2023年零件選材及其熱處理工藝

零件選材及其熱處理工藝

一、機床主軸

1、工作條件及失效形式

主軸是機床主軸部件的關(guān)鍵零件之一，主要起支承傳動件和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，其工作條

件為：

（1）承受交變載荷、交變彎曲載荷或拉一壓載荷。

（2）局部（軸頸、花鍵等處）承受摩擦和磨損.

（3）特殊條件下受高溫或介質(zhì)作用。

主軸的失效形式主要是疲勞斷裂和軸頸處磨損，有時也發(fā)生沖擊過載斷裂，個別情況下

發(fā)生塑性變形或腐蝕失效，

2、性能要求：

（1）由于機床的主運動由其提供，主軸工作時的運動精度對工件加工質(zhì)量將產(chǎn)生直接

影響，因此必須保證主軸工作時具有很高的運動精度。

（2）高的疲勞強度，以防軸疲勞斷裂。

（3）優(yōu)良的綜合力學性能，即較高的屈服強度和抗拉強度、較高的韌性，以防塑性變

形及過載或沖擊載荷作用下的折斷和扭斷。

（4）局部承受摩擦的部位具有高硬度和耐磨性，以防磨損失效。

（5）在特殊條件下工作時應(yīng)具有特殊性能，如蠕變抗力、耐腐蝕性等。

3、主軸的選材與熱處理

不同工作要求的機床主軸，其性能要求是不同的，加工工藝也是有差異的，因此選用的

材料及相應(yīng)的熱處理工藝也會不同.

3.1普通機床主軸的選材與熱處理工藝

普通機床往往用于一般精度要求的工件加工.機床主軸通常采用滾動軸承支承，直接影

響主軸回轉(zhuǎn)工作精度的軸頸沒有直接的運動磨損.因此，針對主軸工作時承受交變載荷的受

力特性，一般選用綜合機械性能較好的材料.同時，作為提供機床上運動的基準件，主軸的

幾何質(zhì)量好壞直接影響機末主運動的精度，

因此通常對普通機床主軸關(guān)鍵表面的幾何質(zhì)品提出下列要求…：

1）軸頸的直徑精度為IT6,圓度、圓柱度應(yīng)限制在直徑公差之內(nèi)；

2）配合軸頸（裝配傳動件的軸頸）相對支承軸頸（裝配軸承的軸頸）的徑向圓跳動為

0.01~0.03mm,端面圓跳動為0.005?0.010mm；

3）支承軸頸的表面粗糙度為RaO.63?0.16Nm,配合軸頸為Ra2.5—0.63Nm.

從兒何精度要求和經(jīng)濟性兩方面考慮，主軸的加工一般采用車削基礎(chǔ)上的磨削工藝來實

現(xiàn)，可見，主軸用材必須同時具有良好的車削工藝性和磨削工藝性.

3.1.1主軸選材

依據(jù)主軸的工作環(huán)境和工作要求，普通機床主軸材料通常選用下列3類：

1）中碳結(jié)構(gòu)鋼：常用牌號45,50,55結(jié)構(gòu)鋼；

2）中碳合金鋼：常氏牌號40Cr,50Cr合金鋼；

3）鐳鋼：常用牌號65Mn合金鋼.

3.1.2熱處理工藝

?般首先采用整體表面淬火或整體調(diào)質(zhì)后主軸頭部內(nèi)外錐、主軸頸及花鍵表面淬火，然

后進行低溫回火的常規(guī)熱處理工藝根據(jù)需要，硬度一般可控制在42-47HRC,45-50HRC

或48—53HRC等3種狀態(tài).

在工程實際中，有時為得到較好的耐磨性，應(yīng)提高表面硬度，通常選用含碳量較高的so-

ss,50Cr,65Mn等結(jié)構(gòu)鋼，其淬火后低溫回火的硬度可達52—57HRC。

3.2精密機床主軸的選材及熱處理工藝

在精密機床上加工的工件精度要求很高，因此精密機床主軸的工作精度要求就更高.為

提高機床的使用效率和降低使用成本，同時要求主軸工作精度具有持久的保持性，因此，在

進行主軸支承設(shè)計時，常采用定心精度很高的動壓、靜壓或動靜壓滑動軸承支承.從理論上

分析，靜壓軸承支承時主軸頸與軸瓦是不接觸的，動壓軸承支承時主軸頸僅在啟動階段與軸

瓦接觸，因此其支承方式極有利于主軸回轉(zhuǎn)精度的持久保持.但在實際運行時，因受運動副

幾何精度、不平衡力、熱變形、沖擊載荷、振動等動、靜態(tài)因素的影響，軸頸支承油楔的剛

性并非很穩(wěn)定，主軸回轉(zhuǎn)中心的漂移運動始終存在，主軸頸與支承軸瓦的直磨損并不能完全

避免.為此，必須通過合理的選材及熱處理來保證主軸頸的耐磨性和幾何精度的穩(wěn)定性.

