課程設(shè)計(jì)--熱擠壓模具材料的選擇及工藝設(shè)計(jì)（如熱擠壓沖頭）

1、<p><b>　　專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 班級(jí)：</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：熱擠壓模具材料的選擇及工藝設(shè)計(jì)（如熱擠壓沖頭）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　根據(jù)零件工作原理，服役

2、條件，提出機(jī)械性能要求和技術(shù)要求。</p><p>　　選材，并分析選材依據(jù)。</p><p>　　制訂零件加工工藝路線，分析各熱加工工序的作用。</p><p>　　制訂熱處理工藝卡，畫出熱處理工藝曲線，對(duì)各種熱處理工藝進(jìn)行分析，并分析所得到的組織，說明組織及性能的檢測(cè)方法與使用的儀器設(shè)備。</p><p>　　分析熱處理過程中可能產(chǎn)生的缺

3、陷及補(bǔ)救措施。</p><p>　　6、分析零件在使用過程中可能出現(xiàn)的失效方式及修復(fù)措施。</p><p>　　H13制造鋁合金壓鑄模具上模材料的選擇</p><p><b>　　與工藝設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>

4、　　0 前言</b></p><p>　　1 鋁合金壓鑄模具上模的服役條件和性能要求5</p><p>　　1.1 鋁合金壓鑄模具上模服役條件5</p><p>　　1.2 鋁合金壓鑄模具上模性能要求5</p><p>　　2 鋁合金熱作模具上模的選擇6</p><p>　　2.1 高韌性熱作模具

5、鋼7</p><p>　　2.1.1 5CrNiMo鋼7</p><p>　　2.1.2 5CrMnMo鋼 8</p><p>　　2.1.3 4CrMnSiMoV鋼8</p><p>　　2.1.4 3Cr2MoWVNi鋼8</p><p>　　2.1.5 4Cr3Mo3W4VNb鋼8</p>

6、<p>　　2.1.6 H13鋼 9</p><p>　　2.2 高熱強(qiáng)性熱作模具鋼9</p><p>　　2.2.1 3Cr2W8V鋼9</p><p>　　2.2.2 3Cr3Mo3W2V鋼9</p><p>　　2.2.3 5Cr4Mo2W2VSi鋼10</p><p>　　3 H1

7、3化學(xué)成分及每個(gè)元素的作用10</p><p>　　3.1 H13化學(xué)成分及物理性能10</p><p>　　3.2 H13每個(gè)元素的作用11</p><p>　　4 H13熱處理加工工藝路線及作用12</p><p>　　4.1 鋁合金熱作模具上模熱處理工藝曲線12</p><p>　　4.2 熱

8、處理工藝的作用12</p><p>　　4.2.1 退火處理12</p><p><b>　　淬火工藝13</b></p><p><b>　　回火工藝13</b></p><p>　　4.2.4 氮化處理14</p><p>　　熱處理工藝曲線及加工規(guī)范14

9、</p><p>　　5.1鋁合金熱作模具熱處理工藝曲線14</p><p>　　5.2 熱加工規(guī)范14</p><p>　　5.2.1鍛后退火規(guī)范14</p><p>　　5.2.2淬火規(guī)范15</p><p>　　5.2.3 回火規(guī)范16</p><p>　　5.2.4氮化處理規(guī)

10、范 16</p><p>　　5.2.5 H13鋼熱處理工藝卡17</p><p>　　6 熱處理中可能出現(xiàn)的缺陷及防止和補(bǔ)救措施17</p><p><b>　　6.1軟點(diǎn)17</b></p><p>　　6.1.1 產(chǎn)生軟點(diǎn)的原因17</p><p>　　6.1.2補(bǔ)救措施17&

11、lt;/p><p>　　6.2 淬火裂紋17</p><p>　　6.2.1產(chǎn)生淬火裂紋的原因18</p><p>　　6.2.2防止和補(bǔ)救措施18</p><p>　　6.3 硬度不合格18</p><p>　　6.3.1硬度不足產(chǎn)生的原因18</p><p>　　6.3.2防止和補(bǔ)

12、救措施18</p><p>　　6.4 表面腐蝕19</p><p>　　6.5 變形和畸變19</p><p>　　6.5.1 加熱速度19</p><p>　　6.5.2 加熱溫度20</p><p>　　6.5.3 冷卻介質(zhì)和冷卻方法20</p><p>　　6.6 過

13、熱、過燒21</p><p>　　7 性能檢測(cè)方法21</p><p>　　8 課程設(shè)計(jì)的體會(huì)與感受22</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p><b>　　0 前言</b></p><p>　　模具是機(jī)械工業(yè)重要的基礎(chǔ)工藝裝備。模具成形具有效

14、率高、質(zhì)量好、節(jié)約原材料、降低成本等許多優(yōu)點(diǎn)， 模具被廣泛應(yīng)用于金屬、陶瓷、塑料等材料的成型。模具材料的研究開發(fā)、強(qiáng)韌化處理, 特別是新型材料的開發(fā)和引進(jìn)對(duì)模具行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。其中一個(gè)重要的方面就是開發(fā)多用途和具有特殊性能的模具材料。一種新型模具鋼既可作模鍛用鋼, 也可作擠壓和壓鑄用鋼; 既可作熱作模具鋼, 也可作冷作模具鋼。另一個(gè)重要的趨勢(shì)就是采用新的熱處理和表面技術(shù), 挖掘傳統(tǒng)材料的性能潛力。熱作模具在工作中既有力的作用又

