冷作摸具钢Cr12的复合热处理工艺研究

2020-02-2209:26:23 发表评论
摘要冷作摸具钢Cr12的复合热处理工艺研究rn常州机电职业技术学院毕业论文____毕业设计(论文)中文摘要__第1页共38页__毕业设计(论文)外文摘要______目录__第一章绪论4__11冷作模具钢的概述4__111Cr12型冷作模具钢的成分与力学性能5__112Cr12型冷作模具钢的工艺性能7__12Cr12型冷作模具钢的应用7__13本论文的目的和意义8__第二章各种冷作模具钢各种热处理特点9__21低变形冷作模具钢及其热处理9__211锰、铬、钨系冷作模具钢的特性9__22高耐磨微变形冷作模具钢及热处理10__23高强韧性冷作模具钢及其热处理12__231降碳高速钢(6W6Mo5Cr4V)的特性12__24Cr12常用热处理方法15__241Cr12的退火工艺15__242Cr12的传统淬火工艺16__25Cr12冷作模具钢的复合热处理工艺研究16__251Cr12冷作模具钢的成分分析17__252Cr12冷作模具钢复合热处理17__第三章热处理工艺对Cr12钢组织和性能的研究19__31实验材料和方法19__32实验结果分析21__33小结22__第四章Cr12型冷作模具钢的组织与失效关系的分析23__41Cr12型冷作模具钢金相组织分析23__411Cr12型冷作模具钢的加工失效分析23__42典型冷作模具钢性能与失效关系25__421冷作模具失效问题探讨27__422小结32__第五章复合热处理与传统工艺的比较33__51复合热处理工艺分析33__52Cr12传统热处理实验结果的缺点34__53Cr12复合热处理实验结果的优点34__总结36__致谢37__参考文献39____第一章绪论__11冷作模具钢的概述__(1)耐磨性__冷作模具钢在工作时,表面往往与工件产生强烈的摩擦,模具必须在此情况__下保持其尺寸精度和表面粗糙度,防止早期失效。由于模具材料的硬度和组织是__影响耐磨性的主要因素,因此为了提高冷作模具钢的耐磨性,通常要求模具硬度__高于加工硬度30%50%,材料的组织为回火马氏体或贝氏体组织[1],其上面分__布均匀,细小粒状碳化物。要达到此目的,钢中的碳的质量分数一定要在060%__以上。同时模具工作过程中的润滑和模具材料的表面处理也对改善模具的耐磨性__有良好的影响。__(2)韧性模具__材料的韧性要根据模具工作条件来确定,对于受强烈冲击载荷的模具(如冷__镦模和剪切模)、易受偏心弯曲载荷的模具(如细长的冲头模具)、应力集中的模__具等,模具材料的韧性是十分重要的考虑因素;对于一般工作条件下的冷作模具,__通常受到的是小能量多次冲击载荷的作用,模具的失效形式是疲劳断裂,因此模__具不必具备过高的韧性。__(3)强度__模具材料的强度是指模具工件在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。强度指__标主要包括拉伸屈服点和压缩屈服点等。去屈服点是衡量模具工件塑性变形抗力__的指标,也是最常用的强度指标[2],如压缩屈服点对冷作模具冲头材料的变形抗__力影响很大。为了获得高的强度,在材料选定的情况下,主要通过适当的热处理__工艺进行强化。__(4)抗疲劳性冷作__如(冷镦、冷挤、冷冲)模具一般是在交变作用下工作的,所以发生的破坏__多为疲劳破坏,及工作载荷在材料的屈服点以内,加工一定数量的坯料后发生破__坏,因此为了提高模具的使用寿命,需要较高的抗疲劳性能。模具材料的工作应__力应在材料的疲劳强度以内。导致模具材料失效的因素有钢中带状和网状碳化__物、粗大晶粒、模具表面具有微小的刀痕、凹模级截面尺寸的变化过大和表面脱__碳。__(5)抗咬合性__当冲压材料与模具表面接触时,在高温摩擦下润滑油膜被破坏,此时被冲压__件金属被“冷焊”在模具型腔表面形成金属瘤,从而在成型工件表面划出道痕。影__响抗咬合性的主要因素好似成型材料的性质,如奥氏体不锈钢、镍基合金、精密__合金等有较强的咬合倾向。模具材料及润滑条件也对抗咬合性有较大的影响。__(6)可锻性采用__锻造工艺可以减少模具的机械加工余量,改善材料组织中的夹杂物与碳化物__的形态、大小与分布状态,细化晶粒,形成有利的纤维组织,消除材料的内部组__织缺陷。为了获得良好的锻造质量,要求模具材料的塑性好,热锻变形抗力小,__锻造温度范围宽,晶粒不宜长大、便于掌握,锻造裂纹产生倾向小,不易析出网__状碳化物。