高速钢刀具在深冷处理时的表面换热系数的计算

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钢铁热处理工艺常用计算公式

钢铁热处理工艺常用计算公式

钢铁热处理工艺常用计算公式钢铁热处理工艺是指将钢铁材料在一定温度范围内进行加热、保温和冷却处理,以改变其组织结构和性能的一种工艺。

在热处理过程中,需要使用一些计算公式来确定处理参数,并控制加热温度、保温时间和冷却速度等关键参数。

本文将介绍钢铁热处理工艺常用的计算公式。

1.加热时间计算公式:加热时间是指钢铁材料在加热过程中所需的时间。

一般情况下,加热时间与材料的质量、热容和加热速率等因素有关。

加热时间的计算公式如下:T=(m×c×ΔT)/P其中:T表示加热时间(s)m表示钢铁材料的质量(kg)c表示钢铁的比热容(J/kg·°C)ΔT表示加热温度的上升或下降值(°C)P表示加热功率(W)2.保温时间计算公式:保温时间是指钢铁材料在加热到设定温度后所需的时间。

保温时间的计算公式如下:T=(ΔH×V)/(k×A×ΔT)其中:T表示保温时间(s)ΔH表示材料的热容(cal/g·°C)V表示炉内的总容积(cm³)k表示热传导系数(cal/cm·s·°C)A表示钢铁材料的表面积(cm²)ΔT表示温度的上升或下降值(°C)3.冷却速率计算公式:冷却速率是指钢铁材料在保温结束后冷却的速度。

冷却速率的计算公式如下:v=(T1-T2)/t其中:v表示冷却速率(°C/s)T1表示初始温度(°C)T2表示结束温度(°C)t表示冷却所需的时间(s)4.相变温度计算公式:相变温度是指钢铁材料发生组织相变的温度。

相变温度的计算公式如下:Ac1=723-0.001×C-0.133×Mn-0.004×Si-0.157×Ni-0.294×Cr-0.234×Mo其中:Ac1表示非均匀奥氏体开始转变为均匀奥氏体的温度(°C)C、Mn、Si、Ni、Cr、Mo分别表示钢铁中的碳、锰、硅、镍、铬和钼的含量(%)以上是钢铁热处理工艺常用的计算公式介绍,这些公式可以帮助工程师和技术人员确定热处理参数,实现钢铁材料的理想热处理效果。

高速钢刀具的热处理

高速钢刀具的热处理

资料范本本资料为word版本,可以直接编辑和打印,感谢您的下载高速钢刀具的热处理地点:__________________时间:__________________说明:本资料适用于约定双方经过谈判,协商而共同承认,共同遵守的责任与义务,仅供参考,文档可直接下载或修改,不需要的部分可直接删除,使用时请详细阅读内容高速钢刀具的热处理张成云摘要:随着现代制造技术的发展,高速钢刀具在切削加工中被广泛使用。

本文通过对高速钢刀具材料的化学成分、性能及使用工作条件的阐述以及加工中对刀具材料的技术要求,经过严格的热处理工艺方法如;退火、淬火、和多次高温回火才能满足其技术要求和使用性能。

本文参考了一些“金属材料、工艺学”教材和经过多年的实践摸索总结而成。

关键词:高速钢刀具热处理1、引言1.1高速钢:它是含有w、 cy、 v等合金元素较多的合金工具钢。

如w18cv4v是国内使用最为普遍的刀具材料,广泛的用于制造较为复杂的各种刀具。

如钻头、铣刀、铰刀、拉刀和其他成型刀具。

高速钢俗称锋钢或风钢;称锋钢是因为用高速钢w18cv4v制造的刀具硬度能达到HRC62-65度非常锋利。

称为风钢是针对热处理操作而言,一般的钢铁材料制造的刀具要想满足技术要求在加热后需借助油或水中快速冷却,而高速钢制造的刀具在有效厚度小于5mm的工件,加热后在流动的空气中(风中)就能淬上火,就能获得相当的硬度(HRC55-60),因此而得名。

1.2刀具在工作时,由于摩擦作用,势必引起刀具刃部温度的升高,当切削速度达到一定量刃部温度能达到500-600℃。

随着机械制造业的发展和制造工艺的成熟,切削加工速度的提高,刀具刃部的工作温度还可能增加。

这就要求刀具材料不仅具有一般刀具材料的所必需的硬度、强度、耐磨性和一定的韧性,还要求刀具在较高的温度下具有高硬度、强度和耐磨性(俗称红硬性或热硬性)。

而碳素工具钢和低合金工具钢在200℃以下可以保持其工作性能,当工具受热超过250度时,硬度就显著下降,失去切削效能。

深冷处理

深冷处理

机械工程学科前沿深冷处理定义介绍超深冷科技:当金属在热处理加硬至冷却过程中, 其中的合金与碳产生溶解并结合及扩散形成奥氏体( Austenite ), 在冷却过程时, 由于低温产生压制而形成马氏体( Martensite ), 而由于马氏体的最终转变点 ( Mf ) 非常低, 例如: W18Cr4V ( 高速工具钢 ) 的 Mf 点为超过 -190°C, 因此淬火冷却到室温会残留大量奥氏体, 因而降低金属的硬度、耐磨性和使用寿命, 同时因为奥氏体的不稳定易发生组织转变而导致的体积变化,造成金属碎裂, 再者, 还有许多物理性能特别是热性能和磁性下降。

深冷处理科学依据由于奥氏体在低温环境下非常不稳固及分解, 使原来的缺陷 ( 微孔及内应力集中的部份 ) 产生塑性流动而变成组织细化, 因此只要将金属置于超低温环境下, 其中的奥氏体会转化成马氏体, 内应力因而消除。

