畢業(yè)論文-- 對(duì)熱處理過程中粹變及出現(xiàn)裂紋問題的討論

1、<p>　　2013屆畢業(yè)生畢業(yè)論文</p><p>　　論文題目 對(duì)熱處理過程中粹變及出現(xiàn)</p><p><b>　　裂紋問題的討論 </b></p><p>　　專 業(yè)　　 </p><p>　　年 級(jí)　　

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)　　 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名　　 </p><p>　　聯(lián) 系 方 式　　 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師　　

3、 </p><p>　　職 稱：　 </p><p>　　完 成 日 期： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在熱處理過程中變形與開裂是常見而又比較難解決的問題

4、。對(duì)熱處理變形的規(guī)律的復(fù)雜性我們還沒有徹底的認(rèn)識(shí)和掌握。論文分析了熱處理變形、開裂的原因，影響變形的因素以及減少熱處理變形、防止開裂的一系列技術(shù)措施。</p><p>　　關(guān)鍵詞：熱處理；變形；開裂；熱應(yīng)力；組織應(yīng)力</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p

5、><p>　　1熱處理變形、開裂的原因2</p><p>　　1.1熱應(yīng)力引起的變形2</p><p>　　1.2組織應(yīng)力引起的變形3</p><p>　　1.3塑料模具的表面處理技術(shù)4</p><p>　　2影響變形及開裂的因素5</p><p>　　2.1鋼的化學(xué)成分5</p&

6、gt;<p>　　2.2鋼的淬透性5</p><p>　　2.3鋼的原始組織6</p><p><b>　　2.4淬火介質(zhì)6</b></p><p>　　2.5零件的幾何形狀尺寸7</p><p><b>　　2.6淬火方法7</b></p><p>

7、　　3減少變形及開裂的措施8</p><p>　　3.1合理的選用鋼材8</p><p>　　3.2合理的選擇加熱溫度8</p><p>　　3.3合理鍛造及預(yù)先熱處理8</p><p>　　3.4合理設(shè)計(jì)工件的結(jié)構(gòu)尺寸10</p><p>　　3.5采用合理的熱處理工藝11</p><

8、p>　　3.6采用正確的淬火操作方法11</p><p><b>　　結(jié)論與展望14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　變形是指零件在熱處理時(shí)引起的形狀和尺寸的偏差。變形是熱處

9、理較難解決的問題，要完全不變形時(shí)不可能的，一般是把變形量控制在一定范圍內(nèi)。超過變形量時(shí)，只能用校正法校正。開裂是絕對(duì)要避免的，因?yàn)殚_裂零件無(wú)法挽救，只能報(bào)廢，這既浪費(fèi)了材料與加工費(fèi)用，又影響了生產(chǎn)，給國(guó)家造成損失。因此，分析研究金屬熱處理變形、開裂的原因，掌握其規(guī)律性，并找出減小變形、防止開裂的技術(shù)措施，具有十分重要的意義。</p><p>　　1熱處理變形、開裂的原因</p><p>　

10、　工件的變形包括尺寸變化和形狀變化兩種。不論哪種變形，主要都是由于熱處理時(shí)，工件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力所造成的。根據(jù)內(nèi)應(yīng)力的形成原因不同，可以分為熱應(yīng)力與組織應(yīng)力。工件的變形就是這兩種應(yīng)力綜合影響的結(jié)果，當(dāng)應(yīng)力大于屈服極限時(shí)就會(huì)發(fā)生永久變形，如果大于材料的強(qiáng)度工件就會(huì)開裂。下面對(duì)兩種應(yīng)力分別加以研究。</p><p>　　1.1熱應(yīng)力引起的變形</p><p>　　鋼件在加熱和冷卻過程中,將發(fā)生

11、熱脹冷縮的體積變化以及因組織轉(zhuǎn)變時(shí)新舊相比容差而產(chǎn)生的體積改變。零件加熱到淬火溫度時(shí),屈服強(qiáng)度明顯降低,塑性則大大提高。當(dāng)應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生塑性變形,如果造成應(yīng)力集中，并超過了材料的強(qiáng)度極限,就會(huì)使零件淬裂。導(dǎo)熱性很差的高碳合金鋼,如合金模具鋼Cr12MoV、高速鋼W18Cr4V之類的工具鋼，淬火加熱溫度很高，如不采用多次預(yù)熱和緩慢加熱,不但會(huì)造成零件變形,而且會(huì)導(dǎo)致零件開裂而報(bào)廢。此外,鑄鋼件和鍛件毛坯,如果表層存在著一層脫

