熱處理課程設計落料凹模工藝說明書

1、目錄1 引言1課程設計的意義1此次課程設計所得12 零件分析22.1 零件圖分析22.2 服役條件22.3 失效形式33 性能要求和材料的選擇33.1 性能要求和初步選材33.2 最終選材43.3 CrWMn的具體參數54 確定加工工藝路線55 熱處理及其方法的選擇65.1 預備熱處理65.2 最終熱處理66 熱處理工藝制度的確定66.1 預備熱處理(球化退火)工藝制度66.1.1退火的加熱溫度和等溫溫度76.1.2退火的保溫時間76.1.3退火的加熱速度86.1.4 退火的冷卻速度和冷卻方式86.2 最終熱處理（淬火+低溫回火）86.2.1 淬火96.2.2 回火熱處理工藝制定107 熱處理

2、設備的選擇117.1 球化退火預備熱處理設備選擇117.2 最終熱處理設備的選擇137.2.1 淬火熱處理設備比較137.22 淬火熱處理設備最終選擇137.23 淬火介質的選擇147.3 回火熱處理設備的選擇147.4 清洗設備157.5 強化設備158 工裝設計夾具和墊具169 檢驗179.1 退火后的檢驗179.1.1 外觀179.1.2 硬度179.1.3 畸變189.1.4 金相檢驗189.2 淬火回火后的檢驗199.2.1 外觀199.2.2 表面硬度199.2.3 畸變1910 熱處理缺陷分析2010.1 退火缺陷分析2010.1.1 硬度過高2010.1.2 球化不完全2010

3、.1.3 球化不均勻2010.1.4 粗大魏氏組織2010.1.5 退火石墨2010.1.6 反常組織2110.2 淬火缺陷分析2110.2.1 淬火畸變2110.2.2 淬火開裂2110.2.3 硬度不足2210.2.4 軟點2210.3 回火缺陷分析2311 小結23參考文獻251 引言課程設計的意義本課程是有關于落料凹模制作的工藝流程制定，重點為其過程中的熱處理環(huán)節(jié)。課程設計是培養(yǎng)大學生對所學知識學以致用的關鍵手段,學會綜合運用所學習的專業(yè)課程，認識、分析和解決實際問題，鍛煉實戰(zhàn)能力，是每一個面臨畢業(yè)于就業(yè)，走上工作崗位的應屆大學生所必須掌握的一門技巧。課程設計要求熟練的掌握各個專業(yè)課程

4、，靈活運用所學的加工，合理的選材和熱處理技巧對金屬材料進行加工以滿足零件的加工性能和使用性能的要求。在此基礎上對已有的零件進行加工和熱處理流程的合理制定，不僅有利于對基礎知識的理解，更有利于發(fā)覺和彌補自身的不足，以便糾正錯誤。金屬材料及其熱處理應用與社會各個行業(yè)的方方面面，由于本專業(yè)屬于應用類，對經驗的要求較高，隨著工業(yè)基礎建設的逐步現代化，鋼鐵產業(yè)的不斷發(fā)展，對金屬材料及其熱處理方面人才的需求將越來越大，因此對于二十一世紀的材料類人才，尤其是金屬材料熱處理方面的技術人員需求較多，因此必須學會熟練掌握和運用。此次課程設計所得此次課程設計鞏固和加深了四年來所學的專業(yè)知識，并且進行了一番查漏補缺，

5、也讓我認識到自身的不足。對于材料從原料到成品的具體流程有了一個初步的認識，對于今后走向工作崗位有極大的幫助，不僅鍛煉了獨立思考和完成任務的能力，還對動手的能力有著一定的要求，也提醒自己正面臨相當大的挑戰(zhàn)。這一段時間對于所學知識的活用有了一個大致的了解，也為來年的畢業(yè)設計打下了一定的的基礎。并且十分感謝對我這次課程設計有過幫助的老師和同學，沒有他們的幫助我不能圓滿的完成此次的課程設計2 零件分析 2.1 零件圖分析圖2.1落料凹模零件圖如圖本次課程設計的工件落料凹模。由圖可知，該工件為典型的規(guī)則板材孔類磨具，屬于一般的冷加工磨具，尺寸1200×1500×20矩形磨具,成型部分

6、也是規(guī)則的線段組成的多邊形，硬度要求洛氏硬度5862HRC，并且有多處銷釘通孔，表面等無特殊性能要求，總體結構較為簡單。2.2 服役條件該材料為典型小件冷加工擠壓型落料模具，所用材料一般為冷作模具鋼，其工作時溫度不高，但是承受較高而且反復的的擠壓應力，溫度在300，具有較高要求的是高硬度和耐磨性。此外由于高壓力，摩擦力，交變載荷的作用，所以還必須考慮強度，韌性，以及機加工性能。在工作時不易變形，不易開裂，不易磨損，在熱處理時要求淬透性高，淬火變形小，在加工過程中易于加工，不磨損刀具。磨具在工作時存在很高的應力作用，磨具在應力的作用下的作用下必須保證其形狀和尺寸不會發(fā)生迅速和嚴重的變化，因此冷作