在超低温时由于组织体积收缩, Fe 晶格常数缩细而加强碳原子析出的驱动力, 于是马氏体的基体析出大量超微细碳化物, 这些超微细结晶体会使物料的强度提高, 同时增加耐磨性与刚性。

低温回火炉深冷处理具有的优点使用回火炉设备带有计算机连续监控并能自动调节液氮进入量、自动升降温的深冷处理箱。

1) 回火炉深冷处理能使硬度较低的奥氏体转变为较硬的、更稳定的、耐磨性和抗热性更高的马氏体;2) 回火炉深冷处理能在金属晶粒中可产生更均匀、更微小,且带有更大密度的微小材料组织;3) 回火炉深冷处理中材料经超低温处理后内部热应力和机械应力大为降低,从而有效地减少了造成工具和刀具产生裂纹、崩刃的可能性。

此外,由于回火炉刀具中的残余应力影响切削刃吸收动能的能力,经过超低温处理的刀具不仅具有较高的抗磨性,而且其自身的残余应力的危害也比未经处理的刀具大大降低;4) 回火炉深冷处理能通过超低温处理,使被处理材料的晶格具有更加广泛分布的硬度较高、粒度更细化的碳化物微粒;5) 回火炉深冷处理有附加微碳化物粒子和更细密的晶格,故导致了更密集的分子结构,使材料内部微小的空洞被大大减少;6) 回火炉深冷处理中在被处理的硬质合金中,由于其电子动能的减少而使分子结构产生新的组合。

高速钢冷作模具深冷处理及应用

高速钢冷作模具深冷处理及应用

高速钢冷作模具深冷处理及应用机械0402 贺建龙20045475摘要:指出了对高速钢采用-196℃液氮深冷处理可使组织发生明显变化,有效促使残留奥氏体向马氏体转变及超细碳化物的析出,使模具获得较佳的综合力学性能,深冷处理后高速钢模具的使用寿命较常规热处理提高三倍以上,具有十分重要的使用价值。

关键词:高速钢,模具,残留奥氏体,超细碳化物,使用寿命。

一、深冷处理法原理及工艺过程(1)深冷处理后的组织转变。

经深冷处理的淬火高速钢不但引起了奥氏体转变,同时也引起了马氏体转变。

过去几十年来强调的是残余奥氏体转变,马氏体分解这一新发现可以看作近年来高速钢深冷处理研究的新进展。

一般认为钢中残留较多的奥氏体是有害的,会降低钢的硬度、耐磨性及使用寿命,还使许多物理性能特别是热性能和磁性下降。

试验证明:采用深冷处理可使钢中残留奥氏体降至最低极限,由表可以看出W18Cr4V高速钢经淬火、回火后,深冷处理可以使回火后的残留奥氏体量降低24%。

不同处理工艺对W18Cr4V钢残留奥氏体的影响(体积百分数%)热处理工艺残留奥氏体A R 1280℃淬火+500℃×1h×3次回火10-196℃深冷处理7.6前苏联列宁格勒工业大学研究了-196℃液氮中15min的深冷处理对高速钢转变的影响,试验结果表明,-70℃――-75℃到-130℃―― -140℃范围内进行深冷处理时发生马氏体转变,当冷却到-196℃时转变停滞。

在-90℃――-120℃温度范围内,出现试样容积的见效,这证明马氏体已部分分解并在位错面上析出了碳原子和形成了超显微碳化物。

可见,深冷处理使高速钢析出碳化物的颗粒明显增多,且弥散均匀,W18Cr4V钢经深冷处理后碳化物颗粒约增加8%,W6Mo5Cr4V2钢析出的碳化物颗粒约增加76%,基体组织亦明显细化。

(2)深冷处理对高速钢性能的影响。

深冷处理过程中,大量的残留奥氏体转变为马氏体,特别是过饱和的亚稳定马氏体在从-196℃至室温过程中会降低过饱和度,析出弥散、尺寸仅为20―60A并与基体保持共格关系的超微细碳化物,可以使马氏体晶格畸变减小,微观应力降低,而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动,从而强化基体组织。

API 8C 第5版2012(PSL1和PSL2)(中文)

API 8C 第5版2012(PSL1和PSL2)(中文)
钻井和采油提升设备规范 (PS Hoisting Equipment (PSL 1 and PSL 2)
API Spec 8C 2012 年 4 月,第 5 版 生效日期:2012 年 10 月 1 日
钻井和采油提升设备规范(PSL 1 和 PSL 2)
目次
特别说明........................................................................................................................................................ V 前 言.......................................................................................................................................................VI 1 范围............................................................................................................................................................. 1 2 规范性引用文件......................................................................................................................................... 1 3 术语、定义和缩略语.........................

刀具的深冷处理

刀具的深冷处理

一种改善刀具寿命的新工艺方法:深冷处理低温深冷处理工艺是一种将材料或零部件置于-130~-190℃的低温下,按一定的工艺进行处理的过程。

它不仅可以对黑色金属、有色金属、金属合金和碳化物进行处理,还能对非金属材料进行处理。

深冷处理是对切削刀具材料进行处理的有效工艺手段。

1 机理概述深冷处理的机理如今有几种不同的观点,现存的理论也有几种。

物理学家对刀具深冷导致金属结构变化的分析认为,深冷改变了金属的原子和分子的结构。

冶金专家认为残余奥氏体转变为马氏体是问题所在。

但确切发生了什么变化尚待进一步研究。

2 工艺方法1)使用设备带有计算机连续监控并能自动调节液氮进入量、自动升降温的深冷处理箱。

2)处理过程处理过程由精确编制的降温、超低温保温和升温3个程序组成。

适当缓慢的降温随之进行最少24h的-190℃超低温的保温以及合理的升温,3个过程合计需36~74h,通过这种合理的过程和精密的监控可防止被处理工件的尺寸变化和“热冲击”的产生。