12、碳層,由于表層和心部導(dǎo)熱性能不同,在淬火加熱較快時(shí),也會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力而引起變形。冷卻時(shí)由于溫差大,熱應(yīng)力是造成零件變形的主要原因。</p><p>　　急冷熱應(yīng)力的兩個(gè)特點(diǎn)：1）零件表面產(chǎn)生壓力，心部產(chǎn)生熱效應(yīng)。2）大型軸類零件心部的軸向參與拉應(yīng)力特別大。對(duì)工件的影響：大型軸類零件如軋輥，因冷卻后軸向參與拉應(yīng)力很大，再加上心部往往存在氣孔、夾雜、鍛造裂紋等缺陷，故容易造成橫向開裂。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的小軸類零件，新產(chǎn)生的

13、表面壓應(yīng)力可以提高其抗疲勞能力。實(shí)踐證明，熱應(yīng)力引起工件變形的特點(diǎn)是和物體內(nèi)部受到高的流體靜壓力作用的結(jié)果相似，它使平面變成凸面，直角變成鈍角，長(zhǎng)的方向變短，短的方向變長(zhǎng)。如圖1。</p><p>　　圖1 框型鑄件熱應(yīng)力的形成過程</p><p>　　1.2組織應(yīng)力引起的變形</p><p>　　如果金屬制品在加熱和冷卻時(shí)發(fā)生相變，由于新舊相之間存在著結(jié)構(gòu)和比容

14、差異，制品各部分又難以同時(shí)發(fā)生相變，或者各部分的相變產(chǎn)物有所不同，也會(huì)引起應(yīng)力，這種因組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為組織應(yīng)力。</p><p>　　（1）拋光時(shí)應(yīng)避免過大的壓力手工油石研磨和手工拋光需要花費(fèi)高的生產(chǎn)成本，加工時(shí)間也較長(zhǎng)，因此現(xiàn)在越來越多地采用機(jī)械裝置研磨和拋光。采用手工拋光，加工應(yīng)力很少會(huì)超過鋼材表面的屈服強(qiáng)度，因此不會(huì)出現(xiàn)桔皮和麻坑。但采用機(jī)械拋光如果控制不當(dāng)，壓力就會(huì)超過屈服強(qiáng)度，從產(chǎn)生桔

15、皮和麻坑。因此在采用機(jī)械拋光時(shí)應(yīng)非常小心，避免采用大的壓力。但在采用機(jī)械拋光時(shí)，總是希望較快完成，這樣就需要采用較大的壓力來清除以前的切削痕跡，而這樣就會(huì)造成更大的桔皮或麻坑。因此在拋光時(shí)一定要避免過大的壓力。</p><p>　?。?）修理模具表面的桔皮和麻坑</p><p>　　修理模具表面的桔皮和麻坑基本步驟：</p><p>　?、儆糜褪ス獾姆椒ǔ粲腥毕?/p>

16、的表面。通常是在進(jìn)行金剛石拋光前用新的油石來磨光。</p><p>　?、谙龖?yīng)力，把模具的表面從高度受力的狀態(tài)下解除出來。消除應(yīng)力時(shí)的溫度應(yīng)該比模具的回火溫度低100℃。這樣不至于使模具鋼軟化。</p><p>　　③應(yīng)力消除之后，用金剛石拋光，這次用力要輕。</p><p>　　提高硬度有助于防止產(chǎn)生桔皮和麻坑,因?yàn)橹挥袑?duì)鋼材所施加的應(yīng)力大于屈服點(diǎn)，才出現(xiàn)桔皮.

17、因此可以通過提高模具硬度,使模具能承受更大的壓力而不出現(xiàn)桔皮，麻坑也隨硬度的提高而減少。因此滲碳模具由于表面較硬可以得到很好的拋光性能；氮化得好的模具在拋光過程中也不會(huì)產(chǎn)生桔皮和麻坑.</p><p>　　1.3塑料模具的表面處理技術(shù)</p><p>　　為保證成型后塑料制品的表面質(zhì)量，從而對(duì)塑料模具的表面狀態(tài)提出了以下要求:</p><p>　?、傩颓槐砻婀饣３?/p>

18、型面要求拋光成鏡面，表面粗糙度低于014μm ,以使壓制件具有良好的外觀并便于脫模。</p><p>　　②型腔表面耐磨抗蝕。一般要求成型面硬度達(dá)30～60HRC，且表面粗糙度長(zhǎng)期保持不變，長(zhǎng)期受熱表面不軟化、不氧化。通常，塑料模具的主要失效形式為:成型面磨損、塑性變形和斷裂。</p><p>　　表面磨損是指塑料對(duì)模具成型面的摩擦，使表面拉毛的現(xiàn)象。當(dāng)原料中含有無(wú)機(jī)填料時(shí)，將明顯加劇模具

