材料工藝學課程設計

1、材料工藝學課程設計（論文）題目：cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模球化退火 -淬火-回火工藝設計院（系）：專業(yè)班級：學號：學生姓名：指導教師：教師職稱：起止時間：課程設計（論文）任務及評語院（系）：材料科學與工程學院教研室：材料科學與工程學號學生姓名專業(yè)班級課程設計 （論文） 題 目cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模球化退火-淬火-回火熱處理工藝設計程 設 計（ 論 文f 任 務一、課設要求熟悉設計題目，查閱相關文獻資料，概述相關工件的熱處理工藝，進行工件 的服役條件與失效形式分析，提出硬度、耐磨性、強度等要求，完成工藝設計。 闡述cu2mov電動機硅鋼片沖裁模球化退火-淬火-回火熱處理工藝理

2、論基礎， 選擇設備、儀表和工夾具，闡述電動機硅鋼片沖裁模熱處理質(zhì)量檢驗項目、內(nèi)容及要求；闡明電動機硅鋼片沖裁模熱處理常見缺陷的預防及補救方法；給出所用經(jīng)受文獻。二、課設任務1 .電動機硅鋼片沖裁模材料的選擇（要求在滿足工件使用性能的前， 兼顧經(jīng)濟性和工藝性，合理選擇材料）；2 .給出cr12mov的c曲線；3 .給出cr12mov電動機硅鋼片沖裁模冷熱加工工藝流程圖；4 .制定cr12mov電動機硅鋼片沖裁模球化退火-淬火-回火熱處理工藝三、設計說明書要求設計說明書包括三部分：1）概述；2）工藝設計；3）熱處理工藝卡；4）參 考文獻。設計說明書結構見工藝設計模板。 彳戈匚 f力集中學習0.5天

3、，資料查閱與學習，討論1.5天，設計7天：1）概述0.5天， 2）服役條件與性能要求0.5天，3）失效形式、材料的選擇0.5天，4）結構形狀 與熱處理工藝性0.5天，5）冷熱加工工序安排0.5天，6）工藝流程圖0.5天，7） 熱處理工藝設計2天，8）工藝的理論基礎、原則0.5天，9）設計工夾具0.5天， 10）可能出現(xiàn)的問題分析及防止措施 0.5天，11）熱處理質(zhì)量分析0.5天，設計 驗收1天。g月于文3成績： 指導教師簽字： 年 月日目錄1 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件熱處理工藝概述 22 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件的熱處理工藝設計 32.1 cr12mov鋼電動機硅鋼

4、片沖裁模工件的服役條件、失效形式 32.2 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件技術要求及工件示意圖 32.3 電動機硅鋼片沖裁模工件的材料選擇 42.4 電動機硅鋼片沖裁模工件 cr12mov鋼的c曲線 52.5 電動機硅鋼片沖裁模工件的加工工藝流程圖 62.6 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件的退火-淬火-回火熱處理工藝62.7 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件的退火、淬火、回火熱處理工藝理論 92.8 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件熱處理的設備、儀表和工夾具選擇 102.9 電動機硅鋼片沖裁模工件的熱處理質(zhì)量檢驗項目、內(nèi)容及要求 112.10 電動機硅鋼片沖裁模工件

5、的熱處理常見缺陷的預防及補救方法 123熱處理工藝卡133.1 cr12mov鋼球化退火工藝卡 133.2 cr12mov鋼淬火工藝卡 143.3 cr12mov鋼回火工藝卡 154參考文獻16131 ch2mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件熱處理工藝概述冷沖模具，多為安裝在壓力機上的，對放置在內(nèi)的板料在室溫下施加變形力，使其產(chǎn) 生變形，從而獲得一定形狀，尺寸和性能的產(chǎn)品零件的特殊專用工具。冷沖模在工作時， 由于被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分，特別是刃口受到強烈的摩擦和擠壓， 所以模具應有高的硬度，強度和耐磨性，另外模具反復承受很大的壓沖擊力，要求具有較 好的韌性。所以常選用 cu2m

6、ov鋼作冷沖模，cu2mov鋼屬于高耐磨微變形冷作模具鋼， 其特點是具有高的耐磨性、淬透性、微變形、高熱穩(wěn)定性、高抗彎強度，僅次于高速鋼， 是冷沖裁模、冷鍛模等冷作模具的重要材料。cu2mov鋼是高碳合金鋼，鍛軋和鍛造成毛坯后，先以球化退火作為預先熱處理，加 熱溫度一般為ac1以上2050c,保留較多的未溶碳化物粒子或較大的奧氏體中的碳濃度 分布不均勻性，促進球狀碳化物的形成。球化退火需要較長的保溫時間來保證二次滲碳體 的自發(fā)球化，以使奧氏體進行共析轉(zhuǎn)變時，以未溶滲碳體粒子為核心形成粒狀滲碳體。球 化退火后再進行淬火加回火作為最終熱處理，淬火時鋼加熱到ac1以上兩相區(qū)時，組織中會保留少量二次滲

