课程设计说明书模板2

1、辽 宁 工 业 大 学 工艺 课程设计（论文）题目：45模具钢热处理工艺探究院（系）：光伏学院专业班级：材料工程技术102学号：101802039学生姓名：白云鹤指导教师：教师职称：教 授起止时间：2010-7-52010-7-16课程设计（论文）任务及评语院（系）：材料科学与工程学院 教研室：材料物理教研室学 号学生姓名专业班级材料物理071课程设计（论 文）题 目20CrNiMo主动锥齿轮渗碳淬火-回火热处理工艺课程设计（论文）要求与任务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行零件的服役条件与失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺设计。阐述2

2、0CrNiMo渗碳淬火、回火热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述主动锥齿轮热处理质量检验项目、内容及要求；阐明主动锥齿轮热处理常见缺陷的预防及补救方法；给出所用参考文献。二、课设任务1.主动锥齿轮材料的选择（要求在满足工件使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺性，合理选择材料）；2.给出20CrNiMo的C曲线；3.给出20CrNiMo主动锥齿轮冷热加工工艺流程图；4.制定20CrNiMo主动锥齿轮渗碳淬火-回火热处理工艺。三、设计说明书要求设计说明书包括三部分：1）概述；2）工艺设计；3）参考文献。设计说明书结构见工艺设计模板。工作计划集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论1.5天，

3、设计7天：1）概述0.5天，2）服役条件与性能要求0.5天，3）失效形式、材料的选择0.5天，4）结构形状与热处理工艺性0.5天，5）冷热加工工序安排0.5天，6）工艺流程图0.5天，7）热处理工艺设计2天，8）工艺的理论基础、原则0.5天，9）设计工夹具0.5天，10）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，11）热处理质量分析0.5天，设计验收1天。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日前 言钢铁材料作为现代工业的基础材料，随着现代化工业及科学技术（如航天技术，空间技术，海洋技术）的飞速发展，人们对钢材性能的要求也越来越高。为了满足这一点，一般可以采用俩种方法：（1） 研制新钢

4、种（改变化学成分，改进合金体系）；（2） 对钢刚进行热处理（主要利用合金体系中存在的相变）。冷作模具钢大多属于过共析钢和莱氏体钢，热加工和冷加工性能都不太好，因此必须严格控制热加工和冷加工的工艺参数，以避免产生缺陷和废品。另一方面，通过提高钢的纯净度，减少有害杂质的含量，改善钢的组织状态，以改善钢的热加工和冷加工性能，从而降低模具的生产成本。为改善模具钢的冷加工性能，自20世纪30年代开始，研究向模具钢中加入S、Pb、Ca、Te等易切削加工元素或导致模具钢中碳的石墨化的元素，发展了各种易切削模具钢，以进一步改善其切削性能和磨削性能，减少刀具磨料消耗、降低成本。钢的热处理总体而言是为了改善钢的力

5、学性能或加工性能。具体如下：1.钢的退火 将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。 2.钢的正火 正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢

6、正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。 3.钢的淬火 淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。此设计是通过在课堂学习热处理理论知识后的探索和尝试，其内容讨论如何设计圆板牙钢的热处理工艺，重点是制定合理的热处理规程，并按此完成9SiCr圆板牙钢的热处理工艺设计。目 录（小二号黑体，段前段后1行，1.25倍行距，居中排列）1 低合金刃具钢热处理工

7、艺概述12 圆板牙钢的热处理工艺设计22.1 圆板牙钢的服役条件、失效形式22.2 圆板牙技术要求及示意图22.3 圆板牙钢的材料选择42.4 圆板牙 9SiCr钢的C曲线52.5 圆板牙9SiCr钢加工工艺流程图62.6 9SiCr圆板牙(M12)钢退火-淬火-回火热处理工艺62.7 9SiCr圆板牙钢退火、淬火、回火热处理工艺理论112.8 选择设备、仪表和工夹具122.9 圆板牙热处理质量检验项目、内容及要求142.10 圆板牙热处理常见缺陷的预防及补救方法153 参考文献181 45模具钢热处理工艺探究概述45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低，来源广，所以广泛