19、的磨損，除型腔表面粗糙度迅速惡化外，型腔尺寸也由于磨損而急劇變化。</p><p>　　塑性變形是指模具在持續(xù)受熱、受壓作用下，發(fā)生局部塑性變形而失效的方式。這種失效是由于模具型腔表面的硬化層過薄，變形抗力不足或是模具在熱處理時(shí)回火不足，在服役時(shí)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變所致。</p><p>　　斷裂失效是危害最大的一種失效形式。塑料成形模具形狀復(fù)雜，存在許多角薄邊，在這些位置會(huì)造成應(yīng)力集中，產(chǎn)生斷裂

20、。此外,回火不足也可能發(fā)生斷裂。</p><p>　　制品在加熱或冷卻過程中發(fā)生的相變總是先從表層開始的，然后向心部發(fā)展，若相變時(shí)體積增大，先轉(zhuǎn)變的表層膨脹將受到心部牽制。結(jié)果表層受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力。若相變時(shí)體積減小，則表層為拉應(yīng)力而心部為壓應(yīng)力。</p><p>　　例如鋼件淬火時(shí)，表層先發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，由于馬氏體的比容大于母相奧氏體的比容，因而表層膨脹。但這種膨脹會(huì)受到心部的牽制，

21、故表層受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力；當(dāng)心部也冷至馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下，心部發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而膨脹，但又受到表層的牽制，故此時(shí)心部受壓應(yīng)力，而表層受拉應(yīng)力。</p><p>　　組織應(yīng)力有兩個(gè)特點(diǎn)：1）工件表面受拉應(yīng)力，心部壓應(yīng)力。2）靠近表面層，切向拉應(yīng)力大于軸向拉應(yīng)力。</p><p>　　組織應(yīng)力引起工件變形的特點(diǎn)與熱應(yīng)力相反，使平面變凹，直角變成銳角，長(zhǎng)的方向變長(zhǎng)，短的方向變短。一句話使尖角變得

22、突出，特別指出的是，試樣表面的切向拉應(yīng)力很大，較大的切向拉應(yīng)力往往是零件產(chǎn)生縱向裂紋的主要原因。</p><p>　　淬火零件的變形時(shí)熱應(yīng)力和組織應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。除了內(nèi)應(yīng)力外，零件的變形還要原材料成分、工件的形狀和介質(zhì)冷卻速度的影響，實(shí)際情況要復(fù)雜很多。因此在解決實(shí)際問題時(shí)，要全面分析，指出起主導(dǎo)作用的是熱應(yīng)力還是組織應(yīng)力，以便判定變形的趨勢(shì)或裂紋產(chǎn)生的可能性，并采取各種</p><p&g

23、t;　　措施予以控制或防止。</p><p>　　2影響變形及開裂的因素</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中，影響熱處理變形的因素有很多，其中主要包括鋼的原始組織、化學(xué)成分、零件尺寸和形狀、淬火介質(zhì)的選擇、淬火工藝、鋼的淬透性等。</p><p><b>　　2.1鋼的化學(xué)成分</b></p><p>　　鋼的化學(xué)成分中以

24、含碳量對(duì)淬火變形的影響最大。隨著鋼中含碳量的升高，馬氏體的質(zhì)量體積增大，因組織轉(zhuǎn)變而引起的體積變化及因相變應(yīng)力而引起的淬火變形便越大。但高碳鋼由于殘留奧氏體量的增加，抵消了一部分馬氏體轉(zhuǎn)變的膨脹作用，而體積變化相對(duì)減小。</p><p>　　隨著含碳量的增加，鋼中馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度也降低，這是開始馬氏體轉(zhuǎn)變，鋼已處于較低溫度，難以塑性變形，這也導(dǎo)致相變應(yīng)力變形減小，熱應(yīng)力變形明顯。</p><

25、p>　　概括起來可以得出以下結(jié)論：在低碳鋼中，由于淬火時(shí)質(zhì)量體積變化較小，特別是淬透性差，故其淬火變形常以熱應(yīng)力為主。中碳鋼中，因其淬火時(shí)質(zhì)量體積變化較大，淬透性也較低碳鋼大，且MS點(diǎn)還比較高，故當(dāng)零件尺寸較小淬火變形將以相變應(yīng)力變形為主；當(dāng)然隨著零件尺寸增大，硬度層深度減小，將會(huì)逐漸過渡到以熱應(yīng)力變形為主。在高碳鋼中，由于MS點(diǎn)較低，殘留奧氏體較多，故淬火變形主要是熱應(yīng)力變形。</p><p>　　合金元