3.2.1主軸選材

依據(jù)主軸的使用要求和工作環(huán)境，精密機床主軸材料通常選用下列4類：

1）合金滲氮鋼：常比牌號38CrMoAIA；

2）合金工具鋼：常用牌號9Mn2V；

3）滾動軸承鋼：常日牌號GCH5；

4）合金滲碳鋼：常用牌號20Cr,20CrMnTi.

3.2.2熱處理工藝

1）38CrMoAIA.熱處理工藝：退火一調(diào)質(zhì)一高溫除應(yīng)力一滲氮。

退火：完全退火，消除鍛造應(yīng)力，在切削加工前進行；

調(diào)質(zhì)：930℃*3h油或水冷，650℃*5?6h高溫回火，HB265?295,金相檢查離表面10mm

處鐵素體量小于5%,在外圓精車前進行；

高溫除應(yīng)力：63OC*5h爐冷，350c出爐風冷，消除切削加工引起的殘余應(yīng)力，在粗磨

外圓后進行；

滲氮：500c?520c*5h+55O℃?560C*25h二段氮化，氮化層深度不小于0.45mm,

硬度大于950HV,脆化不大于2級，在外圓精磨前進行.

2）9Mn2V.熱處理工藝：球化退火一餉質(zhì)一中頻淬火一人工時效.

球化退火：760°0411或690℃*6儲球化1.5?5級，網(wǎng)絡(luò)1?3級，在切削加工前進行；

調(diào)質(zhì)：800C*3h油冷，630C?650C高溫回火，HB25（）±30,在外圓精車前進行；

中頻淬火：2500周連續(xù)加熱冷卻，有明顯變形時校直，850℃水冷，過冷度小于5mm,

淬硬層3?5mm,

180℃*8h低溫回火，在外圓精車后進行；

人工時效：160℃*12?24h,在外圓精磨前進行.

