第六章 熱處理

1、第六章 熱處理6.1 熱處理的概念熱處理是一種重要的金屬加工工藝，它主要是把金屬材料在固態(tài)下加熱、保溫、冷卻，以改變其組織，從而獲得所需性能的一種熱加工工藝。熱處理的主要目的是為了改善金屬材料的性能，即改善鋼的工藝性能和提高鋼的機(jī)械性能和使用性能。 通過(guò)熱處理可以改善金屬材料的性能，所以絕大多數(shù)機(jī)械零件都要經(jīng)過(guò)熱處理以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，拖拉機(jī)、汽車(chē)零件的 70%80%需要進(jìn)行熱處理；各種刀具、量具和模具 100%要進(jìn)行熱處理。如果將原材料在加工過(guò)程中采用的預(yù)備熱處理包括進(jìn)去，可以說(shuō)所有的機(jī)械零件都要機(jī)械熱處理。 6.2 模具零件整體熱處理工序 模具零件常用的熱處理工序有正火

2、、退火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)、表面化學(xué)處理、冷處理等。6.2.1 正火正火是將鋼件加熱至AQ3或AQcm以上3050或更高的溫度，保溫一段時(shí)間，隨后在空氣進(jìn)行冷卻，從而得到珠光體型轉(zhuǎn)變的操作過(guò)程。用以消除碳素工具鋼、合金工具鋼的殘余網(wǎng)狀碳化物，細(xì)化不均勻的片狀珠光體。和退火相比，正火的冷卻速度較快，過(guò)冷度較大，得到的珠光體組織較細(xì)。對(duì)于中碳鋼、低碳鋼、鑄鋼，用正火代替完全退火，提高其韌性，改善鋼的加工性能，縮短加工周期。 正火的主要目的有調(diào)整鍛、鑄鋼件的硬度，細(xì)化晶粒，消除網(wǎng)狀滲碳體并為淬火做好組織準(zhǔn)備。通過(guò)正火細(xì)化晶粒，鋼的韌性可顯著改善，對(duì)低碳鋼正火可提高硬度以改善切削加工性能；對(duì)焊接件則可以

3、通過(guò)正火改善焊縫及熱影響區(qū)的組織和性能。 6.2.2 退火（1）完全退火將鋼加熱到Ac3以上3050，保溫一段時(shí)間，使其完全奧氏體化，隨后隨爐緩慢冷卻。模具鋼完全退火的目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，為后續(xù)熱處理做組織準(zhǔn)備，是一種預(yù)備熱處理工藝。（2）去應(yīng)力退火 一般加熱溫度為600650，目的是消除模具淬火或精加工前的殘余應(yīng)力，或避免高速鋼返修淬火時(shí)出現(xiàn)的絮狀斷口。（3）球化退火 球化是模具鋼中應(yīng)用最普遍的退火工藝，采用此工藝可以使片狀珠光體變成粒狀珠光體。由于粒狀珠光體硬度比片狀珠光體低，因而改善了模具的切削加工性能，也為淬火做好了組織準(zhǔn)備。球化退火組織對(duì)模具最終熱處理后的

4、強(qiáng)韌性、畸變、開(kāi)裂傾向、耐磨性、斷裂韌度有顯著的影響。球化退火溫度應(yīng)選在Acl以上2050為宜。（4）等溫退火等溫退火是將鋼件或毛坯加熱到高于Acl（或Acl）溫度，保持適當(dāng)時(shí)間后，較快的冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度并等溫保持使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織，然后再空氣中冷卻到退火工藝。等溫退火的轉(zhuǎn)變較易控制，能獲得均勻的預(yù)期組織；對(duì)于奧氏體較穩(wěn)定的合金可大大縮短退火時(shí)間，一般只需要完全退火的一半左右。6.2.3 淬火將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上(淬火溫度)，保溫一段時(shí)間，然后迅速放入水中(油或堿液等冷卻介質(zhì))冷卻的操作過(guò)程。目的是獲得最終所需要的淬火組織，及回火處理后的綜合力學(xué)性能，提高零件的硬度和

