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1、.Y/心AfS川131UCAl心3AM14金属材料与热处理技术课程设计题目：T12钢热处理工艺课程设计院（系）：冶金材料系专业年级：材料1201负责人：陈博唐磊，杨亚西，合作者：谭平，潘佳伟，多杰仁青指导老师：里珍热处理工艺课程设计任务书系部冶金材料系专业金属材料与热处理技术学生姓名陈博，杨亚西，唐磊，谭平,多杰仁青，潘佳伟课程设计题目T12设计任务：1,课程设计的目的：为了使我们更好地理解碳素工具钢的性能及其热处理工艺流程。培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去处理工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。学习热处理工艺设计的一般措施，热处理设备选用和装夹具设计等进行热处理设计的基础技
2、能训练。2 .课程设计的任务分组（碳素工具钢T12）：铿刀的热处理工艺（唐磊）：热处理后的组织金相分析（陈博）：淬火（潘佳伟）：回火（多杰仁青）：局部淬火（谭平）：缺陷分析（杨亚西）3 .课程设计0内容：T12钢热处理工艺设计流程4参照文献：【1】詹艳然，吴乐尧，王仲仁.金属体积成形过程中温度场的分析.塑性工程学报，2023,8（4）2叶卫平，张覃轶.热处理实用数据速查手册.机械工业出版社.2023,5960【3】许天己钢铁热处理实用技术.化学工业出版社2023,134136设计进度安排：第一周周一周二钢的一般热处理工艺设计理论学习周三周五分组进行经典金属材料B热处理工艺设计第二周周一周三撰写
3、设计阐明书周四周五答辩指导教师（签字）:热处理工艺卡材料牌号T12零件重量铿刀400g工艺路线热轧钢板冲压下料一一退火一一校直一一铳或刨侧面一一粗磨一一半精磨一一剁齿一一淬火加回火。技术条件检查措施硬度HRC60-62,HB207洛氏硬度计，布氏硬度计金相组织珠光体，马氏体和渗碳体金相观测力学性能硬度：退火，207HB,压痕直径力4.20mm；淬火：262HRC布氏法，洛氏法匚序号工序名称设备装炉方式及数量加热温度。C保温时min冷却介质温度冷却时间min1预热加热炉550-650加热时间05-6倍2球化退火退火炉760-7702-4h空气550-6004h3淬火保护气氛炉770-780水15
4、0-200101低温回火回火炉一160-1800.75-Ih空气15060热处理工艺卡编制人陈博编制H期审核日期目录基本资料4工艺规范5T12*01铿刀材料的选择62铿刀的热处理工艺62. 1球化退火的!详细工艺62.2T12钢制铿刀，其工艺路线如下：62.3淬火724I口I*2. 5局部淬火93热处理后组织金相分析94质量检查145缺陷分析15序号牌号化学成分CMnSiSP不不小于1T70.400.350.0300.0352T83T8Mn4T90.405TlO6Tll7T128T13表1、碳素工具钢化学成分表2、碳素工具钢性能牌号退火状态试样淬火硬度值HB不大于压痕直径，mm不小于淬火温度，
5、C和冷却剂硬度值HRC不小于T71874.40800-820水62T8780-800水T8MnT91924.35760-780水TlO1974.30Tll2074.20T12T132174.10工艺规范1、临界点温度（近似值）Acl=730oC、,Accm=820C、Arl=700oC2、正火规范正火温度850870c,空冷，硬度269341HBW3、一般退火规范退火温度760770C,保温24h,再以30oC/h冷速，随炉缓冷到500600。C,出炉空冷。4、等温球化退火规范1） 760770C24h,680700C46h,等温后炉冷到500600C,出炉空冷，硬度207HBW2） 7507