8、应用，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+（3050），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，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。对在不同的终轧温度和不同的正火温度下45模具钢的性能和组织进行了探讨。结果表明,终轧温度分别为1070和860的钢板性能相差不大,采用850 ×1h正火处理后钢板可得到最佳性能。45号钢的搓火温度在820840度左右。因为45钢淬透性低，故采用冷却速度大的10%盐水溶液，45号钢水容易有软点。 本文重点讨论45模具钢热处理工艺的探究。2 45

9、 模具钢的热处理工艺设计2.1 45模具钢服役条件、失效形式 服役条件热作模具钢的服役条件主要包括：承受较大的冲击载荷和挤压应力；承受强烈的塑性磨擦与磨损；承受剧烈不均匀的热应变与热应力；承受高温氧化；承受高温腐蚀。 失效形式 (1)塑性变形 在模具失效的因素中,材料与热处理是影响使用寿命的主要因素,其比例约占70 %。选 择材料不当或热处理工艺不合理会造成模具工作部 位强度偏低,从而产生塑性变形。模具材料在很高 温度范围内长期工作,致使模具表面受到不同程度 的过度回火而被软化,引起强度降低。当模具型腔 表面软化到某一硬度值时,就容易产生塑性变形。 (2)热疲劳 热疲劳是热作模具(特别是压铸模

10、) 的主要失效 形式之一。工作时,由于模具型腔表面存在较大的 温度梯度层和急冷急热作用,使模具表面产生较大 的热应力,当温度反复变化时这种热应力也反复变 化,加之模具工作时承受机械载荷,当超过疲劳极限 的时候,则在模具表面产生网状或放射状的疲劳裂 纹。 (3)热磨损 热作模具型腔内的磨损和冷作模具材料的磨损 形成因素不同,热作模具的磨损主要以表面疲劳磨 损为主。对模具磨损有较大影响的因素是模具材料 的成分、模具的温度和硬度。通常对于同样的材料, 模具的硬度越低或模具的温度越高,磨损量越大。 模具与被加工的红热金属坯料之间的摩擦得不到润 滑,被红热的金属坯料氧化,型腔表面层被回火软 化,同时氧化

11、又加剧了磨损。 214 (4)断裂 断裂和开裂失效在热锻模中约占总失效的 20 %25 % ,压铸模中占5 %10 %左右。由于断 裂往往具有突发性,导致使用寿命低,危害大,所以 受到广泛重视和研究。造成模具断裂和开裂的原因 很多,除了模具安装和操作不当外,与载荷过大、模 具设计、材质以及热处理均有密切的关系。 2.2 圆板牙技术要求 圆板牙的技术要求圆板牙属于手工切削或低速切削的工，要求齿部有较高的耐磨性，同时齿部不能太脆，因此要有较高的韧性且变形要小，因此不能脱碳。硬度：6063HRC。金相组织：马氏体针3级，残留碳化物网3级。尺寸：螺纹中径应控制在12mm、厚度为14mm、外圆直径34m

12、m的范围内。装炉量：5件。 圆板牙的平面图图1 圆板牙平面图 圆板牙的剖面图图2 圆板牙剖面图2.3 圆板牙钢的材料选择圆板牙属于薄刃工具，其刃部所受的冲击力不大，制造的材料组织中含有均匀分布的9SiCr钢为常见的合金工具钢，为过共析低合金工具钢，其主要化学成分和临界温度如下表1和表2所示。表1 9SiCr钢的化学成分（GB/T 12992000）W/%CSiMnCrSP0.850.951.201.600.300.600.951.250.0300.0302.4 圆板牙9SiCr钢的C曲线对于“C”曲线的变化来讲，奥氏体晶粒粗大，成分均匀性提高，奥氏体稳定性增加，“C” 图2 9SiCr钢奥氏体

13、等温转变曲线（奥氏体化温度875）2.5 圆板牙9SiCr钢加工工艺流程图毛坯锻造球化退火机械加工淬火检查检查回火清洗外观处理发黑处理 图3 工艺流程图2.6 9SiCr圆板牙(M12)钢退火-淬火-回火热处理工艺制造9SiCr圆板牙（M12）采用的热处理工艺包括预备热处理德球化退火和最终热处 锻造工艺曲线 图4 9SiCr圆板牙(M12)热处理全过程工艺曲线制造圆板牙的毛坯要经过锻造后获得基本的形状。锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方图5 锻造工艺曲线查阅热处理工艺规范数据手册可以找出9SiCr钢的锻造工艺的加热温度、