因此,要进行此项工作必须掌握好深冷工艺,并对工艺过程进行严格控制;还要知道刀具材料的成分和热处理的工艺过程。

深冷处理不同于一般的表面处理,它可以使被处理工具的全部材料性能都得到提高,这样刀具经过多次修磨后仍能保持一致的性能。

深冷处理并不能代替热处理工艺,它是提高经热处理后材料机械性能的一种有效补充手段3 深冷处理后效果对比硬质合金刀具经深冷处理后效果比较见附表。

实验条件:切削试件为灰铸铁(HT250);刀具材料为硬质合金;深冷处理前、后切削参数相同。

经过深冷处理后,材料稳定性得到提高,有害应力得到减小,刀具寿命有所提高。

通过对灰铸铁零件的加工试验证实,以同样的切削参数加工同一零件,从附表中可看出,经过深冷处理的刀具的平均寿命明显提高约1.53~8.4倍左右。

试验中也发现以下问题:若对刀具进行深冷处理后,不在-200℃进行4~5h的保温,而将刀具在室温中放置半个月左右,则刀具的寿命变得与未经深冷处理时一样。

高速钢刀具深冷处理问题探讨

高速钢刀具深冷处理问题探讨

】 】 】 咬 净 】
可 见淬 火 晶粒 ,
钢 回火 程 度 如 图 所 示 。
祖 侧 、 户
尸 自 国 月 料护 井 共 曰 曰巨 圈 目 臣 吕 〕 邪 实 万 舒 叫 尸 州 门 」 二 不 祠 月 炸 目 砰 二 二 二 军 习 目 习 不 二 杯 二 〔 」 二 ,口

汗 、 」 拿 窿 婴 贬 三泊
二 、 高速钢刀具深冷处理的目的
古里 亚 耶 夫 在 年就 报 道 , 采 用 冷 处 理来 改
经正常淬火 回火后 , 保留
对于刀具的使用没有害处 。
左右的厂 , 我们认为
善钢性 能事 例 , 其 目的是 使钢 中的残 留奥 氏体转 变 成马氏体 , 回火组 织稳定化 。 到 了
代 , 有 报道开始采用一 ℃ 干 冰
热到一定温度在强烈的淬火冷却介质中冷却亦有微
。 前 已述 及 , 高速 钢 淬火 后 的 金相
组 织 为 淬 火 马 氏体 合 金 碳 化 物 残 留 奥 氏体 , 经 过 一 ℃ 次 回火 后 , 大部 分 残 留
及综合性能无大碍 , 深冷处理是 否适用还是个有争
议 的 问题 , 有 待大 量 的 实 践数 据 及 应 用 去验 证 。 而
了年 增刊 “, 护 以融 侧 脚 由 啥 夕以 ` 口 功
这是从安全和效果两方面考虑都较为满意 的一种方
法。
矛毒户了 热 加 工
瞥理 与 绘述
心已 附阴 即
第一次 回火后冷到一 ℃ 左右 , 第二次回
火后冷到一 一 ℃ 。虽 然 工 艺 相 当 复 杂 , 但 效
该 归功 于

型碳化物具有很强的抗聚集能
而 碳 化物 一 直 保 留其 微 细 的 尺 寸 , 保 证 了热硬 性 。 对具 体 钢 而 言 , 它 只跟 淬 火 加热 温 度 及 加热 时 间有 关 , 具 体 地 说 , 跟 奥 氏体 的 合金 化 程 度 、 碳 化 物 的

高碳钢表面传热系数

高碳钢表面传热系数

高碳钢表面传热系数
高碳钢的表面传热系数取决于多种因素,包括温度、流体性质、表面状况等。

一般情况下,高碳钢的表面传热系数可以根据以下公式估算:
h = X * k
其中,h表示高碳钢的表面传热系数(W/m2·K),X表示一
个修正系数(无量纲),k表示流体的导热系数(W/m·K)。

修正系数X可以根据实际情况进行估算,一般取决于流体在
表面上的状态以及表面粗糙度等因素。

在实际工程中,可以通过实验或者经验公式来获取修正系数X的数值。

总的来说,高碳钢的表面传热系数会受到流体性质、温度和表面状况等多种因素的影响,所以具体的数值需要根据实际情况进行估算。

钢材加工过程中的传热计算与优化

钢材加工过程中的传热计算与优化

钢材加工过程中的传热计算与优化在钢材加工过程中,对温度控制的精确度要求极高。

准确的传热计算和优化对于确保产品质量和提高生产效率至关重要。

本篇将深入分析钢材加工过程中的传热问题,并提出相应的优化措施。

传热机制钢材加工过程中,传热主要通过三种方式进行:导热、对流和辐射。

导热是指热量通过物体内部的传递。

钢材作为固体,导热是其传热的主要方式。

钢材内部的温度梯度会导致热量从高温区域传递到低温区域。

根据傅里叶定律,导热速率可以表示为:[ q = - ]其中,( q ) 是热流量,( k ) 是材料的热导率,( A ) 是热传导的面积,( T ) 是温度差,( l ) 是热传导的距离。

对流是指热量通过流体的移动而传递。

在钢材加工过程中,如锻造、轧制等,钢材与机床或模具之间的相对运动会产生对流。

对流的热传递速率可以用牛顿冷却定律表示:[ q = h A (T_{obj} - T_{env}) ]其中,( q ) 是热流量,( h ) 是热交换系数,( A ) 是热交换的面积,( T_{obj} ) 是钢材的温度,( T_{env} ) 是环境的温度。

