《热处理原理与工艺课程设计》报告

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1、热处理原理与工艺课程设计报告设计题目：钢制凹模热处理设计内容摘要本次课程设计的零件为钢制凹模，分析零件工作环境、失效形式和性能要求，结合技 术要求，对材料9SiCr、CrI2MoV.、9Mn2V、CrWMn进行分析对比，选择材料为9SiCr。本 次设计预备热处理选择退火，最终热处理选择调质处理。退火温度为900950囹，随炉加热， 加热时间3.5h，随炉冷却，退火后硬度W207HBW，表面层组织，最外层为全脱碳层，组织 为铁素体，部分铁素体上的黑色小点为渗碳体颗粒。次表层为铁素体，其上布有少量渗碳体 颗粒；心部组织，球粒化珠光体及网状分布的铁素体，晶粒稍大，球粒珠光体中大部分渗碳 体呈点粒状分

2、布，有小部分渗碳体呈圆粒状和长条状分布；退火设备选择RX-3-15-9型号的 箱式电阻炉。调质处理，淬火加热温度为910100，随炉加热,加热介质选择50NaCI +50KCI， 加热时间15min，冷却介质为油，淬火后硬度4555HRC，获得完全的马氏体组织，选择 DM-75-8型号的埋入式盐浴炉；回火温度为680 C，随炉加热，加热介质选择 50KCI+20NaCI+30CaCI2,加热时间15min，冷却介质为空气，高温回火后硬度220240HBW， 得到得到针状回火索氏体组织。心部组织，由于心部未完全淬透，回火后为索氏体和网状铁 素体组织，两边黑色为细珠光体组织。调质后纵向心部组织，由

3、于原材料中存在带状偏析组 织，调质后仍可见到原先带状偏析组织的痕迹。关键词：凹模、 9SiCr目录、八、r前 言 31. 热处理课程设计的目的32. 热处理课程设计的意义33. 热处理课程设计的主要内容3正 文 31. 零件的技术要求及选材42. 热处理工艺参数制定及设备选择42.1 零件的技术要求及选材42.1.1 技术要求： 42.2 选择材料 52.3 材料化学成分及合金元素的作用分析52.4所选材料的相变临界点62.5 热处理工艺方案制定62.5.1 预备热处理 62.5.2 最终热处理 63. 制定热处理工序的工艺参数63.1 预备热处理（退火）63.2 最终热处理 93.2.1 淬

4、火 93.2.1 低温回火 114. 热处理后显微组织、性能分析124.1 热处理工序加热到所制订的加热温度后的组织及性能134.2 热处理工序保温时零件的组织转变134.3 热处理工序冷却到室温后的组织及性能134.4 热处理工艺处理的零件可能产生的缺陷预测134.4.1 退火缺陷分析 134.4.2 调质处理缺陷分析13总 结 14-LX. 1前言1. 热处理课程设计的目的热处理原理与工艺课程设计是金属材料工程专业学生的一门专项实践课程，是学 习相关课程后运用理论知识指导生产实践的一个必经环节。其目的是：（1）培养学生综合运用所学的理论知识去解决工程问题的能力，并使所学知识得到巩 固和发展

5、；（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计或选用等；（3）对热处理设计的基本技能进行训练，包括计算、工艺曲线绘制、工艺卡片填写和 学习使用设计资料、手册、标准和规范。2. 热处理课程设计的意义本课程是有关于落料凹模制作的工艺流程制定,重点为其过程中的热处理环节。课程设 计是培养大学生对所学知识学以致用的关键手段学会综合运用所学习的专业课程,认识、分 析和解决实际问题,锻炼实战能力,是每一个面临毕业于就业,走上工作岗位的应届大学生所 必须掌握的一门技巧。课程设计要求熟练的掌握各个专业课程,灵活运用所学的加工,合理的 选材和热处理技巧对金属材料进行加工以满足零件的加工性能和使

