毕业设计(论文)-65mn割草机刀片热处理工艺设计.doc

攀枝花学院
学生课程设计（论文）

题 目： 65mn割草机刀片热处理工艺设计
学生姓名：
学 号：
所在学院： 材料工程学院
专 业： 20XX级材料成型及控制工程班
方 向： 压力加工方向
指导教师： X X X
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
65Mn割草机刀片热处理工艺设计
1、课程设计的目的
使学生了解、设计65Mn割草机刀片热处理工艺设计，主要目的：（1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。
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：进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。
要求：（1）分析生产加工及热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。
（2）提交设计说明书（或设计报告），3～5千字，提交设计说明书。

3、主要参考文献
[1] 崔明择主编.工程材料及其热处理[M]. 北京：机械工业出版社，2009.7.
[2]崔忠析主编.金属学与热处理（第二版）[M]. 北京：机械工业出版社，2007.5
[3]王建安. 金属学与热处理[M]. 北京：机械工业出版社，1980
[4] 中国机械工程学会.热处理手册[M]. 北京：机械工业出版社，2006.7
[5] 范逸明.简明金属热处理工手册[M].北京：国防工业出版社，2006.3
4、课程设计工作进度计划
第18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19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

摘 要

本课程设计了65Mn割草机刀片热处理工艺设计。主要热处理为淬火、回火。该钢强度较高，淬透性较大，脱碳倾向小，但有过热敏感性，易出现淬火裂纹，并有回火淬性。在退火状态下切削加工性尚好，焊接性好，冷变形塑性低，带材可进行一般弯曲成型加工。65Mn钢强度.硬度.弹性和淬透性均比一般钢材要好的多。具有过热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差。 65Mn钢是一种碳素结构钢,淬透性和弹性极限较高,表面脱碳倾向比硅钢小,经热处理后的综合力学性能优于碳钢,常用作各种弹簧及附件等；对 65Mn割草机刀片的断裂失效进行了宏观、微观和组织分析 ,并测定了 6 5 Mn钢刀片的化学成分。指出刀片金相组织不合理是造成断裂的主要原因 ,同时 ,由于结构设计的不合理造成的应力集中也是刀片断裂的重要原因。

关键词：65mn钢，淬火，回火，淬透性，应力集中。

目 录
摘 要
1、设计任务 6
1.1设计任务 6
1.2设计的技术要求 6
2、设计方案 7
2.165mn钢种设计的分析 7
2.1.1工作条件 7
2.1.2失效形式 7
2.1.3性能要求 7
2.2钢种材料 8
3、设计说明 9
3.1加工工艺流程 9
3.2具体热处理工艺 9
3.2.1预备热处理工艺 10
3.2.2机械加工 11
3.2.3等温淬火+回火热处理工艺 12
4、分析与讨论 15
5、结束语 16
6、热处理工艺卡片 17
参 考 文 献 18

1、设计任务

1.1设计任务
65Mn割草机刀片热处理工艺设计。

1.2设计的技术要求
65Mn用钢是用以制造各种使金属在常温下变形的模具用钢。冷作模具在工艺过程中要承受很大的压力、弯曲力、冲击及摩擦，而且，冷变形加工后的零件一般不再加工或很少加工．因而模具要求有较高的尺寸精度。冷作模具的正常报废一般是刃口的磨损．也有因冲击而断裂、崩刃和变形超差而提前报废。因此，冷作模具用钢应具有高的硬度、高的耐磨性、足够的强度和韧性、热处理变形小以及较高的淬透性[1]。
65Mn钢强度.硬度.弹性和淬透性均比一般钢材要好的多。65Mn钢用于制造、形状复杂、弯曲加工，如、钢板 、刀片、圆锯、标准工具、螺纹滚模等。

2、设计方案

2.1 65Mn钢设计的分析
2.1.1工作条件
用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。。这类模具钢工作时的工作温度一般热处理规范：淬火830℃±20℃,油冷。回火540℃±50℃(特殊需要时,±30℃)。
65mn钢强度.硬度.弹性和淬透性均比一般钢材要好的多。具有过热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差。 表面脱碳倾向比硅钢小。
2.1.2失效形式
65mn钢刀片的主要失效形式有过载时效、磨损失效、和疲劳失效三种。

① 过载失效。模具材料本身承载能力不足以抵抗工作载荷(包括随机波动载荷)作用引起的失效，当材料韧性不足易产生脆断和开裂，当强度不足易产生变形和镦粗失效。冷挤压和冷镦模具易产生此类失效。
②磨损失效。割草机刀片在工作过程中摩擦损耗，使工作部位(刃口、冲头)形状和尺寸发生变化引起的失效。对工作表面尺寸和质量要求高的冲裁模、挤压模易产生此类失效。
③多冲疲劳失效。刀片承受的载荷都是以一定冲击速度和能量反复作用，其工作状态与小能量多冲疲劳实验相似。由于材料硬度高，裂纹萌生占绝大部分。