辐射是指热量通过电磁波的形式传递。

在钢材加工过程中,热量也会以辐射的形式从高温区域传递到低温区域。

辐射的热流量可以用斯蒂芬-玻尔兹曼定律表示:[ q = A T^4 ]其中,( q ) 是热流量,( ) 是斯蒂芬-玻尔兹曼常数,( A ) 是热辐射的面积,( T ) 是物体的温度。

传热计算准确的传热计算对于钢材加工过程中的温度控制至关重要。

根据实际情况选择合适的传热模型,并运用相应的计算方法可以有效预测和控制温度。

稳态与非稳态传热在钢材加工过程中,稳态传热和非稳态传热是需要考虑的两种情况。

稳态传热指的是温度分布不随时间变化,而非稳态传热则指的是温度分布随时间变化。

根据实际情况选择合适的传热模型进行计算。

传热模型的选择在钢材加工过程中,常用的传热模型有:一维传热模型、二维传热模型和三维传热模型。

不锈钢换热计算范文

不锈钢换热计算范文

不锈钢换热计算范文不锈钢换热计算是指在不锈钢材料的换热器中,根据换热原理和热传导方程,通过计算来确定换热器的换热效率和传热能力。

不锈钢是一种具有优良耐腐蚀性能的金属材料,因此被广泛应用于换热器的制造。

以下是一个关于不锈钢换热计算的详细描述,包括计算原理、计算步骤和注意事项。

1.计算原理不锈钢换热器的换热计算主要基于热传导方程和热传导的基本原理。

热传导方程描述了热量在固体材料中传导的过程,根据热传导方程可以计算出换热器的传热能力。

而换热原理则考虑了换热器的结构和工作条件等因素,根据换热原理可以计算出换热器的换热效率。

2.计算步骤(1)确定换热器的工作条件,包括进口温度、出口温度、流体流速等参数。

(2)确定换热器的结构参数,包括换热面积、管子长度、管子直径等。

(3)根据换热原理和热传导方程,建立换热器的数学模型。

(4)利用数值计算方法,求解数学模型,得到换热器的传热能力和换热效率。

(5)对计算结果进行分析和评价,确定是否满足设计要求。

3.注意事项(1)在进行换热计算前,需要了解和掌握换热原理和热传导方程的基本知识。

(2)在确定换热器的工作条件时,需要考虑流体的物性参数和流动状态等因素。

(3)在建立换热器的数学模型时,需要根据具体情况选取合适的模型和假设。

(4)在求解数学模型时,可以使用计算机辅助工具,如数值计算软件等。

(5)在对计算结果进行分析和评价时,需要考虑实际工程情况和设计要求,进行必要的修正和调整。

以上是关于不锈钢换热计算的简要介绍。

不锈钢换热计算是换热器设计和优化的重要环节,通过计算可以确定换热器的性能和工作条件。

因此,在实际应用中,需要根据具体情况和要求,综合运用热力学、流体力学和数值计算等知识和方法,进行合理的计算和分析,以确保换热器的工作正常和高效。

深冷处理对高速钢刀具性能的影响及机理研究

深冷处理对高速钢刀具性能的影响及机理研究

深冷处理对高速钢刀具性能的影响及机理研究
高速钢刀具是现代制造业中常用的切削工具之一,其性能的优劣直接影响着加工效率和加工质量。

为了提高高速钢刀具的硬度、耐磨性和耐腐蚀性,深冷处理技术被广泛应用于刀具的生产制造过程中。

本文旨在研究深冷处理对高速钢刀具性能的影响,并探讨其机理。

深冷处理是通过将刀具材料置于极低温环境中进行冷却处理的一种技术。

通过深冷处理,可以使高速钢刀具的晶粒细化,提高刀具的硬度和耐磨性。

研究表明,深冷处理后的高速钢刀具的硬度可提高10%以上,耐磨性可提高20%以上。

这是因为深冷处理过程中,低温会使钢材中的碳元素更加均匀地分布在晶界和晶内,使晶界处形成较高的碳浓度,从而提高晶界的硬度和耐磨性。

此外,深冷处理还可以提高高速钢刀具的耐腐蚀性。

深冷处理过程中,低温下的冷却速度较快,可以避免刀具表面氧化层的形成。

与未经深冷处理的刀具相比,经过深冷处理的刀具表面更加光滑,抗氧化能力更强,从而提高了刀具的耐腐蚀性。

深冷处理对高速钢刀具性能的影响机理主要有两个方面。

首先,深冷处理可以改变高速钢刀具的晶界结构和碳元素的分布情况,从而提高刀具的硬度和耐磨性。

其次,深冷处理可以改善刀具表面的光洁度和抗氧化能力,提高刀具的耐腐蚀性。

综上所述,深冷处理是一种有效的提高高速钢刀具性能的方法。

通过深冷处理,可以显著提高刀具的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。

深冷处理对高速钢刀具性能的影响机理主要包括改变晶界结构和碳元素分布、改善刀具表面的光洁度和抗氧化能力等方面。

未来的研究可以进一步深入研究深冷处理在其他材料和刀具中的应用,并探索更加高效的深冷处理工艺和方法。

高速钢冷作模具深冷处理及应用

高速钢冷作模具深冷处理及应用

高速钢冷作模具深冷处理及应用摘要:指出了对高速钢采用-196℃液氮深冷处理可使组织发生明显变化,有效促使残留奥氏体向马氏体转变及超细碳化物的析出,使模具获得较佳的综合力学性能,深冷处理后高速钢模具的使用寿命较常规热处理提高三倍以上,具有十分重要的使用价值。

