .255.3.1 6004h 高温回火硬度检测 .255.3.2 高温回火前后硬度的变化 .26结 论 .28参考文献 .29致 谢 .31附 录 .3211 前言1.1 课题的背景及意义拉刀用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔、键槽、平面和成形表面等，生产率很高
14、。拉刀切削形势属于封闭式切削，轴向承受很大的拉力，同时齿部受到很大摩擦力而产生热量，在使用过程中，由于材料材质不均匀、硬度的过高或过低、刃磨质量差等原因，经常会出现崩刃或不耐磨造成早期失效的现象。根据拉刀的使用背景及其损坏形式，本课题主要针对拉刀的材料（M2 高速钢）进行热处理工艺研究，主要是通过淬火回火以及高温回火试验，研究一种正确的热处理工艺方法，以使其能得到高回火温度和高红硬性，综合分析确定其最佳热处理工艺参数。高速钢是刀具的主要材料，高速 钢已问世一百多年，因其独特的冶金成分和后续热处理所获得的优异的切削性能，引起了机床与工具制造业的革命性变革，推动了工业的发展和社会的进步。直至今日，
15、高速钢在制造业中仍然有着基础工具材料的地位，并在模具及结构材料等方面的应用日益广泛，所以高速钢的发展仍然受到人们的关注。在我国，由于高速钢中含有的主要合金元素 W、Mo、V 等蕴藏丰富，因此生产高速钢的条件十分有利。经过半个多世纪的努力，国产高速钢的数量已居世界之首，通用理论研究、新产品开发、新技术应用、实验方法及刀具热处理方面也取得了丰硕的成果。在新型高速钢种的研究与开发中，焦点问题是解决高速钢的硬度与其脆性之间的矛盾。硬度的提高和加入的合金元素均使高速钢的脆性增大。因此人们努力的主要目标就是在提高高速钢硬度的同时设法降低其脆性。21.2 拉刀在现代化制造业中的情况1.2.1 拉刀的地位及使
16、用中会出现的问题拉削在现代机械制造业中，应用日渐增多，这不仅是由于其加工精度高而且切削效率高，操作也简便。经过拉削的表面，一般具有 3 级精度和光洁度 p4p6，如果经过精拉削，则可达二级精度和光洁度 p7p9。拉刀上排列着许多齿刃，由于切削幅度很宽，所以即使在小的进刀量情况下，其切削阻力也很大。拉削不同金属材料时，每一个刀刃上的平均进刀量和切削阻力的关系。由于切削阻力甚大，为了保证拉削工件的精度以及拉刀切削寿命，一般都是采用低速拉削。其拉削速度为 V=29 米/分，而拉削有色金属，V=15 米/分。拉刀在拉削过程中，轴向承受很大的拉力，同时齿部因受很大的摩擦力而产生热量，所以拉刀除了同一般刀
17、具一样具有高的硬度和一定的热硬性外，还要求有足够的强度。因此对拉刀要求齿刃锋利耐磨、轴向变形小、强度大。拉刀上排列着许多齿刃，由于切削幅度很宽，所以即使在小的进刀量的情况下，其切削阻力也很大。所以，在使用过程中，由于材料材质不均匀、硬度的过高或过低、刃磨质量差等原因，经常会出现崩刃或不耐磨造成早期失效的现像24。1.2.2 拉刀材料的选择拉刀材料，主要是根据被拉削的金属材料而定。一般采用各种高速钢制造，只有少数拉削有色金属的拉刀，采用合金工具钢。在高速钢拉刀中，用料也不相同。拉削普通钢材，采用的是通用型高速钢，即18-4-1 钢或6-5-4-2 钢。当拉削一些难切削金属时，则采用超硬高速钢。最
18、近国外有人用硬质合金作拉刀，主要是适用于拉削速度高的场合。我国一些机械工厂，为了拉削铁基高温合金，如GH132或GH135等钢种，除了使用国产新型高速钢W6Mo5Cr4V2Al、 W9Cr4V5Co3外，还使用M41、 M42等超硬高速钢。31.2.3 拉刀对高速钢质量方面的要求实践证明，高速钢的质量对拉刀的切削寿命影响很大。据文献介绍，在同样切削条件下，有的拉刀可以拉削万件以上工件，而有的拉刀，仅仅拉削几十件工件就要修磨甚至要报废。当然影响拉刀切削性能的因素是多方面的。但是在热处理工艺正确，而且几何尺寸符合设计要求的情况下，凡是切削性能好的拉刀，其碳化物的分布都比较均匀；凡是崩刃，耐磨性能差
19、的拉刀，其中有95%是碳化物偏析严重。所以对制造拉刀的高速钢碳化物偏析级别的要求比较严格。国内各厂一般都控制在表1.2.1的范围内。对于齿轮刀具，是采用锻造方法以改善其碳化物的不均匀度。但对于制造拉刀的钢材，目前只能根据下表来选择钢材23。表1.2.1尺寸（直径或边长） 碳化物不均匀度30 （毫米） 3 级 30-40（毫米） 4 级 40-60（毫米） 5 级 60-80（毫米） 6 级 80-10（毫米） 7 级1.3 高速钢的发展及应用状况1.3.1 我国高速钢的发展状况众所周知，多年来我国是世界钨矿储量最大、开采与出口最多的国家。1918 年在大连钢厂已能生产少量高速钢，但发展缓慢。新中国成立后，高速钢得到迅速发展：1960 年年产高速钢材 5111t，1965 年 12003t，1971 年 19000t，已是世界高速钢生产大国。1989 年达到最高年产 33350t，其后大约在年产 3 万 t，居于世界前列。我国高速钢绝大多数用小型（15t 以下）电弧炉冶炼。采用扁模铸锭是我国的特点，钢水凝固速度比同等截面的方型或圆锭型快，因而改善了铸态组织，使钢材的碳化物质量有明显改善。直径 150mm 以上的大型材采用电渣重熔大钢锭，经快锻压机或精煅机开坯后再煅轧成材。还有采用感应炉-电渣重熔工艺生产高速钢钢带与小型材，
