哈工大熱處理原理與工藝大作業(yè)-冷作模具熱處理

冷作模具小組成員：趙曉亮堵勝男曹軼君漆秦孫文蔣博冷作模具一、零件用途與服役條件二、失效方式-性能要求三、基本分類及零件用材料四、加工工序與熱處理工藝五、質(zhì)量檢測事項和方法六、熱處理缺陷一、零件用途與服役條件

主要用于金屬或非金屬材料的冷態(tài)成型，包括沖載模、擠壓模、拉伸膜、冷鐓模、彎曲模、成型模、剪切模、滾絲模、拉絲模等。常溫下：工作時承受高的壓力、彎曲力、沖擊力、循環(huán)應(yīng)力，同時不斷與坯料發(fā)生劇烈摩擦。二、失效方式-性能要求

過載失效：過載失效指材料本身承載能力不足以抵抗工作載荷作用而引起的失效。包括材料韌性不足引起的斷裂失效和強度不足引起的變形失效。磨損失效：磨損失效指工作部件與被加工材料之間相對運動產(chǎn)生的損耗，包括均勻磨損、不均勻磨損和局部脫落等。疲勞失效：循環(huán)的周期性載荷作用下，引起模具表面產(chǎn)生裂紋，發(fā)生低應(yīng)力的脆性斷裂。二、失效方式-性能要求

（1）力學(xué)性能：高的硬度58-64HRC，具有高的耐磨性，和足夠的尺寸精度；具有足夠的強度和韌性，保證模具不發(fā)生塑性變形；沖擊、彎曲載荷下不易崩刃、斷裂。（2）工藝性能：良好的冷熱加工性能；熱處理變形要小，較好的淬透性，足夠的硬化層。三、基本分類及零件用材料按照模具的用途主要可分為：擠壓模、冷鐓模、冷鍛模、冷沖模，以及用于板材成型的落料模、拉伸模等零件用材：

碳素工具鋼，T10A，T12A等

低合金鋼，9Mn2V、CrWMn、9SiCr、GCr15等

高合金鋼，Cr12、Cr12MoV、W18Cr4V等四、加工工序與熱處理工藝

Cr12MoV合金鋼的簡單介紹加工工序預(yù)處理熱處理后處理Cr12MoV合金鋼Cr12MoV合金鋼1、化學(xué)成分2、性能特點具有高的耐磨性、淬透性、微變形、高熱穩(wěn)定性、高抗彎強度。導(dǎo)熱性和塑性低,鍛造性能差3、失效形式及性能要求反復(fù)的載荷——磨損——疲勞——低應(yīng)力斷裂——高硬度、耐磨性、硬度與強度和尺寸穩(wěn)定性。Cr12MoV合金鋼

下料

鍛造組裝線切割加工淬火+回火平磨

機械加工球化退火1．1鍛造工藝：加熱速度溫度鍛造方法：為了完全消除組織中的帶狀碳化物和粗大、不均勻碳化物組織，一般應(yīng)采用變向鍛造法(包括十字墩拔法和二向墩拔法)而且要嚴(yán)格按照正確的鍛造操作規(guī)程進(jìn)行。墩拔的次數(shù)應(yīng)視碳化物不均勻的級別和對鍛件碳化物不均勻級別的要求而定。操作過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“二輕一重”的鍛造方法，在保證擊碎碳化物的同時防比裂紋產(chǎn)生。1.2預(yù)先熱處理通常情況下，采用球化退火。其工藝如圖2下球化退火后的組織為索氏體型珠光體+粒狀碳化物，硬度為207一255HB。具有很好的切削性能。2調(diào)質(zhì)處理3高溫固溶+高溫回火對于大型的Cr12MoV鋼冷作模具，還可采用高溫固溶處理+高溫回火預(yù)處理工藝(又叫雙重固溶球化處理)2.1淬火淬火溫度選擇:為了獲得較好的綜合性能淬火溫度應(yīng)控制在1000-1040℃保溫時間確定：用經(jīng)驗公式：其中：

加熱系數(shù)。查下表確定

D：工件有效厚度。介質(zhì)：油2.2回火

先加熱到1030℃，油淬后在小于25min的時間內(nèi)，將凹模放入液氮中深冷處理，然后在520℃下高溫回火。注意：

深冷處理可使殘留奧氏體含量降到最低程度,顯著提高凹模的硬度;520e高溫回火可使碳化物從馬氏體中彌散析出產(chǎn)生二次硬化,實現(xiàn)碳化物呈顆粒狀的均勻分布,提高凹模的強韌性、硬度和耐磨性。