7、模具鋼的硬度要求較高，在60HRC左右；淬透性和熱處理變形性是一個重要的指標，主要的影響因素是含碳量，無論什么模具由于高硬度的要求，其淬透性是必須保證的；此外由于較高的壓力和摩擦力的作用，因此在硬度的基礎上必須保證耐磨性和韌性，耐磨性和韌性取不僅取決于鋼的成分和性能，還取決于工作溫度和載荷狀態(tài)，提高硬度有利于其提高耐磨性，但是并不是無限提高的。由于模具的加工過程包括了鍛造和機床的機加工，為滿足易于加工的條件，提高刀具的壽命，故必須要保證其具有良好的切削性能。2.3 失效形式冷作模具的主要形式和一般材料的失效形式一樣，即斷裂，磨損和腐蝕。從具體上說就是過載失效，磨損失效，咬合失效和疲勞失效四種形

8、式。過載失效材料和模具本身不足以承受外界事假的應力而導致模具大面積變形甚至斷裂或者開裂，產生的原因是韌性不足或者強度不足。由于該模具為冷加工擠壓落料模具，更易于產生此類的失效磨損失效模具的工作部位與材料接觸時磨損嚴重，是的模具的工作部位（刀口，沖2.3.4 疲勞失效頭）如嚴重變形或者尺寸嚴重變化，最后得到的成品尺寸嚴重偏離要求尺寸。當材料的硬度和耐磨性不足時易出現此類失效。咬合失效在高壓力的作用下，模具的工作部位和被加工的材料表面發(fā)生咬合，在沖壓時會使得模具或者被加工材料表面出現劃痕，該類失效形式產生的原因是表面耐磨性的不足或潤滑膜破裂。疲勞失效由于模具的工作環(huán)境是長期的交變載荷，并且有一定的

9、沖擊作用，所以有時也會產生疲勞，表面出現裂紋，但是由于硬度高的原因，疲勞壽命較長。3 性能要求和材料的選擇3.1 性能要求和初步選材所給題目中對硬度的要求為熱處理后HRC5862，該模具件型較小，此外由于該模具為冷加工沖壓型落料模具，必須要有一定的韌性和強度要求，此外還要保證淬透性和淬火變形性，當然還要考略經濟性能和普適性。一般中小型模具常采用碳素鋼及低合金工具鋼制作，考略已知的要求，在輕載的情況下，選取Cr12MoV、CrWMn、Cr12三種材料，另一類是高淬透性、高耐磨性的高碳高鉻鋼；高速鋼的基體鋼；出于普適性和方便性考略后面二者不考慮使用。表3.1 常見冷作模具鋼化學成分其中常見的冷作模

10、具鋼化學成分表如下： C Si Mn Cr W VCr12MoV1.451.700.400.405.507.001.101.500.50.7CrWMn0.901.050.400.801.100.901.201.201.60Cr122.02.30.400.4011.513.5 表3.2常見冷作模具鋼的溫度參數（） Ac1 Acm Ar1 Ms Mf ArCr12MoV 830 855 750 230 0 785CrWMn 750 940 710 205 -50 Cr12 810 835 760 180 表3.3常見冷作模具鋼的淬透性材料 淬透性能 回火硬度Cr12MoV 淬透性很高，截面400m

11、m以下都能淬透 6163HRCCr12 高淬透性 一般58HRCCrWMn 淬透性較高，20mm的材料能完全淬透并且達到60HRC 5862HRC3.2 最終選材綜合比較各個材料的優(yōu)劣和用途如下：Cr12模具鋼具有較好的淬透性和良好的耐磨性，由于含碳量較高，容易形成不均勻的共晶碳化物，所以沖擊韌度較差，易脆裂，主要用作承受沖擊負荷較小，要求高耐磨但是厚度不大于2MM薄板材，高效落料模，沖載模及壓印模；Cr12MoV也是常用的冷作模具鋼，它的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、強度均比Cr12高。但是它一般用于制造截面較大、形狀復雜、工作條件繁重下的各種冷沖模具和工具，如沖孔凹模、切邊模、滾邊模、鋼