6、用性能的要求。在此基础 上对已有的零件进行加工和热处理流程的合理制定,不仅有利于对基础知识的理解,更有利于 发觉和弥补自身的不足,以便纠正错误。金属材料及其热处理应用与社会各个行业的方方面 面,由于本专业属于应用类,对经验的要求较高,随着工业基础建设的逐步现代化,钢铁产业的 不断发展,对金属材料及其热处理方面人才的需求将越来越大,因此对于二十世纪的材料类人 才,尤其是金属材料热处理方面的技术人员需求较多,因此必须学会熟练掌握和运用。3. 热处理课程设计的主要内容热处理工艺的最佳方案是在能够保证达到根据零件使用性能和由产品设计者提出的热 处理技术要求的基础上，设计一种高质量、低成本、清洁、高效、

7、精确的热处理工艺方法。 根据零件使用性能及技术要求，首先提出所可能实施的几种热处理工艺方案，通过综合技术 经济分析，确定最佳热处理工艺方案。其次，围绕最佳热处理工艺方案，根据零件的材料特 性及技术要求，选择热处理加热设备、加热、保温时间及冷却方式，绘制热处理工艺曲线， 制定编制热处理工艺规范，设计/选择零件在有关热处理工序使用的装夹具及校直装置等。 最后，编写主要热处理工序的操作守则。正文1零件的技术要求及选材该凹模的技术要求是在热处理完成之后,使用时的整体硬度为60 65HRC，所以它的使 用状态时的硬度很高。综合对该零件的形状、尺寸、技术要求这三方面的分析，这个模具属于一个小型的冷 作模具

8、。因为热作模具是在高温下工作的，因此需要具有一定的高温强度与高温硬度，良 好的淬透性与冲击韧度，足够的耐热疲劳性能和抗氧化能力。所以其绝大部分使用的最高 硬度也不超过60HRC。作为一个小型的冷作凹模，则其工作时主要承受拉压、弯曲、冲击、 疲劳、摩擦等多种机械力的作用，其主要时效形式有：过载失效、磨损失效、咬合失效以 及多冲疲劳失效等。但是对其作用的载荷都相对比较小。为了满足冷作模具高应力、高耐 磨和使用寿命的需要，因此这个小型冷作模具应具备较高的硬度和耐磨性，一定的抗冲击 能力，较高的变形抗力，断裂抗力，耐磨损，抗疲劳和不咬合等使用性能。2热处理工艺参数制定及设备选择2.1零件的技术要求及选

9、材2.1技术要求：厚度20mm，热处理后硬度60-65HRC。4 -和 0Xr-d CXJ亍pGO2.2 选择材料通过给出的技术要求（60 62HRC）,所以要选择淬透性和淬硬性都比较好的材料作为 该凹模的制作材料，经査阅相关资料有很多材料都适合作为冷作模具的材料，如 9SiCr、Crl2MoV.、9Mn2V、CrWMn 等。对这四种不同的材料的比较如下物理常数：临界点AclAc3Ari9SiCr770870730Crl2MoV8308557509Mn2V730760655CrWMn7509407109SiCr钢是低合金刃具用钢，但也常常制作冷作模具零件，效果很好。它比铬钢（Cr2 或9Cr2

10、 ）有更高的淬透性和淬硬性并且有较高的回火稳定性。适合分级淬火或等温淬火。 该钢可作多种形状复杂，变形要求小的冷作模具零件。高碳合金工具钢，韧性较好，具有较 好的回火稳定性，热处理时变形小。该钢中碳化物分布均匀，不易析出碳化物网，并易于正 火消除，通过正火可以消除网状以及粗片碳化物组织。但是抗压强度和耐磨性不足，加工性 较差。该钢的表面残余含碳量为 0.6%0.7%的脱碳层时，由于碳化物的减少使得表面层的 过热敏感性增大。经正常加热淬火以后表面硬度仍可以达到6065HRC，但其抗弯强度却下 降40%50%。表面层晶粒度达到7级，心部为10级。该钢锻造性能良好，由于易脱碳，需 要在中性气氛或者保

