9MN2V机床丝杠热处理工艺设计毕业论文.doc

9MN2v 机床丝杠热处理工艺设计【摘要】 机床丝杠分类及其应用 机床丝杠按其摩擦特性可分为三类：即滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。各级精度丝杠应用 范围如下：4 级为目前最高级，一般很少应用；5 级用于精密仪器及机密机床，如坐标镗床、 螺纹磨床等；6 级用于精密仪器、精密机床和数控机床；7 级用于精密螺纹车床、齿轮加工 机床及数控机床；8 级用于一般机床，如卧式车床、铣床；9 级用于刨床、钻床及一般机床 的进给机构。 一般所说的精密丝杠是指 5、6、7 级丝杠。共有五项基本参数：即外径 D、内径 D1、 中径 D2、螺距 T 及牙形半角 /2。由于丝杠要传递准确运动，因此，按 JB2886-81 规定，丝 杠及螺距的精度，根据使用要求分为 6 个等级：4、5、6、7、8、9(精度依次降低)。精密丝 杠有淬硬丝杠和不淬硬丝杠两种。前者的耐磨性较好，能较长时间保持加工精度，但加工工 艺复杂，必须有高精度的螺纹磨床和专门的热处理设备，而后者只需要精密丝杠车床。滑动 丝杠的牙型多为梯形。这种牙型比三角形牙酬具有效果高，传动性能好，精度高，加工方便 等优点。滚动丝杠义分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。滚珠丝杠与滚柱丝杠相比而言，摩擦 力小，传动效率高，精度也高，因而比较常用，但是其制造工艺比较复杂。 滚珠丝杠副和滚珠丝杠的精度等级也分为六个等级。 由于滑动丝杠结构简单， 制造方便， 所以在机床上应用比较广泛。丝杠是细长柔性轴，它的长度 L 与直径 D 的比值很大，一般 为 2050，刚性较差。结构形状复杂，有很高的螺纹表面要求，还有阶梯、沟槽等，所以， 在加工过程中易出现变形。 静压丝杠有许多的优点， 常被用于精密机床和数控机床的进给机 构中。其螺纹牙形与标准梯形螺纹牙形相同。但牙形高于同规格标准螺纹 1.52 倍，目的在 于获得良好油封及提高承载能力。但是调整比较麻烦，而且需要一套液压系统，工艺复杂， 成本较高。在国家标准 GB785-65 中，对普通梯形螺纹精度是按中径公差划分的。【关键词】 丝杠 发展与历程 9Mn2v与低合金 工具钢 显微组织分析 热处理 特性 缺陷 工艺 尺寸稳定性1 概述1.1 丝杠材料的选择丝杠是现代机械中应用较广泛的一种机械传动零件，合理地选择和使用金属材料尤为重要。大致上讲，应主要满足丝杠材料所需的机械性能、工艺性能和经济性要求三个方面：1.1.1 满足丝杠材料的机械性能 材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。丝杠的损坏形式主要有磨损和疲劳滚珠丝杠工作时常承受弯曲，疲劳，冲击，同时在滑动和转动承受摩擦作用。因此整体要求具有良好的综合力学性能（即一定的强度和韧性配合）和较高的尺寸稳定性，相关部位还要求高硬度，高强度，和足够的耐磨性1.1.2满足丝杠材料的工艺性能 材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。丝杠的制造要经过切削加工和热处理等几种加工，因此选材时要对材料的工艺性能加以注意。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求。但强度不够高，淬透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途经来改善材料的工艺性能。1.1.3满足丝杠材料的经济性要求所谓经济性是指最小的耗费取得最大的经济效益。