合金成分课程设计.doc

辽 宁 工 业 大 学 合金设计原理 课程设计（论文） 题目：一种手表用碳素工具钢冷轧钢带的设计 院（系）： 材料科学与工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：教 授 起止时间：19周-20周 目录 第一章 工具钢的研究进展与应用 2 1.工具钢的概况及分类 2 2.国内外工具钢的生产现状及发展趋势 2 3.碳素工具钢 3 4.高速钢 4 第二章 工具钢的成分设计 7 2.1 合金元素及范围的初步选择 7 2.2 设计要求 9 2.3回归分析法 9 2.3.1 回归分析的定义: 9 2.3.2 回归分析所能解决的问题 9 2.3.3 回归方程检验方法 10 第三章 热处理工艺的确定 12 3.1 T10碳素工具钢的热处理 12 3.2 T10碳素工具钢的热处理工艺的确定 14 第四章 T10碳素工具钢冶炼方法及成本预算 15 4.1 T10碳素工具钢的冶炼方法选择【12】 15 4.2 T10碳素工具钢金属材料成本预算 15 4.3 设计总结 18 参考文献 20 第一章 工具钢的研究进展与应用 1. 工具钢的概况及分类【1】 工具钢是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。它具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度的红硬性，以及高的耐磨性和适当的韧性。根据用途不通，工具钢可以分为刃具用钢、模具用钢和量具用钢。按化学成分不同，工具钢又可以分为碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。 在化学成分上，为了使工具钢尤其是刃具钢具有高的硬度，通常都使其含有较高的碳（含碳量0.65%-1.55%），以保证淬火后获得高碳马氏体，从而得到高的硬度和切断抗力，这对减少和防止工具损坏是有利的。此外，高的含碳量还可以形成足够数量的碳化物，以保证高的耐磨性。所加入的合金元素主要是使钢具有高强度和高耐磨性的一些碳化物形成元素，如Cr、W、V、Mo等。有时也加入Mn和Si，其目的主要是增加钢的淬透性，以达到钢在热处理时的变形，同时增加钢的回火稳定性。对于切削速度较高的刃具，常加入较多的W、Mo、V、Co等合金元素，以提高钢的红硬性。 工具钢对钢材的纯洁度要求很严，对S、P的含量一般均限制在（0.02%-0.03%）以下，属于优质钢或者高级优质钢。钢材出厂时，其化学成分、脱碳层、碳化物不均匀度等均应符合国家有关标准规定，否则会影响工具钢的使用寿命。 各类工具钢由于工作条件和用途的不同，所以对性能的要求也不同。但各类工具钢除了具有各自的特殊性能之外，在使用性能及工艺性能上也有很多共同的要求，如高硬度、高耐磨性是工具钢最重要的使用性能之一。工具若没有足够的硬度是不能惊醒切削加工的，否则，在应力作用下，工具的形状和尺寸都要发生变化而失效。高耐磨性是保证和提高工具寿命必要条件。 2. 国内外工具钢的生产现状及发展趋势【2】 工具钢根据用途不同分为刃具用钢、模具用钢和量具用钢。各个钢种的生产现状及发展趋势不同，下面主要介绍刃具用钢和模具用钢的国内外情况。 1)刃具用钢的发展 随着机械工业的发展，金属切削的作业量日益增多。全世界钢材年产量的15~30%都要经过切削加工，因此金属切削加工耗资巨大。美国从1970~1995年，金属切削加工的费用从400亿美元增加到6500亿美元，近些年仍在继续增加。国内虽无详细统计，估计每年耗资不少于1000亿元。因此刀具在金属切削加工中具有举足轻重的地位。 工具钢刀具材料可分为碳素工具钢和合金工具钢,碳素工具钢只能承受200~250℃的切削温度,用以切削一般钢材只能适用5~8m/min的切削速度。1865年,英国人罗伯特·黑希特发明了合金工具钢,其牌号有CrWMn、9CrSi等,能承受350℃的切削速度,加工一般钢材时切削速度可达10~12m/min。目前,工具钢仅使用在一些手动工具上。 近年来高速钢钢种发展很快,尤其以提高切削效率为目的而发展起来的高性能高速钢,国外高性能高速钢的使用比重已超过20~30%,与传统的W18Cr4V对应的高速钢已基本淘汰,代之以含钴高速钢和高钒钢。国内高性能高速钢的使用仅占高速钢使用总量的3~5%。而用粉末冶金制作的高速钢刀具,其耐用度比一般高速钢刀具提高3~5倍。 随着工业生产发展的需要,高速钢刀具已不能满足人们对高效率加工、高质量加工和各种难加工材料的加工要求。因而在20世纪20年代到30年代,人们发明了钨钴钛类硬质合金。其常温硬质高达89~93HRA,能承受800~900℃以上的切削温度。其切削速度可达100m/min,切削效率大约为高速钢的5~10倍,故在全世界硬质合金的产量增长极快,现在已成为主要的刀具材料之一,发达国家硬质合金刀具材料