剃齿刀热处理工艺试验.doc

1、剃齿刀热处理工艺试验摘要：本课题是对剃齿刀的生产材料-M2系列高速钢的热处理工艺进行研究，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，以使其能达到剃齿刀生产要求的高回火温度和高红硬性。同样，正确的热处理对于一种刀具的经济性也有着决定性的意义。关键词：剃齿刀，M2高速钢，热处理工艺 Heat treatment process test of the shaving cutterAbstract ：his topic is the study Production of shaving cuttermaterial of

2、 M2 high speed steel series of heat treatment process, topic is from the Taiyuan tool factory. Study of M2 high speed steel heat treatment process, mainly by quenching tempering and high temperature tempering test, study a method to correct heat treatment process, So that it canreach theshaving cutt

3、erproduction requirements of thehigh temperingtemperature andhigh hardness. Also, the correct heat treatment to a tool of economy also has a decisive significance.Keywords: Gear shaver, M2 high speed steel, heat treatment process目 录1 绪 论11.1 课题的背景及意义11.2 高速钢的发展及应用状况21.2.1 国外高速钢的发展状况21.2.2 我国高速钢的发展状况

4、31.2.3 质量水平与国外相比51.3 高性能高速钢的发展及特点61.4 高速钢的组织特点81.5 本课题的研究内容92 剃齿刀的加工原理及问题102.1 齿轮加工工艺简介102.2 剃齿原理102.3 剃齿加工原理112.4 剃齿刀的加工112.4.1 刀具磨损122.4.2 刀具破损122.5 失效分析与常见热处理缺陷143 M2高速钢的组织性能特点163.1 M2高速钢的成分特点163.1.1 钨在钢中的影响163.1.2 钼在钢中的影响173.1.3 铬在钢中的影响173.1.4 钒在钢中的影响183.1.5 碳在钢中的影响184 试验条件与方法194.1 试验材料194.2 试样编

5、号204.3 试验仪器与设备204.3.1 淬火工艺设备20I4.3.2 回火工艺设备214.3.3 其他各种设备214.4 工艺试验方法214.4.1 淬火工艺试验方法214.4.2 回火工艺试验方法224.4.3 高温回火工艺试验234.5 淬火工艺曲线的确定245 试验结果与分析265.1 M2淬火组织观察265.1.1 M2淬火组织金相检验265.1.2淬火组织金相图片265.1.3 碳化物的分布285.1.4 奥氏体晶粒大小285.1.5 M2淬火试样硬度测定结果与分析295.1.6 淬火组织分析305.2 M2高速钢试样回火硬度的检验315.3 淬火温度对红硬性的影响325.3.1

6、 各检测温度处理后基体的硬度335.3.2 高温回火前后硬度变化33结 论34参考文献35致 谢37附 录38II太原工业学院毕业设、1 绪论1.1 课题的背景及意义剃齿刀是直齿和斜齿渐开线圆柱齿轮的一种精加工刀具。剃齿时，剃齿刀的切削刃沿工件齿面剃下一层薄金属，可以有效的提高被剃齿轮的精度和齿面质量； 并且加工效率高，刀具寿命长，是成批、大量生产中等精度圆柱齿轮时，应用最广泛的一种加工刀具。如右图所示几种剃齿刀具。齿面上开有许多形成切削刃的窄槽，按螺旋齿轮啮合原理加工工件的齿轮形齿轮加工刀具，在加工时，刀具从齿轮的齿面上切下胡须状的细切屑，故称剃齿刀。剃齿刀用于在滚齿、插齿（见齿轮加工）后对

7、轮齿进行精加工。常用的盘形剃齿刀像一个淬硬的斜齿圆柱齿轮。 齿面上的沟槽有两种形式：一种是在整个齿圈上开有圆环形或螺旋形的通槽，槽的截面可以是矩形，也可以是梯形，这种剃齿刀用钝后只刃磨前面（槽部），齿形和外径都不改变，由于通槽不能做得太深，只适用于模数小于1.75毫米的剃齿刀；另一种为两侧面的沟槽不通，是用梳形插刀分别插出来的，为使插刀能够退刀，在每个齿的齿根处钻有倾斜的小孔。这种剃齿刀用钝后需重磨齿形和齿顶圆柱面。为了减小每个齿的切削负荷，剃齿刀的齿数较多，一般取质数，以避免与被切齿轮的齿数有公因数，否则剃齿刀的误差将复印到被加工齿轮上去。剃齿刀的精度按国际标准有AA级、A级和B级3种。在实

8、际生产中，用正确的渐开线齿形的剃齿刀剃出的齿轮齿形，往往在齿轮的节圆附近偏离正确的渐开线，向内凹进，偏差约0.010.03毫米，直齿齿轮的齿形偏差要比斜齿轮大些。为了使工件得到正确的渐开线齿形，剃齿刀的齿形应经过修正，在大量生产中都是通过实验的方法来决定剃齿刀的齿形修正曲线。剃齿刀可以加工直齿和斜齿的内、外圆柱齿轮，生产效率高、加工表面光洁。此外，还有加工精密蜗轮用的蜗轮剃齿刀，其基本蜗杆的类型和参数均应与蜗轮相匹配的工作蜗杆相同。它与齿轮剃齿刀一样，在螺旋面上开有许多窄的沟槽，以形成切削刃并容纳切屑。蜗轮剃齿刀难于制造，只有在加工精度要求很高的蜗轮时才使用。剃齿刀的加工材料主要使用M2高速钢