在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本。我们可以从以下几方面考虑：从材料本身价格来考虑。碳钢和铸铁的价格是比较低廉的，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可降低成本。从金属资源和供应情况来看，应尽可能减少材料的进口量及价格昂贵材料的使用量。从齿轮生产过程的耗费来考虑：采用不同的热处理方法相对加工费用也不一样；通过改进热处理工艺也可以降低成本；所选钢种应尽量少而集中，以便采购和管理；我们还可以通过改进工艺来提高经济效益。【丝杠的组成和应用特点】丝杠由螺杆、螺母和滚珠三部分组成,在使用中发挥重要的作用和价值.丝杠具有好的工作原 理和功能,它的功能是将旋转运动转化成直线运动,这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展,这项 发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作.丝杠的发展是滚珠螺丝的发展壮大和 进步,促进中国技术的提高和进步,保证中国在设备和技术行业的进步、 发展技术.由于具有很 小的摩擦阻力,丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器,在行业中发挥重要的作用和价值. 丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件,其主要功能是将扭矩转换成轴向反覆作用 力,同时兼具高精度、 可逆性和高效率的特点. 丝杠良好的产品特点和性能促使其在不断的使 用和发展,在不同的行业中发挥重要的作用和价值,不断的在同行业中发挥作用. 丝杠具有良好的产品特点,下面介绍一下丝杠的特点,具体表现在一下方面： 1、与滑动丝杠相比,丝杠的驱动力矩为 1/3.由于丝杠的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在 做滚动运动,所以能得到较高的运动效率.与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到 1/3 以下,即 达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3.在省电方面很有帮助. 2、 无侧隙、 刚性高 丝杠可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高 的刚性(丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部 的刚性增强). 3、微进给可能,丝杠由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的 爬行现象,能保证实现精确的微进给. 4、 高精度的保证,丝杠是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的,特别是 在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度·湿度进行了严格的控制,由于完善的品质 管理体制使精度得以充分保证. 5、高速进给可能,丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动),展现高速 的运动功能. 丝杠因优良的摩擦特性使其广泛的运用于各种工业设备、 精密仪器、 精密数控机床行业 中,在行业中发挥重要的作用和价值.