二、齒輪類零件

1、齒輪的工作條件和失效形式

齒輪是應(yīng)用廣泛的機械零件，主要起傳遞扭矩、變速或改變傳力方向的作用。其工作

條件是：

（1）傳遞扭矩時齒根部承受較大的交變彎曲應(yīng)力。

（2）齒嚙合時齒面承受較大的接觸壓應(yīng)力并受強烈的摩擦和磨損。

（3）換擋、起動、制動或嚙合不均勻時承受一定沖擊力。

齒輪的失效形式主要是齒的折斷（包括疲勞斷裂和沖擊過載斷裂）和齒面損傷（包括

接觸疲勞麻點剝落和過度磨損）。

2、性能要求

根據(jù)齒輪的工作條件和失效形式，齒輪材料應(yīng)具有如下性能：

（1）高的抗彎疲勞強度，以防齒輪疲勞斷裂。

（2）足夠高的齒心強度和韌性，以防齒輪過我斷裂。

（3）足夠高的齒面接觸疲勞強度和高的硬度及耐磨性，以防齒面損傷。

（4）較好的工藝性能，以便于制造和熱處理等。

3、齒輪的選材及熱處理

齒輪用材絕大多數(shù)是鋼（鍛鋼與鑄鋼），某些開式傳動的齒輪可用鑄鐵，特殊情況下還

可采用有色金屬和工程塑料。

確定齒輪用材的主要依據(jù)是：齒輪的傳動方式（開式或閉式）、載荷性質(zhì)與大?。X面

接觸應(yīng)力和沖擊負荷等）、傳動速度（節(jié)圓線速度）、精度要求、淬透性及齒面硬化要求、齒

輪副的材料及硬度值的匹配情況等。

（1）鋼制齒輪

鋼制齒輪有型材和殿件兩種毛坯形式。一般鍛造齒輪毛坯的纖維組織與釉線垂直，分

布合理，故重要用途的齒輪都采用鍛造毛坯。

鋼制齒輪按齒面硬度分為硬齒面和軟齒面：應(yīng)齒面硬度V35OHBW為軟面；齒面硬度

A350HBW為硬齒面。

I）輕，低、中速，沖擊力小，精度較低的一般齒輪，選用中碳鋼（如Q255、Q275、

40、45、50、50Mn等）制造。常用正火或調(diào)質(zhì)等熱處理制成軟齒面齒輪，正火硬度為

160?200HBW：調(diào)質(zhì)硬度?般為200~280HBW（W350HBW）。此類齒輪硬度適中，齒形加工

可在熱處理后進行，工藝簡單，成本低。主要用于標準系列減速箱齒輪，以及冶金機械、重

型機械和機床中的一些次要齒輪。

2）中載，中速、受一定沖擊載荷、運動較為平穩(wěn)的齒輪，選用中碳鋼或合金調(diào)質(zhì)鋼（如

45、50Mn.40Cr、42SiMn等）制造。其最終熱處理采用高頻或中頻及低溫回火.制成硬齒

面齒輪，齒面硬度可達50?55HRC,齒心部保持原正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)，具有較好的韌性。大