7、碳體，而有利于鋼的硬度和耐磨性，而且，由于降低了奧氏體中的碳質(zhì) 量分數(shù)，可以改變馬氏體的形態(tài)，從而降低馬氏體的脆性。冷作模具淬火后一般不直接使 用，必須進行回火。這是因為淬火后得到的是性能很脆的馬氏體組織，并存在內(nèi)應力，容 易產(chǎn)生變形和開裂。進行回火，可以消除內(nèi)應力并獲得所需求的組織和性能。根據(jù)冷沖壓模具的服役條件，失效形式及性能要求，本設計選擇的冷沖壓模具材料為 cu2mov冷沖壓模具鋼；在設計退火-淬火-回火熱處理工藝中，本設計借鑒了冷沖壓模 具結構熱處理工程師手冊鋼的熱處理模具鋼手冊等工具書。根據(jù)工藝設計的 理論基礎設定了完整的熱處理工藝流程，使熱處理的cr12mov冷沖壓模具鋼除具有零

8、件尺寸穩(wěn)定、精度較高、互換性好的特點，還能保證各部位尺寸差異不大，易于控制變形， 從而滿足模具的質(zhì)量要求。（論文）2cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件的熱處理工藝設計2.1 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件的服役條件、失效形式2.1.1 服役條件冷沖模在工作時，由于被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分，特別是刃口 受到強烈的摩擦和擠壓，所以模具應有高的硬度，強度和耐磨性，另外模具反復承受很大 的壓沖擊力，要求具有較好的韌性。2.1.2 失效形式1)磨損 磨損過程可分為初期磨損，正常磨損和急劇磨損三個階段(1)初期磨損階段模具刃口與板料相碰時接觸面積很小，刃口的單位壓力很大，造成

9、了刃口端面的塑性 變形，一般稱為塌陷磨損，其磨損速度較快。(2)正常磨損階段當初期磨損達到一定程度后，刃口部位的單位壓力逐漸減輕，同時刃口表面因應力集 中產(chǎn)生應變硬化。這時，刃口和被加工坯料之間的摩擦磨損成為主要磨損形式。(3)急劇磨損階段刃口經(jīng)長期工作以后，經(jīng)受了頻繁沖壓會產(chǎn)生疲勞磨損，表面出現(xiàn)了損壞剝落。此時 進入了急劇磨損階段，磨損加劇，刃口呈現(xiàn)疲勞破壞，模具已無法正常工作。2)崩刃 凸模退出板料時，需要有一定的卸料力將板料從凸模上卸下，卸料力與作 用在凸模上的其它壓應力不同，是唯一的拉應力，使凸模在反復拉、壓應力的作 用下產(chǎn)生疲勞磨損，產(chǎn)生崩刃。3)堆塌 冷沖過程中，模具在使用中由于工

10、作載荷大、模具硬度偏低而發(fā)生型面變 形，沖頭由于材料抗壓或抗彎強度不足而出現(xiàn)鍛粗、下陷、彎曲變形失去原有的 幾何形狀而報廢2.2 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件技術要求及工件示意圖2.2.1 技術要求硅鋼片沖孔模具屬于冷作模具鋼，要求刃口具有足夠的強度和韌性，較高的耐磨性， 尺寸穩(wěn)定性，無裂紋，無脫碳。硬度：hrc6062。金相組織：回火馬氏體+碳化物+少量的殘留奧氏體。沖模壽命：6萬片/次2.2.2工件示意圖同單位：mm圖1硅鋼片冷沖模凹模示意圖2.3 電動機硅鋼片沖裁模工件的材料選擇為了滿足要求也就是說要求硬度，強度和韌性都較好，減少以上發(fā)生的失效，延長模 具壽命，以降低生產(chǎn)成本經(jīng)