6、70C2h,680700C23h,硬度179207HBW,珠光体组织24级，网状碳化物等级W2级。5、调质处理规范淬火温度800820C,油冷；回火温度640680C,保温时间23h,球化级别：35级，硬度183207HBWo6、一般淬火、回火规范淬火温度760780C,水冷、水油双液冷却或碱浴冷却.硬度W62HRC,回火温度（18010）Cc7、薄片切断刀微变形处理1）调质处理：760770CX4.25min淬入三硝水介质，600610CIh空冷回火。2)最终热处理：850860C80s淬三硝水23s后，入硝盐180190CX4min空冷，270280cIh空冷，硬度5657HRC.T12钢
7、的物理性能表2-24-2T12钢的临界温度临界点AclACmArl温度（近似值）/C730820700表2-24-3T12纲的线（膨）胀系数温度/C20-10020-20020-30020-5002070020-900线（膨）胀系数/C11.510-613.010614.310-615.110615.810-632.4106表2-247T12钢的质量定压热容温度/C300500700900质量定压热答cpJ(kgk)-1548.4728.5649.O636.4T12锂刀热处理1牲刀材料的）选择据上面的分析得知锂刀的材料选用必须具有高硬度、高耐磨性和足够B韧性，故应选择TIl或T12钢。2锂刀的
8、!热处理工艺路线：热轧钢板（带）下料一一锻（轧）柄部一一球化退火一一机加工一一淬火一一低温回火2.1 球化退火时详细工艺一般（缓冷）球化退火，缓冷合用于多数钢种,尤其是装炉量大时，操作比较以便，但生产周期长；等温球化退火，合用于多数钢种，尤其是难于球化的钢以及球化质量规定高的钢（如滚动轴承钢）；其生产周期比一般球化退火短，不过需要有可以控制共析转变前冷却速率的炉子；周期球化退火，合用于原始组织为片层状珠光体组织的J钢，其生产周期也比一般球化退火短，不过在设备装炉量大欧J条件下，很难按控制规定变化温度，故在生产中未广泛采用；低温球化退火，合用于通过冷形变加工的钢以及淬火硬化过时钢（后者一般称为高
9、温软化回火）；形变球化退火，形变加工对球化有加速作用,将形变加工与球化结合起来，可缩短球化时间。它合用于冷、热形变成形的钢件和钢材（如带材）是在Acm或Ac3与AeI之间进行短时间、大形变量的热形变加工者；或是在常温先予以形变加工者；也可以是运用铸造余热进行球化者）。球化退火：将毛坯加热到760-770,保温2-4h然后以30-50/卜的速度冷却到550-600出炉后空冷，处理后组织为球化体，硬度为180-200HB。淬火温度为770-780C,可用盐溶液、高频感应加热或在保护气氛炉中加热,以防止表面脱碳和氧化。加热后水冷，由于锂刀柄部规定较低，在淬火时先将齿部放在水中冷却，待柄部颜色变成暗红
10、色时才所有倾入水中。当锂刀冷却到150-200时，提出水面。木锤校直。低温回火：温度为160T80C,事时间0.75Th,空冷。成品板铿表面刃部硬度64-67HRC,柄部V35HRC2.2 T12钢制铿刀，其工艺路线如卜：铸造热处理机加工热处理一一精加工。铿刀由T12锻成，然后退火磨削校正，经剁锂机剁出铿齿后在淬火，硬度一般62-67HRC0预热：为了减少锂刀加热时内部产生应力，使之弯曲小和防止裂纹,对锤刀在加热之前要进行预热以到达以上目的。预热温度为550650C,时间为加热时间的J56倍。T12钢的热处理工艺曲线锻后热处理也叫退火得到0是球化珠光体组织，硬度一般为机械加工可以加工时动0范围
