1、手用锯条材料的热处理工艺研究综合实验doc1、绪论：摘要-1关键词-1前言-22、实验方案及方法：2.1实验研究对象-32.2实验理论准备-32.3实验流程设计-32.3.1总的工艺流程-32.3.2具体工艺制定、参数作用及热处理后组织-33、实验结果和讨论3.1原始组织分析及硬度-73.2球化退火后组织及硬度-83.3淬火后组织及硬度-93.4回火后组织及硬度-114、结论和建议41结论-124.2建议-125、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
2、共析钢，含碳量0.951.04%，Si0.35%,Mn0.40%.硬度供应状态HB187,淬火后HRC62.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
3、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1516亿支。 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1.2mm2mm),与传统的往复锯和圆盘锯相比可省原料理610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，
4、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
5、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
6、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：HB197217参数选择：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
7、79030/h680700至600至室温保温时间/h2-44-6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（3050）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3050目的是为了
8、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：HRC 6365参数选择：加热温度：727+3050=757777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=1.0 min/mm （查表）；修正系数 K=4 (查表)；锯条的有效厚度 D=22.5mm;实际零件厚度 D=10.37mm;根据公式 t=1.0min/mm * 4 *
9、 (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t7577775%盐水溶液t=a*K*D1.0min/mm41037mm45min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175185 （低温）12h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
10、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： HRC 22 23 24平均值 22 32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，
11、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：HRC 20 18 19.5平均值：19.2硬度分析：此硬度最利于切削，达到预期效果。33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
12、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：HRC 65.5 66.5 65.5平均值：65.834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
13、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： HRC 66 65.5 65 65.5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
14、：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，
15、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180250。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
16、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，
17、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688769HV升高至825889HV，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： 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； 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； 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； 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； 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 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 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
