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1、1CrWMn钢制光栏片上冲模热处理工艺设计目录第一章 绪 论31.1 引言-31.2 CrWMn钢的基本性质-41.2.1 CrWMn 钢的化学成分-41.2.2 CrWMn钢的力学性能-41.2.3 CrWMn钢的其他性能-41.2.4合金元素的作用-5第二章 CrWMn 钢制光栏片上冲模生产工艺路线及分析-62.1加工工艺路线及工艺性分析-62.1.1加工工艺路线-62.1.2加工工艺路线分析-62.2预备热处理工艺-272.2.1 锻压后退火-72.2.2 锻压后等温球化退火82.3 调质-92.4去应力退火-92.5淬火、 回 火 -10第三章 CrWMn 钢 热处理后组织与性能分析-
2、163.1CrWMn 钢 退 火 后 的 相 成 分 、 硬 度 和 显 微 组 织 -163.2 CrWMn 钢 的 淬 火 方 案 -163.3 CrWMn 钢 的 回 火 规 范 -17第四章 CrWMn 钢 热处理缺陷及控制-194.1 CrWMn 钢 热处理缺陷-194.2 CrWMn 钢 热处理缺陷的控制-20第五章 CrWMn 钢 热处理质量的控制与检测215.1CrWMn 钢 热处理质量的控制215.2CrWMn 钢 热处理质量的检测-322第六章质量检验-23 总结-27致谢-28参考文献-30第一章 绪 论1.1引言光栏片是光学仪器中大量使用的零件，用 0.06 0.08m
3、m的低合金冷轧钢带冲制面形，要求严格控制尺寸精度 R，要低于 0.8um。因而对光栏片冲模有较高的技术要求，冲模尺寸为 50mmx57mmx26mm. CrWMn钢可用于制造各种形状复杂的冷挤压模和冲裁模，具有4较高的淬透性，淬火和低温回火后具有较高的硬度和耐磨性。但经常规热处理后此钢易形成网状碳化物，在模具的受力部位形成开裂和剥落。模具的失效主要是由磨损、强度和韧性不足而造成的。本文拟通过适当的复合热处理来改善 CrWMn钢的组织，提高其强度和韧性，以获得较好的综合性能。1.2CrWMn刚的基本性质1.2.1刚的化学成分表 1.1为 CrWMn 钢的化学成分（GB/T 1229-2000）w
4、/%C Si Mn Cr W S P0.901.05 0.150.35 0.801.10 0.901.20 1.201.60 0.030 0.0301.2.2钢的力学性能CrWMn 钢具有高淬透性和热处理变形小的特点。由于钨形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比铬钢和 9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。此外，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。但是 CrWMn钢对形成碳化物网比较敏感，这种网的存在，就使工具刃部有剥落的危险，从而使工具的使用寿命缩短，因此有碳化物网的钢必须根据其严重程度进行锻压和正火。这种钢用来制造在工作时切削刃口不剧烈变热的工具和淬火时要求不变
5、形的量具和刃具，冲裁模的刃口在工作时受到强烈的摩擦和冲击，所以其模具材料应该具有高的耐磨性、冲击韧性以及耐疲劳断裂性能。51.2.3 CrWMn钢的其他性能（1）加工性工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能，才能保证工具的制造和使用。钢的加工性取决于化学成分、组织的质量。 （2）淬火温度范围工具钢的淬火温度应足够宽，以减少过热的可能性。 （3）淬硬性和淬透性淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能。淬硬性主要与钢的化学成分特别是碳含量有关，碳含量越高，则钢的淬硬性高。淬透性表示钢在淬火后从表面到内部的硬度分布状况。淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。根据用于制造不同的工具，
6、对这两种性能各有一定的要求。 （4）脱碳敏感性工具表面发生脱碳，将使表面层硬度降低，因此要求工钢的脱碳敏感性低。在相同的加条件下，钢的脱碳敏感性取决于其化学成分。 （5）热处理变形性工具在热处理时，要求其尺寸和外形稳定。 （6）耐削性对很制造刀具和量具用钢。要求具有良好的磨削性。钢的磨削性与其化学成分有关，特别是钒含量，如果钒质量分数不小于 0.50%则磨削性变坏。61.2.4合金元素的作用1碳是钢中的主要元素，随着钢中含碳量的增加，钢的常温强度、硬度提高，但塑性、韧性及焊接能降低。2锰可以提高钢的常温强度、硬度及耐磨性，含量高时，焊接应力增加。锰可使钢的高温短时强度提高，但对持久强度和蠕变极
7、限及没有明显的影响。3硅可以提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低，显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,并有)耐腐蚀性。4钨可以提高钢的强度，提高钢的高温强度，提高钢的抗氢性能，使钢具有热硬性。5铬可提高钢的强度和硬度，可提高钢的高温机械性能，使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性，阻止石墨化，提高淬透性。含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层 SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。第二章 CrWMn钢制光栏片上冲模生产工艺路线及分析2.1 加工工艺路线及工艺性分析2.1.1加工工艺路线CrWMn的加工工艺路线为：下料锻造毛坯球化退火机械粗加工调质机械半精加工机