15、有熱的作用，隨著高效、高速、高強(qiáng)度、大噸位的機(jī)械化、自動(dòng)化加工成形設(shè)備的發(fā)展，以及熱鍛模、熱擠壓模、熱鐓模、壓鑄模等復(fù)雜工藝的廣泛應(yīng)用，對(duì)模具的強(qiáng)度、沖擊韌度、紅硬性和耐磨性，提出了更高的要求。本文就常用熱作模具鋼H13——4Cr5MoSiV1的主要性能特點(diǎn)及熱處理工藝作了探索，并對(duì)H13制造汽車鋁合金壓鑄進(jìn)行了探討。</p><p>　　1 鋁合金壓鑄模具上模的服役條件和性能要求。</p><

16、;p>　　1.1 鋁合金壓鑄模具上模服役條件</p><p>　　壓鑄模屬于熱作模具。熱作模具在工作時(shí)承受巨大的沖擊力、壓應(yīng)力、張應(yīng)力、彎曲應(yīng)力，模具型腔與高溫（有時(shí)可達(dá)1150～1200℃）金屬接觸后，本身溫度可達(dá)300～400℃，局部高達(dá)500～600℃。還經(jīng)常受空氣、油、水等的反復(fù)冷卻，在時(shí)熱時(shí)冷的苛刻條件下工作的模具，其型腔表面極易產(chǎn)生疲勞裂紋（即龜裂）。此外，熾熱的金屬在模具型腔中變形所產(chǎn)生的強(qiáng)烈

17、摩擦，容易因摩擦而使精度降低，因而要求熱作模具鋼具有足夠的熱強(qiáng)行、熱疲勞性、韌性、硬度和耐磨性、良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性，還要求具有較高的淬透性，以保證整個(gè)截面具有一致的力學(xué)性能。</p><p>　　1.2 鋁合金壓鑄模具上模性能要求</p><p>　　① 在工作中承受壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及沖擊應(yīng)力, 還經(jīng)歷強(qiáng)烈的摩擦, 因此它必須具有高的強(qiáng)度和韌性的良好配合, 同時(shí)還應(yīng)有足夠的硬度和

18、耐磨性。</p><p>　?、?它與熾熱金屬經(jīng)常接觸, 型腔表面溫度可高達(dá)400~ 600℃ 。因此它必須具有高的回火穩(wěn)定性,以便在工作時(shí)仍能維持高的強(qiáng)度和韌性。</p><p>　　③ 它在工作中反復(fù)受到熾熱金屬的加熱和冷卻劑的冷卻交替作用, 極易引起龜裂現(xiàn)象, 即所謂熱疲勞。因此它必須具有抗熱疲勞的能力。</p><p>　　2 鋁合金熱作模具上模的選擇<

19、;/p><p>　　表1 常用熱作模具用鋼舉例</p><p>　　2.1 高韌性熱作模具鋼</p><p>　　2.1.1 5CrNiMo鋼 </p><p>　　該鋼具有良好的塑性、韌性、尺寸效應(yīng)不敏感, 該鋼是目前國(guó)內(nèi)用量較大的鍛模鋼, 通常用于形狀復(fù)雜、沖擊負(fù)荷大的大型或特大型鍛模鋼。但由于碳化物形成元素含量低, 其熱穩(wěn)定性差,高溫強(qiáng)

20、度低。同時(shí), 因淬火出油溫度低, 容易開裂。實(shí)際操作時(shí)為避免開裂, 常于200 ℃ 左右出油空冷,這樣, 在模具表面雖獲得了一層馬氏體組織, 但心部卻處于奧氏體狀態(tài), 當(dāng)模具于380~ 540 ℃ 回火時(shí),心部的過冷奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)樯县愂象w組織, 沖擊韌度極差, 模具壽命低。為了提高熱鍛模使用壽命, 可采用等溫處理方法。即淬火加熱后, 將模具于160~ 180 ℃ 硝鹽中分級(jí)停留, 使發(fā)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變,然后再轉(zhuǎn)入280~ 300 ℃ 硝

21、鹽中等溫停留2~ 3 h。此時(shí), 模具鋼的組織由馬氏體+ 下貝氏體+ 少量殘余碳化物組成, 回火后獲得回火下貝氏體組織, 模具壽命明顯提高。</p><p>　　2.1.2 5CrMnMo鋼 </p><p>　　該鋼與5CrNiMo 鋼的各種性能相類似, 由于考慮我國(guó)資源情況, 為節(jié)約鎳而以錳代鎳而研制的。使用中發(fā)現(xiàn), 在淬透性及韌性方面, 5CrMnMo 鋼均低于5CrNiMo 鋼,

22、只適用于制造要求較高強(qiáng)度和耐磨性, 而韌性要求不甚高時(shí)的各種中、小型錘鍛模具及部分壓力機(jī)模具, 也可用于工作溫度低于500 ℃ 的其他小型熱作模具。</p><p>　　2.1.3 4CrMnSiMoV鋼</p><p>　　該鋼具有較高的強(qiáng)度、耐磨性和良好的沖擊韌度, 其高溫性能, 抗回火穩(wěn)定性, 熱疲勞抗力均比5CrNiMo 鋼好。淬火規(guī)范: 淬火溫度為( 870 + 10) ℃ ,

23、 在20~ 60℃ 油中冷卻至油溫, 淬火硬度為HRC46~ 58。該鋼適用于大、中型鍛模, 也可用于中、小型鍛模, 與5CrNiMo 等熱模鋼壽命比較, 4CrMnSiMoV 鋼使用壽命最高。</p><p>　　2.1.4 3Cr2MoWVNi鋼 </p><p>　　該鋼含碳量較低, 淬火后最高硬度為HRC52。該鋼具有二次硬化效應(yīng), 經(jīng)600℃回火后, 仍能保持較高的硬度( HR