11、綜合考慮選擇 cu2mov其主要化學成分表1所示。表 1 cr12mov 鋼的化學成分(gb/t 12992000) w/%csimncrsp1.45 1.700.400.4011.0 12.5 0.030 0.030cu2mov鋼是目前國內(nèi)廣泛使用的冷作模具鋼之一也是國際上較廣泛采用的模具鋼， 屬萊氏體鋼。cu2mov鋼是一種高碳、高銘的萊氏體鋼，具有大量的游離碳化物。在退火 狀態(tài)其碳化物可多達28%在淬火、回火狀態(tài)其游離碳化物也多達 21%鋼中的cr大部分 形成碳化物，只有極少部分固溶于基體中。 cu2movi中碳化物為m7c斕碳化物，維氏硬 度為2100hv因此其耐磨性較好。沖壓性能高，

12、淬透性好。在使用該鋼制造的冷沖模，如 果沖壓操作正確，韌性不成為模具的關鍵，而耐磨性直接決定模具的壽命。cu2movs于高耐磨微變形冷作模具鋼，其特點是具有高的耐磨性、淬透性、微變形、 高熱穩(wěn)定性、高抗彎強度，僅次于高速鋼，是冷沖裁模、冷鍛模等冷作模具的重要材料， 由于加入了適量的mo和v,碳化物不均勻有所改善。mo能減輕碳化物偏析并提高淬透性， v能細化晶粒。cr12movfc 300400c時仍可保持良好硬度和耐磨性，韌性也高，淬火時 體積變化最小?？捎脕碇圃煨螤顝碗s、經(jīng)受較大沖擊負荷的各種模具和工具。具消耗量在 冷作模具鋼中居于首位，該鋼強度、硬度高 ，耐磨性好，常用于制作那些承受重負荷

13、、生產(chǎn)批量大、形狀復雜的冷作模具，如冷沖、壓印、冷鍛、冷擠壓模、沖孔凹模、切邊模、 滾邊模、鋼板等。經(jīng)分析該鋼種經(jīng)合理的熱處理后可完全滿足模具要求，故選用其作為加工該模具的材 料。表2 cu2mov鋼臨界溫度ac1acmar1ms810 c1200 c760 c185 c2.4 電動機硅鋼片沖裁模工件 cr12mov鋼的c曲線對于c”曲線的變化來講，奧氏體晶粒粗大，成分均勻性提高，奧氏體穩(wěn)定性增加，c 右移圖2 cr12mov鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（奧氏體化溫度 980c ）2.5 電動機硅鋼片沖裁模工件的加工工藝流程圖通過查看模具生產(chǎn)的技術資料知，該模具的加工工藝路線為:球化退火二機械加工二

14、淬火 v成型組裝二切割加工 二 平磨兩次回火圖3工藝流程圖2.6 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件的退火-淬火-回火熱處理工藝2.6.1 鍛造工藝曲線制造硅鋼片冷沖模具的毛坯要經(jīng)過鍛造后獲得基本的形狀。鍛造是利用鍛壓機械對金 屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸的鍛件 的加工方法圖4 cr12mov鋼熱處理全過程工藝曲線查閱熱處理工藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊可以找出cr12mov鋼的鍛造工藝的加熱溫度、始鍛溫度冷卻方式，本設計具體的鍛造工藝參數(shù)如表3所示。表3 cu2mov鋼的熱加鍛造工藝規(guī)范項目加熱溫度/c開始溫度/c終止溫度/c冷 卻鋼錠11001150105

15、01100850900緩冷（砂冷或坑冷）鋼坯1050110010001050850900 緩冷（砂冷或坑冷）2.6.2 球化退火工藝曲線硅鋼片冷沖模屬于高碳鋼。高碳鋼的預先熱處理是球化退火，目的是降低硬度，改善鍛造組織和切削加性能，為最終熱處理作組織準備。先將工件以100c/ h的加熱速度加熱到860c保溫3h,然后冷卻至740c冉彳溫5h,最后隨爐以30c/ h速度進行冷卻至500c , 最后出爐在空氣中冷卻至室溫。溫度t/ c時間t / h圖6 cr12mov等溫球化退火工藝曲線2.6.3 淬火工藝曲線本設計采用等溫淬火。先將工件以100c / h的加熱速度加熱到850c預熱10min然后

16、, 加熱到淬火溫度1060c保溫10min,以達到完全奧氏體化，然后用油冷卻到 500c,最后 放入空氣中冷卻至室溫。2.6.4 低溫回火工藝曲線對于硅鋼片冷沖模來說，為提高硬度，穩(wěn)定尺寸，減少磨裂傾向和挺高壽命在淬火后， 進行回火處理。先將工件放入加熱爐中隨爐加熱到520c保溫1h,然后進行深冷處理，用液氮加酒精將工件冷卻至-80c保持1h,然后立即再次進行回火加熱到 520c保溫1h,最后圖8 cr12mov回火工藝曲線2.7 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件的退火、淬火、回火熱處理工藝理論2.7.1 退火原理退火溫度：cr12mov鋼是高碳鋼，球化退火時，加熱溫度為 ac1溫度81