12、板 深拉伸模、圓鋸、標準工具和量規(guī)、螺紋滾模等。相對于兩外兩種材料來說，CrWMn是制作模具最常用的高碳合金鋼。CrWMn鋼具有高淬透性。由于鎢形成碳化物，這種鋼在淬火和低溫回火后具有比鉻鋼和Cr12MoV更高的硬度及耐磨性。此外，鎢還有助于保存細小晶粒，從而使鋼獲得較好的韌性。并且其熱處理的臨界溫度較低，更加節(jié)省能源，活血成分含量較低，便于熱處理。而且在小件模具上的優(yōu)勢勝于前兩者者，故綜合考慮下選擇CrWMn。Mn:強化鐵素體基體，增加淬透性，降低了熱脆性，Cr:增加淬透性，增加抗氧化性 耐腐蝕性，細化晶粒。W:增加熱硬性，增加淬透性。3.3 CrWMn的具體參數 表3.4化學成分（質量百分

13、數)%元素 C Si Mn Cr W含量 0.901.05 0.40 0.801.10 0.901.20 1.201.60 表3.5溫度參數 相變點 Ac1 Acm Ar1 Ms Mf 溫度 750 940 710 205 -50表4.1加工工藝流程4 確定加工工藝路線序號工藝內容設備1鍛造將坯料鍛成規(guī)則的長方體2預備熱處理將鍛件球化退火，消除鍛壓造成的內應力，改善加工性能熱處理爐3粗銑銑各平面，厚度留磨削余量0.5mm，側面留磨削余量0.5mm銑床4磨平面磨上、下平面（單面留磨量0.3mm左右）和相鄰兩側面，保持各面相互垂直（用90°角尺檢驗）磨床5鉗工劃線劃出對稱中心，各個孔的位

14、置，型孔的輪廓線6型孔粗加工在仿銑床上加工型孔，留單邊加工余量0.15mm仿銑床7加工通孔加工凹模上的通孔鉆床8最終熱處理保證5862HRC熱處理爐9磨平面磨上、下平面及相鄰兩側面至要求尺寸磨床10線切割按圖切割型孔達到尺寸要求線切割機11鉗工精修和檢驗全面達到設計要求5 熱處理及其方法的選擇5.1 預備熱處理為了消除毛坯的殘留組織缺陷，有利于后續(xù)冷熱處理，提高使用性能和壽命。冷作磨具的預備熱處理宜用球化退火，其主要目的是獲得滿意的機加工性能，并且為淬火做好組織準備，球化退火后的組織對最終熱處理所得材料的強韌性、畸變、開裂傾向、耐磨性等有顯著地影響。等溫球化退火的奧氏體化溫度應選在Ar1以上2

15、050為宜，要避免在退火過程出現有殘存的原片狀碳化物或新的片狀及棱角狀碳化物，應保留許多未溶的細小碳化物顆粒以作為球化的結晶核心，保證能加速球化過程和形成均勻的球化體。等溫球化退火的等溫溫度和保持時間要選擇在不出現片狀或片、球狀混合組織，并有合適的球化速度范圍為宜，保證能加速球化過程和形成均勻的球化體。5.2 最終熱處理冷作模具的最終熱處理手段是淬火+低溫回火，這是整個過程中保證產品質量的最重要的手段。淬火的目的是保證模具有足夠的強度、硬度和耐磨性；淬火后應該馬上進行回火，其目的是消除淬火后得到的馬氏體或貝氏體內部的組織應力，以保證一定的塑形和韌性，消除殘余應力，穩(wěn)定尺寸，使之在以后的加工和使

16、用過程中不產生變形，提高材料的綜合性能。二者相互配合，在保證強硬度的基礎上又有良好的韌性和塑性，抵抗變形的能力、耐磨性和抗咬合的能力也得到提升。淬火一般是把鋼加熱到臨界點Ac1（過共析鋼）或Ac3以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織，而低溫回火一般是指在低于250的情況下進行回火，同時還要根據鋼種注意要避免各種鋼的回火的脆性溫度區(qū)間。低溫回火可以保證材料的硬度、耐磨、足夠的強度和韌。6 熱處理工藝制度的確定6.1 預備熱處理(球化退火)工藝制度 表6.1 CrWMn退火工藝圖6.1CrWMn退火工藝曲線溫度(T/)時間（t/h）550空冷70072077

17、0790等溫3h保溫2hO冷卻30/h冷卻30/h加熱速度加熱溫度保溫時間等溫溫度等溫時間冷卻速度90100/h77079023h70072034h30/h6.1.1退火的加熱溫度和等溫溫度 CrWMn采用等溫球化退火，可使球化組織均勻，并能嚴格地控制退火后的硬度,在較好的球化退火后，可以不用調制處理，節(jié)省了能源。CrWMn是一種過共析鋼，在加熱的過程中為了避免出現網狀碳化物，其加熱的奧氏體化溫度一般在Ac1以上2050為宜，CrWMn的Ac1是750，所以回火的奧氏體化溫度在770790，其A1在720左右等溫退火是在A1一下小范圍內保溫較長一段時間，因此選定在700720即可。6.1.2退