尤其是近年来,丝杠作为数控机床直线驱动执行单元,在 机床行业得到广泛运用,极大的推动了机床行业的数控化发展.丝杠在工业中广泛使用和推广, 不断的推动工业的发展和进步,同时也促进中国技术的发展和壮大. 丝杠的工艺精度和硬度测试 在非标设备和夹具中， 长丝杠得以广泛应用， 为了提高丝杠的使用寿命， 广泛采用淬硬丝杠， 这种丝杠以磨为主，精度靠螺纹磨床磨削来保证。65Mn 材料的丝杠采用的热处理工艺为淬 火、回火、冰冷处理、回火。丝杠在粗磨(粗车)后须进行高温时效，半精磨(精车)后应采取 低温时效，以消除机加工过程中产生的应力，提高丝杠的稳定性。在螺纹磨床上加工螺纹， 是目前螺纹加工中获取高精度、 低表面粗糙度最常用的切削方法， 随着高精度淬硬螺纹零件 的广泛应用，磨削加工螺纹的优越性得到充分体现。在现实生产中，为了获得较高精度和表 面质量的丝杠，有必要对其磨削工艺进行深入探讨。 丝杠的工艺基准是两端的中心孔，中心孔一般应采用 B 型中心孔，它可以防止端面碰 伤而影响中心孔的精度，同时中心孔的硬度应达到 6O65HRC，中心孔的精度是保证丝杠 精度的关键，在粗磨、精磨工序前即淬火、时效后必须安排中心孔修研工序。中心孔与顶尖 的接触面积在粗磨时要求为 75%，精磨时要求达到 80%以上。研磨时对丝杠的轴向压力不 可过大，以免丝杠变形。这里选用的修研方法是在机床上用六棱硬质合金顶尖刮研，它的刃 带有微量切削作用和挤光作用，能修正中心孔的几何形状误差，且效率高，工具寿命长，粗 糙度可达 Ra0.8m。 丝杠材料直接影响加工工艺及热处理后工件的机械性能。因此高精度长丝杠的制造中一个很重要的问题就是合理选择材料，通常可从合金工具钢、合金结构钢、碳素工具钢中选 择。根据图 l 所示零件的技术要求，综合热处理工艺性和机加工工艺性，选择 65Mn，此材 料可获得较高硬度 5560HRC，丝杠具备高强度、高耐磨性。丝杠在热处理过程中应注意避 免产生弯曲变形，尽量不采用校直工序，必要时也只能采用热校直。因为在常温下校直的丝 杠，虽然短时间内看起来已校直，但第 2 天或者一经磨削加工又会产生弯曲变形。 精密丝杠使用不容忽视问题 精密丝杠是精密机床、 数控机床及其它精密机械与仪器的重要传动装置。 天津脚手架租赁为 起到将旋转运动转换为直线运动的精确传动作用，对精密丝杠的精度、刚度、耐磨性等均提 出了较高要求。为减小残余应力的影响，丝杠毛坯须经球化退火处理，以获得稳定的球状珠 光体组织； 丝杠热变形的计算通常需要根据实际加工情况建立温度分布数学模型， 但实际加 工情况的复杂性(如持续放热移动热源)增加了数学建模难度。而基于能量守恒定律，采用平 均线膨胀系数进行计算， 则只需考虑热量含量相同的任一温度分布状况的热变形计算， 可在 保持原有精度的前提下大大简化数学模型，使丝杠热变形的计算变得简洁、方便。 磨削加工丝杠时所产生的磨削热约有 60%95%被传入被磨丝杠中。 由于磨削速度极高， 热量瞬间聚集在丝杠表面形成局部高温， 随着砂轮沿丝杠轴向进给， 热量向丝杠两端及内部 传导，同时与丝杠表面的冷却介质发生对流换热。因此，丝杠磨削加工时的热量传播方式主 要包括磨削表面所需表面能、残留于表面和磨屑中的应变能、砂轮的温升、丝杠内部的热传 导、丝杠与冷却介质的对流换热等。 在精密丝杠使用一段时间后，因残余应力释放引起的丝杠变形误差也不容忽视，为此必 须对磨削加工引起的残余应力分布状况进行精确计算， 并据此进行误差补偿。 目前对磨削残 余应力的研究多集中于对实验数据的分析， 而从理论上确定磨削加工残余应力分布状况则是 今后需要深入研究且具有应用价值的工作。 为提高丝杠加工系统刚度， 需采用高同轴度的跟 刀架或导套等辅助支承。 