11、护气氛炉中加热。施以锻热调质处理，可以获得细密的回火索氏体组织， 简化工艺，省时节电，既有良好的切削加工性能，又有理想的余热处理组织。该钢受热软化 温度为320C,淬透性比铬钢好，油淬淬硬性深度4050mm。该钢零保温淬火韧化工艺，可 以消除搓丝=板因常规淬火加热氧化脱碳造成的早期失效，不均匀奥氏体修或可以细化马氏 体，搓火后得到隐晶马氏体或者细针状马氏体，这种组织强韧性好。9SiCr量具刃具用钢， 是常用的低合金工具钢，具有较高的淬透性和淬硬性，以及较高的回火稳定性。根据实际成 本和材料的化学成分来看，9SiCr在符合要求的同时具有整体优势。因为从热处理特点来看， 9SiCr的化学成分相对简

12、单，且合金元素含量也不高，便于热处理；另外，从上述四种材料 的物理参数看来，9SiCr的临界点相对较低，应用到大批量生产上可以减少一部分能源的使 用，这是一方面的优势。此外，对9SiCr进行回火的时候还可以不用通过介质来进行加热。 所以，在均能满足性能要求的前提下，9SiCr非常符合制作这个凹模。2.3 材料化学成分及合金元素的作用分析钢号CSiMnCrPS9SiCr0.850.951.201.600.300.600.951.250.0300.030钢中加入Cr、Si元素主要是为了提高钢的淬透性。Cr、Si元素溶入基体中可强化基体 组织，同时改善钢的回火稳定性。另外Cr元素溶入Fe3C中形成复

13、合（Fe、Mn） 3C可提高 其硬度，增加钢的硬度与耐磨性。因Cr元素的加入和低BS点，使得贝氏体和珠光体转变温 度之间出现过冷奥氏体稳定区，形成两个C曲线，而Si元素的加入又推迟贝氏体转变，所 以该钢种宜于进行分级淬火或等温淬火。由于Cr、Si元素的加入，引起临界点A3升高，淬 火后残余奥氏体较少。钢中较多Si元素的存在，有利于改善碳化物的组织形态，避免钢状碳化物的生成，但也加大钢的脫碳倾向，故该种钢在加热时需注意防护。与CrWMn钢相比, 其淬透笥、淬硬性、回火稳定性、强度和硬度以及耐磨性不如CrWMn钢。2.4所选材料的相变临界点钢号AciAc：An,9SiCr7708707302.5

14、热处理工艺方案制定2.5.1 预备热处理在预备热处理的选择中，退火和正火一般都适用。所以，对于退火和正火的选择可根 据具体情况而定，一般来说，可分为以下几种情况：（1）从改善工件的切削加工性能的角度来说，低碳钢一般采用正火；中碳钢可以采用 正火，也可以采用退火；高碳钢一般采用完全退火。（2）从改善热处理的工艺性的角度来说，一般结构较复杂，尺寸大或重要的零件采用 正火。因为退火的冷却速度相对较慢，内应力小，在零件的冷却过程中不易开裂或产生变形。 其他一般零件可采用正火的方式。（3）从经济性的角度来说，正火相比于退火，操作较为方便，且工艺性成本较低，所 以，在满足生产工艺性能和使用性能的要求下，要

15、尽可能地选择用退火代替正火工艺。所以本次设计预备热处理选择退火。2.5.2 最终热处理一般以淬火加回火作为最终的热处理工艺。淬火提高硬度，但是会降低塑性，而回火 可以改善塑性。一般分为高、中、低温回火，不同的回火可以获得不同的塑性韧性材料。通 常，淬火加高温回火称为调质处理。3.制定热处理工序的工艺参数3.1 预备热处理（退火）1）退火工艺目的主要在于软化钢料以便于进行切削加工；消除内应力以防止工件弯曲变形；细化晶粒， 改善组织以改善钢的加工性能；去除气体，以避免白点的形成等等。（2）加热温度等温退火，缓慢加热到Ac3+30100C，保持适当时间，然后缓慢冷却下来。而9SiCr 的退火温度的临界温度通过查表可知，Ac3温度为8700，所以退火温度选择为900970囹， 本次设计的选择的退火温度为9009500。（3）加热方法 加热方法主要有随炉加热、到温加热、预加热等，退火加热不需要快速加热，选择随炉加热。（4）加热介质: 金属材料进行热处理加热时会出现氧化脱碳，使金属烧损、性能降低。如何实现少、无氧化加热，要在加热介质上进行选择。整