18、火的保溫時間 球化求火的目的是使得工件中的碳化物球化，使得其加工性能得到大幅度提高。工件退火的保溫時間不僅要使工件內部達到溫度要求，也要保證工件奧氏體化完全，得到完全重結晶。這種時間跟工件的有效厚度，成分，裝爐量和裝爐方式都有密切關聯。由于合金鋼中碳化物內存在大量的合金元素，提高了碳化物的穩(wěn)定性，使得合金碳化物即使在高溫下也很難溶解，所以要進行長時間的保溫。通過查閱合金鋼手冊相常用鋼種的退火熱處理規(guī)范，對于CrWMn模具鋼，奧氏體化階段（770790）保溫時間為23h，球化階段（700720）保溫34h。6.1.3退火的加熱速度加熱速度主要與熱處理爐的性能、鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關

19、。為防止變形和開裂，應該適當控制加熱速度。根據熱處理手冊資料，碳鋼和低合金鋼的中、小件的加熱速度一般控制在100200/h；中、高合金鋼形狀復雜的或截面大的工件一般應進行預熱或采用低溫入爐進行緩慢隨爐升溫的加熱方式，在溫度低于600700是的加熱速度為3070/h，高于此溫度后控制在80100/h。根據本設計中零件尺寸及形狀的實際情況，屬于小件的低合金鋼，故采用高溫入爐加熱，將工件直接放置入已固定溫度的爐子，使加熱速度保持在100200/h就能夠達到目的。6.1.4 退火的冷卻速度和冷卻方式冷卻速度對鋼退火后的組織與性能影響的一般規(guī)律是：冷卻速度越大，奧氏體分解溫度越低，則珠光體轉變產物越細，

20、應力越大，硬度越高。所以，為達到預期的處理效果，冷卻速度應控制適當。等溫球化退火退火要求冷卻速度緩慢，所以根據熱處理手冊相關資料，取冷速度為小于等于30/h。退火件球化后一般采用隨爐冷卻至低于550出爐空冷，對于內應力要求較小的工件應爐冷至低于350出爐空冷，該模具采用550出爐空冷即可。對于等溫階段采用隨爐30/h的冷卻速度冷卻。 表6.2 各類鋼材的退火冷卻速度鋼材類別碳鋼合金鋼高合金鋼冷卻速度（/h）10015050802070注：球化退火的冷卻速度為2060/h。6.2 最終熱處理（淬火+低溫回火）6.2.1 淬火 表6.3 淬火工藝設計加熱速度加熱溫度保溫時間冷卻速度100200/h

21、7808000.5h油淬表CrWMn淬火 時間（t/h）溫度(T/)O780800保溫0.5h油淬空冷圖6.2 CrWMn淬火工藝曲線1） 加熱速度與退火的加熱速度相同，對于碳鋼和低合金鋼采用較高的加熱速度，對于合金鋼和高合金鋼則采用較慢的加熱速度。由于該材料是低合金鋼，在淬火和回火時加熱速度在100200即可2） 加熱溫度 鋼的淬火加熱溫度與鋼的含碳量有關，亞共析鋼的淬火加熱溫度為Ac3以上3050；共析鋼和過共析鋼為避免網狀碳化物的產生，淬火加熱溫度一般為Ac1以上3050。因為CrWMn屬于高彈低合金鋼，其含碳量在0.77以上，屬于過共析鋼，其Ac1溫度是750，所以淬火加熱溫度取780

22、800即可滿足要求。3）保溫時間保溫時間一共由三部分組成：透熱時間；組織轉變時間。保溫時間的長短受多種因素的影響，主要有：(1)零件的有效厚度； (2)加熱介質； (3) 鋼材所含的合金元素，(4)加熱溫度； (5)裝爐方式。熱處理的加熱時間（包括升溫與保溫時間）與鋼的成分、原始組織、工件的尺寸與形狀、使用的加熱設備與裝爐方式及熱處理方法等許多因素有關。因此，要確切計算加熱時間是比較復雜的。查詢鋼的熱處理資料，在實驗室中，熱處理加熱時間（包括加熱、保溫時間）通常按工件有效厚度，用下列經驗公式計算加熱時間： T =D式中：T加熱時間（min）；加熱系數（min/mm）；D工件有效厚度（mm）。對

23、于空氣爐加熱碳素鋼或者低合金鋼，取1.21.5。根據公式可算得T=(1.21.5)×(20+0.5+0.5)=2532min，由于普通碳素鋼和低合金鋼在熱透515min即可滿足組織轉變的要求，故取30min即可。4）冷卻介質 CrWMn屬于冷作模具鋼，所以采用工模具鋼較為常見的淬火冷卻方式油冷淬火，以油為冷卻介質的淬火冷卻，當冷至油溫（低于300）的時候將工件取出空冷。由于CrWMn在300時產生回火脆，盡量避免在300長期停留。表6.4 回火工藝6.2.2 回火熱處理工藝制定加熱速度加熱溫度保溫時間冷卻速度100200/h1802202h空冷時間（t/h）O180220空冷圖6.3

