高度游标卡尺选材、热处理工艺分析与设计 -答辩论文

GCr15钢的简介
1. GCr15的化学成分
元素
C
Si
PБайду номын сангаас
质量分数%
0.95~1.05
0.15~0.35
≤0.025
元素
Mn
Cr
S
质量分数%
0.25~0.45
1.40~1.65
≤0.025
2.GCr15钢的特点
①高碳、高铬。②加入硅、锰、钒等，可进一步
提高淬透性。③经过淬火加回火后具有较高的硬
度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳
油冷 20
8×60
150
空冷 135
淬火+低温回火工艺曲线
时间/min
三、设备选型及厂房布置
高度游标卡尺尺身选择中温井式炉RJ-65-9加热。 而游框（含微动游框）、量爪和划线爪和框架以及 底座等零件选择RX-35-9型中温箱式炉加热。设计了 热处理车间的布置情况，并得到了热处理车间平面 分布图。
铁、可锻 铸铁、灰口铸铁（工作面除外）或 花岗岩材料制造，且底座工作面硬度≥50HRC。 2.划线爪镶嵌材料
选择LK0401602，尺寸为4.0×16×2.5的 量具硬质合金，作为高度游标卡尺划线爪的 镶嵌材料。
二、零件热处理工艺的制定
❖GCr15钢简介 ❖零件加工工艺流程 ❖主要加工工艺分析 预备热处理和最终热处理
由此，得出材料的硬指标和软指标，硬指标 为：耐磨性高、抗蚀性好、热处理畸变小、淬 透性好；软指标为：光洁度好、成本低、外形 美观。
之
1.高度游标卡尺主要零件的选材
在碳素工具钢、不锈钢、GCr15、9CrWMn及 CrWMn等钢中，选出T10A钢、4Cr13钢和GCr15钢。
T10A钢淬透性低，淬火易出现软点，淬火畸变 大，耐磨性不如含铬钨等元素的合金钢。故不选。
• 选材原则
使用性能原则、工艺性原则、结构材料的 经济性要求、可靠性原则、材料的环境协调性 要求（绿色选材）。
• 选材步骤
工况分析、预选择、终选择，最后实验验证
之
• 工况分析主要从以下三方面分析：
①力学负荷 高度游标卡尺中紧定螺钉受一定的剪切力，
底座受较大摩擦力，游框与主尺间也有较大的 摩擦力。 ②工作温度
结论
• ⑴选择了GCr15钢来制造高度游标卡尺零件（除划线 爪镶嵌材料外）。
• ⑵采用了等温球化退火作为预备热处理工艺。最终热 处理采用淬火+低温回火的工艺。采用镀硬铬和激光 刻线的工艺提高卡尺尺身的硬度、耐磨性与耐蚀性和 高度游标卡尺的测量精度。
• ⑶高度游标卡尺尺身选择中温井式炉RJ-65-9加热。 而游框（含微动游框）、量爪和划线爪和框架以及底 座等零件选择RX-35-9型中温箱式炉加热。同时，设 计了热处理车间的布置情况，并得到了热处理车间平 面分布图。
四、实验
正火工艺及其组织分析 淬火+低温回火工艺及组织分析
• 1.正火工艺
温度/℃ 930
分散空冷
20 正火工艺曲线
时间/min
2.组织分析
图5 ×500正火组织
温度/℃ 840
油冷 20
160 空冷
132
淬火+低温回火工艺曲线
时间/min
2.组织分析
图5 (a)×500淬火组织 (b)×500淬火+低温回火组织
高度游标卡尺受温度的影响很小。 ③周围介质
高度游标卡尺容易被腐蚀。
之
零件材料的预选择
根据高度游标尺的失效形式、生产特点、精 度等级和使用性能等因素综合考虑，高度游标 卡尺用钢应符合以下要求：①高的耐磨性。② 高的表面光洁度。③良好的尺寸稳定性。④可 加工性好。⑤具有一定的抗蚀性。⑥热处理畸 变要小。⑦应有一定的淬透性。
性能。④该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，
焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆
性。
这里以高度游标卡尺尺身主要加工工 艺流程为例，分析如下：
1.预备热处理
温度/℃ 785
打开炉门 710
3×60
4×60
炉冷至600℃后空冷
时间/min
等温球化退火工艺曲线
2.最终热处理
温度/℃ 840
210
4Cr13钢和GCr15钢都满足硬指标，故再从软指标 （光洁度好、成本低、外形美观）着手选材，而成本 因素是软指标的关键。
根据阿里巴巴报价：GCr15钢均价8.00元/Kg左 右，4Cr13钢15.00元/Kg左右。故选价格较低的GCr15 钢。
之
2底座和划线爪镶嵌材料的选材
1.底座 GB/T21390-2008指出：底座可采用球墨铸
主要内容
• 课题背景 • 零件的选材 • 热处理工艺的制定 • 热处理设备选型 • 实验 • 结论
在经济全球化的今天，世界制造业的中心正
逐步向亚洲和中国转移。尤其是我国改革开放三 十多年的大发展，促进了国内制造业的蓬勃发展 ，大大推动了我国精密测量控制仪器和量具的发 展。而生产和科研对高度游标卡尺的性能要求也 逐步提高。因此，选材和热处理工艺直接关系到 产品的实现、产品的质量与寿命，关系到产品的 成本、可靠性与市场竞争力。本文对高度游标卡 尺的选材、热处理工艺进行了分析与设计。