26、素大多會(huì)明顯提高鋼的淬透性，使MS點(diǎn)下降，殘留奧氏體量增多，因此減少了相變應(yīng)力；同時(shí)合金元素提高了鋼的淬透性，可以在緩和的介質(zhì)中淬火，減少了工件的熱應(yīng)力；另外由于合金元素的加入，提高了鋼的屈服強(qiáng)度，因此顯著地減少了淬火應(yīng)力引起的變形。</p><p><b>　　2.2鋼的淬透性</b></p><p>　　鋼的淬透性是指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特征

27、。它是反映鋼在淬火時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的難易程度。鋼的淬透性與鋼的臨界冷卻速度有密切的關(guān)系，臨界冷卻速度越底，鋼的淬透性越好，降低臨界冷卻速度的主要因素是鋼的化學(xué)成分，例如合金鋼的淬透性比碳鋼好。淬透性好的鋼，在淬火冷卻時(shí)可采用比較緩和的淬火介質(zhì)，減少工件淬火的變形及開裂傾向。因此，對(duì)于重要的、形狀復(fù)雜的、大截面的零件應(yīng)選擇淬透性好的合金鋼，經(jīng)淬火及回火處理，既能獲得所需要的力學(xué)性能，又能減少變形及開裂。</p><

28、;p><b>　　2.3鋼的原始組織</b></p><p>　　零件淬火前的組織狀態(tài)對(duì)零件的淬火質(zhì)量有很大影響，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等，這些鋼在鍛造加工以后，必須進(jìn)行球化退火，將片狀珠光體變?yōu)榍驙钪楣怏w，在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件的變形和開</p><p>　　裂傾向小。另外偏析現(xiàn)象和網(wǎng)狀組織,對(duì)淬火后工件的變形、特別是對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸的

29、彎曲變形影響很大。材料的本質(zhì)晶粒度越細(xì),屈服強(qiáng)度越高,對(duì)變形的抗力越大,工件淬火后的變形量就相應(yīng)減小。</p><p><b>　　2.4淬火介質(zhì)</b></p><p>　　根據(jù)碳鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖可知，為了抑制非馬氏體轉(zhuǎn)變的產(chǎn)生，在c曲線“鼻子”附近（550℃左右）需要快冷，而在650℃以上或400℃以下溫度范圍，并不需要快冷，特別在Ms線附近發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)需要緩慢

30、冷卻，為使馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力最小，以防止淬火變形和開裂。</p><p>　　圖2 C曲線與淬火操作示意圖 一般認(rèn)為,淬火介質(zhì)300℃時(shí)的冷卻速度對(duì)變形的影響是關(guān)鍵的,應(yīng)根據(jù)鋼的淬透性、零件截面尺寸和表面粗糙度,合理選用淬火介質(zhì)。常用的淬火介質(zhì)有水、油、以及鹽類水溶液、熔鹽、空氣等。水的冷卻特性不理想，在要求快冷區(qū)間650—400℃時(shí)，水的冷卻速度很小，大約200℃/s,而在400℃以下

31、需要漫冷的區(qū)間，水的冷卻速度大增，大約300℃達(dá)到最大值800℃/s,使零件淬火變形及開裂傾向最大。一般情況下碳鋼常采用淬火烈度大的水或水溶液作為淬火介質(zhì)；而合金鋼一般用油作為淬火介質(zhì)。因此，選擇淬火介質(zhì)的正確原則是，在保證淬硬的前提下，盡量選擇淬火烈度小的淬火介質(zhì)，以減小淬火變形及開裂。</p><p>　　2.5零件的幾何形狀尺寸</p><p>　　從熱處理工藝角度出發(fā)，零件設(shè)計(jì)最好

32、采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，盡量避免尖角，要求截面過渡均勻。必要時(shí)可開工藝用槽。如鏜桿上開有兩條對(duì)稱的槽，其中一條是為減小熱處理變形而設(shè)計(jì)的。形狀較復(fù)雜的零件，如零件的尖角處，由于應(yīng)力集中，更容易產(chǎn)生淬火裂紋。因此，必須合理選擇材料，避免淬火裂紋產(chǎn)生。</p><p><b>　　2.6淬火方法</b></p><p>　　為了使淬火時(shí)最大限度地減少變形和避免開裂，除了正確地進(jìn)行加

33、熱及合理選擇淬火介質(zhì)外，還應(yīng)根據(jù)工件的成分、尺寸、形狀和技術(shù)要求選擇合適的淬火方法。例如:雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級(jí)淬火、貝氏體等溫淬火、強(qiáng)烈淬火等。雙介質(zhì)淬火的內(nèi)應(yīng)力小，變形及開裂少，所以主要應(yīng)用于碳素工具鋼制造的易開裂的工件，如絲錐等；貝氏體等溫淬火可以顯著地減少淬火應(yīng)力和淬火變形，并能基本上避免工件的淬火開裂，因此，各種形狀復(fù)雜的模具、成形刀具采用貝氏體等溫淬火；強(qiáng)烈淬火技術(shù)是采用高速攪拌或高壓噴淬使試件在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域進(jìn)行快速而均勻

