第六章___热处理

第六章 热处理 6 1 热热处处理理的的概概念念 热处理是一种重要的金属加工工艺 它主要是把金属材料在固态下加热 保温 冷却 以改变其组织 从而获得所需性能的一种热加工工艺 热处理的主要目的是为了改善金属材料的性能 即改善钢的工艺性能和 提高钢的机械性能和使用性能 通过热处理可以改善金属材料的性能 所以绝大多数机械零件都要经 过热处理以提高产品的质量 延长使用寿命 据统计 拖拉机 汽车零件的 70 80 需要进行热处理 各种刀具 量具和模具 100 要进行热处理 如果将原材料在加工过程中采用的预备热处理包括进去 可以说所有的机械 零件都要机械热处理 6 2 模模具具零零件件整整体体热热处处理理工工序序 模具零件常用的热处理工序有正火 退火 淬火 回火 调质 表面 化学处理 冷处理等 6 2 1 正正火火 正火是将钢件加热至 AQ3或 AQcm以上 30 50 或更高的温度 保温 一段时间 随后在空气进行冷却 从而得到珠光体型转变的操作过程 用以 消除碳素工具钢 合金工具钢的残余网状碳化物 细化不均匀的片状珠光体 和退火相比 正火的冷却速度较快 过冷度较大 得到的珠光体组织较细 对于中碳钢 低碳钢 铸钢 用正火代替完全退火 提高其韧性 改善钢的 加工性能 缩短加工周期 正火的主要目的有调整锻 铸钢件的硬度 细化晶粒 消除网状渗碳体 并为淬火做好组织准备 通过正火细化晶粒 钢的韧性可显着改善 对低碳 钢正火可提高硬度以改善切削加工性能 对焊接件则可以通过正火改善焊缝 及热影响区的组织和性能 6 2 2 退退火火 1 完全退火 将钢加热到 Ac3以上 30 50 保温一段时间 使其完全奥氏体化 随后随炉缓慢冷却 模具钢完全退火的目的是细化晶粒 均匀组织 消除内 应力 降低硬度 为后续热处理做组织准备 是一种预备热处理工艺 2 去应力退火 一般加热温度为 600 650 目的是消除模具淬火或精加工前的残余 应力 或避免高速钢返修淬火时出现的絮状断口 3 球化退火 球化是模具钢中应用最普遍的退火工艺 采用此工艺可以使片状珠光 体变成粒状珠光体 由于粒状珠光体硬度比片状珠光体低 因而改善了模具 的切削加工性能 也为淬火做好了组织准备 球化退火组织对模具最终热处 理后的强韧性 畸变 开裂倾向 耐磨性 断裂韧度有显着的影响 球化退 火温度应选在 Acl以上 20 50 为宜 4 等温退火 等温退火是将钢件或毛坯加热到高于Acl 或 Acl 温度 保持适当时 间后 较快的冷却到珠光体转变温度区间的某一温度并等温保持使奥氏体转 变为珠光体型组织 然后再空气中冷却到退火工艺 等温退火的转变较易控 制 能获得均匀的预期组织 对于奥氏体较稳定的合金可大大缩短退火时间 一般只需要完全退火的一半左右 6 2 3 淬淬火火 将钢加热到临界点以上 淬火温度 保温一段时间 然后迅速放入水中 油或碱液等冷却介质 冷却的操作过程 目的是获得最终所需要的淬火组织 及回火处理后的综合力学性能 提高零件的硬度和耐磨性 模具材料的淬火 是应用较普遍的一种热处理方法 淬火的效果取决于淬火加热温度 保温时 间 冷却方式和冷却介质等工艺过程 6 2 4 回回火火 将淬火后的零件加热到临界点以下的一定温度 在该温度下停留一段时 间 然后空冷到室温的操作过程 一般淬火情况下 模具淬火后应立即回火 目的是消除应力 防止开裂 变形 并适当降低硬度 提高钢的韧性 模具 钢常用的是低温回火和高温回火 低温回火主要用于冲压模具 一般在 150 250 范围内进行 目的是为了获得高的硬度 并通过回火消除淬火应 力 获得韧性 但应避开冷作模具钢的回火脆性温度范围 高温回火一般用 于热作模具和一些高合金模具钢 在500 650 范围内进行 其目的是获 得高的强度和良好的韧性 并有稳定的组织和性能 6 2 5 调调质质 将淬火后的钢质零件进行高温回火 这种双重热处理的操作为调质 目 的是为了获得硬度为 180 320HV 的细球光体和超细碳化物 消除网状或 带状碳化物 消除加工后的残余应力 改善组织 便于机加工 防止淬火开 裂和减少淬火畸变 6 3 模模具具零零件件热热处处理理工工艺艺 Cr12MoV 钢有高淬透性 截面在 400 以下可以完全淬透 在 300 400 仍可保持良好的硬度和耐磨性 较Cr12MoV 钢有高的韧性 淬火时体积变化量小 又有高的耐磨性和良好的综合机械性能 1 退火 本次两幅模具工作部件均采用Cr12MoV 钢制造 查表可知 Cr12MoV 钢的退火温度为 850 870 其退火保温时间可按下式计算 t a K D 式中 t 加热保温时间 min a 加热系数 盐浴炉 a 0 5 0 8min mm 井式回火炉 a 1 0 1 5min mm 箱式电炉 a 2 2 5min mm K 装炉条件修正系数 一般取1 1 5 D 工件有效厚度 mm 2 淬火 