17、0c以上20 50c,加熱溫度定為860co等溫溫度：cr12mov鋼等溫溫度應在ar1 760 c以下且在730750c之間，以獲得粒狀 珠光體+共晶碳化物組織,故選定等溫溫度為 740c。加熱時間：cr12mov鋼球化退火時間一般不低于 2h,介于24h之間，故選定為3h。保溫時間：球化退火需要較長的保溫時間來保證二次滲碳體的自發(fā)球化，以使奧氏體進 行共析轉(zhuǎn)變時，以未溶滲碳體粒子為核心形成粒狀滲碳體，因此保溫時間不 得少于4h02.7.2 淬火工藝原理預熱溫度：cr12mov鋼中合金元素較多導熱性差，為了防止在淬火溫度下因保溫時間長， 模具表面出現(xiàn)氧化，脫碳缺陷，需先采用在850c預熱。預

18、熱時間：由于工件50mm厚，而選定的鹽浴爐加熱系數(shù)為 0.180.20 min/mm,t=ab=0.20*50=10min （其中t 快速加熱時間min； a快速加熱時間系數(shù)min/mm ； d工件的有效直徑或厚度mm）加熱溫度：cr12mov鋼淬火溫度應在ac1 810cacm 1200c之間，又根據(jù)加熱溫度 對工件硬度和工件晶粒大小兩者曲線圖， 綜合考慮選擇加熱溫度為1060c。保溫時間：同預熱時間確定方法相同，均為 10min。冷卻方式：cr12mov鋼合金元素較多為防止淬裂，根據(jù)該鋼的c曲線的特點，即在珠光休轉(zhuǎn)變區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域之間有較寬的溫度和高穩(wěn)定性，采用在ms點以上的分級淬火，

19、采用油冷至油溫然后排油空冷。9d0 優(yōu)。looo 1q503100 1l50 1200 淬火溫度/。硬度反成余型重體量與浮出溫度關蔡l000 1c50 1100 溫 j*/p不同淬火溫度對 晶粒度的廖響2.7.3 回火工藝原理回火溫度：為了獲得熱硬性和高耐磨性，對 cr12mov鋼采用二次硬化熱處理法，故在高 溫下回火，故回火溫度選定為 520c回火時間：對于高溫回火的工件，回火時間是指均勻透燒所用的時間，可按下列經(jīng)驗公式計算：t=ad+b=50*1.0+10=60min式中t回火保溫時間min； a加熱系數(shù)1.01.5min/mmb一附加時間，一般為1020分鐘；d工件有效尺寸mm；深冷處理

20、：用冷處理可以減少回火次數(shù)，淬火后把工件冷卻到-80c左右，能使大部分殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，可提高鋼的強韌性和壽命。二次回火：深冷處理后要立即進行回火，回火溫度，保溫時間同一次回火一致，以消除 內(nèi)應力和使冷處理后保留下來的大部分殘留奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變。2.8 cr12mov鋼電動機硅鋼片沖裁模工件熱處理的設備、儀表和工 夾具選擇2.8.1 設備加熱爐為主要的設備，按工作介質(zhì)分：空氣爐、鹽浴爐、保護氣氛爐等。但考慮到硅 鋼片冷沖模形狀復雜，若采用電阻爐容易導致受熱不均勻，且硅鋼片冷沖模含碳量高容易 被氧化，所以綜合考慮選用鹽浴爐，具加熱快，加熱介質(zhì)可以流進形狀復雜處，使工件受 熱均勻，加熱效果好。

21、植入式電槌出海燈1一綱板棺2一爐履3一浴槽4 一爐蓋5電極電忸柄丁一匯穗板田一冷卻水管2.8.2 儀表熱處理中溫度是一個很重要的參數(shù)，實現(xiàn)精確的測量與控制，對提高熱處理質(zhì)量十分 重要。2.8.3 工夾具電動機硅鋼片沖裁模的特點是厚度與直徑相比顯得薄，淬火時內(nèi)孔易漲大，除了用等 溫淬火來消除淬火易造成缺陷外，應采用夾具使淬火加熱時受熱均勻。h形淬火吊具2.9 電動機硅鋼片沖裁模工件的熱處理質(zhì)量檢驗項目、內(nèi)容及要求1）變形檢查電動機硅鋼片沖裁模在熱處理過程中加熱、冷卻，并隨有相變發(fā)生，所以會產(chǎn)生變形，如彎曲或翹曲變形超過圖紙技術或工藝要求范圍，必須校正。2）外觀檢查 表面淬火后不能出現(xiàn)過燒、熔化、

