毕业设计（论文）-压铸铝合金用模具的热处理工艺设计.doc

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 压铸铝合金用模具的热处理工艺设计 学生姓名： 学 号： 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 级材料成型及控制工程 班 级： 材料成型及控制工程 指 导 教 师： 职称： 讲 师 2013年12月28日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目压铸铝合金用模具的热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计压铸铝合金用模具的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能力。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容 ：（1）明确设计任务（包括设计的技术要求、用途及工艺流程）（2）绘出热处理件零件图（电动机壳体的压铸模图、相对应的电动机壳体图）（3）给出设计方案（4）写出设计说明（5）设计质量检验项目（6）设计热处理工艺卡片（7）压铸铝合金用模具的热处理缺陷及预防或补救措施要求：（1）通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。（2）分析热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（3）提交设计说明书（报告），2千字以上。报告格式请参照“毕业论文（设计）”格式3、主要参考文献1 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20052 中国机械工程学会热处理分会热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.3 张玉庭主编热处理技师手册机械工业出版社2006第一版4 中国机械工程学会热处理学会热处理手册机械工业出版社2003第三版.4、课程设计工作进度计划第十六周：对给定的题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。第十七周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日攀枝花学院本科课程设计（论文） 摘要摘 要 本课设计了压铸铝合金用模具的热处理工艺设计。主要讨论了压铸模的模具的热处理过程，其工艺路线：锻造预备热处理（球化退火）粗加工去应力处理（650）精加工最终热处理渗氮。此模具采用3cr2w8v中碳高合金钢作为模具材料。主要是其受热温度很高，同时还能承受很高的应力。3cr2w8v钢中w含量较高，耐回火性高。w还提高钢的ac1点，故可提高钢的热疲劳抗力。cr主要提高钢的淬透性，并可提高热疲劳抗力、抗氧化性和耐蚀性。少量的v能细化晶粒，提高耐磨性。关键词： 压铸铝合金用模具 压铸模 3cr2w8v 攀枝花学院本科课程设计（论文） 目录目 录摘 要1、设计任务11.1设计任务11.2设计的技术要求12、设计方案22.1压铸铝合金用模具的热处理工艺的22.1.1工作条件22.1.2失效形式22.2钢种材料33、设计说明43.1加工工艺流程43.2具体热处理工艺43.2.1预备热处理工艺43.2.2最终热处理43.2.3渗氮工艺54、常见缺陷分析及防止措施65、结束语76、热处理工艺卡片8参 考 文 献 9攀枝花学院本科课程设计（论文） 1 设计任务1 设计任务1.1设计任务压铸铝合金用模具的热处理工艺设计1.2设计的技术要求 压铸模是液态金属制品成型的工具，要求有一定的强韧性、耐热疲劳性和抗蚀性能。压铸模在工作时于热态金属长时间接触，受热温度高达500800甚至千度以上，同时还承受很高的应力，因此高的热稳定性、高温强度和耐热疲劳性能是这类模具用钢的主要性能要求。而压铸铝合金用模具型腔的工作温度高达600左右。故其要有一定的耐热性和耐火性。6攀枝花学院本科课程设计（论文） 2 设计方案2 设计方案2.1压铸铝合金用模具热处理工艺的分析2.1.1工作条件热作模具的工作条件恶劣，特别是工作温度高，性能要求苛刻。为了适应不同条件下的使用，热作模具的材料和热处理工艺要求都比较高。2.1.2失效形式热作模具的失效形式有变形失效、热疲劳失效、热磨损失效和断裂失效四中。变形失效是指在高温下毛坯与模具长期接触使用后模具出现软化而发生塑形变形。热疲劳是指在环境温度发生周期性变化条件下工作的模具表面出现网状裂纹。热作模具工作温差大，急冷急热反复速度快的热压铸模具、锻模等易出现热疲劳裂纹，此裂纹属于表面裂纹，一般较浅，在机械应力作用下向内部扩展，最终产生断裂失效。断裂是指材料本身承载能力不足以抵抗工作载荷而出现失稳态下的材料开裂，包括脆性断裂、韧性断裂，疲劳断裂和腐蚀断裂。热作模具断裂，与工作载荷过大，材料处理和选材不当以及应力集中等有关。热磨损失效是指模具工作部位于被加工材料之间相对运动产生的损耗，包括尺寸超差和表面损伤两种形式压铸铝合金用模具的主要失效形式为粘模、热疲劳、拐角和锐边处开裂（粗裂纹或劈裂）、磨损或腐蚀。 