24、 CrWMn回火保溫2h溫度(T/)1） 加熱速度 同退火和淬火時加熱的速度相同，對于低合金鋼可采取較快的加熱速度，取100200/h即可2） 加熱溫度 模具鋼對硬度的要求較高，回火溫度直接影響到其熱處理以后的硬度值，回火溫度越高硬度值越低，對于硬度要求較高在60HRC以上的，一般采用低溫回火，在此基礎上，由于回火脆性的原因，要避免回火脆溫度區(qū)間。CrWMn的回火脆溫度區(qū)間在250300，所以選取回火溫度范圍在180220.表6.5 常見冷作模具鋼回火脆溫度區(qū)間 牌號CrWMn 9Mn2V GCr15 9SiCr Cr12Cr12MoV溫度/25030019023020025020024029

25、03503253753) 回火保溫時間 回火保溫時間是從工件入爐后爐溫升至回火溫度時開始計算的，保溫時間受到硬度要求和鋼種，以及尺寸因素的影響。對于小件或者薄件的一般碳素鋼或者低合金鋼，溫度一般為90180min,高合金鋼為120240min。對于本模具的材料來說，由于模具本身有高硬度和一定塑性韌性的要求，不宜過分長也不要過分短，故選擇保溫時間在90120min，取2h。4) 回火后的冷卻方式 在回火后不需要特殊的冷卻方式，保溫充分時間取出空冷即可。7 熱處理設備的選擇7.1 球化退火預備熱處理設備選擇本工件采用的退火方式是等溫球化退火，目的是為了球化片狀碳化物，以獲得較好的機械加工性能，在較

26、好的球化退火以后，可免除調制正火的過程，也為最終熱處理做好準備。等溫的溫度范圍為700900的中溫區(qū)間，屬于單件小批量生產。從材料的成分和外形來看，合金成分較低，含碳量高，外形是較為規(guī)則的方形板材模具，體型尺寸較小。模具表面留有較高厚度的余量層足夠作為加熱時的脫碳層，故不需要特殊的氣氛保護加熱。綜上所述，退火爐選擇普通間隙式箱式電阻爐即可滿足設計要求。表7.1 常用箱式電阻爐功率圖7.1 中溫箱式電阻爐結構圖普通間歇式箱式電阻爐的爐內結構和處理金屬原件時的技術參數如上圖和表格。這種熱處理爐由爐體和電氣控制柜組成。爐體由爐架和爐殼、爐襯、爐門、電熱元件及爐門升降機構等組成。電熱元件多分布于兩側墻

27、和爐底。爐內溫度均勻度狀態(tài)主要受電熱元件布置，爐門的密封和保溫等狀態(tài)的影響。通常爐膛前端溫度較低。工件在高中、溫箱式電阻爐中加熱主要靠電熱元件和爐壁的熱輻射。根據能耗，尺寸，以及單件小批量生產的要求選擇型號為RX3159的中溫箱式電阻爐作為該凹模的退火熱處理設備。7.2 最終熱處理設備的選擇7.2.1 淬火熱處理設備比較最終熱處理采用的方式為淬火后低溫回火的方式，淬火時最高爐溫在800左右，淬火方式為油淬，對爐子能夠達到的最高溫度要求不高；表面留有加工和熱處理脫碳余量，不需要特殊氣氛保護；由于熱處理的原件是模具，為避免模具使用過程中出現劃痕，所以表面的光潔度要求較高。大體上有普通箱式電阻爐、鹽

28、浴爐和真空爐作為選擇。普通箱式電阻爐這種爐子主要由爐體和控制箱兩大部分組成。箱式電阻爐一般工作在自然氣氛條件下，多為內加熱工作方式，采用耐火材料和保溫材料做爐襯。用于對工件進行正火、退火、淬火等熱處理及其他加熱用途。具有操作簡單，爐子成本低廉，可處理大多數熱處理過程的優(yōu)勢，但是不能保證加熱精度，熱處理后工件表面的光潔度也不能保證，故在此不選用鹽浴爐鹽浴爐是一種綜合換熱系數大，加熱速度快，加熱均勻，變形小，熱容量較大，加熱溫度波動小，能保證表面不被氧化，容易恒溫加熱的熱處理設備；但是，熱處理后表面光潔度差，淬火特別是油淬后表面附著有鹽層，而且浴液對環(huán)境有不同的污染程度，故該模具一般不選用鹽浴爐。