2.1.3性能要求
65mn弹簧钢用于割草机刀片的材料要求强度高，韧性好，高强度下能正常工作，有较强的耐磨性。
①良好的切削能力（表现在齿的硬度和几何形状）
②高的屈服度、款的疲劳极限；
③在高温下保持一定的热强度、红硬性；
④良好的抗松弛性
⑤耐冲击（AK值高）
⑥稳定的组织及尺寸

2.2钢种材料
65mn 强度.硬度.弹性和淬透性均比65号钢高，具有过热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差。 受中等载荷的板弹簧，直径达7-20mm的螺旋弹簧及弹簧垫圈.弹簧环。高耐磨性零件，如磨床主轴.弹簧卡头.精密机床丝杆.切刀.螺旋辊子轴承上的套环.铁道钢轨等。65Mn密度 ρ=7.85克/立方厘米，该钢可以冷轧成钢板、钢带和钢丝，制作弹簧。65Mn也可以制作成如钳工的凿子、划针等工具。65Mn钢可制作一般截面尺寸为8～15mm左右的小型弹簧如各种小尺寸扁、圆弹簧，底垫弹簧、弹簧发条。

3、设计说明

3.1加工工艺流程
65Mn割草机刀片热处理工艺设计热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 下料→锻造→预备热处理(去应力退火)→粗机加工→等温淬火+回火→精加工。
65mn成分[5]见表3.1。
表3.1 65mn钢 的化学成分(质量分数，%)
C
Si
Mn
Cr
Ni
P
S
0.62~0.70
0.17~0.37
0.90~1.20
≤0.25
≤0.30
≤0.035
≤0.035
成分分析：
高的含碳量可保证形成大量的合金碳化物，淬火加热时，一部分融入奥氏体中，提高其稳定性，同时也使马氏体中的合金元素含量增加，保证其硬度；而未溶的碳化物则起细化晶粒、提高韧性的作用．并提高钢的耐磨性。
Si和Mn是主要的合金元素，它使钢的淬透性大大增加，提高其回火稳定性，Si还可提高屈强比，单硅含量高时有石墨化倾向，加热时钢易于脱碳；Mn增大钢的过热倾向。

3.2具体热处理工艺
65mn钢的热处理包括初期的锻造和预先热处理，以减少碳化物的不均匀分布，为后续淬火、回火提供优良的原始组织。
65mn钢的热处理工艺分析：
①通过锻造和随后的球化退火处理，形成均匀，细小，弥散分布的碳化物，改善模具内部的组织条件，尤其是碳化物分布，为最终热处理准备组织条件，避免局部的应力集中产生热处理开裂，同时有助于提高模具的寿命，解决断裂和龟裂问题。
②65mn钢属于高碳高铬钢，含碳量和含铬量高，形成了大量的碳化物和高合金度的马氏体。使钢具有高硬度、高耐磨性。耐磨陛。铬又使钢具有高的淬透性和回火稳定性。由于Cr的大量存在，钢液结晶时析出的大量共晶碳化物，硬度大。

3.2.1 预备热处理工艺
(1) 去应力退火
刀片经机械加工生产产生很大应力，若不去除，淬火后必然会长生很大的变形。去应力工艺为：夹直500~550℃x3~4h℃。，如图3.2A

T/℃

500~550℃
3~4h
炉冷

t/h
图3.2

（2）最终热处理：
等温淬火+回火捆绑铁丝。4~6股20号铁丝单件绑扎，铁丝一定要铁牢锯片表面，每两片为一串，有专用夹具也可以4片一串。预热。580~620℃x5~6min，炉中放两到三串。加热。在盐浴炉中加热，815~825℃x3~4min，装炉量一到二串。冷却。在硝盐中进行等温淬火，300~320℃x20~25min，等温温度高点较好，等温时间不宜超过30min，不然很难压平。 等温淬火如图3.3A所示；压平。从等温槽出来，迅速用干燥的锯木屑擦干盐至渍，用压力机压平。
回火。初步压平的锯片装在专门的回火卡具上回火，每扎30~40片，每5~6片之间放一垫片。垫片材料为Q235A钢，厚度20~25mm，外径比锯片大10mm左右，经平磨加工过。心轴为 4mm的45钢。回火在井式炉中进行，要夹紧，300~400℃ x2h，回火出炉后趁热还可以再夹紧，冷至室温拆开如图3.4A