24、C45-50) , 回火溫度高于600℃ 后硬度才急劇下降, 因而其熱穩(wěn)定性明顯高于5CrNiMo、5CrMnMo 和4CrMnSiMoV 鋼。</p><p>　　2.1.5 4Cr3Mo3W4VNb鋼 </p><p>　　鋼增加了Ti、Nb的含量，細(xì)化了晶粒，碳化物分布更均勻，高溫強(qiáng)度、耐磨性和耐疲勞性能得到改善。熱處理后， 其硬度可達(dá)55 HRC左右，抗拉強(qiáng)度和沖擊韌度都有了明顯的

25、改善?？捎糜诟邷亟饘俚臒徨懩＞?。</p><p>　　2.1.6 H13鋼 </p><p>　　該鋼是使用最廣泛和最具代表性的熱作模具鋼之一，具有高的淬透性、韌性以及優(yōu)良的抗熱裂能力等優(yōu)點(diǎn)。但因其含碳量較低，回火中二次硬化能力較差， 使用溫度高于540 ℃時(shí)硬度出現(xiàn)迅速下降。另外, H13有較大的尺寸效應(yīng)，在截面較大時(shí)，心部韌性顯著下降。可用于制造小型錘鍛模，也可以用于制造大、中型錘鍛模

26、。它適用于制造壓鑄模、擠壓模、熱切邊模、熱鍛模的熱沖孔模具等。H13鋼在我國(guó)為4Cr5MoSiV1鋼</p><p>　　2.2 高熱強(qiáng)性熱作模具鋼</p><p>　　熱強(qiáng)性熱作模具鋼具有較高的回火抗力及穩(wěn)定性, 主要應(yīng)用于較高溫度下工作的熱頂鍛模具、熱擠壓模具、銅及黑色金屬壓鑄模具、壓力機(jī)模具等。GB1299- 85℃《合金工具鋼技術(shù)條件》 中3Cr2W8V、5Cr4W5Mo2V、5C

27、r4Mo3SiMnVAl 3 個(gè)鋼號(hào)屬此類熱作模具鋼。試用較好的高溫?zé)嶙髂＞咪?Cr3Mo2NiVNb、奧氏體耐熱鋼、4Cr3MoW4VNb( GR) 、6Cr4Mo3NiWV(G2) 等鋼。</p><p>　　2.2.1 3Cr2W8V鋼</p><p>　　該鋼是鎢系高熱強(qiáng)化模具鋼的代表鋼號(hào), 合金元素以鎢為主, 鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)8% 以上。淬火溫度1 050~ 1 200 ℃ ,

28、硬度HRC49~ 56,550 ℃ 左右回火時(shí)出現(xiàn)二次硬化, 經(jīng)350℃及450℃等溫淬火后可得到較高的沖擊韌度和硬度。因冷熱疲勞抗力差, 在急熱、急冷條件下工作容易出現(xiàn)冷熱模具的失效是指模具喪失了正常的工作能力，其生產(chǎn)出的產(chǎn)品已成為廢品。疲勞裂紋而失效, 則不適宜在急冷、急熱條件下工作, 但因其抗回火能力較高, 仍作為高熱強(qiáng)性熱作模具鋼而在許多熱加工領(lǐng)域應(yīng)用。</p><p>　　2.2.2 3Cr3Mo3W

29、2V鋼</p><p>　　該鋼冷加工、熱加工性能良好, 淬、回火溫度范圍較寬。推薦淬火規(guī)范: 淬火溫度為1 060~ 1 130 ℃ , 在20~ 60 ℃ 油中冷卻至油溫, 淬火硬度為HRC52~ 56。具有較高的熱強(qiáng)性、熱疲勞性能, 又具有良好的耐磨性和抗回火穩(wěn)定性。該鋼適宜制造鐓鍛、壓力機(jī)鍛造等熱作模具, 模具使用壽命較高。</p><p>　　2.2.3 5Cr4Mo2W2V

30、Si鋼</p><p>　　該鋼是基體鋼內(nèi)型的熱作模具鋼, 經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗缶哂懈叩挠捕?、?qiáng)度, 好的耐磨性, 高的高溫強(qiáng)度以及好的回火穩(wěn)定性等綜合性能, 此外也具有一定的韌性和抗熱疲勞性能。推薦淬火規(guī)范: 淬火溫度為1 080~ 1 120 ℃ , 在20~ 60 ℃ 油中冷卻至油溫, 淬火硬度為HRC61~ 63。該鋼的熱加工性能也較好, 加工溫度范圍較寬, 適于制造熱擠壓模、熱鍛壓模、溫鍛模以及要求韌性較

31、好的冷鐓用模具。</p><p>　　H13與4Cr5MoSiV鋼相比，該鋼具有較高的熱強(qiáng)度和硬度，在中溫條件下具有很好的韌性?熱疲勞性和一定的耐磨性，不易產(chǎn)生熱疲勞裂紋，且抗粘結(jié)力強(qiáng)，與熔融金屬相互作用小，而且可以抵抗熔融鋁的沖蝕作用。在較低的奧氏體化溫度條件下空淬，熱處理變形小，空淬時(shí)產(chǎn)生氧化鐵皮處理變形小，而且可以抗熔融鋁的沖蝕作用。使用壽命遠(yuǎn)高于第一代模具鋼5CrNiMo和3Cr2W8V。因此選擇H13來