34、的冷卻,在試件整個(gè)表面形成一個(gè)均勻的具有較高壓應(yīng)力的硬殼,避免了常規(guī)淬火在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域進(jìn)行快速冷卻而產(chǎn)生畸變過大和開裂的問題。</p><p>　　總之，熱處理變形及開裂的影響因素是十分復(fù)雜的問題，在制定淬火熱處理工藝時(shí)，應(yīng)充分考慮工件的形狀、鋼中的碳含量，根據(jù)工件所要求的力學(xué)性能，合理選擇淬火方法及冷卻介質(zhì)，防止變形及開裂，提高產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　3減少變形及開裂的措施&l

35、t;/p><p>　　3.1合理的選用鋼材</p><p>　　對(duì)于形狀復(fù)雜、截面尺寸相差懸殊的工件，最好選用高淬透性的合金鋼。以便在緩冷介質(zhì)中冷卻時(shí)，能減小應(yīng)力與變形。對(duì)形狀復(fù)雜且精度要求較高的模具、量具等，可以用微變形鋼，用等溫淬火或分級(jí)淬火來減小變形。對(duì)于易變形、淬裂的零件選用合金鋼，對(duì)于硬度要求不高的結(jié)構(gòu)件，在滿足硬度要求的情況下，盡可能的選用碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小的碳鋼以減少變形。</

36、p><p>　　3.2合理的選擇加熱溫度</p><p>　　在保證淬硬的前提下，一般應(yīng)該盡量選擇低一些的淬火溫度。但對(duì)于一些高碳合金鋼工件，可以通過適當(dāng)提高淬火溫度來降低Ms點(diǎn)，增大殘留奧氏體量，以控制淬火變形。另外，對(duì)厚度較大的高碳鋼工件，也可適當(dāng)提高其淬火溫度來防止弧裝裂紋。</p><p>　　3.3合理鍛造及預(yù)先熱處理</p><p>

37、　　鋼中白點(diǎn)，鎖孔可能成為淬火裂紋的根源。原材料中碳化物偏析也易使工件發(fā)生開裂，因此，必須嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量。淬火前的原始組織對(duì)淬火變形有很大的影響。尤其是對(duì)高碳工具鋼必須進(jìn)行合理的鍛造以消除網(wǎng)狀碳化物及偏析，盡可能使其均勻分布。對(duì)變形要求較嚴(yán)格的工件，在加工過程中，要進(jìn)行去應(yīng)力退火。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件在淬火前進(jìn)行退火、正火或調(diào)質(zhì)處理，以減小或避免零件變形、開裂。</p><p>　　鑄件的預(yù)備熱處理，一般是在

38、鑄造后立即進(jìn)行退火或正火。依據(jù)不同的情況。采用不同的預(yù)備熱處理方法：</p><p>　　(1)合理選擇制造塑料模具的材料。</p><p>　　不同的塑料模具材料具有不同的使用環(huán)境, 特別是溫度環(huán)境的不同, 塑料模具表面產(chǎn)生沖蝕—氧化的情況也完全不同。以5CrMnMo、4Cr5MoSiV 和3Cr2W8V 三種塑料模具鋼為例，它們的抗沖蝕—氧化能力逐次提高，分別可作低耐熱性熱作塑料模具鋼

39、、中耐熱性熱作塑料模具鋼和高耐熱性熱作塑料模具鋼。而2Cr13 屬于馬氏體類型鋼，機(jī)械加工性能較好，經(jīng)熱處理后耐腐蝕性能較好，適宜制造承受高負(fù)荷并在腐蝕作用下的塑料模具和透明塑料制品塑料模具；9Cr18Mo 則是一種高碳高鉻馬氏體不銹鋼，它具有更高的硬度、耐磨性、抗回火穩(wěn)定性和耐腐蝕性能以及較好的高溫尺寸溫度性，適宜制造承受在腐蝕環(huán)境條件下又要求高負(fù)荷、高耐磨的塑料模具。</p><p>　　(2)改變塑料模具材

40、料的合金成分。</p><p>　　從塑料模具表面材料流失的情況可以看出，提高鉻含量，也能較好的提高塑料模具表面抗沖蝕—氧化的能力。在塑料模具材料中加入和氧親和力大的合金元素如Cr，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先氧化，在塑料模具表面生成薄而致密的氧化膜。隨著鉻含量的增加，塑料模具表面材料流失向高溫方向移動(dòng)，塑料模具表面抗氧化和腐蝕性能性能提高。當(dāng)鋼中的Cr達(dá)18%以上時(shí)，鉻鋼在含氧氣氛中會(huì)生成完整的Cr2O3 膜，塑料模具表面發(fā)生沖蝕