3后處理線切割：模具先由普通機床加工出坯件，再由線切割完成模具刃口或型腔加工。線切割加工需要注意的問題是線切割中的工件變形與加工表而應(yīng)力的改變?？赡艽嬖趩栴}

模具線切割表而的熔凝層富集了較多殘留奧氏體，再淬火層主要為淬火馬氏體，線切割變質(zhì)層會使模具工作表而的強度與韌度降低。模具在使用中，表面會產(chǎn)生高溫使淬火馬氏體、殘留奧氏體分解、轉(zhuǎn)變，引起附加應(yīng)力與變質(zhì)層中存在的殘留拉應(yīng)力疊加，使微裂紋易于形成，并加速微裂紋的擴展。解決方法預(yù)開工藝腔。淬火前預(yù)先開工藝腔可以改善淬火時的表里溫差，有利于冷卻，使切割部位有足夠的硬度，淬硬層加深，改變內(nèi)應(yīng)力分布，有效防止線切割時開裂。合理選用線切割加工工藝參數(shù)。在滿足一定生產(chǎn)效率的前提下，盡可能采用低電流、低切割速度、小脈寬和低線速，可以有效減小線切割時的應(yīng)力，防比裂紋的產(chǎn)生。補充回火。在線切割后立即進(jìn)行補充回火，一方而消除線切割過程中形成的附加應(yīng)力，同時也改善線切割表層的白亮組織。表面處理。模具表面噴丸，可消除線切割后模具表而變質(zhì)層，改善微觀組織和表而應(yīng)力分布，使之由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。五、質(zhì)量檢測事項和方法變形檢測

對于模孔、槽的尺寸使用千分尺、卡尺、內(nèi)徑千分表等檢查，小型精密模具用工具顯微鏡或投影儀進(jìn)行檢查。薄板類工件用塞尺在平板上檢查其翹曲量。長桿類、芯桿類工件用頂尖或V型鐵支承兩端，使用百分表測量其振擺量，細(xì)小桿件可用塞尺在平板上測量彎曲量。標(biāo)準(zhǔn)參考下表：五、質(zhì)量檢測事項和方法外觀檢測外觀檢查是對冷作模具處理后用肉眼或放大鏡觀察其表面形貌和缺陷，重要工件檢查裂紋可用磁力、滲透、超聲探傷等方法。一般要求是：模具不得有各種裂紋；模具表面應(yīng)無燒熔化等缺陷；模具表面不得有磕碰、劃傷、燒毀及嚴(yán)重的麻點、腐蝕及銹蝕現(xiàn)象；熱處理后必須清洗干凈，孔槽不得有各種鹽潰、油膩等附著物。硬度檢測硬度檢查的要求是：沖裁類冷沖模具在離刃口5mm以內(nèi)硬度必須達(dá)到設(shè)計要求，不得有軟點；冷鐓、冷擠、拉伸及壓變類模具，主要受力工作面硬度必須達(dá)到設(shè)計要求；凸凹模零件淬火后應(yīng)100％進(jìn)行硬度檢查；毛坯退火后碳素工具鋼180—207HB，低合金工具鋼207—241HB，中高合金工具鋼217～255HB；碳素工具鋼尾部固定部分應(yīng)控制在30一40HRC，其余部分淬硬必須達(dá)到設(shè)計要求；火焰表面淬火的大型模具，工作面硬度不低于規(guī)定上限，一般不允許有回火帶及低硬區(qū)。金相組織檢測

確保得到要求的組織。六、熱處理缺陷通常模具熱處理缺陷是指模具在最終熱處理過程中或在以后的加工工序中以及使用過程中出現(xiàn)的各種缺陷,如淬裂、變形、硬度不足、耐磨性差等。變形是模具經(jīng)過熱處理后產(chǎn)生的主要熱處理缺陷之一，一些模具常因熱處理變形而報廢，因此控制模具的熱處理變形一直是熱處理生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。模具在熱處理時，特別是在淬火過程中，由于模具截面各部分加熱和冷卻速度的不一致而造成的溫度差，引起“熱應(yīng)力”以及組織轉(zhuǎn)變的不等時性等因素，使模具各部分體積脹縮不均勻、組織轉(zhuǎn)變不均勻，引起“組織應(yīng)力”。當(dāng)這些應(yīng)力超過模具的屈服極限時,就會引起模具的變形。除此之外，熱處理完成后的組織中還存在著網(wǎng)狀碳化物，其分布不均會增加模具的脆性，使其容易斷裂。解