关键词高速钢模具残留奥氏体超细碳化物使用寿命1 引言高速钢自1990年问世以来,一直是以制造金属切削刀具而著称,随着科学技术的飞跃发展,高速钢的应用范围不断扩大。

从60年代开始,日本以汽车、自行车工业为中心,试用高速钢做模具取得成功,现在生产的高速钢约有15%用于制造模具。

高速钢主要是用来制造冷挤压模具及冷墩压模具,特别是Mo系高速钢比W系高速钢韧性更加优越。

高速钢用于模具的主要工艺难点在于热处理技术的掌握。

目前我国使用最广泛的高速钢是钨系W18Cr4V(简称18-4-1)钢和钨钼系W6Mo5Cr4V2(简称6-5-4-2)钢[1]。

这两种钢的传统淬火回火工艺特点是:高温淬火后需在一次硬化范围内回火三次,以获得高硬度和热硬性,工艺规范如表1所示。

主要缺点是在某些场所硬度不足。

为了改善模具强韧性,近年来高速钢的传统淬火回火工艺也发生了变革。

表1 高速钢常用热处理规格钢号淬火加热温度范围(℃)回火规范切削刀具冷作模具W18Cr4V 1240-1310 1240-1250 560℃1h3次W6Mo5Cr4V2 1200-1250 1180-1200 560℃1h3次2 深冷处理法原理及工艺过程高速钢的冷处理是在三十年代后期提出的,按传统概念,冷处理的目的是将淬火钢件冷却到零下(一般为-60℃――-70℃),使钢内的残余奥氏体转变为马氏体。

过去工业上采用高速钢冷处理主要应用于缩短热处理生产周期,即用淬火+冷处理+一次回火来代替处理方法[2],即在-100℃―-196℃(液氮)处理淬火零件,其后在400℃回火一次,不必需原来2―3次的重复回火。

经深冷处理后零件的硬度和耐磨性进一步改善,耐磨性可提高40%,既缩短回火时间,节省了能量,又明显提高了模具使用寿命。

w6mo5cr4v2al高速钢 热传导系数

w6mo5cr4v2al高速钢 热传导系数

w6mo5cr4v2al高速钢热传导系数
高速钢是一种用于制造切削工具的特殊钢材,具有优异的切削性能和耐磨性。

它主要由碳、钼、钨、钴、铬等多种元素组成,并经过淬火和回火等热处理工艺。

由于高速钢在切削过程中容易产生大量的热量,因此热传导系数是一个重要的性能指标。

高速钢的热传导系数一般在20-40 W/(m·K)之间,具体数值因
高速钢的配方成分和热处理工艺的不同而有所差异。

较高的热传导系数可以有效地将切削区域产生的热量迅速散热,避免过热引起刀具失效或损坏。

需要注意的是,高速钢的热传导系数相对较低,与其他一些材料如铝合金、铜等相比,热导性能较差。

因此,在高速切削加工中,需要采取一些降低切削温度的措施,如增加切削液的冷却和润滑效果,以保证刀具的使用寿命和加工质量。

提高高速钢车刀使用寿命的液氮冷冻法

提高高速钢车刀使用寿命的液氮冷冻法

提高高速钢车刀使用寿命的液氮冷冻法随着科学技术的发展,出现了许多科学的方法来延长刀具的使用寿命,本例介绍用液氮冷冻法来提高高速钢车刀的使用寿命。

(1)液氮处理刀具的原理高速钢刀具淬火后的组织(体积分数)为:马氏体+20%~25%残留奥氏体+约16%未溶碳化物。

由于残留奥氏体的存在,使高速钢的硬度降低,同时也降低了钢的导热性,易使刀具在工作时受热变钝,所以淬火后都要进行多次回火使残留奥氏体降至最低量。

液氮处理就是为了进一步减少钢中残留奥氏体量。

把高速钢刀具放到-196℃的液氮中,保温24h或更长的时间,然后缓慢升温,一直到环境温度(必要时还要进行低温回火),用这种方法可减少或消除钢中的残留奥氏体而使性能得到改善。

据有关资料介绍,马氏体经过-196℃深冷处理,Fe的晶格常数有缩小的趋势,从而加强了碳原子析出的驱动力,但由于低温下的扩散更困难,扩散距离更短,从而形成了直径仅为2~6μm,并与基体保持共格联系的超微细碳化物。

经深冷处理后,再经200℃回火,深冷处理产生的微细化物成为进一步析出的核心,通过扩散使碳原子向超细碳化物处聚集,使碳化物颗粒长大并改变其形状,成为弥散分布的碳化物。