29、真空爐真空爐熱處理設備具有高效、優(yōu)質、低耗和無污染等一系列有點，是近代熱處理設備發(fā)展的熱點。用真空爐處理的工件表面光潔度高，且沒有氧化和脫碳層，加熱精度也是十分高，方便處理小批量生產的原工件。真空熱處理設備種類較多，通常按用途和特性分類，例如：真空退火爐、真空淬火爐、真空回火爐、低真空爐、高真空爐等等。綜合所述三種爐型的特點，再根據本設計中零件尺寸、產品批量規(guī)模和對環(huán)境保護的要求。通過對各真空淬火爐的比較其裝爐量和工作尺寸工作方式等，選擇真空爐較為合適。7.22 淬火熱處理設備最終選擇由于該零件是低合金工具鋼CrWMn制作的凹模，要求其整體具有高達5862HRC的硬度。在工件加熱時應該通過例如

30、真空的手段防止工件表面化學成分的變化，在淬火時采用模具鋼最常用的油淬以防開裂。所以采用油淬真空爐作為該凹模的淬火熱處理設備，由于形狀和批量小，所以采用雙室油淬真空爐就能達到目的。表7.2 FH·H20型油淬真空爐參數為了能夠防止加熱室被污染以及保持較好、較穩(wěn)定的真空度，選擇淬火室與加熱室之間有隔熱屏的雙室油淬真空爐。其中淬火介質按照下表中所列出的相關參數選擇合適的淬火介質。根據工件的尺寸、形狀及生產批量選擇FH·H20型油淬真空爐即可滿足要求。所選加熱爐技術參數:7.23 淬火介質的選擇表7.3 常用淬火油參數我國使用的真空淬火油大概分為兩種：ZZ-1型和ZZ-2型，其具體

31、的參數如下圖：根據其參數選擇ZZ-1型淬火油即可。7.3 回火熱處理設備的選擇回火的目的是消除淬火時產生的內應力，使工件得到較好的使用性能，對加熱來說沒有特殊的要求，由于硬度要求高，回火加熱溫度較低，表面氧化可以忽略，工件變形較為均勻，對其尺寸精度影響較小。從經濟和適用性來看，使用和退火一樣的普通間歇式箱式電阻爐即可，其型號和內部結構前面已經提及。7.4 清洗設備工件在熱處理以前，表面或含有鐵銹、鐵屑、油污等各類雜質，這些雜質附著在工件表面，在加熱的過程中可能影響其受熱或者冷卻的速度，或者影響其表面的元素含量造成組織不均勻，從而影響到工件的使用性能。另外，在熱處理后也常需清洗，以去除零件表面殘

32、油、殘渣和炭黑等附著物，以保證熱處理零件清潔度、防銹和不影響下道工序加工等要求。清洗設備主要有一般清洗機、超聲波清洗設備、脫脂爐清洗設備、真空清洗設備。根據各個清洗設備的用途并結合本設計中的零件的具體情況，本設計中的零件為小型的凹模，所以可以選擇一般清洗設備中的間歇式清洗設備就能滿足要求。為滿足清洗效果和保護環(huán)境，清洗機應具備水過濾裝置、撇油裝置和霧氣處理裝置。此外，金屬清洗劑選擇合成洗滌劑，其中含有表面活性劑，可滲入零件的油膜內起清洗乳化作用，成本低且效果好。清洗設備如下圖所示：圖7.2 清洗設備構造圖7.5 強化設備零件經過熱處理，例如淬火回火之后，表面有氧化皮和附著物，必須要一定的設備將

33、其清除，否則會嚴重影響后續(xù)的精加工過程。所以就應該在熱處理后通過清理設備將工件表面的氧化皮和粘著物清理掉，防止對工件的性能及質量等造成影響。如果要在清理氧化皮的同時使零件獲得良好的表面和提高工件表面的強度，可以利用拋丸機器將鋼丸高速射向零件表面，即噴丸處理。通過鋼丸的沖擊作用，清除零件表面的氧化物和粘著物并同時達到強化作用，還能提高零件的疲勞壽命。常用的清理設備有機械式拋丸和氣力、液力噴丸（砂）。根據本設計中工件的實際情況選擇一臺機械式拋丸機器就可以同時滿足清理工件熱處理后工件表面的氧化皮和使工件表面強化，下圖是機械式拋丸機的結構示意圖1。圖7.3 機械式拋丸機的結構示意圖8 工裝設計夾具和墊

34、具圖8.1 墊具和夾具構造圖工件熱處理過程尤其是模具的加熱過程，不能直接置于爐底，過程中必須要借助一定的工具如夾具，才能使得工件在熱處理過程中得到均勻充分的加熱，保證工件各部分的使用性能都達到要求。夾具的選用必須符合技術要求：保證零件熱處理加熱、冷卻、爐氣成分均勻度，不致使工件在加熱過程中變形；使用要求在保證技術要求的基礎上質量輕、吸熱少、經久耐用；裝卸方面必須保證簡單安全。本模具由于尺寸較小，易于進行充分均勻的加熱，故而選用簡單的箱式爐墊片即可。其構造如下圖所示。 箱式爐墊片設計圖板牙淬火夾具9 檢驗9.1 退火后的檢驗9.1.1 外觀肉眼觀察退火后是否有裂紋、凹坑、擦傷等大型缺陷。9.1.