多數(shù)機床齒輪屬于這種類型。

3）重載，中、高速，且受較大沖擊載荷的齒輪，選月低碳合金滲碳鋼或碳氮共滲鋼（如

20Cr、20MnB、20CrMnTi>30CrMnTi等）制造。其熱史理是滲碳、淬火、低溫I可火，齒輪

表面獲得58?63HRC的高硬度.因淬透性高，齒心部有較高的強度和韌性。這中齒輪的表

面耐磨性、抗接觸疲勞強度、抗彎強度及心部的抗沖擊能力都高于表面淬火的齒輪，但熱處

理變形較大，在精度要求較高時應(yīng)安排磨削加工。主要用于汽車、拖拉機變速箱和后橋中。

內(nèi)燃機車、坦克、飛機上的變速齒輪，其負載和工作條件比汽車的更重要、更苛刻，

對材料的性能要求更高，應(yīng)選用含合金元素較多的滲碳鋼（如20Cr2Ni4\18Cr2Ni4WA）制

造，以獲得更高的強度和耐磨性。

4）精密傳動齒輪或磨齒有困難的硬齒面齒輪（如內(nèi)齒輪），要要求精度高，熱處理變形

小，宜采用氮化鋼（如38CrMoAI等）制造。熱處理采用調(diào)質(zhì)及氮化。氮化后齒面硬度高達

850-1200HV（相當于65?70HRC）,熱處理變形極小，熱穩(wěn)定性好（在500?550c仍能保

持高硬度），并有一定耐蝕性。其缺點是硬化層薄，不耐沖擊，不適用重載齒輪，多用于載

荷平穩(wěn)精密傳動齒輪或磨齒困難的內(nèi)齒輪。

（2）鑄鋼齒輪

某些尺寸較大（如直徑大于400mm）、形狀復(fù)雜并受■定沖擊的齒輪，其毛坯用鍛造難以

加工時需要采用鑄鋼。常用碳素鑄鋼為ZG270—500、ZG310—570、ZG340—640等。載荷

較大的采用合金鑄鋼，ZG40Cr、ZG35CrMo>ZG42MnSi等。

鑄鋼齒輪通常是在切削加工前進行正火或退火，以消除鑄造內(nèi)應(yīng)力，改善組織和性能

的不均，從而提高切削加工性。要求不高、轉(zhuǎn)速較慢的鑄鋼齒輪，可在在退火或正火處理后

應(yīng)用：對耐磨性要求較高的，可進行表面淬火（如火焰淬火）。

（3）鑄鐵齒輪

灰鑄鐵可用于制造開式傳動齒輪，常用的牌號有HT200、HT250\HT300等。灰鑄鐵

組織中的石墨能起潤滑作用，減摩性較好，不易膠合，切削加工性能好，成本低。其缺點是

抗方強度差，性脆，耐沖擊性差。只適用于制造一些輕載、低速、不受沖擊的齒輪。

由于球墨鑄鐵的強韌性較好，在閉式齒輪傳動中，有用球墨鑄鐵（如：QT600—3、

QT450—10.QT400—15等）代替鑄鋼的趨勢。

鑄鐵齒輪在鑄造后一般進行去應(yīng)力退火或正火、回火處理，硬度在170?269HBW之

間，為提高耐磨性還可進行表面淬火。

（4）有色金屬齒輪

對儀表齒輪或接觸腐蝕介質(zhì)的輕載齒輪，常用抗蝕、耐磨的有色金屬型材制造。常見

的有黃銅（如H62）、鋁青銅（如QA19—4）、硅青銅（如QSi3-1）、錫青銅（QSn6.5—0.1）o

硬鋁和超硬鋁（如2A12、7A04）可制作輕質(zhì)齒輪。另外，對蝸輪蝸桿傳動，由于傳動比達、

承載力大，常用錫青銅制作蝸輪（配合鋼制蝸桿），以減摩、減少咬合和黏著現(xiàn)象。

（5）工程塑料齒輪

在輕載、無潤滑條件下工作的小型齒輪，可以選月工程塑料制造。常用的有尼龍、聚

碳酸酯、夾布層壓熱固性對脂等。工程塑料具有重量輕、摩擦系數(shù)小、減震、工作噪音小等

特點，適用于制造儀表、小型機械的無泡滑、輕載齒輪。其缺點是強度低，工作溫度較低，

不宜用于制作承受較大載荷的齒輪。

（6）粉末冶金材料齒輪

這種齒輪一般適用于大批量生產(chǎn)的小齒輪，如汽車發(fā)動機的定時齒輪（材料Fe-C0.9）、

分電器齒輪（材料Fe-C（）.9-Cu2.O）、農(nóng)用柴油機的凸輪軸齒輪（材料Fe-Cu-C）、聯(lián)合收割

機中的油泵齒輪等。

4、典型齒輪材料舉例及熱處理

（1）機床齒輪

機床齒輪屬于運行平穩(wěn)、負荷不大、工作條件較好的一類，一般選用碳鋼制造。經(jīng)高

頻感應(yīng)熱處理后的硬度、耐磨性、強度及韌性已能滿足性能要求。

下面以CM6132機床中的齒輪為例分析。

材料：45鋼

熱處理技術(shù)條件：正火，840?860c空冷，硬度160?217HBW；高頻感應(yīng)加熱噴水

冷卻，180?200C低溫回火，硬度50?55HRC。

加工工藝路線：鍛造一正火一粗加工一調(diào)質(zhì)+半精加工一高頻淬火及低溫回火一精磨。

正火可使同批坯料具有相同硬度，便于切削加工，使組織均勻，消除鍛造應(yīng)力。對

一般齒輪來說，正火也可以作為高頻淬火前的預(yù)備熱處理工序。

調(diào)質(zhì)可使齒輪具有較高的綜合力學性能，提高齒輪心部的強度、韌性，使齒輪能夠

承受較大的彎曲應(yīng)力和沖擊應(yīng)力。

高頻淬火機低溫回火是賦予齒輪表面性能的關(guān)鍵工序，通過高頻淬火可以提高齒輪

表面的硬度和耐磨性，增強抗疲勞破壞能力；低溫回火是為了消除淬火應(yīng)力。

（2）汽車、拖拉機齒輪

汽車、拖拉機的齒輪將發(fā)動機動力傳遞到后輪，并起倒車的作用，工作時承載、磨

損及沖擊負荷較大。

要求齒輪表面有較高的耐磨性和疲勞強度，心部有較高的強度（Ra>IOOON/mm2）

及韌性（ak>60J/cm2）。選材及加工工藝路線有以下兩種方式。

1）選用20CrMnTi進行滲碳

熱處理技術(shù)條件：表層Wc=（）.8%?1.05%,滲碳層深度為0.8?1.3mm,齒面硬度58?

62HRC,心部硬度33?45ERC。

加工工藝路線：鍛造一正火一粗加工、半精加工一滲碳淬火、低溫回火。

該齒輪屬于大批量生產(chǎn)，考慮到形狀、結(jié)構(gòu)特點，毛坯采用模鍛件，以提高生產(chǎn)率節(jié)約

材料，使纖維分布合理，提高力學性能。

熱處理方法：正火，950?970c空冷，硬度179?217IIB肌滲碳920?940C,保濕4?