而一定数量的硬而细小的碳化物均匀地分布在强而韧的金属基体中,可使耐磨性提高,经液氮处理的刀具硬度可提高1~2HRC。

硬度高,其耐磨性也就好;硬度低,其耐磨性也就差。

例如,硬度由62~63HRC 降至60HRC,其耐磨性将减弱25%~30%。

(2)液氮冷冻法工艺过程1)放置刀具。

将欲处理刀具清洗干净,放入保温罐中。

2)注液氮。

注液氮时,不要一次注满,应分多次注入,每隔5min注一次,每次少量(按处理刀具的数量多少而定),以使刀具缓慢冷却,直至液氮的液面高于刀具100mm为止。

另外,液氮极易冻伤皮肤,注液氮时要穿戴好防护用品。

而且注液氮时动作要轻缓,防止飞溅。

3)保温。

液氮注完后,冷冻罐的盖要盖好(自制的罐不允许盖得很严,防止膨胀而引起爆炸),保温24~48h或更长,然后取出刀具,必要时可进行150℃低温回火。

提高高速钢车刀使用寿命的液氮冷冻法

提高高速钢车刀使用寿命的液氮冷冻法

提高高速钢车刀使用寿命的液氮冷冻法为了提高高速钢车刀的使用寿命,液氮冷冻法被广泛采用。

液氮冷冻法是将高速钢车刀浸入液氮中使其迅速冷却,并在低温下进行处理。

液氮的低温可以改变车刀的晶粒结构,提高其硬度和耐磨性,从而延长其使用寿命。

液氮冷冻法的基本原理是利用液氮的极低温度来改变钢材的晶体结构,增强其硬度和耐磨性。

液氮的沸点约为-196℃,在接触液氮后,钢材的温度会迅速下降,在低温下形成马氏体和奥氏体的混合体,使得钢材的硬度和耐磨性得到提高。

在使用液氮冷冻法进行处理时,首先需要将高速钢车刀浸入液氮中,通常使用液氮浴或浸入容器中。

在浸泡的过程中,需要注意控制浸泡的时间,一般建议控制在几分钟到几十分钟之间,以免过度冷却导致脆性增加。

浸泡完成后,需要将车刀重新回到室温环境中进行再次处理,以消除冷却过程中产生的应力,并使得车刀的硬度和韧性达到平衡。

液氮冷冻法可通过以下几个方面来提高高速钢车刀的使用寿命:1.提高硬度和耐磨性:液氮的低温会导致车刀的晶粒细化,从而提高其硬度和耐磨性。

此外,低温冷却还能提高钢材的淬火效果,使得表面硬化层更深,增加车刀的使用寿命。

2.降低热应力:高速钢车刀在切削过程中会受到高温的影响,容易产生热应力导致断裂。

通过液氮冷却,可以有效降低车刀的切削温度,减小热应力的产生,从而提高车刀的使用寿命。

3.去除应力和提高韧性:高速钢车刀经过液氮冷却后需要重新回到室温环境中进行再次处理,这个过程可以消除冷却过程中产生的应力,并提高车刀的韧性。

使得车刀更加坚固耐用。

然而,液氮冷冻法也存在一些问题和限制。

首先,液氮的供应和存储需要一定的成本和设备,对于一些规模较小的企业来说可能不太实用。

其次,液氮的使用需要特殊的安全措施,以防止液氮对操作人员和环境的危害。

此外,车刀的冷却速度和时间需要严格控制,过度冷却会使刀具过于脆性,影响使用寿命。

综上所述,液氮冷冻法可以有效提高高速钢车刀的使用寿命,通过降低温度、改变晶粒结构、增强硬度和耐磨性,以及降低热应力和提高韧性等方式,使车刀更加坚固耐用。

高速钢刀具在深冷处理时的表面换热系数的计算

高速钢刀具在深冷处理时的表面换热系数的计算
在 多场 耦 合 中 , 还 需 填 写 各 场 的耦 合 关 系 文 件 , 则
FP E G就能 为根据 需求 自动生 成关 于此类 控 制方 程
的求解程 序 , 并得 到计算 结果 。
FP E G软 件对 于三维 直角 坐 标状 态 下 物体 瞬态
1 热对流换算 系数的反传热法计算 首先将传热控制方程、 边界条件和初始条件对
热系 数 j 。
( t =O ( £/ 。 ,) T ,) 0 M h =q / —T ) M( () 1 () 2
式 的方法 和 实 验测 定 的方 法 来 求 解 材 料 在非 线 形 热问题 中 的换 热 系 数 。本 文 采 用 反 传 热 法来 求 解 W9 o C4 M 3 rV材 料 在 深 冷 处 理 时 的换 热 系 数 , 剑 顾 锋 等提 出 的在 一维 条件 下 的 表面 综合 换 热系 数 ,
关键 词 : 冷 处理 ; 深 反传 热 ; 面换 热 系数 ;E G 表 FP
中 图分 类 号 : B 6 T 61 文 献 标 识码 : A

深冷 处理 能够 显 著提 高 刀 具 寿命 , 了能 够更 为
度得 到试件 温 度场 的分 布 , 根据 牛 顿 换 热定 律 进行 求解 热对 流 换 算 系 数 。反 传 热 法 求 解 材 料 换 热 系
q 求一阶微商 得到 敏感 系数 的控制 方程 、 边界 条件 和初 始条 件 。根 据 有 限 差分 法 , 用 V 利 C+ +编写 求解递 归 函数程序 计算 热 流 密度 , 后 根据 热 流密 然
收稿 日期 :0 8 90 2 0 - -8 0
热传导求解方式如下 :
对于物体 域瞬态热传导问题方程如下 :

高速钢刀具深冷处理

高速钢刀具深冷处理

高速钢淬火回火後的金相组织图1是20世纪40年代M‧Cohen等人对W18Cr4V(简称W18)钢在1,290℃奥氏体化的等温转变曲线,根据此图来讨论W18钢在淬火过程中过冷奥氏体的转变。

其他高速钢钢种亦有相同的转变过程,等温转变的曲线形状也相似,仅仅转变的温度和范围有所不同。

图1W18Cr4V钢等温转变曲线(奥氏体化温度1,290℃)从图1可以看出,经正常奥氏体化後,Ms点约210℃,Mf点约-100℃,转变量约92%,尚有8%的残留奥氏体(rR)。

如果奥氏体化後迅速冷至室温,则rR量在20%~25%。

W6Mo5Cr4V2(简称M2)的碳饱和度略高於W18钢,Ms点较低,约130℃,Mf亦低於前者,淬火後冷至室温的rR量25%~35%,HSS-E和HSS钢等温淬火的rR量可能达40%~50%。