32、制造鋁合金壓鑄模具。</p><p>　　3 H13化學(xué)成分及每個(gè)元素的作用</p><p>　　3.1 H13的化學(xué)成分及物理與力學(xué)性能</p><p>　?、?H13的化學(xué)成分</p><p>　　表2 H13鋼的化學(xué)成分( 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)%)</p><p>　?、?H13鋼的物理性能、力學(xué)性能如下：</p&

33、gt;<p>　　線膨脹系數(shù)αl：11.5×10-6/℃,(22～500℃)；12.2×10-6/℃,(22～800℃)；</p><p>　　熱導(dǎo)率λ：28.4W/(m·K) (800℃)；</p><p>　　密度ρ：7.8g/cm3 ,(20℃)；7.7g/cm3 ,(400℃)；</p><p>　　3.2 各元

34、素的作用</p><p><b>　　3.2.1 Cr</b></p><p>　　鉻和其他碳化物形成元素一起提供給鋼具有較高的淬透性和好的抗軟化能力，所以該鋼在空冷條件下能夠淬硬。在6 barN2氣體真空處理?xiàng)l件下可淬透直徑為160mm。但鉻的加入會(huì)增加碳化物的不均勻程度，致使鋼中會(huì)出現(xiàn)亞穩(wěn)定的共晶碳化物，這種碳化物現(xiàn)在國(guó)內(nèi)一般可用高碳鉻軸承鋼相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以評(píng)定。鉻含

35、量的提高有利于增加材料的熱強(qiáng)度，但對(duì)韌度不利。3.2.2 Mo和W</p><p>　　1/2W+M0的量至1％以上時(shí)，會(huì)使材料500℃以上進(jìn)行回火時(shí)仍獲得較高硬度，并具有二次硬化能力。</p><p><b>　　3.2.3 V</b></p><p>　　H13鋼的二次硬化能力不很明顯，提高V的含量，如V的量由0.4％（SKD6,相當(dāng)于H

36、11）提高至1%，使H13鋼（SKD61）的熱強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性提高了，同時(shí)V也增加水沖洗抗力，實(shí)際上是提高水浸侵蝕磨損抗力。</p><p>　　3.2.4 W、M0、V、Nb</p><p>　　鋼中加入W、M0、V、Nb等形成M6C和MC型碳化物的元素，能對(duì)奧氏體晶粒細(xì)化，也使溶入奧氏體后在回火過程中產(chǎn)生二次硬化效果。對(duì)Cr的加入形成的碳化物為M23C6型，其在1100℃奧氏體化時(shí)基本

37、上溶解完了，（全部溶入奧氏體的溫度是1160℃），這將決定H13鋼的最佳奧氏體化溫度處于1020～1080℃范圍內(nèi)</p><p><b>　　3.2.5 Si</b></p><p>　　鋼中增加Si的量除了固溶強(qiáng)化影響外，它能改進(jìn)鋼的高溫抗氧化能力，直至800℃（1475℉）。但Si有損于韌度提高?，F(xiàn)在H13鋼的發(fā)展正在向低Si高M(jìn)0的第二階段進(jìn)行，（發(fā)展第一階段

38、是提高H13鋼的材質(zhì)和熱處理水平）。人們已逐漸認(rèn)識(shí)到低Si的效果主要有：減輕材料的偏析，改善宏觀組織均勻程度；減少凝固時(shí)液/固界面上成分過冷，改善結(jié)晶的微觀組織和奧氏體晶粒細(xì)化；提高鋼的韌度以及抗熱裂能力和減低高溫疲勞裂紋擴(kuò)展速度以及高溫蠕變裂紋擴(kuò)展速率,延緩鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變</p><p>　　4 H13熱處理加工工藝路線及作用</p><p>　　4.1 鋁合金壓鑄模上模的生產(chǎn)工藝流程圖

39、如下：</p><p>　　下料鍛造球化退火粗加工穩(wěn)定處理精加工 淬火兩次回火鉗修打磨滲氮</p><p>　　4.2 熱處理工藝的作用</p><p>　　鍛后熱處理是在鍛造過程完成之后進(jìn)行的,其主要目的是防止和消除白點(diǎn)問題;其次是消除鍛造應(yīng)力,降低鍛件表面硬度,提高切削加工性能;另外,可調(diào)整與改善鍛件在鍛造過程中形成的過熱與粗大組織,降低鍛件內(nèi)部化學(xué)成分與金相

40、組織的不均勻性,細(xì)化鋼的奧氏體晶粒。注：臨界點(diǎn)：Ac1 860℃；Ac3 915℃；Ar1 775℃；Ar3 815℃；Ms 340℃。</p><p>　　4.2.1 退火處理</p><p>　　退火：是將剛加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，?jīng)過保溫后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以降低硬度、改善組織、提高加工性的一種熱處理工藝。就大部分工藝而言，退火的三個(gè)基本特點(diǎn)：</p><p>　

41、　加熱溫度在Ac1以上</p><p><b>　　慢冷</b></p><p><b>　　得到珠光體類組織</b></p><p>　　退火包括鍛造后的球化退火和模具制作過程中的去應(yīng)力退火兩部分。其主要目的：</p><p>　　① 在原材料階段進(jìn)行結(jié)晶組織的改良；</p><

42、;p>　?、?方便加工而降低硬度；</p><p>　?、?防止加工后變形和淬火裂紋而去除內(nèi)應(yīng)力；</p><p>　　4.2.2 球化退火。</p><p>　　球化退火目的：得到球化體組織，它是任何一種鋼具有最佳塑性和最低硬度的一種組織</p><p>　　模具鋼經(jīng)鍛造后，鋼的內(nèi)部組織變成不穩(wěn)定的結(jié)晶，硬度高切削困難，且此種狀態(tài)的鋼