9、，M2高速钢通过电渣重熔精炼，其碳化物颗粒均匀、细小，综合性能优越，尤其是其脱碳敏感性小，不出现混晶，韧性较高，性价比更高，可望获得更大效益5。1.2 高速钢的发展及应用状况1.2.1 国外高速钢的发展状况自1900年由Taylor和White发明高速工具钢后，为了满足机械制造业的不断发展需要，人们陆续开发出了不同类型及牌号的各种高速钢6。在日本，高速钢的研究1940-1944年显示出快速发展。为了开发代用高速钢和机械加工的效率化，高性能高速工具钢的开发已是急迫任务。小柴广泛研究了含碳、钨、钒、钴、钼量变化情况下各种高速钢的热处理性能和切削耐用性，结果表明，高钴高速钢的切削耐用性， W的含量高

10、时效果大7。JES日本金属标准将低碳含Co高W高速钢录入第五种SKH5。关于此钢的回火硬化现象、热处理特性，门间和小柴进行了研究。该钢由于从马氏体中析出碳化物而硬化，从固溶了多量W、Co的铁素体相中析出W、Co、Fe的金属间化合物而硬化，这就是该钢虽然碳含量低，仍显出高的回火硬度和优良切削耐用性的原因。SKH5作为日本独特高速钢，在1983年JIS工具钢标准改定时仍保留8。二次大战中代用高速钢的研究，W降低到多少程度是问题的焦点。SKH6应用了上述小柴的研究成果。屈田研究了14%W-4%Cr-1%V和12%W-4%Cr-1%V钢，含W量更低的2%-8%W钢，或完全不含W的高速钢。研究结果表明，

11、8-4-1系高速1切削耐用性约为18-4-1系的4%，8-4-3系切削耐用性差于8-4-1系。8-4-1系添加了Mo改善其切削耐用性。而8-4-1系添加3%-5%Co切削耐用性优于18-4-1系4-4-1系锋利性显著差，此外2-4-1系也特别差，但添加4%Mo则优于18-4-1系。考虑了屈田的研究成果，SKH7（2-6-4-0）被列入标准，可是不添加V是个问题，1950年JIS标准修订时加了1%V8。1950年JIS标准修订时增添了SKH4B，1953年JIS标准修订时废除了SKH1。此一动向与SKH5钢表示当时切削耐用性放在重点地位。可是，1923年德国的Baumhauer发明超硬WC-Co

12、烧结合金，德国的克虏伯（Krupp）公司，美国的通用电气（GE）公司扩大超硬合金的应用范围，逐渐扩展向车削工具，作为车削工具的高速钢的地位渐渐下降。不久，SKH5及SKH4B等高合金工具钢消失，1983年JIS标准修订时步入废除命运，代之新的钼系高速工具钢出现8。在金属材料科学的形成和发展过程中，有关高速钢金相结构、相转变及组织与性能的关系是重要的组成部分，受到不少科学工作者的关注。在西方，尤其在40-60年代，对高速钢投入的研究力量和成果逐渐使其形成了特殊领域的一个独立分支。美国J.P.基尔（Gill）所著Tool Steel一书的出版（1936）首次将以高速钢为代表的工具钢（成分、组织、性

13、能、应用）作为一个技术学科分支展现与世人。次书多次修订再版，至今仍不失为全球最系统介绍高速钢材料问题的专著之一。美国P.佩森（Payson）的专著亦是本领域的重要文献。此外，日本小柴定雄（上已提及）和前苏联盖勒也都分别出版了专著介绍所在国有关高速钢的研究和使用情况9。1.2.2 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

14、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，冶金质量较好，也是特殊经验1。20世纪80年代初期，为节约用钼量以及改进W18Cr4V与M2钢各自存在的缺点，我国自行研制了W9Mo3Cr4V钢，经过短短的5-10年时间，该钢得到了迅速发展，曾达到全国高速钢总产量的1/3以上。研制W9Mo3Cr4V钢成功地达到在尽量少用钼

15、的前提下，改善W18Cr4V钢碳化物的冶金质量及热塑性，以满足四辊扭轧钻头的需要，同时也改善了M2钢易脱碳、淬火过热敏感与磨削性较差的缺点。此三种通用高速钢在使用性能上基本居同一水平，但从碳化物质量上看，M2钢最细小均匀，W9Mo3Cr4V钢次之，W18Cr4V较差，这与其钨、钼的含量不同有关。市场上钨、钼、钒的供应与价格情况常有波动，因此根据实际需要，3种通用高速钢均可供不同的选择1。我国钴资源较缺，价格昂贵，因此含钴高速钢生产很少。这种高性能超硬高速钢在欧美各国占高速钢总量的20%-25%，在我国则不及1%，因此长期不能满足工具行业制造高性能刀具的需要。为此，我国在无钴低钴高速钢方面一直进行着大量的科研工作，其中成果显著的首推W6Mo5Cr4V2Al（简称M2Al）钢。它是含1%铝的高碳M2钢，在某些场合可以代替相同V%级别的含钴超硬型高速钢如M42，部分刀具曾出口美国，受到欢迎。我国自行研制Co3N（W8Mo5Cr4VCo3N，W12Mo3Cr4VCo3N）和W9Co5（W9Mo3Cr4VCo5），其含钒量皆为1%级，超硬，易磨，虽含钴3%和含钴5%