精密丝杠的热变形主要源于砂轮磨削加工产生的环状移动热源在丝 杠上产生温度分布引起的热膨胀， 因此在热变形数学建模中需考虑的因素有： 磨削热形成的 热源特征、热源的移动性、热量沿杆件的传导特征、热量的散热特征等。此外，加工后的残 余应力对丝杠尺寸的影响也不容忽视。旋转伺服电机+滚珠丝杠的驱动方式 旋转伺服电机 滚珠丝杠的驱动方式随着直接驱动技术的发展，直线电机与传统的"旋转伺服电机+滚珠丝杠"的驱动 方式的对比引起业界的关注。 滚珠丝杠在使用方式中可能存在椅子质量性能方面 的问题，需要根据市场情况和标准使用，得到良好的使用趋势。 1845 年英国人就已经发明了直线电动机，但当时的直线电动机气隙过大导致效 率很低，无法应用。19 世纪 70 年代科尔摩根也推出过，但因成本高效率低限制 了它的发展。直到 20 世纪 70 年代以后，直线电机才逐步发展并应用于一些特殊 领域，20 世纪 90 年代直线电机开始应用于机械制造业，现在世界一些技术先进 的加工中心厂家开始在其高速机床上应用，国外知名企业例如 DMG、Ex-cell-O、 Ingersoll、CINCI ATI、GROB、MATEC、MAZAK、FANUC、SODICK 都陆续推出使用 直线电机的高速高精加工中心。 速度比较：速度方面直线电机具有相当大的优势，直线电机速度达到 300m/min，加速度达 到 10g；滚珠丝杠速度为 120m/min，加速度为 1.5g。从速度上和加速度的对比 上，直线电机具有相当大的优势，而且直线电机在成功解决发热问题后速度还会 进一步提高， 而"旋转伺服电机+滚珠丝杠"在速度上却受到限制很难再提高较多。 从动态响应上因为运动惯量和间隙以及机构复杂性等问题直线电机也占有绝对 的优势。 速度控制上直线电机因其响应快，调速范围更宽，可以实现启动瞬间达到最高转 速，高速运行时又能迅速停止。调速范围可达到 1：10000。HIWIN 做为世界线性 产品的领导者，在滚珠丝杠和线性滑轨方面取得成功后，于近几年自行研发和生 产了直线电机，并且在高速高精领域取得不错的业绩。下面主要参考 HIWIN 公司 的先进的高速静音式丝杠 SUPER S 系列(DN 值达 22 万)和 HIWIN 的直线电机在几 个主要特性上做一些比较，为相关业者提供一个参考【滚珠丝杠副的发展现状及趋势】  早在19世纪末就发明了滚珠丝杠副，但很长一段时间未能实际应用，因制造难度太大。世界上第一个使用滚珠丝杠副的是美国通用汽车公司萨吉诺分厂，它将滚珠丝杠副用于汽车的转向机构上。 1940年，美国开始成批生产用于汽车转向机构的滚珠丝杠副，1943年，滚珠丝杠副开始用于飞机上。精密螺纹磨床的出现使滚珠丝杠副在精度和性能上产生了较大的飞跃，随着数控机床和各种自动化设备的发展，促进了滚珠丝杠副的研究和生产。从50年代开始，在工业发达的国家中，滚珠丝杠副生产厂家如雨后春笋般迅速出现，例如：美国的WARNER-BEAVER公司、GMSAGINAW公司；英国的ROTAX公司；日本的NSK公司、TSUBAKI公司等。我国早在50年代末期开始研制用于程控机床、数控机床的滚珠丝杠副。40多年来，由于滚珠丝杠副具有高效率、高精度、高刚度等特点，被广泛应用于机械、航天、航空、核工业等领域。现在，滚珠丝杠副已成为机械传动与定位的首选部件。滚珠丝杠副的发展主要在以下几方面。1 滚珠丝杠副的种类由于滚珠丝杠副的使用不断普及，使用领域不断扩大，对滚珠丝杠副的要求也越来越多，普通规格的滚珠丝杠副已远远满足不了使用要求，如航天航空领域、小型精密测试装置、电子仪器以及半导体装置等基本上都需要公称直径d012mm，导程Ph=0.52.5 mm的微型滚珠丝杠副。