11、，机加工后日勺热处理叫淬火+回火，一般采用较低B温度回火，得到0是回火马氏体+碳化物，硬度较高T12钢780C水淬、低温回火后为回火马氏体和碳化物.铸造后，晶粒破碎，硬度强度增大。第一次热处理应当为退火。目时：减少材料的硬度，使组织均匀，利于机械加工，此时的组织为铁素体加渗碳体的机械混合物。HRC不会超过30。第二次热处理后，对于铿刀，其硬度应当不小于50HRC,同步保证材料0耐磨性。此时组织为马氏体和少许0奥氏体。淬火温度760780,回火温度16180,回火后硬度不小于HRC60T12是碳素工具钢，含碳量1.2%退火：（图8）放煤气炉上面烧到红色，然后关掉炉子，把刀子放在炉子上冷却，或者空
12、气冷却也可以退火0目0:重要是减少金属材料B硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残存应力，提高组织和成分B均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。2.3 淬火：（图6、图7）放煤气炉上面烧到亮红色（稍微有点泛白），然后迅速拿出，刀尖向下垂直插入油中，保持一段时间，取出，然后迅速回火淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件时硬度，强度和耐磨性,为后道热处理作好组织准备等。淬火裂纹的特性在淬火过程中，当淬火产生0巨大应力不小于材料自身0强度并超过塑性变形极限时，便会导致裂纹产生。淬火裂纹往往是在马氏体转变开始进行后很快产生的，裂纹的分布则没有一定的规律，但一般轻易在工件的尖角、截面突
13、变处形成。在显微镜下观测到0淬火开裂，也许是沿晶开裂，也也许是穿晶开裂；有时呈放射状，也有时呈单独线条状或呈网状。因在马氏体转变区的冷却过快而引起的淬火裂纹，往往是穿晶分布，并且裂纹较直，周围没有分枝的小裂纹。因淬火加热温度过高而引起的淬火裂纹，都是沿晶分布，裂纹尾端尖细，并展现过热特性:构造钢中可观测到粗针状马氏体；工具钢中可观测到共晶或角状碳化物。表面脱碳的高碳钢工件，淬火后轻易形成网状裂纹。这是由于，表面脱碳层在淬火冷却时的体积胀比未脱碳B心部小，表面材料受心部膨胀0作用而被拉裂呈网状。非淬火裂纹的特性淬火后发现的裂纹，假如裂纹两侧有氧化脱碳现象，则可以肯定裂纹在淬火之前就已经存在。淬火
14、冷却过程中，只有当马氏体转变量到达一定数量时，裂纹才有也许形成。与此相对应由J温度，大概在250如下。在这样的低温下，虽然产生了裂纹，裂纹两侧也不会发生脱碳和出现明显氧化。因此，有氧化脱碳现象B裂纹是非淬火裂纹。假如裂纹在淬火前已经存在，又不与表面相通，这样的内部裂纹虽不会产生氧化脱碳，但裂纹的线条显得柔软，尾端圆秃，也轻易与淬火裂纹的线条刚健有力，尾端尖细的特性区别开来。分析当工件在铸造过程中形成裂纹时，淬火加热即引起裂纹两侧氧化脱碳。伴随脱碳过程的进行，裂纹两侧的碳含量减少，铁索体晶粒开始生核。当沿裂纹两侧生核0铁素体晶粒长大到彼此接触后，便向离裂纹两侧较远0基体方向生长。由于裂纹两侧在脱
15、碳过程中碳浓度B下降，也是由裂纹B开口部位向内部发展，因而为铁素体晶粒的不停长大提供了条件，故最终长大为晶界与裂纹相垂直的柱状晶体。2.4 回火：（图9）炉子开小火焰，锂刀不要靠火焰太近，最佳是用砂纸将刚淬火后0刀子磨出某些金属本色，在回火的时候掌握不要让刀子变蓝色就可以回火的目的：重要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。回火脆性：是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。淬火钢在回火时，伴随回火温度0升高，硬度减少，韧性升高，不过在许多钢0回火温度与冲击韧性0关系曲线中出现了两个低谷，一种在200400C之间，另一种在450650C之间。随回火