根据模具编号可查出 Cr12MoV 钢淬火加热温度为 1020 1050 其 淬火保温时间可按下式计算 t D 1 25 式中 t 加热保温时间 min D 工件有效厚度 mm 3 回火 Cr12MoV 钢的回火温度与回火时间可按下式计算 T 200 11 60 H t 120 D 式中 T 加热温度 H 要求工件具有的洛式硬度值 t 加热保温时间 min D 工件有效厚度 mm 4 模具工作零件热处理 5 表 1 落料冲孔模工作零件退火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模Cr12MoV1 6850 8701 6 58水 凹模Cr12MoV36850 87036 62水 凸凹模Cr12MoV15 5850 87015 5 62水 表 2 落料冲孔模工作零件淬火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模Cr12MoV1 6 1020 105 0 1 28 58水 凹模Cr12MoV36 1020 105 0 28 8 62水 凸凹模Cr12MoV15 5 1020 105 0 12 4 62水 表 3 落料冲孔模工作零件回火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷却 凸模Cr12MoV1 6222121 6 58空气 凹模Cr12MoV36178156 62空气 凸凹模Cr12MoV15 5178135 5 62空气 1 6min 850 870 水 水 1 28min 121 6min 退火 淬火 回火 温 度 时间 1020 1050 222 图 1 凸模的热处理 36min 850 870 水 水 28 8min 156min 退火 淬火 回火 温 度 时间 1020 1050 222 图 2 凹模的热处理 15 5min 850 870 水 水 12 4min 135 5min 退火 淬火 回火 温 度 时间 1020 1050 222 图 3 凸凹模的热处理 表 4 变薄拉伸 模工作零件退火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模Cr12MoV10 5850 87010 5 58水 凹模Cr12MoV42850 87042 62水 表 5 变薄拉伸 模工作零件淬火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模Cr12MoV10 51020 10508 4 58水 凹模Cr12MoV421020 105033 6 62水 表 6 变薄拉伸 模工作零件回火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模Cr12MoV10 5222130 5 58 空 气 凹模Cr12MoV42178162 62 空 气 10 5min 850 870 水 水 水 8 4min 130 5min 退火 淬火 回火 温 度 时间 1020 1050 222 图 4 变薄拉伸 凸模的热处理 42min 850 870 水 水 33 6min 162min 退火 淬火 回火 温 度 时间 1020 1050 178 图 5 变薄拉伸凹 模的热处理 表 7 斜楔模工作零件退火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模Cr12MoV14 5850 87014 5 58水 凹模Cr12MoV38850 87038 62水 活动凹模Cr12MoV12850 87012 62水 表 8 斜楔模工作零件淬火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模Cr12MoV10 51020 105011 6 58水 凹模Cr12MoV421020 105030 4 62水 活动凹模Cr12MoV121020 10509 6 62水 表 9 斜楔模工作零件回火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷却 凸模Cr12MoV10 5222134 5 58空气 凹模Cr12MoV42178158 62空气 活动凹模Cr12MoV12178132 62空气 14 5min 850 870 水 水 水 11 6min 134 5min 退火 淬火 回火 温 度 时间 1020 1050 222 图 4 斜楔凸模的热处理 38min 850 870 水 水 30 4min 158min 退火 淬火 回火 温 度 时间 1020 1050 178 图 5 斜楔凹模的热处理 12min 850 870 水 水 9 