35、2 硬度退火后若硬度不均（組織不均勻）將影響切削性能和最終熱處理質量。插敘熱處理手冊，表面硬度的誤差范圍應符合下表的規(guī)定： 表9.1 硬度誤差工藝類型 級別 硬度誤差范圍 單件 同一批件HBSHVHRBHBSHVHRB 正火AB253525354650705070812 完全退火一35356707010不完全退火一35358707010等溫退火一30305606010球化退火一2525450508由上表可知，CrWMn單件球化退火的硬度誤差范圍不超過4HRB,故而在檢驗時選用合適的洛氏硬度計對蹴鞠表面進行多次測量比較即可。9.1.3 畸變畸變量應該控制在不影響后續(xù)的機械加工和使用范圍，查詢熱處

36、理手冊可知彎曲畸變量不超過下表的標準： 表9.2 畸變范圍 工藝類型 每米允許的最大彎曲值（mm） 類別 一類 二類 正火 0.5 5 完全退火 0.5 5 不完全退火 0.5 5 等溫退火 0.5 5 球化退火 0.2 3 去應力退火 0.3 49.1.4 金相檢驗低合金工具鋼球化退火后正常組織為均勻分布的球化體。若組織中有點狀和細片狀珠光體或分布不均勻的粗大球化體及粗片狀珠光體，都是不正常組織。脫碳層深度不超過加工余量的1/3或2/3。其中在制作金相試樣的過程中，采用冷酸浸蝕試驗法來顯示金相組織，根據冷酸浸蝕溶液成分及使用范圍選擇合適的酸浸蝕劑，該模具的材料酸浸液配方選用鹽酸500、硫酸3

37、5、硫酸銅150溶液。 表9.3常用酸浸蝕劑 編號成分比例(mL)適用范圍123鹽酸500、硫酸35、硫酸銅150氯化高鐵200、硝酸300、水100鹽酸300、氯化高鐵500、加水至1000普通合金鋼45610%20%過硫酸銨水溶液10%40%（容積比）硝酸水溶液氯化高鐵飽和水溶液加少量硝酸（每500溶液加10硝酸）碳素結構鋼78硝酸1份、鹽酸3份硫酸銅100、鹽酸和水各500合金鋼9鹽酸60、鹽酸200、氯化高鐵、過硫酸銨30、水50精密合金高溫合金 10100350工業(yè)氯化銅氨，水至1000碳素結構鋼高、中合金鋼9.2 淬火回火后的檢驗9.2.1 外觀工件表面不允許有裂紋和有害的傷痕（必

38、要時可用磁粉探傷或其他無損檢測方法檢測）。鍛造余熱淬火工件，表面不能有折疊等缺陷。9.2.2 表面硬度表9.4 淬火后硬度誤差范圍表面硬度必須保證5862的技術要求，查詢熱處理手冊，其誤差的范圍不能超過下表的數據1：淬火回火后的硬度要求范圍 表面硬度誤差范圍 單件 同一批件<353550>50<353550>50特殊重要件333555重要件444766一般件6559779.2.3 畸變表9.5 淬火后畸變范圍淬火回火的畸變允許值不得超過下圖數據所示，本設計中的零件在淬火后的最大彎曲允許值為0.5mm：類型每米允許的最大彎曲值備注1類0.5以成品為主2類5以毛坯為主3類不

39、要求成品或毛坯10 熱處理缺陷分析10.1 退火缺陷分析10.1.1 硬度過高由于常在碳質量分數大于0.45%的中、高碳鋼中出現硬度過高的現象，產生的原因主要有：（1）冷卻速度快或等溫溫度低，組織中珠光體片間距變細，碳化物彌散度增大或球化不完全。（2）某些高合金鋼等溫退火時，等溫時間不足，隨后冷至室溫的速度又快，產生部分貝氏體活馬氏體轉變，是硬度升高。（3）裝爐量過大，爐溫不均勻。重新退火，嚴格控制工藝參數可以消除硬度過高的缺陷。10.1.2 球化不完全對于共析鋼、過共析鋼球化退火組織中有片狀珠光體，即球化不完全。（1）細片狀珠光體+點狀珠光體，產生原因是退火溫度偏低或保溫時間不足，原始組織中