43、，內(nèi)應(yīng)力大，加工后容易變形和淬裂，機(jī)械性能差，為使碳化物結(jié)晶變成球化穩(wěn)定組織須進(jìn)行球化退火。</p><p><b>　　淬火工藝</b></p><p>　　淬火：鋼的淬火就是將鋼加熱到臨界溫度（Ac1或A1）以上，保溫一定的時(shí)間使之奧氏體化后，以大于臨界冷卻速度的冷速進(jìn)行冷卻的一種工藝過程。</p><p>　　目的：提高硬度和耐磨性；提高

44、強(qiáng)韌性；提高耐蝕性和耐熱性。</p><p><b>　　淬火規(guī)范</b></p><p>　?、?淬火前：采用熱平衡法，提高模具加熱和冷卻的整體一致性。對(duì)凡是影響到這一點(diǎn)的薄壁孔、溝槽、型腔等，都要進(jìn)行填充、封堵，盡量做到模具能均衡加熱和冷卻；同時(shí)，注意裝爐方式，防止壓鑄模在高溫時(shí)因自重而引起的變形。</p><p>　?、?模具的加熱：在加

45、熱過程中要緩慢加熱（用200℃/h升溫），并采用兩級(jí)預(yù)熱方式，防止快速升溫造成模具內(nèi)、外溫差過大，引起過大的熱應(yīng)力，同時(shí)減小相變應(yīng)力。</p><p>　　③ 淬火溫度與保溫時(shí)間：要采用下限淬火加熱溫度，均熱時(shí)間不宜過短或過長(zhǎng)，一般由壁厚和硬度來確定均熱時(shí)間。</p><p>　?、?淬火冷卻：采用預(yù)冷方式，并通過調(diào)節(jié)氣壓與風(fēng)速，有效的控制冷卻速度，使之最大限度地實(shí)現(xiàn)理想冷卻。即：預(yù)冷到8

46、50℃后，增大冷卻速度，快速通過“C”曲線鼻部，模溫在500℃以下則逐漸降低冷卻速度，到Ms點(diǎn)以下則采用近似等溫轉(zhuǎn)變的冷卻方式，以最大限度地減少淬火變形。模具冷卻到約150℃時(shí)，關(guān)閉冷卻風(fēng)機(jī)，讓模具自然冷卻。</p><p><b>　　回火工藝</b></p><p>　　回火：將淬火后的鋼在A1以下的溫度加熱、保溫，并以適當(dāng)速度冷卻的工藝過程。</p>

47、<p><b>　　回火的目的：</b></p><p>　?、?降低或消除淬火引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸；</p><p>　?、?提高淬火鋼的塑性和韌性，降低其脆性。</p><p><b>　　4.2.4氮化處理</b></p><p>　　氮化：是將氮滲入鋼件表面，以提高其硬度

48、、耐磨性和疲勞強(qiáng)度的一種化學(xué)熱處理方法。</p><p>　　目的：高的硬度和耐磨性；高的疲勞強(qiáng)度；變形小而規(guī)律性強(qiáng)；較高的抗蝕性能。</p><p>　　5 熱處理工藝曲線及加工規(guī)范</p><p>　　5.1 鋁合金熱作模具熱處理工藝曲線</p><p>　　圖1 H13熱處理的工藝曲線</p><p>　　5

49、.2 熱加工規(guī)范</p><p>　　5.2.1鍛后退火規(guī)范</p><p>　　① 隨爐升溫至溫度860-890℃，保溫時(shí)間3-4H，以≤30℃/h的冷速，爐冷至溫度≤500℃，出爐空冷，硬度≤229HBS。</p><p><b>　?、?退火的組織</b></p><p>　　圖2 H13 模具鋼球化退火組織：&

50、lt;/p><p>　　點(diǎn)狀或球狀珠光體+少量網(wǎng)狀分布的二次碳化物</p><p><b>　　5.2.2淬火規(guī)范</b></p><p>　　淬火溫度1020℃，油冷卻，回火溫度590℃，兩次回火，第二次回火溫度應(yīng)比第一次低20℃，回火硬度47-49HRC。 </p><p>　　5.2.2.1 推薦淬火<

51、/p><p>　?、?預(yù)熱溫度600-630℃，保溫時(shí)間1.5-2h，然后升溫到830-850℃，保溫1.5-2h。</p><p>　　② 淬火溫度1040-1080℃，保溫時(shí)間2-2.5h，出爐油淬，冷至130℃左右時(shí)，取出空冷。</p><p>　?、?淬火后必須在1-2h內(nèi)進(jìn)行回火。加熱溫度380-400℃，保溫時(shí)間1h，回火溫度580-600℃，保溫時(shí)間2h。

52、第二次回火溫度560-580℃，保溫時(shí)間2h，出爐空冷。 </p><p>　?、?淬火的組織與圖片</p><p>　　圖3 H13 模具鋼1040℃淬火組織：馬氏體（針狀、板條狀）+殘余奧氏體+彌散分布的碳化物+少量針狀下貝氏體(500X)</p><p>　　5.2.2.2 真空淬火規(guī)范</p><p>　　預(yù)熱溫度一次500

53、-550℃，二次800-820℃，真空度0.1Pa。淬火溫度1020-1050℃，真空度10-1Pa，油或氮?dú)饫鋮s?；鼗饻囟?60-600℃，硬度45-50HRC。 </p><p>　　5.2.3 回火規(guī)范</p><p>　　H13模具鋼淬火后應(yīng)進(jìn)行2-3次回火，以期獲得所要求的力學(xué)性能。淬火后的模具溫度在低于70℃時(shí)就應(yīng)盡快回火，這對(duì)尺寸較大、形狀復(fù)雜的熱作模具尤為重要。