6min 132min 退火 淬火 回火 温 度 时间 1020 1050 178 图 5 斜楔活动凹模的热处理 5 模具其它零件热处理 45 钢是中碳结构钢 冷热加工性能都不错 机械性能较好 它的最大弱点 是淬透性低 截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用 45 钢淬火温度在 A3 30 50 在实际操作中 一般是取上限的 偏高的淬火温度可以使工件 加热速度加快 表面氧化减少 且能提高工作效率 HT200 是灰铸铁 其抗拉强度和塑性低 但铸造性能和减震性能好 主要用来铸造汽 车发动机汽缸 汽缸套 车床床身等承受压力及振动部件 这里在模具中常用于上下模座 表 6 7 落料冲孔模其它零件退火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模固定板 452172021 43水 凸凹模固定板452172021 43水 卸料板4587208 43水 顶件块4515 572015 5 43水 垫板4587208 43水 上模座HT20040600 70040 28水 下模座HT20045600 70045 28水 表 6 8 落料冲孔模其它零件淬火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模固定板4521820 84016 8 43水 凸凹模固定板4521 820 84016 8 43水 卸料板458 820 8406 4 43水 顶件块4515 5 820 84012 4 43水 垫板458 820 8406 4 43水 水 21min 16 8min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 8 凸模固定板的热处理 水 21min 16 8min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 9 凸凹模固定板的热处理 水 8min 6 4min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 10 卸料板的热处理 水 15 5min 12 4min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 11 顶件块的热处理 水 8min 6 4min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 12 垫板的热处理 图 6 8 上模座模的热处理 图 6 8 下模座的热处理 表 6 9 变薄拉伸 模其它零件退火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模固定板4535 720 35 43水 定位板451 5 720 1 5 43水 卸料板4525 720 25 43水 垫板452772027 43水 上模座HT20040600 70045 28水 下模座HT20045600 70040 28水 表 6 10 变薄拉伸 模其它零件淬火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 凸模固定板4535 820 84028 43水 定位板451 5 820 8401 2 43水 卸料板4525 820 84020 43水 垫板4527820 84021 6 43水 水 35min 28min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 11 凸模固定板的热处理 水 1 5min 1 2min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 12 定位板的热处理 水 25min 20min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 13 卸料板的热处理 水 27min 21 6min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 14 垫板的热处理 图 6 1 上模座的热处理 图 6 15 下模座的热处理 40min 45min 表 6 9 斜楔模其它零件退火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 固定板4522 720 22 43水 定位板458 5 720 8 5 43水 斜楔4513 720 13 43水 挡块452072020 43水 垫块452072020 43水 上模座HT20035600 70035 28水 下模座HT20040600 