40、細片狀珠光溶解不完全，或等溫溫度低、冷卻速度快，碳化物彌散度大。（2）粗片狀珠光體+球狀珠光體，由于退火溫度高火保溫時間過長，未溶碳化物少，冷卻速度又緩慢或等溫溫度偏高引起的。重新球化退火可消除球化不完全缺陷。10.1.3 球化不均勻過共析鋼球化退火后有時存在粗大的碳化物，出現碳化物不均勻現象。其原因是球化退火前未消除網狀的碳化物在球化退火時發(fā)生熔斷、聚集形成的。球化退火前通過正火消除網狀碳化物可使缺陷消除。10.1.4 粗大魏氏組織加熱溫度過高，奧氏體晶粒粗大，冷速又較快的中碳鋼中常出現粗大魏氏組織，其鐵素體呈片狀按羽毛或三角形分布在原奧氏體晶粒內。可通過完全退火或重新正火是晶粒細化加以消除

41、。10.1.5 退火石墨碳素工具鋼和低合金工具鋼，退火加熱溫度過高或溫度時間過長，或者多次返修退火，組織中出現石墨碳，并在其周圍形成鐵素體。具有石墨碳的退火工件，韌性低，斷口呈灰黑色，又稱黑脆。工件淬火時易形成軟點，造成工模具崩刃或早期磨損。這種缺陷一般可作報廢處理，也可通過擴散退火+重新正常退火挽救。10.1.6 反常組織先共析鐵素體晶界上出現粗大的滲碳體或在先共析滲碳體周圍出現寬鐵素體條。含氧量較高的沸騰鋼在Ar1附近冷速過低或在Ar1一下長期保溫會出現這種組織，可以通過重新退火來消除。10.2 淬火缺陷分析10.2.1 淬火畸變淬火畸變形成的原因主要有以下幾點：（1）體積變化，熱處理前后

42、各種組織比體積不同時引起體積變化的組要原因，其中馬氏體貝氏體珠光體奧氏體的比體積依次減小。原始組織為珠光體的材料淬火后轉變成馬氏體，體積膨脹，如果有大量奧氏體殘留，或可使體積縮小。（2）形狀畸變，工件各部位相對位置或尺寸發(fā)生改變，主要是由于加熱溫度不均，形成的加熱應力引起畸變或工件在爐中放置不合理，在高溫下常因自重產生蠕變畸變。另外就是加熱時，隨加熱溫度升高，鋼的屈服強度降低，已存在于工件內部才殘余應力達到高溫下的屈服強度時，就會引起工件不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘余應力松弛；淬火冷卻時的不同時性形成的熱應力和組織應力使工件局部塑性變形?？梢酝ㄟ^采用合理的熱處理工藝，對于復雜或者合金含量高

43、的工件要進行預熱等；合理設計零件，防止出現直棱直角和截面突變等不合理的情況；合理的鍛造和預先熱處理改善原始組織，消除殘余應力，從而減小淬火畸變。10.2.2 淬火開裂淬火開裂的原因有很多，比如說和熱處理工件的形狀，材質，熱處理工藝，原始組織，材料本身，加熱冷卻速度的控制等等。要改善或消除淬火畸變，可以通過以下的辦法：(1) 采用合理的熱加工工藝：正確選擇熱處理工藝參數；合理選用淬火介質和淬火方法；對工件易開裂部位經行局部包扎并淬火后應及時回火或等溫回火。(2) 合理的設計工件的形狀和尺寸：改進工件結構，截面力求均勻，不同截面處應有圓角過渡，盡量減少不通孔、尖角，避免應力集中引起的開裂。(3)

44、合理的鍛造和預先熱處理。嚴重的碳化物偏析、帶狀組織使淬火畸變呈各向異性或者不規(guī)則。鍛造能夠改變碳化物的分布，減少畸變，提高使用壽命。預先熱處理則能夠改善原始組織，減少內應力，消除殘余應力，減少畸變的產生。(4) 合理選擇鋼材；避免有顯微裂紋及嚴重非金屬夾雜物和碳化物偏析的材料。10.2.3 硬度不足 表10.1 淬火硬度不足原因及控制措施：序號淬火硬度不足的原因控制措施1介質冷卻能力差，工件表面有鐵素體、托氏體等非馬氏體組織1）采用冷速較快的淬火介質2）適當提高淬火加熱溫度2淬火加熱溫度低，或預冷時間長，淬火冷卻速度低，出現非馬氏體組織1）確保淬火加熱溫度正常2）減少預冷時間3鋼的淬透性差，且工件截面尺寸大，不能淬硬采用淬透性好的鋼4高碳高合金鋼淬火加熱溫度較高，殘留奧氏體過量減低淬火加熱溫度或采用深冷處理5等溫時間過長，以前奧氏體穩(wěn)定化嚴格控制分級或等溫時間6表面脫碳采用可控氣氛加熱或其他防脫碳措施7合金元素內氧化，表層淬透性下降，出現托氏體等非馬氏體而內部則為馬氏體組織1）減低爐內氣氛中氧化性組分含量2）選用冷速快的淬火介質10.2.4 軟點 表10.2 淬火軟點產生原因及控制措施：序號軟點形成原因控制措施1淬火時工件表面氣泡未及時破裂致使氣泡處冷速降低，出現