41、時(shí)，塑料模具表層金屬流失后又會(huì)生成新的Cr2O3層，而且含鉻越高，越容易生成這種保護(hù)層，這種保護(hù)層對(duì)塑料模具表面能起較好的保護(hù)作用。通過加入Cr，塑料模具表面生成尖晶石結(jié)構(gòu)的氧化膜，由于尖晶石具有復(fù)雜致密的結(jié)構(gòu)，粒子在這種膜中的移動(dòng)速度緩慢，移動(dòng)所需的激活能增大，因此顯示出優(yōu)異的抗氧化性能。在塑料模具材料中加入稀土元素，增強(qiáng)氧化膜與塑料模具表面材料的附著力，也能提高抗高溫氧化的能力。此外，還可以在塑料模具材料中加入不同的合金元素，控制氧

42、化膜中的晶格缺陷，減少氧化膜的晶格缺陷濃度，降低離子的擴(kuò)散速度，達(dá)到提高塑料模具表面的抗高溫沖蝕—氧化的能力。</p><p>　　(3)對(duì)塑料模具表面進(jìn)行合理的處理。</p><p>　　進(jìn)行表面熱處理、表面化學(xué)熱處理和高能量密度表面處理等技術(shù)，使塑料模具材料既具有高硬度又使材料中的碳化物等硬化相的組成、形貌和分布合理，提高塑料模具表面的抗高溫沖蝕—氧化能力，也能較好的保證塑料模具使用中

43、的尺寸精度和表面粗糙度。</p><p>　　（4）對(duì)塑料模具材料進(jìn)行表面處理。</p><p>　　根據(jù)表面工程理論，對(duì)塑料模具表面進(jìn)行冶金、粘涂和表面薄膜層技術(shù)，改善塑料模具表面性能，提高塑料模具表面的抗高溫沖蝕—氧化能力，保證塑料模具使用中的尺寸精度和表面粗糙度，提高塑料模具的使用壽命和生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。</p><p>　?。?）采取合理的生產(chǎn)工藝和工藝參數(shù)。

44、</p><p>　　在使用塑料模具生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，采取合理的生產(chǎn)工藝和工藝參數(shù)，特別是控制溫度、塑料粒子的流動(dòng)速度等，也可以較好的減少和降低塑料模具使用時(shí)沖蝕—氧化現(xiàn)象對(duì)塑料模具表面的破壞。</p><p>　　3.4合理設(shè)計(jì)工件的結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　工件結(jié)構(gòu)盡量對(duì)稱，減少截面的厚薄懸殊，避免尖角和薄邊及厚薄交界處應(yīng)該平滑過渡。</p><

45、;p>　?。?）避免尖角、尖棱</p><p>　　零件尖角、尖棱造成淬火應(yīng)力集中，往往會(huì)導(dǎo)致淬火裂紋，故要將尖角、棱角加工成圓角、倒角以避免開裂。</p><p><b>　?。?）避免厚薄懸殊</b></p><p>　　厚薄懸殊的零件因?yàn)榇慊鹄鋮s不均勻，所以變形、開裂傾向較大可采取開工藝孔、加厚零件太薄的部分、合理安排空洞位置或不通

46、孔為通孔等辦法。</p><p>　?。?）采用封閉、對(duì)稱結(jié)構(gòu)</p><p>　　開口或不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的零件淬火時(shí)應(yīng)力分布不均勻，已引起變形，應(yīng)改為封閉結(jié)構(gòu)或?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)。封閉結(jié)構(gòu)如圖3所示彈簧夾頭，熱處理后再切開槽口。如鏜桿截面，要求氮化變形極小。原設(shè)計(jì)在鏜桿一側(cè)開槽，結(jié)果變形較大。后修改設(shè)計(jì)。在另一側(cè)也開槽，使零件形狀呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)減小了鏜桿在熱處理時(shí)的變形。</p><

47、;p><b>　　圖3 彈簧夾頭</b></p><p><b>　?。?）采用組合結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　某些有淬裂傾向而各部分工件要求不同的零件或形狀復(fù)雜的零件，可以采用組合結(jié)構(gòu)或者鑲拼結(jié)構(gòu)，不僅減小熱處理變形、防止開裂，而且方便于維修。</p><p>　　3.5采用合理的熱處理工藝</p>