6h,預(yù)冷至830?850c直接入油淬火，低溫回火180±10℃,保溫2h。

2）選用40Cr進行碳氮共滲。

加工工藝路線：鍛造一正火一粗加工、半精加工一碳氮共浚、淬火及低溫回火。

熱處理技術(shù)條件：表層WC=0.65%?0.9%,碳氮總的質(zhì)量分數(shù)為1.0%?1.25%%,滲

層深度0.2~0.4mm,齒面硬度58?63HRC,心部硬度37?42HRC。

熱處理方法：正火，840?870℃空冷，硬度187?241HBM碳氮共滲830?850C,保溫

1?2h,直接油淬，低溫回火180±10℃,保溫2h。

三、彈簧零件

彈簧是利用材料的彈性和彈簧的結(jié)構(gòu)特點，在產(chǎn)生變形及恢復(fù)變形時，可以把機械能或

動能轉(zhuǎn)換成形變能，或者把形變能轉(zhuǎn)換成動能或機械能。由于彈簧這種特性，使其作為重要

的基礎(chǔ)零件，小至機械鐘表發(fā)條、槍栓彈簧到生活用品，如測力擲和彈簧秤中的彈簧，大至

各種汽車都離不開減振彈簧等，因此，彈簧的應(yīng)用非常廣泛。

1、工作條件與失效形式

普通彈簧一般是在室溫、大氣條件下承受載荷，有些彈簧是在不同介質(zhì)、不同溫度下工

作。在外力作用下，彈簧材料內(nèi)部往往產(chǎn)生彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。板簧承受的最大應(yīng)力是在

根部或位于凹表面，而螺旋彈簧承受的最大切應(yīng)力是在彈簧圈的內(nèi)側(cè)表面。所以，彈簧的實

效形式往往在這些部位發(fā)生。

總結(jié)其失效形式主要是疲勞斷裂和應(yīng)力松弛。

2、性能要求

在力學性能方面，由于彈簧是在彈性范圍內(nèi)工作，不允許產(chǎn)生永久的塑性變形，因而要

求彈簧材料有很高的彈性極限、屈服強度和抗拉強度；由于彈簧一般是在長時間、交變載荷

下工作，因而要求彈簧有很高的疲勞壽命；有些彈簧是在較高工作溫度下或在腐蝕環(huán)境中工

作，則要求彈簧材料有良好的耐熱性或耐腐蝕性。

對于要求淬火而截面尺寸較大的彈簧，要求鋼材有適當?shù)拇阃感?，較小的過熱敏感性和

表面脫傾向性。在冷熱成形時要求材料具有良好的卷制繞簧性能，以便提高彈簧的制造質(zhì)量。

3、選材及熱處理

在選材時，對于彈簧的功能、重要程度、使用條件、加工和熱處理以及經(jīng)濟性諸多因素

綜合考慮的同時，首先要以抗疲勞性能為主進行選擇。制造彈簧用材料按其化學成分分類，

有碳素彈簧鋼和各種合金彈簧鋼以及鐵基、銀基、鉆基、銅基等彈性合金。

以彈簧鋼及其熱處理為例：

（1）熱軋彈簧鋼

熱軋彈簧鋼大部分是圓鋼和扁鋼，用以制造尺寸較大的（彈簧直徑d>8mm時）熱卷制

螺旋彈簧和板簧。彈簧成形后必須經(jīng)過淬火與回火處理。如60Si2Mn鋼制造汽車板簧的工藝

路線為：

扁鋼剪制一機械加工（孔加工）一加熱壓彎一淬火一中溫回火一噴丸強化

熱成形彈簧也可采用等溫淬火獲得下貝氏體或變形熱處理,對提高彈簧性能和使用壽命

有明顯的效果。

(2)彈簧鋼絲和鋼帶

彈簧鋼絲按供應(yīng)狀態(tài)分為冷拔彈簧鋼絲、油淬火向火鋼絲及退火鋼絲等，這些鋼絲都

是通過熱處理而獲得較高的彈性。對于薄片彈簧，例如各種鐘表發(fā)條、碟簧、點火線圈彈簧

以及各種彈簧墊圈，經(jīng)常使用乳50A、65、75、85、95或T7A?口2A等鋼帶來制造。對于要

求高強度和耐磨性好的彈簧，則宜選用79A、T12A鋼帶。

四、切削刀具

切削刀具泛指絲錐、咬牙、鉆頭、車刀、銃刀、鋸條、拉刀等工具，作為刀具一般由工

作部分和夾持部分組成。刀具材料主要是指工作部分的財料。

1、工作條件及失效形式

在切削過程中，刀具材料在強烈的摩擦、高溫、高壓下工作，還要承受彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)