日本NSK公司已开发出公称直径d0=4mm，导程Ph=0.5mm的世界最小导程微型滚珠丝杠副。半导体插件装置、小型机器人等需要微型大导程滚珠丝杠副，以满足高速驱动要求。随着机械产品向高速、高效、自动化方向发展，工业机器人、数控锻压机械、加工中心以及机电一体化自动机械等，其进给驱动速度不断提高，大导程滚珠丝杠副的出现，满足了高速化的要求。日本NSK公司已开发出公称直径×导程为：15mm×40mm、16mm×50mm、20mm×60mm、25mm× 80mm超大导程滚珠丝杠副，快速进给速度达180m/min。滚珠丝杠副按照常规分类如图1。现国内外文献上对滚珠丝杠副还没有统一的分类，但各国一般是按以下原则进行分类的，普通滚珠丝杠副一般指公称直径d0=16100mm，导程Ph=420mm，螺旋升角9°。微型滚珠丝杠副指公称直径d012mm的滚珠丝杠副。对于导程Ph3mm的滚珠丝杠副称为微型小导程滚珠丝杠副，螺旋升角9°的滚珠丝杠副称为微型大导程滚珠丝杠副。大导程滚珠丝杠副指公称直径d016mm，螺旋升角17°9°或导程d0Phd0的滚珠丝杠副，对于螺旋升角17°称为超大导程滚珠丝杠副。重型滚珠丝杠副指公称直径d0125mm的滚珠丝杠副。2 滚珠丝杠副结构滚珠丝杠副的结构传统分为内循环结构(以圆形反向器和椭圆形反向器为代表)和外循环结构(以插管为代表)两种。这两种结构也是最常用的结构。这两种结构性能没有本质区别，只是内循环结构安装连接尺寸小；外循环结构安装连接尺寸大。目前，滚珠丝杠副的结构已有10多种，但比较常用的主要有(图2，附表)：内循环结构；外循环结构；端盖结构；盖板结构。内循环结构反向器的形状有多种多样，但是，常用的外形就是圆形和椭圆形。由于圆形滚珠反向通道较短，因此，在流畅性上不如椭圆形结构。现在，最好的反向器结构为椭圆形内通道结构，由于滚珠反向不通过丝杠齿顶，类似外循环结构，因此，消除了丝杠齿顶倒角误差给滚珠反向带来的影响。但由于制造工艺较复杂，影响了这种结构的推广。3 滚珠丝杠副精度过去，为了获得高的定位精度，主要通过提高滚珠丝杠副本身的精度来实现，因此，对滚珠丝杠的导程累积误差要求很高，给滚珠丝杠副的制造带来困难，使滚珠丝杠副的生产成本加大。特别是高精度滚珠丝杠副，只有通过数控螺纹磨床或激光反馈螺纹磨床加工才能达到。随着科学技术的不断发展，人们掌握了数控补偿技术，因而，不需要很高精度的滚珠丝杠副，也能获得高的定位精度。为了适应数控补偿技术的要求，国际标准ISO3408-3-1992以及部颁标准 JB3162.2-92都对滚珠丝杠副的行程变动量作了要求，如有效行程内行程变动量、任意300mm行程内行程变动量、2弧度内行程变动量。其目的就是要控制滚珠丝杠副行程误差的直线性，也即滚珠丝杠副行程误差线性化。为数控误差补偿创造条件。4 滚珠丝杠副性能随着科学技术的不断发展，人们对滚珠丝杠副的要求也越来越高，为了使机械产品能实现高的定位精度且能平稳运行，这就要求滚珠丝杠副不但有高的精度，而且运转平稳，无阻滞现象。滚珠丝杠副运转是否平稳，主要取决于滚珠丝杠副预紧转矩的变动量，不同转速下滚珠丝杠副的滚珠链运动的流畅性不同，因此，滚珠丝杠副的预紧转矩也不相同。国际标准ISO340831992以及部颁标准JB3162.292规定了在转速为100r/min时，滚珠丝杠副预紧转矩的允差。由于存在加工误差，如：滚珠丝杠中径尺寸全长不一致，丝杠、螺母的导程误差，丝杠与螺母的滚道齿形误差以及螺纹滚道的粗糙度等，使滚珠丝杠副的动态预紧转矩在丝杠螺纹全长上是不恒定的，这直接影响驱动系统的平稳性，因而也影响滚珠丝杠副的定位精度。因此，滚珠丝杠副预紧转矩变动量的大小是反映滚珠丝杠副性能好坏的重要指标。