54、同時(shí)，為避免熱作模具回火時(shí)重新產(chǎn)生殘余應(yīng)力，回火加熱和冷卻應(yīng)緩慢進(jìn)行。</p><p>　　H13模具鋼的回火工藝應(yīng)根據(jù)熱作模具的工作條件和具體的失效形態(tài)來確定回火溫度和硬度。一般優(yōu)質(zhì)H13模具鋼大都采用540-650℃×3h高溫回火，以提高模具的韌性和減少殘余奧氏體在模具鋼中發(fā)生轉(zhuǎn)變而引起脆性。</p><p>　　5.2.4氮化處理 </p><p>

55、　　一般壓鑄模經(jīng)淬火、回火（45-47HRC）后就能使用，但為了提高模具的耐磨性、抗蝕性和抗氧化性，防止粘模，延長(zhǎng)模具的壽命，必須進(jìn)行氮化處理。氮化層深度一般為0.15-0.2mm。氮化后需要打光，磨去白亮層（厚約0.01mm左右）</p><p>　　5.2.5 H13鋼熱處理工藝卡</p><p>　　表3 鋁合金熱作模具的熱處理工藝卡</p><p>　　6

56、 熱處理中可能出現(xiàn)的缺陷及防止和補(bǔ)救措施</p><p><b>　　6.1軟點(diǎn)</b></p><p>　　模具熱處理過程中出現(xiàn)軟點(diǎn)（即硬度不足的小區(qū)域），即造成表面模具的硬度不一致，直接影響到耐磨性與尺寸的穩(wěn)定性，同時(shí)會(huì)造成其使用壽命的降低。</p><p>　　6.1.1 產(chǎn)生軟點(diǎn)的原因</p><p>　　① 原

57、材料中存在帶狀組織或大塊的鐵素體組織，或預(yù)熱處理不當(dāng)，在鋼中保留了大量的大塊鐵素體；</p><p>　?、?加熱溫度不足或保溫時(shí)間短，奧氏體成分不均勻，淬火組織為馬氏體加部分鐵素體；</p><p>　?、?模具表面熱處理前局部脫碳、存在氧化皮或銹斑、附著有臟物等等；</p><p>　　④ 冷卻介質(zhì)選擇不當(dāng)，局部冷速過低發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。</p>&

58、lt;p><b>　　6.1.2補(bǔ)救措施</b></p><p>　　① 合理選材，對(duì)缺陷材料進(jìn)行預(yù)熱處理消除缺陷；</p><p>　?、?正確選擇加熱溫度和保溫時(shí)間，確保成分的均勻化；</p><p>　?、?選擇合適的冷卻介質(zhì)，淬火時(shí)要分散冷卻，防止其內(nèi)外冷卻不均勻，嚴(yán)格控制冷卻介質(zhì)的溫度；</p><p>

59、　?、?重新淬火，但應(yīng)正火、退火或高溫回火處理后方可進(jìn)行，對(duì)于有組織缺陷的模具進(jìn)行預(yù)先處理。</p><p><b>　　6.2 淬火裂紋</b></p><p>　　淬火裂紋出現(xiàn)在淬火后期或冷卻后，由于零件內(nèi)部的內(nèi)外存在溫差，引起了不均勻的脹縮產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織變化產(chǎn)生的組織應(yīng)力的綜合作用，當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)產(chǎn)生脆性斷裂。</p><

60、p>　　6.2.1產(chǎn)生淬火裂紋的原因</p><p>　　① 原材料內(nèi)存在裂紋，碳化物偏析嚴(yán)重，網(wǎng)狀或帶狀堆積等；</p><p>　?、?鍛造或軋制不當(dāng)，出現(xiàn)縮孔、夾層、白點(diǎn)等；</p><p>　?、?加熱溫度過高，保溫時(shí)間過長(zhǎng)，引起組織過熱，晶粒粗大；</p><p>　?、芾鋮s過于劇烈，冷卻介質(zhì)選擇不當(dāng)；</p>

61、<p>　?、?淬火后未及時(shí)回火。</p><p>　　6.2.2防止和補(bǔ)救措施</p><p>　　① 嚴(yán)格控制淬火溫度和保溫時(shí)間，減緩冷卻速度；</p><p>　?、?如過開裂可重新淬火，淬火前進(jìn)行退火或正火處理；</p><p>　?、?淬火后立即進(jìn)行回火處理；</p><p>　　④ 模具進(jìn)行機(jī)加工

62、后先進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除內(nèi)應(yīng)力后再淬火。</p><p>　　6.3 硬度不合格</p><p>　　硬度作為最常用的檢驗(yàn)?zāi)＞邿崽幚碣|(zhì)量的指標(biāo)，模具熱處理后硬度不合格是十分嚴(yán)重的缺陷，硬度不合格主要表現(xiàn)在硬度不足或軟點(diǎn)等，淬火回火的模具不僅僅要控制回火后的硬度，也應(yīng)測(cè)定淬火后硬度。</p><p>　　6.3.1硬度不足產(chǎn)生的原因</p><p

63、>　　① 鋼材原始組織中碳化物偏析嚴(yán)重；</p><p>　　② 鍛造工藝不良，球化退火組織不均勻；</p><p>　　③ 加熱溫度低，保溫時(shí)間短，模具相變不完全，冷卻速度過慢；</p><p>　　④ 加熱溫度過高，保溫時(shí)間過長(zhǎng)，增加了奧氏體的穩(wěn)定性，淬火后保留了大量殘余奧氏體；</p><p>　?、?回火溫度過高或回火不充分。&