__(7)可切削性__对可切削性的要求是:切削力小,切削量大,刀具磨损小以及加工后模具表__面光洁。冷作模具材料由于其本身的性能要求(冷作模具钢主要属于亚共析钢和__莱氏体钢),一般切削加工都较困难,为了改善可切削性,应采用合理的热处理__工艺,对于表面质量要求较高的模具钢可选用S和Ca等元素的易切削钢。__(8)可磨削性__为了保证模具表面有较好的表面粗糙度和尺寸精度,大部分模具都必须经过__磨削加工。对可磨削性的要求是:对砂轮质量及冷却条件不敏感,不易发生磨伤__和磨裂。可以通过在炼钢过程中加入变质剂如Si,Ca和稀土元素等来改善磨具__钢的可磨削性。__111Cr12型冷作模具钢的成分与力学性能__Cr12型高碳高铬钢简称Cr12型钢,其成分特点是高碳含量和高铬含量,常__用的钢号有Cr12,Cr12MoV,Cr12Mo1V1。其化学成分见1-1,临界点见表1-2。__1111Cr12冷作模具钢的力学性能__Cr12型钢属于莱氏体钢[3],钢中存在大量铬元素,主要形成(Cr,Fe),型__化合物,而渗碳体型碳化物极少。Cr12型钢随着淬火温度的升高,淬火硬度相__应增加。这是由于淬火温度升高,合金碳化物融入奥氏体的数量增加,使得奥氏__体中的固溶碳含量和合金元素含量增加的结果。淬火温度升高到1050℃时,硬__度最大。若在提高淬火温度,由于奥氏体中合金元素继续增多而使Ms下降,导__致残余奥氏体量大幅增加,硬度急剧下降,同时还因为奥氏体晶粒变粗,使得抗__弯强度和冲击韧度明显降低。__表1-1Cr12型高碳高铬钢的钢号及化学成分(质量分数%)__表1-2Cr12型高碳高铬钢的钢号的及临界点℃__Cr12型钢在淬火加热时碳化物大量溶于奥氏体中,淬火后得到高硬度的马__氏体。回火时自马氏体中析出大量弥散分布的碳化物,其硬度很高,因而提高了__高的耐磨性。Cr12MoV钢经1020℃淬火,520℃回火时出现明显的二次硬化,__而且淬火温度愈高,这种效应愈显著。在200℃左右回火时,其抗弯、抗压强度__最高;在400℃左右回火,断裂韧度[4]最高如图1-1所示。__Cr12型钢采用何种热处理工艺要是具体要求而定。Cr12MoV钢采用低温__(9001000℃)淬火及低温(200℃)回火可获得高硬度及高韧性,但抗压强度__较低;采用高温(10801100℃)淬火及高温(500~520℃)回火可获得较高硬__度及抗压强度,但韧性太差;采用中温(1030℃)淬火及中温(400℃)回火可__获得最好的强韧性,较高的断裂能力。____图1-1回火温度对Cr12MoV钢硬度的影响__112Cr12型冷作模具钢的工艺性能__(1)锻造工艺__由于Cr12型钢属于高碳高合金钢,其导热性能差,塑性低,变形抗力大,__锻造温度范围窄,组织缺陷严重,所以其锻造性能差。__(2)退火工艺__Cr12型钢一般采用等温球化退火工艺,加热温度为850~870℃,保温2~4__h,等温温度为740~760℃,保温4~6h,退火组织为索氏体+合金碳化物。退__火后硬度为207~255HBS。__(3)淬透性__Cr12型钢Cr的质量分数高达约12,所以具有高淬透性。截面尺寸为300~__400mm以下的模具在油中完全可以淬透[5],控制淬火温度可以调节残余奥氏体__量,实现微变形淬火。__12Cr12型冷作模具钢的应用__Cr12型高碳高铬钢简称Cr12型钢,其成分特点是高碳含量和高铬含量,常__用的钢号有Cr12,Cr12MoV,Cr12Mo1V1。是应用广泛的冷作模具钢,具有高__强度、较好的淬透性和良好的耐磨性,但冲击韧性差。主要承受冲击负荷较小,__要求高耐磨的冷冲模及冲头、剪刀、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉__延模和螺纹等。__用途:__(1)厚度不大于2mm薄板材,高效落料模,冲模及压印模。__(2)各种剪刀,镶嵌刀片,木工刀片。__(3)螺纹轧制模和耐磨滑块。__(4)冷镦模具,热树脂成型模。__(5)深拉成型模,冷挤压模具。__13本论文的目的和意义__冷作模具钢由于具有高强度、较好的淬透性和良好的耐磨性,但冲击韧性__差主要承受冲击负荷较小,要求高耐磨的冷冲模及冲头、剪刀、钻套、量规、拉__丝模、压印模、搓丝板、拉延模和螺纹等。但是随着机械行业的进步,人们对于__冷作模具钢的性能要求越来越高,有着非常广阔的前景。因此找到最合适的热处__理方法并获得材料的最理想性能成为了我们材料学的共同奋斗目标。