近几年来，人们对滚珠丝杠副的预紧转矩变动量的大小开始重视起来，以前人们只重视滚珠丝杠副综合行程误差曲线，现在也开始重视滚珠丝杠副预紧转矩的曲线。因为有了这两条曲线，滚珠丝杠副的性能就能很好地反映出来。为了满足上述要求，北京机床研究所先后研制了滚珠丝杠副综合行程误差测量仪和预紧转矩测量仪。应用现代化的测量手段和高精度的传感器，在测量过程中能实时显示行程误差曲线和预紧转矩曲线，并打印出完整的测量报告，为衡量滚珠丝杠副的总成质量，提供了可靠的检测手段。随着数控机床的发展，“高速、高效”成为各厂家追求的目标，对于高速驱动与定位部件，国外已有直线电动机问世，开始用于加工中心，快速进给速度达到 160m/min以上，加速度达4g以上，向滚珠丝杠副提出严峻的挑战。但由于直线电动机存在价格昂贵、控制系统复杂、需采取措施解决磁铁吸引金属切屑、强磁对人身危害以及发热等缺点，在近一段时间很难得到普及。滚珠丝杠副仍是现在高速驱动的最优先选择，国外大部分高速加工中心仍使用滚珠丝杠副。为了达到高速驱动目的，设计时在提高电动机转速(电动机最高转速可达4000r/min)的同时，使用大导程滚珠丝杠副，导程可达32mm。如日本马扎克公司在 FF660机床上使用滚珠丝杠副，机床快速移动速度达90m/min，加速度达1.5g。从前，担心大导程滚珠丝杠副驱动对加工中心精度的影响，设计时取导程Ph10mm。随着科学技术的进步，从1999年日本国际机床展览会上可看出，设计与研究现在大部分高速加工中心都使用大导程滚珠丝杠副。滚珠丝杠副在高速驱动时主要存在的问题是：噪声、温升、精度。滚珠丝杠副噪声产生的原因主要有：滚珠在循环回路中的流畅性、滚珠之间的碰撞、滚道的粗糙度、丝杠的弯曲等。滚珠丝杠副的温升主要是由滚珠与丝杠、螺母、反向器之间的摩擦及滚珠之间的摩擦产生的。要解决上述问题首先应从滚珠丝杠副的结构设计开始，对存在的问题采取措施；另一方面，从工艺上解决，通过合理的工艺流程，提高产品的内在质量；选取适当的滚珠丝杠副预紧转矩；减小滚珠丝杠副的预紧转矩的变动量，使滚珠丝杠副适应高速驱动的要求。总之，随着社会的不断发展，用户对滚珠丝杠副的要求越来越严，要求也多样化，促使滚珠丝杠生产厂不断提高产品质量、开发新品种，以满足用户的需求。9Mn2v与低合金工具钢特性9Mn2V冷作模具钢，9Mn2V钢是一种综合力学性能比碳素工具钢好的低合金工具钢，是合金工具钢中惟一不含Ni、Cr元素的经济型钢种，在我国已有较长应用历史，积累了丰富的使用经验，它具有较高的硬度和耐磨性。淬火时变形较小，淬透性很好。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了钢的过热敏感性。同时碳化物较细小和分布均匀。 冷作模具钢，是具有比碳素工具钢有较好的综合机械性能的低合金工具。具有较高的硬度和耐磨性，淬透性也较好，淬火时变形小。适于制作小型冷作模具，特别适用制作各种要求变形小、耐磨性高的精密量具(如样板、块规、量规等) 以及精密丝杆、磨床主轴等。2 热处理工艺2.1丝杠材料的主要热处理特性2.2.1淬透性含义: 指钢接受淬火而获得马氏体的能力，不同钢种接受淬火的能力不同。 淬透性不同的钢，淬火后得到的淬透层深度不同，从而沿截面分布的金相组织以及机械性能也不同。淬透层深度是指由淬火表面马氏体到50%马氏体层的深度。全部淬透的工件通常表面残留着拉力，容易产生变形和开裂，同时对工作的疲劳性能也不利。 设计时考虑要点： 1. 零件尺寸越大，内部热容量越大，淬火时零件的冷却速度越慢，因此，淬透层越薄，性能越差，这种现象叫做“钢材的尺寸效应”。所以，不能根据小尺寸的性能数据用于大尺寸零件的强度计算，而必须考虑钢材的淬透性。 2. 