應(yīng)力、沖擊和振動等，由此造成的失效形式有：

(1)磨損刀具切削部位與工件被切削部位強烈的摩擦，使刀具前刀面、后刀面等發(fā)

生磨損。

(2)斷裂切削刀具在沖擊力及振動作用下折斷或崩刃。

(3)刀具刃部軟化伴隨切削過程的進行，由于刀具刃部溫度不斷升高，若刀具材料

的熱硬性低或高溫性能不足，會致使力部硬度顯著卜.降而喪失切削加工能力。

2、性能要求

為避免(或減少)產(chǎn)生上述刀具的失效現(xiàn)象，刀具材料應(yīng)具備以下基本性能：

(1)一般有較高的硬度(一般60HRC以上)。

(2)有較好的耐磨性。

(3)有較高的熱硬性。

(4)有足夠的強度和韌性。

(5)有較好的工藝性能，如淬透性、焊接性及刃磨性等。

能完全滿足上述所有性能的刀具材料幾乎沒有，而且不同的工件材料和加工要求不同。

對刀具材料性能的要求也不同，因此應(yīng)根據(jù)不同的加工要求選擇合適的刀具材料。

3、典型刀具的選材及熱處理

(1)麻花鉆

麻花鉆是應(yīng)用最廣的鉆孔工具，切削時鉆頭在封閉的內(nèi)表面工作，由于鉆頭切削刃始終

處于連續(xù)切削狀態(tài)，一且切削時排屑、冷卻困難以及鉆頭與工件和鉆屑之間的摩擦，都會產(chǎn)生

大展的切削熱，切削溫度較高，因此，除要求較高的硬度(62?65HRC)、耐磨性和一定韌性

外，還要求具有較高的熱硬性。另外，麻花鉆形狀復(fù)雜，鉆心比較薄弱，要求熱處理變形要

小。根據(jù)麻花鉆的工作條件和性能要求，?般選用高速鋼(如W6Mo5Cr4V2、町8Cr4V鋼等)

制造，其中W6Mo5Cr4V2鋼不僅具有較高的硬度、耐磨性及高的熱硬性，且韌性比W18Cr4V

高，鉆孔時不易脆斷。其加工工藝路線如下：

鍛造一球化退火一加工成形一淬火一三次高溫回火一磨削一刃磨一檢驗

麻花鉆毛坯采用鍛造(或軋制)成形，通過壓力加工改善碳化物的分布，同時獲得所需

的尺寸和形狀。球化退火是為了降低硬度、便于一切削、消除內(nèi)應(yīng)力，并為最終熱處理做好組

織準備。由于高速鋼的導(dǎo)熱性很差，麻花鉆在淬火加熱的過程中要進行一次預(yù)熱，避免在此

期間產(chǎn)生形變與裂紋，1270?1280℃的淬火和550?570C的三次回火是為了獲得高的硬度、

高的熱硬性、高的耐磨性及一定的韌性，其最終組織為回火馬氏體+碳化物+少量殘留奧氏體。

(2)手用較刀

手用錢刀是較孔工具，主要用于降低鉆削后孔的表面粗糙度值，以保證孔的形狀和尺寸

達到所需的加工精度。在加工過程中，手用較刀刃口受到較大的摩擦，它的主要失效形式是

磨損和扭斷，故手用佼刀對力學性能的主要要求是：刃口具有高的硬度、耐磨性以防止磨損，

心部具有足夠的強度與韌性以抵抗扭斷，并應(yīng)具有良好的尺寸穩(wěn)定性。手用較刀常用的材料

為CHVUn（微變形鋼）。

手用錢刀應(yīng)具有較高的含碳量，以保證淬火后獲得高的硬度；少量的合金元素可提高鋼

的淬透性性，并形成碳化物，提高鋼的耐磨性。選用CrWn（微變形鋼）淬火時變形量小,

可保證手用較刀的尺寸精度。其加工工藝路線如下：

鍛造一球化退火一加工成形一去應(yīng)力退火一銃齒、銃方柄一淬火一低溫回火一磨削一刃

磨一檢驗

五、冷作模具

在常溫下對材料進行壓力加工的模具稱為冷作模具。常用的冷作模具有：沖裁模、拉深

模、拉絲模、冷鎖模、冷擠壓模等。

冷作模具在常溫下使坯料變形，坯料的變形抗力很大，所以模具的工作條件很惡劣，工

作部分也受到了強烈的擠壓、摩擦和較大的沖擊載荷作月。冷作模具使用時的溫度一般不超

過200?300C.