16、温度0升高，冲击韧性反而下降的现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。第一类回火脆性第一类回火脆性又称不可逆回火脆性，低温回火脆性，重要发生在回火温度为250400时。特性（1）具有不可逆性；（2）与回火后0冷却速度无关；（3）断口为沿晶脆性断口。1、产生的原因三种观点：（1）残存A转变理论2）碳化物析出理论（3）杂质偏聚理论2、防止措施无法消除,不在这个温度范围内回火，没有可以有效克制产生这种回火脆性的合金元素（1）减少钢中杂质元素的含量；（2）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化A晶粒；（3）加入Mo、W等可以减轻；（4）加入Cr、Si调整温度范围（推向高温）；（5）采
17、用等温淬火替代淬火回火工艺。第二类回火脆性第二类回火脆性又称可逆回火脆性，高温回火脆性。发生0温度在400650C,特性（1）具有可逆性；（2）与回火后的冷却速度有关；回火保温后，缓冷出现，快冷不出现，出现脆化后可重新加热后快冷消除。（3）与组织状态无关，但以M的脆化倾向大；（4）在脆化区内回火，回火后脆化与冷却速度无关；（5）断口为沿晶脆性断口。3、影响第二类回火脆性0原因（1）化学成分（2）A晶粒大小（3）热处理后的硬度4、产生的机理出现回火脆性时，Ni.Cr.Sb、Sn.P等都向原A晶界偏聚，都集中在23个原子厚度的晶界上，回火脆性随杂质元素的增多而增大。Ni、Cr不仅自身偏聚，并且增进
18、杂质元素B偏聚。（2）淬火未回火或回火未经脆化处理的，均未发现合金元素及杂质元素的偏聚现象。（3）合金元素MO能克制杂质元素向A晶界的偏聚，并且自身也不偏聚。以上阐明：Sb、Sn、P等杂质元素向原A晶界偏聚是产生第二类回火脆性0重要原因，而Ni、C不仅增进杂质元素0偏聚，且自身也偏聚，从而减少了晶界B断裂强度，产生回火脆性5、防止措施（1）提高钢材B纯度，尽量减少杂质；（2）加入适量的Mo、W等有益的合金元素；（3）对尺寸小、形状简朴的零件，采用回火后快冷时措施；（4）采用亚温淬火（AA3）:细化晶粒，减少偏聚。加热后为A+F（F为细条状），杂质会在F中富集，且F溶解杂质元素的能力较大，可克制
19、杂质元素向A晶界偏聚。（5）采用高温形变热处理，使晶粒超细化，晶界面积增大，减少杂质元素偏聚B浓度。2.5 局部淬火：淬火的时候把前面的油换成很浅的水（5mm左右），下水的时候刀刃向下，注意一点，淬水后来一定立即回火，否则易开裂(a)在水中淬火图2为试样在900C和800以IOSl应变速率经30%变形后立即水淬B显微组织，给出了试样心部和边部形貌。可以看出试样心部和边部组织有一定差异。如图2的(a)和(b),试样在900变形，边部基本上为马氏体/贝氏体，只有少许的先共析铁素体组织在原奥氏体晶界处析出；心部的铁素体量有所增长。当变形温度为800C时，如图2(c)、(d),组织构造同900C时没有
20、较大差异，边部0铁素体量比心部铁素体量增多。低碳碳素钢变形在水中淬火后析出0先共析铁素体基本上为魏氏组织型铁素体，且沿原奥氏体晶界析出。图2试样在900和800以IOs1应变速率经30%变形后立即水淬的显微组织当温度为800时，无论是边部和心部其先共析的铁素体量都比900时多，并且晶粒尺寸都明显增大。亚共析钢在持续冷却过程中，假如冷却速度低于铁素体析出B临界冷却速度，将会发生从奥氏体中析出先共析铁素体B相变。在水中淬火，虽然是在试样日勺边部仍然有先共析日勺铁素体出现，阐明冷却速度较低，碳素钢在水中的淬透性较差。(b)在干冰酒精溶液中淬火图3为试样在900和800以IoSl应变速率经30%变形后