22、裂紋等缺陷。硬度合格后應進行發(fā) 黑處理，處理后的顏色為棕色或棕黑色。3）硬度檢查 為保證電動機硅鋼片沖裁模熱處理后達到技術或工藝要求，待檢件選 取應有代表性，通常從熱處理后的工件中選取能反映工件的工作部位或工件的工作部位硬 度的其他部位，對每一個待檢件的正時試驗點數(shù)一般應不少于3個點。用洛氏硬度準確測量hraw換算成hrc4）金相組織檢查 電動機硅鋼片沖裁模球化退火后應該為珠光體 25級，網(wǎng)狀碳化 物3級。按gb/ t12992000評定?；鼗鸷蟮慕鹣嘟M織為：馬氏體+殘余奧氏體+碳化 物。組織檢驗應注意殘余奧氏體和針狀碳化物，都按國家標準評定。2.10電動機硅鋼片沖裁模工件的熱處理常見缺陷的預

23、防及補救方法2.10.1 電動機硅鋼片沖裁模球化退火的缺陷及其預防、補救電動機硅鋼片沖裁模球化退火后易產(chǎn)生組織缺陷為球化不良、組織中有網(wǎng)狀組織、黑 脆。(1)球化不良由于設備溫度誤差大或者退火溫度設計不合理導致退火溫度過高或過低，等溫退 火時間短，造成球化退火組織不均或球化不良。預防措施，可調(diào)節(jié)溫度范圍或者 改用精度更高的設備。改進鍛造工藝，來消除原材料中鏈狀碳化物及碳化物的不 均勻性。(2)網(wǎng)狀組織主要是由于加熱溫度過高，冷卻速度過慢造成的。由于網(wǎng)狀組織會降低鋼的力學 性能，特別是網(wǎng)狀滲碳體，在后續(xù)淬火中難以消除。補救措施是采用正火來消除。(3)黑脆退火后硬度很高，但脆性很大，一折就斷，斷口

24、呈灰黑色。原因是退火溫度過高, 保溫時間過長，冷卻緩慢，導致珠光體轉(zhuǎn)變按更穩(wěn)定的鐵碳平衡相圖進行。預防 措施，按照cu2movffi球化退火規(guī)范參數(shù)進行，根據(jù)實際環(huán)境情況進行調(diào)整。2.10.2 電動機硅鋼片沖裁模淬火的缺陷及其預防、補救電動機硅鋼片沖裁模球化退火后易產(chǎn)生組織缺陷為變形開裂，過燒，軟點等。(1)變形開裂淬火過程中由于不同部分受熱不均造成熱應力或者由于冷卻過快導致馬氏體轉(zhuǎn)變 過快造成大量組織應力導致工件變形開裂。預防措施，改善工件加熱時的放置狀 態(tài)，選用更合理的夾具使工件受熱更均勻，采用冷速更慢的淬火介質(zhì)，淬火前采 用前期熱處理改善碳化物偏析，減小碳化物顆粒。(2)過燒由于加熱溫度

25、過高，出現(xiàn)晶界氧化，甚至晶界局部融化，造成工件報廢。預防措 施，控制加熱溫度的誤差范圍，根據(jù)設備實際溫度誤差等調(diào)節(jié)加熱溫度。(3)軟點由于鹽浴中存在難溶雜質(zhì)在淬火加熱時沾到工件表面造成受熱不均，沒有達到該 有的加熱溫度，導致淬火后此處硬度不足。預防措施，嚴格控制加熱介質(zhì)的清潔 度。2.10.3 電動機硅鋼片沖裁模回火的缺陷及其預防、補救常見的回火缺陷有硬度過高或過低，硬度不均勻，以及回火變脆，回火后工件變形等。 (1)硬度過高或過低主要由于回火溫度過低、過高或爐溫不均勻所造成?；鼗鸷笥捕冗^高還可能由于回火時間過短，導致碳化物沒有足夠時間分布均勻。 預防措施，可調(diào)節(jié)回火溫度, 選用更合適的加熱爐使爐內(nèi)溫度分布更均勻，同時調(diào)節(jié)回火時間，保證碳化物有 足夠時間在鋼中高度彌散分布。(2)硬度不均勻主要是爐溫不均勻，還可能是由于裝爐方