大截面或结构复杂的齿轮采用多元合金钢，保证足够而适当的淬透性，保证沿整个截面有良好的综合机械性能，同时，减少变形，防止开裂2.2.2 淬硬性 含义：指钢在正常淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成马氏体组织能够达到最高硬度。 设计时考虑要点：淬硬性与淬透性不同，它主要取决于钢中的含碳量。钢中含碳量越高，淬火后硬度越高，而与合金元素关系不大。所以，淬火硬度高的钢不一定就淬透性高，而硬度低的钢，也可能具有高的淬透性。2.2.3 过热敏感性 含义：指钢在正常淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成马氏体组织能够达到最高硬度。 设计时考虑要点：淬硬性与淬透性不同，它主要取决于钢中的含碳量。钢中含碳量越高，淬火后硬度越高，而与合金元素关系不大。所以，淬火硬度高的钢不一定就淬透性高，而硬度低的钢，也可能具有高的淬透性。 2.2.4 回火稳定性 含义：指钢在正常淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成马氏体组织能够达到最高硬度。 设计时考虑要点：淬硬性与淬透性不同，它主要取决于钢中的含碳量。钢中含碳量越高，淬火后硬度越高，而与合金元素关系不大。所以，淬火硬度高的钢不一定就淬透性高，而硬度低的钢，也可能具有高的淬透性。 2.2.5 变形开裂倾向 含义：指钢在加热和冷却过程中产生热应力和组织应力，其综合作用超过钢的s或b而产生变形开裂的倾向。 设计时考虑要点： 加热或冷却速度太快，加热和冷却不均匀都容易造成工件变形甚至开裂，因此： 1. 设计齿轮时，在结构上应尽量避免尖角和厚薄断面的突然变化。 2. 采用缓和的淬火介质或淬火方法。 2.2.6 尺寸稳定性 含义：指零件在长期存放或使用中尺寸稳定不变的性能。这对精密齿轮是很重要的。 设计时考虑要点：引起尺寸变化的主要原因是内应力的存在以及组织中残余奥氏体的分解，因此，设计精密齿轮时，应当要求稳定化处理，如淬火后进行冷处理或低温时效。使马氏体趋于稳定，并减少内应力，以使齿轮尺寸稳定。 2.2.7回火脆性 含义：指钢在某一温度范围回火时所发生的冲击性降低现象。 产生回火脆性的钢，不仅室温下冲击韧性较正常为低，而且使钢的冷脆温度大为提高。 设计时考虑要点： 合金结构钢在250400回火时引起冲击韧性及断裂韧性下降，这种现象一般称为第一类回火脆性。它不能通过热处理方法来消除，设计时应考虑到这一点。 显微组织分析9Mn2V9Mn2V含碳量为0.85%0.95%，含锰量为1.70%2.00%，含钒量为0.10%0.25%。9Mn2V钢是利用我国丰富的锰、钒资源研制出来的不含铬的低合金工具钢。国外同类型的钢号有90Mn2V(ISO)，美国为O2(AISI)，欧共体的90Mn2V8(EN)，英国的B02(BS)，法国的90MnV8(NF)，德国的90MnCrV8(DIN)(此钢含有0.20%0.50%的铬)。9Mn2V钢适宜制作碳素工具钢不能满足要求的冷作模具和塑料模具。9Mn2V钢中含有质量分数高达1.70%2.00%的锰，主要是为了提高钢的淬透性。加热时，锰的碳化物(Fe、Mn)3C易于溶解，晶粒易于长大，增加了钢材的过热敏感性。加入钒可以起到抑制晶粒长大的作用，细微的VC质点能有效地细化晶粒，也能抑制二次碳化物网的析出，可使大断面的模具中心碳化物网一般小于2级。总的来说，碳化物量比CrWMn钢要少，但碳化物的颗粒度较大，因此，耐磨性不及CrWMn钢，但仍比T10钢的耐磨性要高67倍。钢的碳化物不均匀性一般较好，是最容易锻造和机械加工的工模具钢。