64、lt;/p><p>　　6.3.2防止和補(bǔ)救措施</p><p>　?、?進(jìn)行合理的鍛造工藝，并進(jìn)行球化退火，確保獲得良好的預(yù)熱組織；</p><p>　?、?熱處理前去除氧化皮及銹斑；</p><p>　　③ 選用適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)進(jìn)行冷卻；</p><p>　　④ 嚴(yán)格控制回火規(guī)范，控制回火溫度和保溫時(shí)間；</p&g

65、t;<p>　?、?重新淬火前應(yīng)先進(jìn)行正火或退火處理。</p><p><b>　　6.4 表面腐蝕</b></p><p>　　模具在鹽浴爐中加熱，由于鹽浴中氧化物的腐蝕，模具的表面質(zhì)量較差，另外空氣加熱中的氧化、脫碳等也會(huì)對(duì)模具表面產(chǎn)生腐蝕，這將嚴(yán)重的影響模具的表面硬度和使用性能，明顯降低模具的服役周期。為了避免發(fā)生表面的腐蝕現(xiàn)象，可對(duì)模具采取以下措

66、施：</p><p>　　① 嚴(yán)格控制脫氧，確保模具與夾具的表面無氧化皮，以避免向鹽浴中帶入氧化物造成模具的腐蝕；</p><p>　　② 可采用可控氣氛或保護(hù)氣氛進(jìn)行加熱，條件許可也可采用真空爐進(jìn)行熱處理，效果會(huì)更好；</p><p>　　③ 模具熱處理后及時(shí)清洗掉油污及氧化皮，及時(shí)回火處理，必要時(shí)用布將模具毛坯擦拭干凈。</p><p>

67、　　6.5 變形或畸變</p><p>　　熱處理變形是造成精密模具報(bào)廢的主要原因之一。造成模具熱處理變形的原因可以從材料的選用、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、模具的制造及殘余應(yīng)力、熱處理工藝等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。本文將對(duì)熱處理工藝對(duì)模具變形的影響作詳細(xì)的論述。</p><p>　　模具的熱處理的目的是獲得要求的組織與性能，其主要的工藝參數(shù)包括加熱速度，加熱溫度，冷卻介質(zhì)與冷卻方式等，他們對(duì)模具的熱處理

68、變形有重要影響，現(xiàn)分別分析如下：</p><p>　　6.5.1 加熱速度</p><p>　　模具熱處理后變形，特別是對(duì)復(fù)雜的模具而言，與加工工藝的正確與否有關(guān)，模具變形的原因在于任何金屬加熱過程中均要膨脹，模具內(nèi)外溫度不均勻必會(huì)造成模具各部分膨脹不一致。在鋼的相變點(diǎn)溫度以下加熱時(shí)，不均勻加熱主要產(chǎn)生熱應(yīng)力；超過相變點(diǎn)溫度，不均勻加熱還會(huì)有由于相變不等時(shí)性產(chǎn)生的組織應(yīng)力?？梢娔＞叩募訜?/p>

69、速度越大，模具表面與心部的溫差越大，模具的自身應(yīng)力越大，熱處理變形將明顯增大。</p><p>　　對(duì)此可將模具在相變點(diǎn)溫度以下進(jìn)行預(yù)熱，以減小模具在加熱過程中的內(nèi)外溫差，從而降低模具的自身應(yīng)力，降低變形的可能性；另外，對(duì)模具進(jìn)行緩慢加熱也可避免模具的變形。</p><p>　　6.5.2 加熱溫度</p><p>　　為達(dá)到模具具有要求的硬度，往往認(rèn)為提高模具的

70、淬火加熱溫度是必須的，然而事實(shí)上，這種認(rèn)識(shí)是片面的，對(duì)于較復(fù)雜的模具而言，同樣是在正常的加熱溫度范圍進(jìn)行淬火，選用工藝規(guī)定的上限溫度加熱后的熱處理比允許的下線溫度，其熱處理后的變形明顯增大。模具淬火變形的原因眾所周知，淬火溫度越高，鋼的晶粒趨向長(zhǎng)大，由于較大的晶粒能使鋼的淬透性增大，但也造成淬火冷卻時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力增大。另外復(fù)雜模具大多采用高合金鋼制造，淬火溫度提高后，其Ms點(diǎn)較低（一般是250℃以下），淬火后的組織中殘留有較多的殘余奧氏體

71、，將增大模具熱處理后的變形。</p><p>　　在保證模具技術(shù)要求的條件下，控制加熱溫度的措施為：</p><p>　?、龠x用合理的加熱溫度；</p><p>　?、?選用工藝規(guī)定的下限加熱溫度，以減少冷卻時(shí)的應(yīng)力；</p><p>　?、鄄捎秒A段加熱，以控制鋼的晶粒度。</p><p>　　6.5.3 冷卻介質(zhì)和

72、冷卻方法的影響</p><p>　　模具的淬火冷卻介質(zhì)和冷卻方法對(duì)于模具的變形有直接的影響。當(dāng)模具冷卻至Ms點(diǎn)以下時(shí)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，此時(shí)除因冷卻不一致造成的熱應(yīng)力外還有因相變不一致性造成的組織應(yīng)力，冷卻速度越大，冷卻越不均勻，淬火應(yīng)力越大，變形因而增大，對(duì)于該模具可采用等溫淬火的工藝處理以避免模具的變形。</p><p><b>　　過熱、過燒</b></p>