8、械精加工去应7力退火淬火、回火研磨抛光装配 2.1.2加工工艺性分析（1）球化退火 800x3 4h,炉冷，720x2 3h，炉冷500 出炉空冷。（2） 调质 830x15min,淬油，700 720x2h 回火。调质后硬度为 22 26HRC。（3）去应力退火 600x4h,炉冷 300出炉。（4）淬火、 回火 229 400x1h预热，830x15min 加热，淬入 80 100热油 4 5min,170 180x3 4h回火CrWMn钢模具在淬火后应立即进行回火处理，以免产生裂纹时零件损坏。此外，模具回火出炉冷至室温方可清洗，过早清洗液可能造成废品。2.2 预备热处理工艺2.2.1 锻
9、压后退火锻造后必须进行退火，目的是调整钢的碳化物分布和降低硬度，并为淬火作好组织准备。CrWMn钢的临界温度如表 2.182.1CrWMn钢的临界温度临界点 温度（近似值）/Acl 750Acm 940Arl 710CrWMn 钢 的 热 加 工 工 艺 示 如 表 2.2 表 2.2CrWMn 钢 的 热 加 工 工 艺项 目加 热 温 度 / 1150 1200 1100 1150开 始 温 度 / 1100 1150 1050 1100终 止 温 度 / 880 800 850 800冷 却钢 锭 先 空 冷 然 后 缓 冷钢 坯 先 空 冷 然 后 缓 冷为 了 降 低 或 减 轻 炭
10、 化 物 网 状 的 形 成 ， 锻 轧 后 尽 可 能 冷 至 650 700 ， 然 后 缓 冷 （ 坑 冷 、 砂 冷 或 炉 冷 ） 。退 火 加 热 保 温 时 间 在 全 部 炉 料 加 热 到 退 火 温 度 后 为 1 2h， 冷 却 ； 等 温 保 温 为 3 4h；CrWMn 钢 的 锻压后退火如图 2.19图 2.1CrWMn 钢 的 锻压后退火2.2.2 锻压后等温球化退火将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀
11、化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等等温球化退火工艺为：800x3 4h,炉冷，720x2 3h，炉冷 500 出炉空冷。CrWMn 钢 的 锻 压 后 等 温 球 化 退 火 如 图 2.210图 2.2CrWMn 钢 的 锻 压 后 等 温 球 化 退 火2.3 调 质当 钢 的 退 火 硬 度 HB 低 于 183 时 ， 调 质 处 理 用 于 提 高 切 削 加工 表 面 光 洁 度 。CrWMn 钢 的 调 质 曲 线 图 如 图 2.3图 2.3C
12、rWMn 钢 的 调 质 处 理2.4 去 应 力 退 火去应力退火主要是为了消除机械加工产生的应力，减少淬火时的变形，保证零件尺寸要求。零件内部在淬火加热前存在内应力，由于淬火加热大多数是到温入炉，甚至是高温入炉，这样会产生比11较大的热应力，而淬火加热温度都在奥氏体转变温度以上 20 30，由铁素体转变为奥氏体由于晶格不一样，导致体积不同而产生组织应力，这样如果原零件内应力、热应力、组织应力这些应力叠加的话，就会使零件产生大的变形，甚至开裂，而淬火加热后是直接淬火的，不方便校正，因此，有很大可能导致零件严重超差，为了避免这个危险，因此人们在淬火加热前如果零件经过产生内应力的工序加工过的话，
13、就需要进行去应力退火。去应力退火的效果主要取决于退火温度。温度高至 600退火，可消除绝大部分残余应力。在 600一下低温退火，因氧化较轻，可以不采用保护措施。在 650 700范围内去应力退火，对于加工余量很小的零件应采取保护措施，以防止氧化脱碳。如加热炉没有控制气氛，可用铸铁屑或废渗碳剂装箱保护。去应力退火 600x4h,炉冷 300出炉。CrWMn 钢 的 去应力退火曲线图如图 2.4图 2.4CrWMn 钢 的 去应力退火曲线2.5 淬 火 、 回 火 淬火、 回火的工艺为：229 400x1h预热，830x15min 加热，淬入 80 100热油 4 5min,170 180x3 4
14、h回火12CrWMn 钢 有 关 的 淬 火 曲 线 示 于 图 2.6 图 2.6CrWMn 钢 的 淬 火 曲 线13试 验 钢 化 学 成 分 （ %） ： 1.03C， 0.28Si， 0.97Mn， 1.05Cr， 1.15W， 0.13Ni； 奥 氏 体 化 温 度 ： 850 ,经 不 同 温 度 冷却 后 ， 沿 试 样 直 径 上 的 硬 度 变 化 a： 试 样 直 径 为 20mm， 1试 样 表 面 硬 度 ； 2试 样 中 心 硬 度；b： 3油 冷 ； 4硝 盐 冷图 2.7 硬 度 及 残 余 奥 氏 体 量 与 淬 火 温 度 的 关 系14图 2.8 力 学 性 能 与 淬 火 温 度 的 关 系淬火后还有部分过冷奥氏体未转变成马氏体，保留在使用状态中成