锰有促进树枝状偏析的倾向，轧制成材后有时出现骨骼状分布的碳化物堆积，是促成工模具开裂失效的内在因素，但出现的几率不是很高，应加强对轧后钢材的质量检验。锰使钢的Ms点下降，因此，淬火后残余奥氏体量较多，尤甚于CrWMn钢，因此，淬火畸变比CrWMn钢要小，但尺寸稳定性不及CrWMn钢。9Mn2V钢的淬透性接近9SiCr钢，低于CrWMn钢；回火稳定性甚差，几乎与碳素工具钢相近。9Mn2V钢的球化退火多采用等温退火工艺，即加热温度760780，保温24h，然后降温至680700，等温56h。退火后的硬度小于等于HBS229。正常的淬火加热温度为780820，低于前面介绍的9SiCr和CrWMn，可采用油冷淬火或硝盐分级淬火。油冷淬火的临界直径为30mm左右，与9SiCr钢相近。9Mn2V钢的回火稳定性较差，200回火后硬度就可降至HRC60以下。因此，一般采用160180回火，而且在200230之间回火有回火脆性发生。250回火后硬度已下降到HRC57左右。3 热处理工艺的设计3.1 最初热处理工艺正火负荷轻的7级和7级以下梯形螺纹丝杠，可用此工艺，（一）正火工艺正火的加热温度正化学成份AC3以上50-100；过共析钢的加热温度ACcm以上30-50。保温时间主要取决于工件有效厚度和加热炉的型式，如在箱式炉中加热时，可以每毫米有效厚度保温一分钟计算。保温后的冷却，一般可在空气中冷却，但一些大型工件或在气温较高的夏天，有时也采用吹风或喷雾冷却。（二）正火后组织与性能正火实质上是退火的一个特例。两者不同之处，主要在于冷却速度较快，过冷度较快，因而发生了伪共析转变，使组织中珠光量增多，且珠光柋的片层间距变小。应该指出，某些高合金钢空冷后，能获得贝氏体或马氏体组织，这是由于高合金钢的过冷奥氏体非常稳定，C曲线。由于正火后的组织上的特点，故正火后的强度、硬度、韧性都比退火后的高，且塑性也并不降低。正火的应用正火与退火相比，钢的机械性能高，提价简便，生产周期短，能耗少，故在可能条件下，应优先考虑采用正火处理。目前的应用如下：1.作为普通结构零件的最终热处理2.改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性3.作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理。4.消除过共析钢中风状二次渗碳体，为球化退火作好组织准备5.对一些大型的或形状较复杂的零件，淬火可能有开裂的危险进，正火也往往代替淬火、回火处理，而作为这类零件的最终热处理。 很*右。此时己不能称其为正火，而称为空淬有关。为了增加低碳钢的硬度，可适当提高正火温度。退火球化退火球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 淬火淬火时将钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间使其奥氏体化，再以大于临界冷却速度快速冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺。淬火钢得到的组织主要是马氏体（或下贝氏体），此外，还有少量残余奥氏体及未溶的第二相。淬火的目的是提高钢的硬度和耐磨性。3.2 最终热处理工艺低温时效低温时效 将工件加热到100一150 ，保温较长时间(约520h) 冷处理 将淬火后的工件，在零度以下的低温介质中继续冷却到零下80待工件截面冷到温度均匀一致后，取出空冷 可使残余奥氏体全部或大部分转变为马氏体。因此，不仅提高了工件硬度、抗拉强度，还可以稳定工件尺寸 主要适用于合金钢制成的精密刀具、量具和精密零件，如量块、量规、饺刀、样板、高精度的丝杠、齿轮等。还可以使磁钢更好地保持磁性