5、耐磨性。模具材料的淬火是應(yīng)用較普遍的一種熱處理方法，淬火的效果取決于淬火加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻方式和冷卻介質(zhì)等工藝過(guò)程。6.2.4 回火將淬火后的零件加熱到臨界點(diǎn)以下的一定溫度，在該溫度下停留一段時(shí)間，然后空冷到室溫的操作過(guò)程。一般淬火情況下，模具淬火后應(yīng)立即回火，目的是消除應(yīng)力，防止開(kāi)裂、變形，并適當(dāng)降低硬度，提高鋼的韌性。模具鋼常用的是低溫回火和高溫回火。低溫回火主要用于沖壓模具，一般在150250范圍內(nèi)進(jìn)行，目的是為了獲得高的硬度，并通過(guò)回火消除淬火應(yīng)力，獲得韌性，但應(yīng)避開(kāi)冷作模具鋼的回火脆性溫度范圍。高溫回火一般用于熱作模具和一些高合金模具鋼，在500650范圍內(nèi)進(jìn)行，其目的是獲得高

6、的強(qiáng)度和良好的韌性，并有穩(wěn)定的組織和性能。6.2.5 調(diào)質(zhì)將淬火后的鋼質(zhì)零件進(jìn)行高溫回火，這種雙重?zé)崽幚淼牟僮鳛檎{(diào)質(zhì)。目的是為了獲得硬度為180320HV的細(xì)球光體和超細(xì)碳化物，消除網(wǎng)狀或帶狀碳化物，消除加工后的殘余應(yīng)力，改善組織，便于機(jī)加工，防止淬火開(kāi)裂和減少淬火畸變。6.3 模具零件熱處理工藝Cr12MoV鋼有高淬透性，截面在400以下可以完全淬透，在300400仍可保持良好的硬度和耐磨性，較Cr12MoV鋼有高的韌性，淬火時(shí)體積變化量小，又有高的耐磨性和良好的綜合機(jī)械性能。1、退火。本次兩幅模具工作部件均采用Cr12MoV鋼制造，查表可知Cr12MoV鋼的退火溫度為850870，其退火保

7、溫時(shí)間可按下式計(jì)算：t=a*K*D式中 t加熱保溫時(shí)間/min a加熱系數(shù) 鹽浴爐：a=0.50.8min/mm 井式回火爐：a=1.01.5min/mm 箱式電爐：a=22.5min/mm K裝爐條件修正系數(shù)，一般取11.5 D工件有效厚度/mm2、淬火。 根據(jù)模具編號(hào)可查出Cr12MoV鋼淬火加熱溫度為10201050。其淬火保溫時(shí)間可按下式計(jì)算：t=D/1.25 式中 t加熱保溫時(shí)間/min D工件有效厚度/mm 3、回火。Cr12MoV鋼的回火溫度與回火時(shí)間可按下式計(jì)算：T=200+11*(60-H)t=120+D 式中 T加熱溫度/ H要求工件具有的洛式硬度值 t加熱保溫時(shí)間/min

8、 D工件有效厚度/mm4、 模具工作零件熱處理5、表1落料沖孔模工作零件退火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模Cr12MoV1.68508701.658水凹模Cr12MoV368508703662水凸凹模Cr12MoV15.585087015.562水表2落料沖孔模工作零件淬火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模Cr12MoV1.6102010501.2858水凹模Cr12MoV361020105028.862水凸凹模Cr12MoV15.51020105012.462水表3落料沖孔模工作零件回火工藝數(shù)據(jù)表工作

9、部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模Cr12MoV1.6222121.658空氣凹模Cr12MoV3617815662空氣凸凹模Cr12MoV15.5178135.562空氣1.6min850870水水1.28min121.6min退火淬火回火溫度/ 時(shí)間10201050222圖1凸模的熱處理36min850870水水28.8min156min退火淬火回火溫度/時(shí)間10201050222圖2凹模的熱處理15.5min850870水水12.4min135.5min退火淬火回火溫度/時(shí)間10201050222圖3凸凹模的熱處理表4變薄拉伸模工作零件退火工藝數(shù)據(jù)表工作部件

10、材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模Cr12MoV10.585087010.558水凹模Cr12MoV428508704262水表5變薄拉伸模工作零件淬火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模Cr12MoV10.5102010508.458水凹模Cr12MoV421020105033.662水表6變薄拉伸模工作零件回火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模Cr12MoV10.5222130.558空氣凹模Cr12MoV4217816262空氣10.5min850870水水水8.4min130

11、.5min退火淬火回火溫度/時(shí)間10201050222圖4變薄拉伸凸模的熱處理42min850870水水33.6min162min退火淬火回火溫度/時(shí)間10201050178圖5變薄拉伸凹模的熱處理表7斜楔模工作零件退火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模Cr12MoV14.585087014.558水凹模Cr12MoV388508703862水活動(dòng)凹模Cr12MoV128508701262水表8斜楔模工作零件淬火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模Cr12MoV10.51020105011.658水凹模Cr1