2.2钢种材料 压铸铝合金用模具选用3cr2w8v钢作为模具材料，3cr2w8v为中碳高合金钢。3cr2w8v钢中w含量较高，耐回火性高。w还提高钢的ac1点，故可提高钢的热疲劳抗力。cr主要提高钢的淬透性，并可提高热疲劳抗力、抗氧化性和耐蚀性。少量的v能细化晶粒，提高耐磨性。3cr2w8v的成分如表1 表1 3cr2w8v合金的化学成分（质量分数，）csimncrwv0.350.400.400.402.202.707.509.000.200.503 设计说明3.1加工工艺流程压铸铝合金用模具的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 锻造预备热处理(球化退火)粗加工去应力处理精加工最终热处理（淬火回火）钳修打光渗氮装配。3.2具体热处理压铸铝合金用模具的热处理包括初期的锻造和预备热处理以及后期的最终热处理，预备热处理以减少坯料的硬度和均匀组织为方便后面的机加工，也为后续的最终热处理淬火、回火、渗氮提供优良的原始组织。3.2.1预备热处理工艺3cr2w8v钢由于w、cr的含量高，相当于过共析钢。锻造后进行不完全退火。选择的不完全退火方式为球化退火。退火工艺：840880720740等温，炉冷至500出炉。退火的目的是：降低硬度，均匀组织，改善切削加工性，并位淬火作组织准备。3.2.2最终热处理（淬火回火） 压铸铝合金用模具3cr2w8v模具淬火、回火工艺：550600预热，1050加热，预冷至850油淬，在610，580进行两次回火。热处理后的硬度一般不超过48hrc，过高易产生热裂。图1为3cr2w8v的热处理工艺曲线 图1 3cr2w8v的热处理工艺曲线温度/ 1070850油冷55090二次预热 90一次预热580560610580油油120 120时间/min为了保证压铸铝合金用模具的热处理质量，要避免出现畸变、开裂、渗氮、氧化或腐蚀等弊病，应在脱氧良好的盐浴中，或保护气氛的炉中，或装箱保护加热，或真空炉中热处理。淬火加热时应采用450500和800850的两次预热。装箱加热时应在500以下入炉。 模具加热后淬冷过程的冷却速度，对模具性能和寿命的影响至关最要。冷速低，尺寸稳定性好，畸变、开裂倾向小，但显微组织会出现晶界碳化物或上贝氏体，从而降低断裂韧度。 模具淬火后应立即回火，以免开裂。回火温度根据工作硬度和钢的回火温度硬度曲线来选定。通常选择3cr2w8v钢制压铸模型腔的硬度为4450hrc。3.2.3渗氮工艺 3cr2w8v模具的渗氮工艺选择使用广泛的气体渗氮，3cr2w8v的渗氮工艺规范见表。 阶段温度/时间/h分解率(%)渗氮层深/mm表面硬度(hv)4804905205306006202022202423152530501000.200.35600 攀枝花学院本科课程设计（论文） 5 结束语4 常见缺陷分析及防止措施模具热处理中常见的缺陷及防止措施：1. 球化组织粗大不均，球化不完善，组织中有网状、带状和链壮碳化物。应正确的制定球化退火的工艺规范2. 淬火过热或过烧，淬火组织粗大化，应正确制定淬火工艺，严格控制淬火温度和加热时间3. 硬度低或不均匀。应有良好的预备热处理组织，进行良好的盐浴脱氧，选用淬透性高的钢，正确制定淬火、回火工艺参数，4. 脱碳。盐的质量必须符合标准要求，并经30050024h的烘干脱水。5. 裂纹。应改进锻造和球化退火工艺，消除网状，带状，链状碳化物，改善球化组织的均匀性。在淬火前的去应力退火。严格控制淬火加热温度和时间，防止过热过烧。采取预热和预冷的措施。淬火后要及时回火，回火要充分。6. 腐蚀。避免向盐浴中带入氧化物。营用氯盐作分级冷却介质。模具淬火、回火后及时清除表面残盐。 5 结束语压铸铝合金用模具的热处理包括初期的锻造和预备热处理以及后期的最终热处理，预备热处理以减少坯料的硬度和均匀组织为方便后面的机加工，也为后续的最终热处理淬火、回火、渗氮提供优良的原始组织。3cr2w8v钢由于w、cr的含量高，相当于过共析钢。锻造后进行不完全退火。选择的不完全退火方式为球化退火。3cr2w8v模具的淬火、回火工艺：550600预热，1050加热，预冷至850油淬，在610，580进行两次回火。攀枝花学院本科课程设计（论文） 6 热处理工艺卡6 热处理工艺卡片零件名称：压铸铝合金用模具热处理工艺卡处理要求：锻造预备热处理(球化退火)粗加工去应力处理精加工最终热处理（淬火回火）钳修打光渗氮装配热处理技术要求：恰当控制温度和时间硬度：4045hrc材料：3cr2w8v钢 工序号名称设 备工具装 料工 艺 规 范冷 却备 注工具数量一工具装数量/件温度/加热时间保温时/h间合计介质温度/1锻造-2球化退火8408805min11h炉冷3淬火8208505min22h油4回火6105801h1-22-3h油5渗氮4806201h5051h空气678910更该日期更改单号更改标准更改者8攀枝花学院本科课程设计（论文） 参考文献参 考 文 献1 冯晓曾等.模具用钢和热处理m.北京：机械工业出版社，1982.2 夏立芳.金属热处理工艺学m.哈尔滨：哈尔滨工业出版社，1986.3 热处理手册编委会.热处理手册m.北京：机械工业出版社.2001.4 吴晓峰,马坤.模具钢应用的主要问题与