冷作模具正常的失效形式是磨損。但如果模具的選材、熱處理或結(jié)構(gòu)設(shè)計不當，常會因

變形、崩刃、開裂而出現(xiàn)早期失效。為了使冷作模具不易變形，耐磨損，不開裂，在高應(yīng)力

作用下保持尺寸精度不發(fā)生變化，冷作模具用鋼應(yīng)該具有高強度、高硬度、高耐磨性和足夠

的韌性，并且要求冷、熱加工工藝性要好，對熱硬性要求不高。

1、沖裁模的選材及熱處理

沖裁模是一種帶有刃口，被加工材料沿著模具刃口的輪廓發(fā)生分離的模具，包括落料、

沖孔、切邊、剪切模具等。

（1）工作條件、失效形式從板料的被沖裁過程可分為：彈性變形、塑性變形、裂

紋產(chǎn)生和裂紋擴展等四個階段。由于被加工材料產(chǎn)生塑性變形，故沖裁模的工作部分，尤其

是刃口受到強烈的摩擦，所以沖裁模的主要失效形式是磨損。此外，沖裁模還受到一定的沖

擊力、剪切力和彎曲力的作用。有時因結(jié)構(gòu)不合理或選對及熱處理不當而出現(xiàn)崩刃、鎖粗、

折斷等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致模具過早失效。

（2）性能要求為保證沖裁模不因過早磨損而失效，必須有高的硬度和耐磨性；為防

止沖裁模工作過程中出現(xiàn)崩刃、折斷現(xiàn)象，強調(diào)模具應(yīng)具有較高的抗彎強度及一定的韌性。

（3）選材原則為了滿足模具高硬度、高耐磨性和高強度的要求，所選用的鋼材通常

應(yīng)具有較高的碳含量，并且還要考慮沖裁模所加工的材料種類、形狀、尺寸及生產(chǎn)批量等因

素。用于制造沖裁模的典型鋼種有：碳素工具鋼、低合金冷作模具鋼、Crl2型鋼、高碳中

格鋼、高速鋼、低碳高速鋼等。

（4）應(yīng)用舉例硅鋼片沖模（凹模）的選材及熱處理

1）選材，由于硅鋼片加工批量大，保證模具使用壽命是應(yīng)首先考慮的要素，能夠

滿足此要求的鋼種很多，常用的是Crl2冷作模具鋼。CH2高碳（於=2%?2.3%）可保證

模具具有高的硬度、強度和極高的耐磨性。格的加入可大幅度提高鋼的淬透性（油淬臨界直

徑為200mm）,并使鋼經(jīng)過高溫淬火后殘留奧氏體最增加，從而降低了鋼淬火后的變形傾向。

2）工藝路線。CM2冷作模具鋼的加工工藝路線如下：

鍛造一球化退火一切削一去應(yīng)力退火一淬火一回火一磨削一檢驗

3）熱處理工藝說明。球化退火是為了消除鍛造應(yīng)力，降低硬度，方便切削，獲得

索氏體+碳化物組織，為法火做組織準備；去應(yīng)力退火可消除加工應(yīng)力，減小模具淬火時的

變形。

淬火時應(yīng)注意：要兩次鹽爐中預(yù)熱，然后進行分級淬火，以減少模具的應(yīng)力和變形開裂

傾向。

為減少殘留奧氏體、提高強度，常在淬火后采用冷處理。

2、拉深模的選材及熱處理

拉深是變形區(qū)在一拉一壓的應(yīng)力狀態(tài)作用下，使板料（淺的空心壞）成為空心件（深的

空心件）而厚度基本不變的加工方法。它主要由凸模、凹模和壓邊圈組成。

（1）工作條件、失效形式拉深模工作過程中，凹模承受強烈的摩擦和徑向應(yīng)力，凸模

承受摩擦和壓縮應(yīng)力。由于被加工材料的劇烈變形以及與型腔的摩擦，使局部溫度升高。高

速拉深時，模具工作表面溫度可達400?500℃,使坯粒與型腔表面焊合，撕裂后粘附在型

腔表面，形