一般情况下,经过3~4次回火,每次回火终冷不可能达到0℃以下的温度,故在组织中或多或少地会保留一定数量的rR。

从测得结果看,为5%或更少些。

各类高速钢淬火後的金相组织为:淬火马氏体+rR+未溶碳化物。

回火过程易发生的偏差,如加热温度和保温时间不足,尤其是冷却未达室温又进行下一次回火,都将增加rR量,回火合格程度分为3级,M2钢回火程度如图2所示。

回火1级为充分,整个视场为黑色回火马氏体,分布着均匀弥散的碳化物;回火2级为一般,个别区域或碳化物堆集处有白色区存在,虽属合格组织,但rR比1级要多;回火3级为回火不足属不合格组织,较大部分有白色区存在,隐约可见淬火晶粒。

正常回火的组织应为回火马氏体+微量的rR+碳化物。

高速钢刀具深冷处理的目的古里亚耶夫在1937年就报道,采用冷处理来改善钢性能事例,其目的是使钢中的残留奥氏体转变成马氏体。

回火组织稳定化。

到了50年代,就有采用-78℃(乾冰)或更高一点的零下温度进行冷处理改善刀具性能的报道,70年代後,由於液N2成本下降,使得工业冷处理的终冷温度大大降低。

现在,采用液N2为制冷剂可将终冷速度控制在-196℃以上的各个温度区,而且可控制降温速度,从相当於炉冷或空冷的速度直至将工件直接投入液N2“淬冷”。

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通过 FPEG编制程序后所得到结果 :
图 2 试件及传感器 1、 2位 置 Fig.2 Testpieceandthesensors'position
ofthenumberof1, 2
图 5 求得表面热流密度曲线图 Fig.5 Resultofthesurfaceheatfluxdensity
图 3 试件及传感器 3、 4位 置 Fig.3 Testpieceandthesensors'position
FEPG软件对于三维直角坐标状态下物体瞬态
热传导求解方式如下 : 对于物体 V域瞬态热传导问题方程如下 :
ρc ut-
xkx
ux- ky
u y
-
zkz
u z
=ρQ
(3)
收稿日期 :2008-09-08 作者简介 :李强 (1982 -), 男 , 硕士研究生 , 主要研究方向为齿轮滚刀深冷处理的计算机模拟 。
第 31卷 第 1期
太原科技大学学报
Vol.31 No.1
2010年 2月 JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY
Feb.2010
文章编号 :1673 -2057(2010)01 -0046 -04
高速钢刀具在深冷处理时的表面换热系数的计算
图 1 求解流程图 Fig.1 Program flow char
3 算例
本实验采用高速钢刀具试件 (见图 2、图 3), 采 用直径 Υ 4 mm, 长度 50 mm的 Pt100热电偶 , 测温 点位于热电偶头部 。试验前把热电偶插入试件中心 孔 , 试件端部涂以硅胶密封以进行绝热处理 。试件 静置摆放 24 h以使硅胶密封 。将 1、2、3、4号传感器 分别置入试件 Υ 6 mm、Υ 12 mm、Υ 18 mm、Υ 24 mm直径处 , 分别用以测量距试件表面 3 mm、6 mm、
参考文献 :
[ 1] 洪剑平 , 金滔 , 汤珂 .反传热问题及其在深冷处理传热分析中的应用 [ J] .低温技术 , 2008, 36(2):10-14. [ 2] 顾剑锋 , 潘健生 , 胡明娟 , 等 .淬火 介质冷却能力评价 ——— 换热系数法 [ J] .金属热处理学报 , 1999, 22(S0):320-323. [ 3] 黄鹏 , 魏兴钊 .用三维有 限元求解金属淬火过程的换热系数 [ J] .材料科学与工艺 , 2008(4):204-210. [ 4] JIINHONGLIN, CHAOKUANGCHEN, YUETZUYANG.Theinverseestimationofthethermalboundarybehaviorofaheated
-
∫ zkz
u z
*δudv= ρQδudV
v
(5)
其中 , δu为温度的虚位移 。由分部积分公式将其化
为弱形式 , 并将边界条件代入 (注意 , 对于已知温度
边界条件 , 虚位移 δu为 0), 可得 :
∫ v
ρc utδu+kx
u x
δxu+ky
u y
δyu +kz
u z
δzudV=
∫ ∫ ρQδudV+ q0 δudΓ
中图分类号 :TB661 文献标识码 :A
深冷处理能够显著提高刀具寿命 , 为了能够更 有效的对深冷过程进行控制 , 对其计算机模拟是非 常必要的 。 刀具深冷处理 的计算机模拟 是对刀具 在深冷处理时的过程有限元模拟 , 其模拟时所采用 的参数的获得是一个重要环 节[ 1] 。 对于 换热分析 的研究为深冷处理技术的理论研究提供 了基础性 保障 , 而换热系数又是换热分析研究的一个重要参 数 。目前在换热系数的求 解方面主要采 用经验公 式的方法和实验测定的方法来求解材料 在非线形 热问题中的换热系数 。本 文采用反传热 法来求解 W9Mo3Cr4V材料在 深冷处理时的换 热系数 , 顾剑 锋 [ 2] 等提出的在一维条件下的表面综合换热系数 , 化工类方面也对管件或薄板件类进行的换热分析 。 黄鹏[ 3] 等提出的对淬火过程的分析 , 导出圆柱体材 料的淬火处理的换热系数的 计算公式 。 本文采用 高速钢刀具试件在深冷条件下 , 用三维的有限元分 析法来推导敏感系数场和温度场 , 从而通过编程实 现换热系数的求解 。