48、;<p>　?。?）采用一次或多次預(yù)熱</p><p>　　為了減小熱應(yīng)力應(yīng)緩慢加熱以減小工件的溫差，尤其對(duì)形狀復(fù)雜或?qū)嵝缘母吆辖痄撝乒ぜ＞?，采用一次或多次預(yù)熱，課減小變形、防止開裂。此外，適當(dāng)降低淬火溫度或采用預(yù)冷淬火，都有利于減小變形。</p><p>　　（2）采用分級(jí)淬火或等溫淬火</p><p>　　采用分級(jí)淬火或等溫淬火，可同時(shí)減小熱應(yīng)

49、力和組織應(yīng)力，將變形降低到最小程度。分級(jí)淬火、等溫淬火只適應(yīng)與薄壁小件的生產(chǎn)。</p><p>　　3.6采用正確的淬火操作方法</p><p>　　1.正確選擇工件淬入介質(zhì)的方式，保證工件得到最均勻的冷卻并沿著最小阻力方向淬入淬火介質(zhì)，將冷卻最慢的面朝著淬火介質(zhì)的液面運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件冷卻至Ms點(diǎn)以下時(shí)，應(yīng)該停止運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2.表面熱處理包括表面淬火、化

50、學(xué)熱處理兩大類。</p><p>　　3.表面淬火是指僅對(duì)工件表面進(jìn)行熱處理以改變其組織和性能的工藝方式，諸如感應(yīng)加熱淬火、火焰加熱表面淬火、接觸電阻加熱淬火、電解液淬火等。通過工件表面的急熱急冷，可使表面一定厚度內(nèi)發(fā)生相變硬化而心部保持韌性，模具變形小且不會(huì)使表面變得粗糙。研究表明，對(duì)塑料模具型腔口處采用局部淬火，可以解決因分型面和型腔周邊塌陷而產(chǎn)生的溢料現(xiàn)象。塑料模具的化學(xué)熱處理通常包括滲碳、滲氮、滲硼、滲硫

51、、滲鉻、滲釩及共滲稀土等。</p><p>　　4.滲C、滲N 和C-N、N-C共滲。這是塑料模具表面最常用的一類化學(xué)熱處理方法。處理后的模具表面獲得馬氏體和彌散分布的氮化物，其耐磨性和疲勞強(qiáng)度明顯提高且拋光性好。通過固體、鹽浴、氣體、真空和離子滲碳，可在塑料模具鋼表層形成含碳量為0.8 %～1.5 %的滲碳層,再輔以淬火、回火處理使高碳層發(fā)生相變強(qiáng)化，其硬度可達(dá)56～63HRC。由于滲碳溫度較高，要注意防止晶粒

52、粗大和模具變形，以免造成型腔表面的粗糙化以及剝離缺陷。研究表明,低溫滲碳可實(shí)現(xiàn)塑料模具的無(wú)形變表面強(qiáng)化 。</p><p>　　5.塑料模具的滲氮溫度(450～580 ℃) 要低于滲碳溫度,其處理方式亦包括:氣體、液體、固體和離子滲氮。由于表面滲氮層硬度高(含有Al 、V、Ti等元素的合金鋼，熱氮化處理后可獲得硬度HV900～1100)，且處于壓應(yīng)力狀態(tài)，故而能顯著提高塑料模具型腔的耐磨性與疲勞強(qiáng)度，改善耐蝕性和

53、抗擦傷性能，并有一定的熱硬性。滲氮適用于中、高溫回火的塑料模具鋼表面強(qiáng)化。由于時(shí)效硬化塑料模具鋼的時(shí)效溫度范圍與氮化溫度范圍相當(dāng)，因此時(shí)效處理也可與氮化處理同時(shí)進(jìn)行，既提高了時(shí)效硬化型塑料模具鋼的使用壽命，又不致明顯增加生產(chǎn)成本。</p><p>　　6.碳氮共滲是指在820～860 ℃溫度下同時(shí)將C-N滲入滲碳型塑料模具并以滲碳為主的處理方式。碳氮共滲層具有比滲碳層更高的耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性，比滲氮層更高的

54、抗壓強(qiáng)度和較低的表面脆性。若碳氮共滲后再進(jìn)行噴丸，可顯著提高低碳模具鋼的疲勞極限[5] 。由于處理溫度低，C-N共滲后的模具淬透性提高，因此塑料模具變形較滲碳的小，但在碳氮共滲中應(yīng)注意避免和消除HCN的危害。</p><p>　　7.氮碳共滲是塑料模具表層滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理工藝。氮碳共滲具有處理溫度低，時(shí)間短，不受鋼種限制及模具畸變小等優(yōu)點(diǎn)。處理后的模具能獲得優(yōu)良的耐磨性、耐蝕性且表面摩擦系數(shù)小