70040 28水 表 6 10 斜楔模其它零件淬火工艺数据表 工作部件材料 厚度 mm 温度 时间 min 硬度 HRC 冷 却 固定板4522 820 84017 6 43水 定位板458 5 820 8406 8 43水 斜楔4513 820 84010 4 43水 挡块4520820 84016 43水 垫块4520820 84016 43水 水 22min 17 6min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 11 固定板的热处理 水 8 5min 6 8min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 12 定位板的热处理 水 13min 10 4min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 13 斜楔的热处理 水 20min 16min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 14 挡块的热处理 水 20min 16min 淬火 820 840 水 温 度 720 退火 时间 图 6 14 垫块的热处理 图 6 1 上模座的热处理 图 6 15 下模座的热处理 6 4 工工作作部部件件加加工工工工艺艺路路线线 模具由多个零件组成 其制造过程包括零件的加工 装配及模具的试模 和调整 其中 材料经下料 锻造 车 铣 刨 磨等方法加工成符合图样 要求的零件过程称为加工工艺过程 按顺序列出加工工序名称及其主要内容 亦称为加工路线 35min 40min 6 4 1 冲冲孔孔落落料料模模 1 凸模加工工艺路线 1 下料 下 15x56 的毛坯圆棒料 2 热处理 退火 3 车 车两端面 打中心孔并切断 4 车 粗车 半精车外圆 留磨量 0 3 单面 5 热处理 淬火 低温回火58 62HRC 6 磨 磨及保证同轴度 015 0 006 0 10 48 0 060 0 6 7 车 研磨两端顶尖孔 8 线切割 切去小端中心孔 保持总长L 9 钳 去毛刺并研磨刃口 将凸模装入固定板 10 磨 与固定板同磨上端面 翻身磨出上端面 11 检验 2 凹模加工工艺路线 1 下料 2 锻 3 热处理 退火 4 粗加工 刨六个面 留 0 5 的余量 5 粗磨平面 磨上下两平面及 6 互相垂 直的两侧面 以作为划线基准 6 钳 划线并钻 铰 2x 12mm 钻 攻 4xM12mm 7 热处理 淬火并回火到 62 64HRC 8 精磨 精磨平面 保证表面精度 9 线切割 按图样编制线切割加工程 序并进行线切割加工 10 研磨 提高精度 11 检验 3 凸凹模加工工艺路线 1 下料 2 锻 3 热处理 退火 4 粗加工 刨六个面 留 0 5 的余量 5 粗磨平面 磨上下两平 面及互相垂 直的两侧面 以作为划线基准 6 钳 划线并钻 铰 2x 12mm 钻 攻 4xM12mm 7 热处理 淬火并回火到 62 64HRC 8 精磨 精磨平面 保证表面精度 9 线切割 按图样编制线切割加工程序并进行线切割加工 10 研磨 提高精度 11 检验 4 垫板 固定板的加工工艺路线 1 下料 2 锻 3 热处理 去应力退火 4 粗加工 刨六个面 均留0 5 的余量 5 粗磨平面 磨上下两平面及互相垂直的两侧面 以作为划线基准 6 钳 划线并钻 铰孔 钻 攻孔 7 热处理 淬火到要求硬度值 8 线切割 按图样编制线切割加工程序并进行线切割加工 9 精磨 精磨平面 保证表面精度 10 研磨 提高精度 11 检验 6 4 2 变变薄薄拉拉伸伸 1 凸模加工工艺路线 1 下料 2 锻 3 热处理 退火 4 粗加工 刨各个面 均留0 5 的余量 5 粗磨平面 磨上下两平面及互相垂直的 两侧面 以作为划线基准 6 钳 划线并钻 铰 7 5mm 7 8mm 孔 7 热处理 淬火并回火到 58 62HRC 8 精磨 精磨平面 保证表面精度 9 钳 去毛刺并研磨刃口 将凸模装入固定板 10 磨 与固定板同磨上端面 翻身磨出上端面 11 研磨 提高精度 12 检验 2 凹模加工工艺路线 1 下料 2 锻 3 热处理 去应力退火 4 粗加工 刨六个面 均留0 5 的余量 5 粗磨平面 磨上下两平面及互相垂直的 两侧面 以作为划线基准 6 钳 划线并钻 铰 6mm 钻 攻 M10mm 孔 7 热处理 淬火并回火到 62 64HRC 8 精磨 精磨平面 保证表面精度 9 研磨 提高精度 10 检验 3 垫板 固定板的加工工艺路线 1 下料 2 锻 3 热处理 去应力退火 4 粗加工 刨六个面 均留0 5 的余量 5 粗磨平面 磨上下两平面及互相垂直 的两侧面 以作为划线基准 6 钳 划线并钻 铰孔 钻 攻孔 7 热处理 淬火到要求