__冷作模具钢有很多种,本文主要介绍了Cr12型冷作模具钢。通过传统热处__理与复合热处理工艺的比较,采用复合热处理工艺处理后的工件的优良性能是显__而易见的。由于常规的热处理工艺存在着强度高、韧性差、淬火变形大等问题,__通过调质处理+低温淬火的复合热处理工艺,很好地解决了上述问题,延长了__模具的使用寿命。同时不可忽视的是,热处理过程中在所难免会产生加工失效等__热处理缺陷。加工缺陷对热处理的影响是致命的。所以搞清楚加工缺陷产生的原__因也是非常重要的。__本论文通过对热处理传统工艺与符合热处理工艺的比较,以及Cr12冷作模__具钢的组织与失效关系的分析的方面入手,简单的介绍了冷作模具钢Cr12的复__合热处理工艺和热处理过程中应该注意的基本事项,希望可以起到一定的抛砖引__玉的作用。____第二章各种冷作模具钢各种热处理特点__21低变形冷作模具钢及其热处理__低变形冷作模具钢的基本优点是具有较好的淬硬性61~64HRC和淬透性。__Φ60~l20mm工件能于油或硝盐中淬硬,淬火操作简便,淬裂、交形量低,并易__于控制。__低变形冷[6]作模具钢经淬火及低温回火后含有8%~l5%的残余奥氏体组织__和5%~10%的碳化物。残余奥氏体住250℃左右回火后分解,使体积膨胀,并__加剧低温回火脆性。__在低变形冷作模具钢中,以MnCrWV钢为各国趋向于通用的综合性能优良__的代表性钢种,应大力推广。CrWMn钢在我国沿用较广,但对形成碳化物网状__比较敏感,这种网状碳化物的存在,会使模具钢刃部产生脆断倾向,国内外均趋__于缩减其应用范围。9CrWMn钢,在美、英等国最为普及,我国经一些工厂长期__使用,也有较好的效果。9Mn2V钢为西欧、捷克等国普遍使用的冷冲模钢种,__我国引进后,已广为使用。9Mn2V[7]钢在美国广泛用于小型塑料模。SiMnMo钢__目前仅美国列为标准型号,由于其具有优良的抗咬合能力和耐磨性,欧、美已有__多家特殊钢厂将其列为基本钢号,有普及的趋势。我国已列为推荐用钢,使用者__尚不多。__211锰、铬、钨系冷作模具钢的特性__锰、铬、钨系冷作模具钢的WM0=08%~l3%,而C、Cr、W、V的含__量不同,决定了性能的差异。向钢中加微量的钒、能抑制网状碳化物,增加淬透__性和降低过热敏感性,使MnCrWV晶粒度比同系钢捉高一级。MnCrWV在本钢__组中具有高的淬透性,40~60mm工件可在油淬后穿透硬化,如图2-1所示。__MnCrWV钢淬火后经不同温度回火后的力学性能如图2-2所示。__CrWMn钢淬透性性的特点是波动范围大,这一现象与退火中碳化物稳的定__化有关。CrWMn钢临界淬透直径Dc油通常在乎Φ30-50mm。Mn-Cr-W系低变__形冷作模具钢广泛用于加上薄钢板、有色金属板的形状复杂的冷冲模材料,特别__是在钟表、仪器、玩具.食品工业等以轻型冷冲压为主的工厂中,应用尤为广泛。__但对于冲制奥氏体钢[8]、碑钢片、高强度钢板时,使用效果较差。____图2-1不同温度回火温度对力学性能的影响图2-29Mn2V钢的淬硬层分布曲线__2111锰2系钢9Mn2V、9Mn2的特性__锰2系钢不含铬和钨,价格较低,碳化物分布均匀;冷加工性能好,__热处理工艺性好,不易淬裂、变形,但在淬透性、淬硬性、回火抗力、强度、__回火脆性、磨裂倾向等方面不知Mn-Cr-W系钢。9Mn2V和MnCrWV淬火后不__同温度回火的力学性能如图2-2所示。__9Mn2V钢含有02%的钒质量分数,能抑制过热敏感性及网状碳化物的__析出,冶金质量易于保证,碳化物细小。__22高耐磨微变形冷作模具钢及热处理__本钢组的共同特点是高淬透性、微变形、高耐磨性、高热稳定性、高的抗压__强度仅次于高速钢。是制造冷冲裁模、冷镦模、螺纹搓丝板的主要材料,其消__耗量在冷作模具钢中居于首位。在该类钢中,应用尤为广泛的是Crl2系列钢。__这些钢都是莱氏体钢,铸态时存在鱼骨状共晶碳化物,这种碳化物随着钢链凝固__速度缓慢和锭形尺寸增大而加剧。虽然在锻轧生产中鱼骨状共晶碳化物被破碎,__但在钢中还存在不均匀分布或存在纤维方向性。按GB/Tl299--2000标准,这类__钢的不同规格钢材都有允许的碳化物不均匀性合格级别标准,但不-定能满足某__些模具对碳化物不均匀性的特殊要求,有时仍需通过再次锻造来进行改善,此时__最好采用镦粗、拔长且反复多次的三向锻造变形工艺,镦粗压缩比最好大于__

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