12、2MoV421020105030.462水活動(dòng)凹模Cr12MoV12102010509.662水表9斜楔模工作零件回火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模Cr12MoV10.5222134.558空氣凹模Cr12MoV4217815862空氣活動(dòng)凹模Cr12MoV1217813262空氣14.5min850870水水水11.6min134.5min退火淬火回火溫度/時(shí)間10201050222圖4斜楔凸模的熱處理38min850870水水30.4min158min退火淬火回火溫度/時(shí)間10201050178圖5斜楔凹模的熱處理12min850870水水9

13、.6min132min退火淬火回火溫度/時(shí)間10201050178圖5斜楔活動(dòng)凹模的熱處理5、模具其它零件熱處理45鋼是中碳結(jié)構(gòu)鋼，冷熱加工性能都不錯(cuò)，機(jī)械性能較好，它的最大弱點(diǎn)是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。45鋼淬火溫度在A3+(3050) ，在實(shí)際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，表面氧化減少，且能提高工作效率。HT200是灰鑄鐵，其抗拉強(qiáng)度和塑性低，但鑄造性能和減震性能好，主要用來(lái)鑄造汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸、汽缸套、車(chē)床床身等承受壓力及振動(dòng)部件，這里在模具中常用于上下模座。 表6.7落料沖孔模其它零件退火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)

14、間（min）硬度(HRC)冷卻凸模固定板45217202143水凸凹模固定板45217202143水卸料板458720843水頂件塊4515.572015.543水墊板458720843水上模座HT200406007004028水下模座HT200456007004528水 表6.8落料沖孔模其它零件淬火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模固定板452182084016.843水凸凹模固定板452182084016.843水卸料板4588208406.443水頂件塊4515.582084012.443水墊板4588208406.443水 水21min16

15、.8min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間圖6.8凸模固定板的熱處理水21min16.8min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間圖6.9凸凹模固定板的熱處理水8min6.4min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間圖6.10卸料板的熱處理 水15.5min12.4min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間 圖6.11頂件塊的熱處理水8min6.4min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間圖6.12墊板的熱處理 圖6.8上模座模的熱處理 圖6.8下模座的熱處理表6.9變薄拉伸模其它零件退火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模固定板4535

16、7203543水定位板451.57201.543水卸料板45257202543水墊板45277202743水上模座HT200406007004528水下模座HT200456007004028水 表6.10變薄拉伸模其它零件淬火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻凸模固定板45358208402843水定位板451.58208401.243水卸料板45258208402043水墊板452782084021.643水水35min28min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間圖6.11凸模固定板的熱處理水1.5min1.2min淬火820840水溫度/720退

17、火時(shí)間圖6.12定位板的熱處理水25min20min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間 圖6.13卸料板的熱處理水27min21.6min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間 圖6.14墊板的熱處理40min圖6.1上模座的熱處理45min 圖6.15下模座的熱處理表6.9斜楔模其它零件退火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻固定板45227202243水定位板458.57208.543水斜楔45137201343水擋塊45207202043水墊塊45207202043水上模座HT200356007003528水下模座HT20040600700402

18、8水 表6.10斜楔模其它零件淬火工藝數(shù)據(jù)表工作部件材料厚度（mm）溫度（）時(shí)間（min）硬度(HRC)冷卻固定板452282084017.643水定位板458.58208406.843水斜楔451382084010.443水擋塊45208208401643水墊塊45208208401643水水22min17.6min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間圖6.11固定板的熱處理水8.5min6.8min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間圖6.12定位板的熱處理水13min10.4min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間 圖6.13斜楔的熱處理水20min16min淬火820840水溫

19、度/720退火時(shí)間 圖6.14擋塊的熱處理水20min16min淬火820840水溫度/720退火時(shí)間 圖6.14墊塊的熱處理35min圖6.1上模座的熱處理40min 圖6.15下模座的熱處理6.4 工作部件加工工藝路線模具由多個(gè)零件組成，其制造過(guò)程包括零件的加工、裝配及模具的試模和調(diào)整。其中，材料經(jīng)下料、鍛造、車(chē)、銑、刨、磨等方法加工成符合圖樣要求的零件過(guò)程稱(chēng)為加工工藝過(guò)程。按順序列出加工工序名稱(chēng)及其主要內(nèi)容，亦稱(chēng)為加工路線。6.4.1 沖孔落料模（1）凸模加工工藝路線1、下料。下¢15x56的毛坯圓棒料。2、熱處理。退火。3、車(chē)。車(chē)兩端面，打中心孔并切斷。 4、車(chē)。粗車(chē)、半精車(chē)