14、始锻温度冷却方式，本设计具体的锻造工艺参数如表3所示。表3 9SiCr钢的热加锻造工艺规范项目加热温度/开始温度/终止温度/冷  却钢锭1150120011001150880800缓冷（砂冷或坑冷）钢坯1100115010501100850800缓冷（砂冷或坑冷） 球化退火工艺曲线圆板牙属于低合金刃具钢。低合金刃具钢的预先热处理是球化退火，目的是降低硬度，改善锻造组织和切削加性能，为最终热处理作组织准备。9SiCr圆板牙球化退火前的组织要求是细片状珠光体，经等温球化退火后为球状珠光体，其经淬-回火后的力学性能与原始组织为片状珠光体相比，在强度、硬度相同情况下，其塑韧性都要高，且对淬火

15、温度的敏感性也相对较小。 Acm 870Ac1 770Ar1 730 30h 炉冷500出炉空冷8007102h4h温度T时间th100h 图6 9SiCr等温球化退火工艺曲线 淬火工艺曲线本设计采用等温淬火。因为等温淬火除了有消除内应力、提高力学性能和耐磨性等作用外，还可使组织应力和热应力减至最小，并大大减少工件的变形，适合要求变形小、形状复杂的刃具，所以对圆板牙这类要求变形较高的工件，宜采用等温淬火工艺。A cm 870630860盐浴炉19021minA c1 77011min45min油冷温度T时间th图7 9SiCr等温淬火工艺曲线 低温回火工艺曲线由于钢中 Cr、Si的加入，提高了

16、9SiCr圆板牙钢的回火稳定性，因此可采用低温回火。图8 9SiCr回火工艺曲线2.7 9SiCr圆板牙钢退火、淬火、回火热处理工艺理论2.7.1 退火原理将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却2.7.2 淬火工艺原理把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上一定温度，保温一定时间，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火方法2.7.3 回火工艺原理回火是指将淬火钢加热到临界点A1以下某一温度，保温一定时间，使淬火组织转变为2.8选择设备、仪表和工夹具2.8.1设备加热炉为主要的设备。按工作介质分：空气炉、盐浴

17、炉、保护气氛炉、流动离子炉、图9 插入式电极盐浴炉结构图10 埋入式电极盐浴炉结构2.8.2仪表热处理中温度是一个很重要的参数，实现精确的测量与控制，对提高热处理质量十分2.8.3工夹具圆板牙的特点是厚度与直径相比显得薄，淬火时内孔易涨大，除了用等温淬火来消除具加热。图11 淬火挂（吊）具2.9 圆板牙热处理质量检验项目、内容及要求1）变形检查 圆板牙在热处理过程中加热、冷却，并便随有相变发生，所以会产生变形，如弯曲或翘曲变形超过图纸技术或工艺要求范围，必须校正。2）外观检查 表面淬火后不能出现过烧、熔化、裂纹等缺陷。硬度合格后应进行发黑处理，处理后的颜色为棕色或棕黑色。3）硬度检查 为保证圆

18、板牙热处理后达到技术或工艺要求，待检件选取应有代表性，通常从热处理后的零件中选取能反映零件的工作部位或零件的工作部位硬度的其他部位，对每一个待检件的正时试验点数一般应不少于3个点。用洛氏硬度准确测量HRA再换算成HRC。圆板牙检验部位如下图12所示。 图12 圆板牙硬度检查部位示意图表4 淬火回火硬度偏差范围4）金相组织检查 圆板牙球化退火后应该为珠光体25级，网状碳化物3级。按GBT12992000评定。低温回火后的金相组织为：马氏体 + 下贝氏体 + 残余奥氏体 + 碳化物。组织检验应注意残余奥氏体和针状碳化物，都按国家标准评定。2.10圆板牙热处理常见缺陷的预防及补救方法2.10.1圆板牙球化退火的缺陷及其预防、补救圆板牙球化退火后易产生组织缺陷为球化组织粗大不均、球化不完全、组织中有网状2.10.2圆板牙球化淬火的缺陷及其预防、补救圆板牙对变形的要求非常高，所以应特别注