73、;<p>　　過熱主要是由于 加熱溫度過高，出現(xiàn)過熱組織，如晶粒粗大、馬氏體粗大、殘余奧氏體過多、魏氏組織、鐵素體過多等等。產(chǎn)生過熱的原因主要有原材料組織結(jié)構(gòu)以及熱處理規(guī)范等以下幾個(gè)方面：</p><p>　?、?模具的原材料組織不良，如鍛造退火后的球化退火組織不合格或者碳化物偏析、有網(wǎng)狀碳化物等等；</p><p>　?、?加熱時(shí)加熱溫度過高或者保溫時(shí)間過長(zhǎng)而造成晶粒急劇長(zhǎng)

74、大；</p><p>　　模具在熱處理設(shè)備中放置不當(dāng)，模具過于接近加熱元件，造成局部升溫過高。</p><p>　　對(duì)于過熱現(xiàn)象可以通過控制加熱溫度、保溫時(shí)間，降低加熱速度，或多次正火或退火來細(xì)化晶粒，為重新熱處理作組織準(zhǔn)備。</p><p>　　過燒是一種嚴(yán)重的熱處理缺陷。其特征是材料表面上呈龜狀裂紋，嚴(yán)重時(shí)裂紋處存在黑色的氧化物，金相分析時(shí)可見粗大的網(wǎng)絡(luò)分布的裂

75、紋，這類缺陷還伴隨著晶粒粗大的魏氏組織以及裂紋附近的氧化、脫碳現(xiàn)象，危害極大。模具中一旦出現(xiàn)過燒，模具只能作報(bào)廢處理。為了防止模具發(fā)生過燒，可采取以下措施：嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間，降低加熱速度或采用階段性升溫或預(yù)熱的手段。</p><p><b>　　7 性能檢測(cè)方法</b></p><p>　　在熱處理生產(chǎn)過程中，因熱工儀表、加熱設(shè)備、冷卻介質(zhì)、操作水平、原材料

76、等因素的影響，熱處理質(zhì)量不可避免地存在差異，甚至產(chǎn)生不合格產(chǎn)品，需要通過檢驗(yàn)把不合格產(chǎn)品剔除出去。因此質(zhì)量檢驗(yàn)對(duì)保證和提高熱處理質(zhì)量有著極為重要的作用。常用的熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)方法包括外觀與內(nèi)部缺陷檢驗(yàn)、表面和內(nèi)部硬度檢驗(yàn)、組織形態(tài)或結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)、模具變形、表面硬化層深度/滲層深度、脆性檢驗(yàn)、晶粒度檢驗(yàn)、表面氧化與脫碳檢驗(yàn)、抗拉強(qiáng)度檢驗(yàn)等等。其中無損檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)在的模具檢驗(yàn)中占有重要地位。內(nèi)部狀態(tài)及缺陷的檢測(cè)可用無損檢測(cè)手段得以實(shí)現(xiàn)，不對(duì)產(chǎn)品進(jìn)

77、行破壞。常用的無損檢測(cè)手段包括射線檢測(cè)（X射線儀、γ射線儀、電子直線加速器等）、超聲波檢測(cè)、磁力檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)。對(duì)于表面硬度的檢測(cè)可以直接用硬度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，常用的硬度計(jì)有洛氏硬度計(jì)、布氏硬度計(jì)、維氏硬度計(jì)等。對(duì)于滲層深度的檢測(cè)可以用金相法或維氏硬度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)?？估瓘?qiáng)度用萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)，材料的動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)可用沖擊韌性試驗(yàn)機(jī)，材料的疲勞強(qiáng)度可用疲勞試驗(yàn)機(jī)，模具的磨損性能可用磨損試驗(yàn)機(jī)。對(duì)于材料的性能檢測(cè)最產(chǎn)用的檢驗(yàn)方法是金相法，用

78、以檢測(cè)和分析材料的內(nèi)部組織表面狀態(tài)，可判斷有無脫碳氧</p><p>　　8 課程設(shè)計(jì)的體會(huì)與感受</p><p>　　兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處

79、世。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程?！鼻Ю镏惺加谧阆隆保ㄟ^這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　通過這次模具設(shè)計(jì)，我在多方面都有所提高。首先，我大體學(xué)會(huì)了綜合運(yùn)用本專業(yè)

80、所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次熱作模具設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了熱作模具設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握熱作模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握熱作模具設(shè)計(jì)的基本的技能懂得了怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案，了解了模具的基本結(jié)構(gòu)，提高了全方位的利用互聯(lián)網(wǎng)自主學(xué)習(xí)與通過各種手段來查閱資料，熟悉了模具的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)各科相關(guān)的知識(shí)都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。</p><p

81、>　　在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)模具的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，也從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。同時(shí)感謝對(duì)我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對(duì)我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。 </p><p>　　由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評(píng)與指正，本人將萬(wàn)分感謝。</p&

82、gt;<p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　[1] 戴起勛. 金屬材料學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2011.12</p><p>　　[2] 劉云旭， 金屬熱處理原理北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1981，p325</p><p>　　[3] 候增壽. 盧光熙，金屬學(xué)原理，上海，上海科學(xué)技術(shù)出版社，1990，p

83、239</p><p>　　[4] 胡志剛. 熱作模具材料的進(jìn)展[ J] . 甘肅冶金, 2000( 3) : 21- 23.</p><p>　　[5] 陳南平. 機(jī)械零件失效分析.北京：清華大學(xué)出版社，1998</p><p>　　[6] 胡光立，希文.鋼的熱處理[M]，西安，西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010.3</p><p>　　[7]