20、外圓，留磨量0.3(單面)。5、熱處理。淬火、低溫回火5862HRC。 6、磨。磨及保證同軸度。7、車(chē)。研磨兩端頂尖孔。8、線切割。切去小端中心孔，保持總長(zhǎng)L。9、鉗。去毛刺并研磨刃口，將凸模裝入固定板。 10、磨。與固定板同磨上端面，翻身磨出上端面。 11、檢驗(yàn)。 （2）凹模加工工藝路線1、下料。2、鍛。 3、熱處理。退火。4、粗加工。刨六個(gè)面，留0.5的余量。5、 粗磨平面。磨上下兩平面及6、 互相垂直的兩側(cè)面，以作為劃線基準(zhǔn)。6、 鉗。劃線并鉆、鉸2x¢12mm，鉆，攻4xM12mm。7、熱處理。淬火并回火到6264HRC。8、精磨。精磨平面，保證表面精度。9、線切割。按圖樣編

21、制線切割加工程序并進(jìn)行線切割加工。10、研磨。提高精度。11、檢驗(yàn)。 （3）凸凹模加工工藝路線1、下料。2、鍛。 3、熱處理。退火。4、粗加工。刨六個(gè)面，留0.5的余量。5、粗磨平面。磨上下兩平面及互相垂直的兩側(cè)面，以作為劃線基準(zhǔn)。6、 鉗。劃線并鉆、鉸2x¢12mm，鉆，攻4xM12mm。7、熱處理。淬火并回火到6264HRC。 8、精磨。精磨平面，保證表面精度。9、線切割。按圖樣編制線切割加工程序并進(jìn)行線切割加工。 10、 研磨。提高精度。 11、檢驗(yàn)。 （4）墊板，固定板的加工工藝路線1、下料。2、鍛。 3、熱處理。去應(yīng)力退火。4、粗加工。刨六個(gè)面，均留0.5的余量。5、粗磨平

22、面。磨上下兩平面及互相垂直的兩側(cè)面，以作為劃線基準(zhǔn)。6、鉗。劃線并鉆、鉸孔，鉆，攻孔。7、熱處理。淬火到要求硬度值。8、線切割。按圖樣編制線切割加工程序并進(jìn)行線切割加工。 9、精磨。精磨平面，保證表面精度。10、研磨。提高精度。11、檢驗(yàn)。 6.4.2 變薄拉伸（1）凸模加工工藝路線1、下料。2、鍛。 3、熱處理。退火。4、粗加工。刨各個(gè)面，均留0.5的余量。5、粗磨平面。磨上下兩平面及互相垂直的兩側(cè)面，以作為劃線基準(zhǔn)。6、鉗。劃線并鉆、鉸¢7.5mm，¢7.8mm孔。7、熱處理。淬火并回火到5862HRC。8、精磨。精磨平面，保證表面精度。9、鉗。去毛刺并研磨刃口，將凸模

23、裝入固定板。10、磨。與固定板同磨上端面，翻身磨出上端面。 11、研磨。提高精度。12、檢驗(yàn)。 （2）凹模加工工藝路線 1、下料。2、鍛。 3、熱處理。去應(yīng)力退火。4、粗加工。刨六個(gè)面，均留0.5的余量。5、粗磨平面。磨上下兩平面及互相垂直的兩側(cè)面，以作為劃線基準(zhǔn)。6、鉗。劃線并鉆、鉸¢6mm，鉆，攻M10mm孔。7、熱處理。淬火并回火到6264HRC。8、精磨。精磨平面，保證表面精度。9、研磨。提高精度。10、檢驗(yàn)。 （3）墊板，固定板的加工工藝路線 1、下料。2、鍛。 3、熱處理。去應(yīng)力退火。 4、粗加工。刨六個(gè)面，均留0.5的余量。5、粗磨平面。磨上下兩平面及互相垂直的兩側(cè)面，以作為劃線基準(zhǔn)。6、鉗。劃線并鉆、鉸孔，鉆，攻孔。7、熱處理。淬火到要求硬度值。 8、精磨。精磨平面，保證表面精度。9、研磨。提高精度。10、檢驗(yàn)。6.4.3 斜楔（1）凸模加工工藝路線1、下料。下