55、、疲勞強(qiáng)度高。研究表明，鹽浴氮碳共滲能改善碳鋼的耐蝕性，其后的氧化、拋光能進(jìn)一步提高碳鋼的耐蝕性[9] 。</p><p>　　8.厚薄不均勻的零件，厚的部分先淬入淬火介質(zhì)，對(duì)截面不均勻冷卻的長(zhǎng)形工件，可水平快速淬入或傾斜淬入淬火介質(zhì)。</p><p>　　對(duì)薄壁環(huán)狀工件，軸向垂直淬入。</p><p>　　9.對(duì)帶有盲孔的工件，孔部朝上淬入，這樣有利于孔內(nèi)氣泡的排

56、除。同理。具有凹面的工件，應(yīng)該講凹面朝上淬入。</p><p>　　10.對(duì)薄壁件，側(cè)向淬入，在可能的條件下，工件的尖、薄處要進(jìn)行預(yù)冷。另外，講某些孔用石棉堵死；薄壁部位用石棉繩包裹；在容易變形的一側(cè)綁加強(qiáng)筋進(jìn)行淬火均能減小熱處理變形、防止開裂。</p><p>　　11.預(yù)留合理的加工余量</p><p>　　工件進(jìn)行熱處理，加熱冷卻并伴隨組織轉(zhuǎn)變，必然產(chǎn)生熱應(yīng)力

57、、組織應(yīng)力，因此在零件加工過程中必須留有合理的加工余量，這樣既可簡(jiǎn)化熱處理操作，又不使隨后機(jī)械加工時(shí)增加過大的工作量。</p><p>　　12.合理的安排工藝路線</p><p>　　圖4是45鋼制齒輪，它有4個(gè)直徑為35mm孔靠近齒根。若先加工出這些孔再進(jìn)行高頻淬火，則齒部靠近直徑為35mm孔的節(jié)圖將會(huì)變小，在高頻淬火后再鉆這4個(gè)孔，可減小變形，保證精度。</p><

58、;p><b>　　圖4 45鋼制齒輪</b></p><p><b>　　13.修改技術(shù)要求</b></p><p>　　對(duì)于某些發(fā)生變形、開裂的零件，可以修改技術(shù)要求，以減小變形、開裂。如圖5為鎖緊螺母。原設(shè)計(jì)用45鋼，要求四個(gè)槽口部分硬度在HRC35—40。當(dāng)槽口、內(nèi)螺紋等全部加工后，再整體淬火、回火、槽口硬度可達(dá)到技術(shù)要求，但是內(nèi)螺紋

59、變形，不能保證精度。如先熱處理再加工，則硬度又太高。通過修改技術(shù)條件和調(diào)整工藝路線可以解決這些矛盾。其工藝路線如下：</p><p><b>　　圖5 鎖緊螺母</b></p><p>　　下料調(diào)質(zhì)（HRC25-30）加工槽口槽口高頻淬火（HRC35-40）加工內(nèi)螺紋</p><p>　　這樣，既滿足了槽口的硬度要求，又保證了螺紋的精度。&

60、lt;/p><p>　　此外，熱處理時(shí)使用淬火夾具，降低零件表面粗糙度，更換材料等，均可減小或避免零件的變形、開裂。</p><p>　　14.按變形頻率調(diào)節(jié)加工尺寸</p><p>　　熱處理變形，通過實(shí)驗(yàn)可以總結(jié)出規(guī)律。采用冷、熱加工配合，調(diào)整加工尺寸，對(duì)于大批生產(chǎn)零件是一種行之有效的方法。如某廠生產(chǎn)的汽車變速箱齒輪，通過試驗(yàn)，掌握了滲碳淬火后的變形規(guī)律，采用改變加

61、工尺寸，就能在熱處理后達(dá)到精度要求。</p><p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　重要件關(guān)鍵件都要進(jìn)行熱處理。熱處理工件就會(huì)發(fā)生變形，甚至是開裂，因此提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率，減小熱處理變形，防止開裂是關(guān)鍵。減小熱處理變形、防止開裂僅僅靠熱處理工作者是不夠的，要求設(shè)計(jì)人員充分考慮熱處理工藝性。冷熱加工要相互配合。在生產(chǎn)、設(shè)計(jì)過程中，綜合分析，找

62、出問題的關(guān)鍵，抓住主要矛盾，采取有效措施，就能明顯減小熱處理變形，避免開裂，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗，增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、劉永栓 鋼的熱處理 北京：冶金工藝出版社，1981</p><p>　　2、史美堂 金屬材料及熱處理 上海：上?？?/p>

63、技出版社，1980</p><p>　　3、王明賢 中級(jí)熱處理工藝 北京：機(jī)械工藝出版社，1988</p><p>　　4、趙忠 金屬材料及熱處理 北京：機(jī)械工藝出版社，1997</p><p>　　5、吳元徽 熱處理工（中級(jí)） 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　6、王順興 金