21、立即淬火0显微组织，淬火介质为-600干冰酒精溶液。试样心部和边部B组织有明显差异，为铁素体和珠光体混合组织。但当变形温度为900时，如图3(a),铁素体为等轴状且晶粒尺寸较大,珠光体含量多并且珠光体团尺寸大；变形温度减少，如图3(b),铁素体由等轴化逐渐变成拉长且晶粒尺寸减小，珠光体尺寸和含量都明显减少。从图3中可见，与在水中淬火相比，虽然干冰酒精溶液温度很低(-60)但试样在其中的冷却速度却极低，高温日勺奥氏体组织所有转变成铁素体-珠光体组织，对研究低碳碳素钢在变形诱导铁素体相变过程中组织演变十分不利。图3试样在90OC和800C以IOs1应变速率经30%变形后立即淬火的!显微组织(c)在
22、冰盐水中淬火图4为试样在900以IOs1应变速率30%变形后立即放入具有50%NaCl的冰盐水中淬火的显微组织，给出了试样边部、距边部1/2处和心部的形貌，试样经变形后厚度为10.5mm。可以看出试样心部和边部组织差距较大。试样边部所有为马氏体/贝氏体组织，没有先共析铁素体析出；距边距1/2处组织基本上为马氏体/贝氏体组织，有少许先共析铁素体形成；心部组织中铁素体含量略有增长。先共析铁素体基本上为魏氏组织型铁素体和少许块状铁素体，且沿原奥氏体晶界析出。比较图2和图3可发现，低碳铁素体钢在盐水中淬透性增长，钢在盐水中0冷却速度比在水中几乎可提高两倍。边部B冷却速度快，淬火后可得到所有的淬火组织，
23、虽然在心部冷却速度减少，先共析铁素体的含量和晶粒尺寸都减小。不仅淬火介质对钢的淬透性有很大的影响，试样的尺寸效应对冷却速度影响也很大。其他变形条件相似，变形量增大70%,试样经变形后厚度为4.5mm,图5给出了试样边部和心部0形貌。试样0心部大部分为淬火态的马氏体/贝氏体板条状组织，在试样B心部大部分为淬火0马氏体/贝氏体板条状组织，只有很少许铁素体形成，并且铁素体的形貌发生变化。粗大的魏氏组织明显减少，铁素体晶粒尺寸很小。比较图4和5的组织状态可以发现，当变形量小的时候，其式样的尺寸较大，则淬火是冷却速度减少，在边部可以得到淬火后的组织,把高温的组织保留下来,但心部0冷却速度不够，因此仍然有
24、较多0且尺寸较大0先共析铁素体析出。若变形量提高，试样尺寸减小，则淬火时冷却速度加紧，在边部可以得到淬火后的组织，把高温的奥氏体组织保留下来，心部冷却速度也增大，先共析铁素体量明显减少。图4试样在900以IOs1应变速率30%变形后放入冰盐水中的淬火显微组织图5900以IOs1应变速率70%变形在冰盐水中淬火B显微组织(a)边部(b)心部3热处理后组织金相分析淬火后组织阐明：加热到83(C,在16(C硝盐中停留2分钟后空冷，得到淬火马氏体碳化物以及残存奥氏体。针状马氏体呈竹叶状或凸透镜状，在空间形似铁饼。针状马氏体之间一般互成60或120。角，一般限制在奥氏体晶粒内，最初形成的马氏体针贯穿奥氏
25、体晶粒,后形成的马氏体较短，先形成的马氏体较易浸蚀。因此完全转变的马氏体为大小不一样，分布不规则，颜色深浅不一的针状组织。图6T12钢在正常温度淬火后的显微组织图7T12钢过热淬火组织退火后组织阐明：珠光体珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，强韧性很好.其抗拉强度为750900MPa,180280HBS,伸长率为2025%,冲击功为2432J.力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性很好。b=770MPa,180HBS,=20%35%,AKU=2432J)。经2-4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在不一样放大倍数的显微镜下可以观测到不一样特性时珠光体组织.当放大倍数较高时可以清晰地