：
T/℃
815~825℃
3~4min
580~620℃ 300~320℃
5~6min 20~25min

t/min
图3.3 65mn钢的淬火处理工艺
T/℃

300~400℃
2h
空冷

T/h
图3.4 65mn回火处理工艺

3.2.2机械加工
3.2.3用等温处理代替淬火+低温回火处理
对65Mn钢冷切刀片采用淬火回火工艺普遍，多数厂家运用的淬火介质是油，少数厂家在硝盐中分级冷却（在200~220℃的硝盐中停留2-3min取出后在压力机上校直）在最后的360~370℃回火，得到回火屈氏组织，其硬度为45~50HRK,AK=25~30J/㎡。加热温度也是86 0 ℃ 加热油淬后, 在不同的温度回火2h;然后在不同温度的硝盐中等温停留30 m in 。等温处理的试样, 最后经20 0 ℃ x1.5h回火。现在各厂家采用的淬火回火工艺处理后, 硬度值为45 ~ so H R C, 符合有关标准和用户的要求。这一硬度范围对应的冲击韧度(a K值)是25 ~ 30 J/cm^2。大量的生产实践已经,证明, 这样的韧度值, 在使用过程中是不会发生碎裂、崩刃、折断等非正常破坏的, 使用是安全的。但是, 如果采用3 00 一3 20 ℃ 等温处理, 获得下贝氏体组织, 其硬度可提高到50 ~ 5 5 H R C, 冲击韧度提高到
a K = 30~40J/cm^2。下贝氏体组织既具有高硬度、高强度, 又具有高韧度, 这一研究结论是在多年以前就得出了。对65Mn钢锯片的长期生产和使用的实践已经证明, 在保证韧度要求前提下, 其硬度值越高, 它的耐磨性越好, 切削寿命越长。因此, 用贝氏体等温处理取代淬火回火处理, 提高锯片的内在质量和使用寿命是完全可行的。锯片是薄壁工具, 厚薄均匀一致, 在大批量生产中, 等温处理工艺也是容易实现的。工厂要推广这一工艺, 只需要很少的经济投入(硝盐护和硝盐的消耗), 而提高锯片质量后,在节约钢材, 提高寿命和减少更换锯片次数等方面则有很大的社会效益和经济效益。
3.2.4物理性能
65mn钢属于高耐磨微变形冷作模具钢，其特点是具有高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高抗弯强度，仅次于高速钢，是冲模、冷镦模等的重要材料，其消耗量在冷作模具钢中居首位。
4、分析与讨论

缺陷：从失效分析可知，绝大多数的锯片是因磨损而停用的。所以锯片的硬度高，耐磨性就好，切削能力就强，使用寿命就高。当然，在同样硬度的条件下, 耐磨性还和金相组织有关系，有不同工艺获得的相同硬度，常常因金相组织的差异导致寿命的极大悬殊。因此锯片质量好坏，很大水平上取决于热处理水平的高低。
防止方法：要求锯片有足够的韧性，正应力约为1500-4000MPa，在这样大的正应力作用下而不破坏, 要求锯片有足够的抗弯强度。硬度和抗磨损能力, 是关系锯片使用寿命的最关键的性能指标。

5、结束语

65mn钢的热加工工艺流程一般为:下料→锻造→预备热处理(去应力退火)→粗机加工→等温淬火+回火→精加工。在热处理过程，不同处理得到不同的组织形态，保证下一步有效地进行。割草机刀片是多刃刀具, 在切削过程中其刃部的线速度很高, 但切削过程是不连续的, 刃部周期性地受力, 瞬间由零变至最大, 受到很大的冲击负荷, 并产生振动。所以, 要求锯片有足够的韧性。圆锯片刃部的前刃面上的应力分布如图2所示。在通常情况下, 正应力大约为
1500-4000 M Pa ,在这样大的正应力作用下而不破坏, 要求锯片有足够的抗弯强度。 65Mn钢是一种碳素结构钢,淬透性和弹性极限较高,表面脱碳倾向比硅钢小,经热处理后的综合力学性能优于碳钢,常用作各种弹簧及附件等。
6、热处理工艺卡片

零件名称：65mn钢割草机刀片
热处理工艺卡
处理要求：下料→锻造→预备热处理(去应力退火)→粗机加工→等温淬火+回火→精加工
热处理技术要求：恰当控制温度和时间
硬度：大于等于50HRC
材料：65mn钢
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
锻造加热

1000~1050
--
--
--
炉冷

2
去应力退火理

500~550
3h
1
4h
炉冷

3
等温淬火

300~320
20~25min
1-2
2-3h
等温

4
回火

300~400
2h

空冷

5

6

更该
日期

更改
单号

更改
标准
更改者

参 考 文 献

[1] 《具热处理工艺400例》 赵步青
[2] 《金属热处理》1994年第11期
[3] 中国机械工程学会热处理学会．热处理手册第二卷［M］.北京：机械工业出版社，2003：345-354．
[4] 《热处理炉》哈尔滨工程大学出版社
[5]《 热处理手册》 中国机械工程学会热处理学会 编
[6]《金属学与热处理》催忠圻