48
太 原 科 技 大 学 学 报 2010年
9 mm以及芯部的温度分布 。 将试件安装于深冷箱 中央 , 绑扎时使用导热系数极 低的材料 , 避开传感 器测温部位 。 本次试验给定温 度为 -120 ℃, 以 3 ℃ /min进行冷却 , 冷却过程中由计算机即时采集距 离表面 3 mm、6 mm、9 mm以及芯部四点的温度值 。
反传热法求解材料换热系数的 FEPG软件实现 方法是 :根据热传导方程的 弱形式和总传 热方程 , 填写 FEPG系统文件 PDE文件 、FBC文件[ 5] , 用户 子程序采用 VisualC++编写 (用户子程序主要处 理材料不 同温 度下各 个物性 参数如 比热 、导 热系 数 [ 6] 等的非线性计算 。), 编写耦合文件 , 由于只有 瞬态温度场和敏感系数场 2个场 , 只需要根据表格 填写即可 。 根据顾剑 锋等在二维状态下 的研究成 果转化成三维状态下的虚功方程利用 GES文件系 统自动生成单元刚度矩阵 。利用 gcn库创建 GIO文 件 , 生成程序 , 得到结果 。 程序流程图如图 1:
李 强 , 闫献国
(太原科技大学机电学院 , 太原 030024)
摘 要 :在对材料 为 W9Mo3Cr4V的 高速钢刀具进行深冷处理 的有限元 模拟时 , 表面换 热系数 是一 个重要的系数 。 为得到此参数 , 采用了反传热法对由深冷处理实验测定材料为 W9Mo3Cr4V的试件所得 到的温度曲线进行处理 , 从而得 到其表面换热系数 , 用此系数作为相同材料的高速钢 刀具的表面 换热系 数 。 文中的分析和计算是在 FEPG软件和 VisualC++编程语言的辅助下自动完成的 。 关键词 :深冷处理 ;反传热 ;表面换热系数 ;FEPG
ofthenumberof3, 4
实验结果曲线 :
图 4 以 3 ℃ /min速 率从常温降至 -120 ℃温度曲线 Fig.4 To3 ℃ /minratefrom room temperaturedown
to -120 ℃ /min
图 6 表面换热系数与温度关系 Fig.6 Resultofthesurfaceheattransfercoefficient
第 31卷 第 1期
太原科技大学学报
Vol.31 No.1
2010年 2月 JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY
Feb.2010
文章编号 :1673 -2057(2010)01 -0049 -06
荷载作用下老采空区地表移动规律的试验研究
方程表达式 。 CDE文件的主要 内容是复变量微分
方程表达式 , VDE文件的主要内容是微分方程向量
表达式 。由这些文件 , 单元子程序自动生成系统自
动生成计算单元刚度矩阵 , 单元阻尼矩阵和单元载
荷向量等 单元子程 序 。 本文 选用 PDE文件格 式 。
FBC文件主要内容是边界条件 (第二和第三类边界
刘秀英
(太原科技大学交通工程教研室 , 太原 030024)
摘 要 :利用相似 材料模拟试验动态模拟采空区形成 过程 , 当采煤 结束且 采空区 基本稳 定后 , 通过 在采空区的不同位置逐级加荷载来分析研究老采空区地表的移动 和变形规律 。 试验结果表明 :(1)加载 后地表各参数的残余变形均有所增加 , 其最大残余变形值基本发生在采空区两侧 ;(2)荷载越大 , 地表的 残余变形越大 ;(3)荷载布置在 采空区两侧比布置在中央引起的残余变形 要大 ;(4)采深采 厚比越小 , 地 面荷载对采空区的扰动影响越大 。 并列举工程实例对试验结果进行了初步 验证 。 关键词 :老采空区 ;相似模拟 ;地表移动规律
(1) (2)
2 采用 FEPG编制程序
本文采用 FEPG有限元程序软件 , FEPG软件能
够自动生成有限元程序 , 只 需要根据控制方 程 , 边 界条件和初始条件填写其对应的微分方程表达式 ;
在多场耦合中 , 则还需填写 各场的耦合关 系文件 ,
FEPG就能为根据需求自动生成关于此类控制方程 的求解程序 , 并得到计算结果 。
第 31卷第 1期 李 强 , 等 :高速钢刀具在深冷处理时的表面换热系数的计算
47
其中 , u为温度 , kx, ky, kz是物体沿 x, y, z方向的导 热系数 , ρ是物体的密度 , c是物体的比热 , Q是物体
内热源密度 。物体 V的全部边界为 Γ.一部分边界
Γu上温度已知 u=u0 , 这里 u0 边界 Γu上温度的给
定值 。另一部分边界 Γq上热流已知 :
nxkx ux+nyky u y+nzkz uz=q0
(4)
其中 , q0 是边界 Γq上热流的给定值 , nxnynz分别为 边界表面外法线在 x, y, z方向的方向余弦 。利用瞬
态热传导方程可得其积分形式为 :
∫ v
ρc ut- xkx
u x
-
yky
u y
条件 )的微分方 程表达式 。 由这个文件 , 单元子程
序自动生成系统自动生成计算边界条件 的单元刚
度矩阵 , 阻尼矩阵和载荷向量等子程序 。单元子程
序自动生成系统 , 又称为 GES文件系统 , 是用来自
动生成计算单元刚度矩阵 , 单元阻尼矩阵和单元荷
载向量等子程序 。只 需要输入原坐标系 相对参考 坐标系的坐标变换表达式 , 参考坐标系下的形函数 表达式 , 原坐标系下的虚功方程表达式和载荷表达 式等基本公式就能自动生成计算单元刚度矩阵 , 单 元阻尼矩阵和单元荷载向量等子程序 。
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