26、看到珠光体中平行排列分布的宽条铁素体和窄条渗碳体；当放大倍数较低时,珠光体中0渗碳体只能看到一条黑线;而当放大倍数继续减少或珠光体变细时，珠光体0层片状构造就不能辨别了，此时珠光体呈黑色B一团。图8T12钢经球化退火后的组织回火组织阐明：索氏体回火索氏体的定义及组织特性。回火索氏体(temperedSorbite)是马氏体于回火时形成的，在在光学金相显微镜下放大50(600倍以上才能辨别出来，其为铁素体基体内分布着碳化物(包括渗碳体)球粒的复合组织。它也是马氏体0一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物0混合物。此时0铁素体已基本无碳0过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。常温下是一种平衡组织。图9T1
27、2钢在1501C回火组织84质量检查检查内容及措施硬度先以原则块校对硬度计，确认后方可进行测试硬度。检查硬度前，应将零件表面清理洁净，清除氧化皮，脱碳层及毛刺等且表面不应有明显的机加工痕迹，被测零件日勺温度以室温为准，或略高于室温但以人手能稳稳抓住为限。淬火部位检查硬度不少于1处，每处不少于3点，不均匀度应在规定的范围内。一般的正火、退火件、调质件采用布氏硬度计检查。对于尺寸较大者可用锤击式硬度检查，淬火件用洛氏硬度计检查。对于尺寸较大者，容许用肖氏硬度计替代。渗碳或硬化层较薄的零件，用维化硬度计检查。当使用铿刀检查零件硬度时,必须注意锂痕B位置，应不影响零件B最终硬度。有色金属检查以布氏、H
28、RB为宜。选择加载负荷时，应以零件时详细规定，被测部位的大小、厚薄等作为选择根据，规定换算精度要高、要精确。2）变形板挫在检查平台上用塞尺检查其不平度。3）外观经热处理后，均应用肉眼或低度放大镜观测其表面有无裂纹、烧伤、碰伤、麻点、锈蚀等。对重要零件或易产生裂纹0零件，应用探伤或浸煤油喷沙等手段检查。a）金相b）材料c）对材料发生怀疑时，可送理化室用看谱镜（光谱仪）或采用磨火花的方式等检查材料与否与图纸规定相符。原材料0检查按有关规定进行。缺陷分析产生原因采用措施过热和过烧1.淬火温度过高或保温时间过长温度控制不准2.原材料碳化物偏析严重，局部含碳量过高3.淬火加热过程中表面产生增碳或脱碳1.
29、严格执行热处理工艺要求2.加强对原材料的质量检查3.过热零件进行返工后再重新淬火，过烧B所有报废变形和开裂1.加热速度快温度不均匀2.加热温度高或保温时间长3.原材料的碳化物呈带状或网状，导致合金元素偏析严重夹杂物超标4.淬火后未及时回火或回火不充足5.淬火后清洗过早1.对的选择加热温度和保温时间，预热充足2.加强对原材料的质量检测3.采用分级淬火或等温淬火工艺硬度局限性1.淬火温度低或加热时间短2.回火加热温度高或保温时间长3.冷却不妥分级温度过高引起二次硬化物析出或冷至室温则进行清洗4.氧化脱碳进行返修处理，退火后淬火加回火表面脱碳1.脱氧不良，捞渣不彻底2.表面的氧化皮带入炉中1.进行正
30、常的盐浴脱氧，保证零件的表面清洁2.对工件夹具进行喷砂或喷丸表面腐蚀1.刀具加热过程中在空气与盐浴交界处出现腐蚀麻点2.盐浴中夹杂物超标3.工件的放置不妥1.淬火回火后应及时处理表面B残渣2.在盐浴中浸一下可保证工件时表面清洁3.盐浴准时脱氧，化验合格后才能进行批量生产参照文献【1】詹艳然，吴乐尧，王仲仁.金属体积成形过程中温度场日勺分析.塑性工程学报,2023,8(4)2轴对称体扭压成形过程的热力耦合有限元分析.金属成形工艺，1998,3【3】叶卫平，张覃轶.热处理实用数据速查手册.机械工业出版社.2023,59-60【4】许天己钢铁热处理实用技术.化学工业出版社2023,13413656张凯锋，魏艳红，魏尊杰.材料热加工过程0数值模拟，哈尔滨工业大学出版社,20236李传民，王向丽.金属成型有限元分析实例指导教程.机械工业出版社，2023
