测微螺杆的热处理工艺及DEFORM热处理数值模拟优化

测微螺杆的热处理工艺及DEFORM热处理数值模拟优化

摘要：本文通过分析千分尺的工作条件，力学性能，组织结构等，对千分尺重要结构螺纹测杆进行材料选择，制定热处理工艺并进行热处理工艺模拟。分析热处理前后提升的强度，硬度等力学性能及金相组织，发现模拟后的硬度低于理论硬度，对淬火时的保温时间进行了相对调整，同时也更完善了热处理工艺流程，在淬火和回火后加入了深冷处理，对存在的缺陷进行改善。

关键词：GCr15；千分尺；螺纹测杆；热处理工艺；DEFOEM模拟

一、引言 1

1.1千分尺 1

1.2螺纹测杆 2

二、千分尺螺纹测杆工作条件及性能分析 2

2.1工作条件 2

2.2失效形式 2

2.3性能要求 3

三、千分尺螺纹测杆的材料选择 3

3.1碳素工具钢—T10 4

3.2高碳低合金钢—轴承钢GCr15 4

3.3渗碳钢—15 4

3.4不锈钢—4Cr13 4

3.5材料分析对比及结论 4

四、热处理工艺编制 6

4.1等温球化退火工艺 7

4.2淬火工艺 9

4.3回火工艺 12

五、DEFORM热处理数值模拟及优化 14

5.1模拟分析及结论 14

5.2优化方案及分析 25

六、结论 28

结语与致谢 30

参考文献 31

2.1工作条件

千分尺在测量工件尺寸工作时，是将被测工件夹在测砧面和螺纹测杆的工作面之间，通过受力分析可以了解到千分尺的工作面受到压力载荷。如果这个压力过大，会使千分尺的螺纹测杆变形弯曲。工件与测砧面会互相摩擦，产生磨损。有时因为使用不当还会产生碰撞，更会导致破损。测量面和测量器具表面不平整，会大大降低了千分尺的使用寿命和测量精度。千分尺的螺纹测杆的大部分都暴露在空气中，不免有时候会沾染水渍或者油渍，表面会在空气中生锈腐蚀。千分尺螺纹测杆的另一端是和套筒互相接触的，在测量转动时，两者会产生摩擦，而且两者之间是有润滑油的，更容易生锈腐蚀。

2.2失效形式

千分尺螺纹测杆在工作时收到的是压力和摩擦力，且可能会产生碰撞和腐蚀。所以千分尺螺纹测杆的失效形式是变形，磨损和腐蚀

⑴变形失效

在千分尺的工作条件中可以了解到，在千分尺的长期使用下，千分尺必然会因为受力而产生不同程度的弯曲变形。同时千分尺又是一种很精密的量具，表面弯曲使得两个测量面不平行，甚至会产生错位，这样会大大影响测量的精度。

⑵磨损失效

千分尺在使用中，会与被测量件产生摩擦，螺纹测杆和测砧会产生划痕和磨损，这样必然会导致千分尺表面粗糙度和平面度不合格，影响测量数值的准确性。而螺纹测杆的另一端，使用时会和套筒相互摩擦，导致螺纹测杆表面产生磨损，这是千分尺螺纹测杆失效的一个重要原因。同时，螺纹测杆与尺架之间也会产生摩擦，也会产生磨损，会导致螺纹测杆与尺架之间松动，导致测量的不准确。

⑶腐蚀失效

在千分尺工作时，螺纹测杆的表面大部分处于空气当中，长时间的使用，如果表面产生生锈腐蚀，那必然会影响它的测量精度。因为螺纹测杆与套筒之间会有润滑油，长期使用暴露于空气中，会生锈腐蚀，这是千分尺螺纹测杆腐蚀失效的主要形式。

2.3性能要求

千分尺作为精密测量仪器，它的性能要求也是非常严苛，螺纹测杆作为千分尺最重要的零件之一，它的性能要求也是非常严苛的。

①螺纹测杆的表面首先要有高强度，高硬度，高耐磨性来抵抗日常使用的磨损。

②螺纹测杆的表面还得具有良好的抗腐蚀性，不管是日常使用的沾染汗液以及维护使用的润滑油还是长期存放都会与空气之间产生氧化，所以抗腐蚀性是必要的。

③螺纹测杆还需要具备良好的接触疲劳强度与弯曲疲劳强度，长期使用中与工件的碰撞与摩擦，使得螺纹测杆可能会产生破损与变形，所以接触疲劳强度与弯曲疲劳强度也是必要的。

结论

①GCr15钢退火的最佳温度在770℃~790℃，等温温度在680~700℃，淬火最佳温度在830~840℃，回火最佳温度在160~190℃，冷处理的温度在-130℃以下。GCr15热处理时要正确选择加热温度，对于退火，温度过高时，会使片状珠光体增多，硬度增加，使得切削困难，组织和性能不均匀；若温度偏低时，碳化物的溶解不充分，珠光体会呈细片状，硬度高，而且会对以后的淬火带来不利影响。对于淬火，温度过高会使材料基体的晶粒粗大，残余奥氏体增多，使工件的硬度不足，脆性过大，韧性不足，严重还可能导致开裂；温度过低会使组织没有完全奥氏体化，使得最终的马氏体含量减少，硬度降低。对于GCr15钢的回火，温度过高时，会使它的硬度下降，还会产生开裂等情况。

②GCr15通过淬火加低温回火可以得到硬度较高的马氏体和少量残余奥氏体，再经过冷处理后可以将部分残余奥氏体转化为马氏体，增加工件硬度，同时还可以提高工件的耐磨性。GCr15钢的最佳热处理工艺是在球化等温退火加淬火和回火之后加入冷处理和低温回火，可以有效的减少残余奥氏体的含量，增加钢的综合力学性能。

③GCr15热处理时要注意保温时间，如在淬火的时候保温时间过短，会导致工件没有完全奥氏体化，共析转变马氏体时，马氏体的转变量变少了。

④热处理冷却时要选择正确的冷却介质，淬火冷却用水冷时会产生更多的残余奥氏体，还会有开裂倾向，可能还会产生变形。

⑤熟练使用deform热处理模拟可以帮助我们更好的完成工艺设计，方便优化热处理工艺及数据，减少不必要的差错，得到更准确的实验数据。

参考文献

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