材料工程课程设计报告(3)

经过上述加工处理的模具在大多数场合下均已能满作要求但对个别特殊场合还可能存在强韧性不足等缺陷，经查阅资料分析讨论得出以下处理办法： 1、提高模具强韧性的途径

（1）改善碳化物偏析，减小碳化物颗粒

Cr12MoV钢属高碳高铬合金模具钢，组织内部共晶碳化物多、颗粒大、偏析严重，这些碳化物的存在，除容易造成模具淬火开裂和变形外，还增加了模具使用过程中的脆性，降低了韧性。因此我们用常规方法对该钢进行多次墩粗和拔长，将大块状碳化物击碎，并改善了组织内部碳化物偏析，为防止由于原材料表面存在的裂纹等缺陷导致锻造过程出现的裂纹扩展而报废，锻造前用机械加工的方法将毛坯表面去除2～3mm，并在锻造后及时进行球化退火，退火后硬度<250HBS，球化级别为2～3级。 （2）增加高温调质工序

由于Cr12MoV钢组织内部碳化物交边形态呈尖角状，极易造成尖角处的应力集中，增加了淬火开裂、磨削裂纹和使用过程中产生脆性的倾向。当用常规调质工艺参数时，由于淬火加热温度低，不能改变和溶解碳化物的尖角形态，其作用和意义不是很大。为进一步减少碳化物颗粒和尖角形态对模具磨削裂纹和脆性的影响，根据Cr12MoV钢材料特性和热处理工艺的特点，在模具粗加工后，增加半成品的高温调质工序，即将淬火加热温度提高到该材料的二次硬化温度，淬火后进行高温回火。提高淬火加热温度能使在原较低的加热温度下不能溶解的较小碳化物进一步溶解，一些较大的碳化物虽不能溶解但也会在较高温度加热时，由于尖角处高浓度碳向与其接近部位低浓度碳的平面处(或曲率半径大的部位)的扩散加剧，产生尖角处碳化物的微溶现象，使尖角处发生钝化，曲率半径增大。这种对小块状碳化物的溶解和大块状碳化物尖角形态的改变，缓解和减轻了碳化物数量多和呈尖角形态时易造成应力集中的不利影响，并且已溶的大量碳化物在高温回火过程中又以细小的粒状碳化物均匀地析出，不仅降低了模具的脆性、增加了韧性，又为随后等温淬火时提高下贝氏体强度奠定了基础。因此，Cr12MoV钢增加半成品高温调质工序是提高模具强韧性和减少磨削裂纹的重要措施之一。 （3）采用亚温加热、等温淬火

Cr12MoV钢在1020～1040℃加热保温后淬火，可获得淬火马氏体量最多、硬度达到最高值。根据模具失效形式，为最大限度地保证模具在具有足够强度和硬度的前提下，进一步提高和挖掘材料韧性潜力，采用了降低加热温度、延长保温时间、进行下贝氏体等温淬火、然后在Ms线以下温度回火两次的工艺方法。

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由于奥氏体晶粒的长大速率除与保温时间有关外，更主要取决于奥氏体化的加热温度。采用亚温加热延长保温时间，其目的是尽可能得到均匀细小的奥氏体晶粒，使合金碳化物在一定时问内大多数溶于奥氏体当中，由于组织转变的遗传性，淬火时得到复合组织的晶粒均比常规加热温度小的多，提高了材料的韧性。采用等温淬火的目的是获得一定数量的下贝氏体组织和随后冷却过程中残余奥氏体继续转变得到马氏体组织。由于Cr12MoV钢含碳量高，得到高碳的下贝氏体组织除具有良好的强度外，其断裂韧度明显高于回火马氏体组织，并且当下贝氏体和马氏体按一定比例组合后，开始形成的下贝氏体起着分割奥氏体晶粒的作用，又使随后形成的马氏体细化，因而降低了脆性转变温度，有利于强度的提高。因此采用亚温加热和等温淬火使模具获得了良好强度和韧性的匹配。 （4）增加消除应力的时效工序

滚丝模具牙型在热处理后精磨加工成型，异形冲子在半成品热处理后进行线切割加工成型。滚丝模具在磨削加工中，容易因磨削过热造成磨削应力产生磨削裂纹或增加使用过程中的脆性。异形冲子在线切割加工过程中，表面由于在瞬间高温融化后快速冷却时，又产生了新的淬火组织，其表层应力容易造成在使用过程中产生脆性或在存放过程中产生裂纹，特别是模具尖角部位表现尤为突出。为消除机械或电加工后模具形成的应力和在使用过程中产生脆性的影响，在模具磨削或线切割加工后，增加了低温(160℃～180℃)加热，12～16小时保温的消除应力时效处理。

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课程设计心得体会

作为一名金属材料与热处理专业的学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义的。在已度过的三年大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础的的理论面，如何去面对现实中的各种热处理工艺设计？如何把我们所到的专业基础理论知识用到实践中去？我想做类似的作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工艺标准，一次次翻阅热处理方面的书籍是十分必要的，同时也是必不可少的。过这次课程设计我发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已基本经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。 通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作铺展了道路。另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的一大收获。整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正能够谅解。

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参考文献

1、高殿奎、刘艳色 钢凹模的热处理工艺改进 金属热处理 2002 2、周敬恩 模具材料选用、 热处理与使用寿命 金属热处理,1999, 3、陈浩杰、蒋志武 Cr12钢模具调质和低温淬火处理 金属热处理 1992 4、邹安全 Cr12MoV模具钢热处理工艺试验研究 模具工业 2001

5、佟晓辉、任平 Cr12MoV 钢冷镦模深冷处理与回火工艺 模具工业 1991 6、尹熙武 模具钢的用途及发展 四川冶金 1996

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