材料工艺学课程设计

1、材料工艺学课程设计（论文）题目：cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模球化退火 -淬火-回火工艺设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：起止时间：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：材料科学与工程学号学生姓名专业班级课程设计 （论文） 题 目cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模球化退火-淬火-回火热处理工艺设计程 设 计（ 论 文f 任 务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关工件的热处理工艺，进行工件 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cu2mov电动机硅钢片冲裁模球化退火-淬火-回火热处理工艺理

2、论基础， 选择设备、仪表和工夹具，阐述电动机硅钢片冲裁模热处理质量检验项目、内容及要求；阐明电动机硅钢片冲裁模热处理常见缺陷的预防及补救方法；给出所用经受文献。二、课设任务1 .电动机硅钢片冲裁模材料的选择（要求在满足工件使用性能的前， 兼顾经济性和工艺性，合理选择材料）；2 .给出cr12mov的c曲线；3 .给出cr12mov电动机硅钢片冲裁模冷热加工工艺流程图；4 .制定cr12mov电动机硅钢片冲裁模球化退火-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）热处理工艺卡；4）参 考文献。设计说明书结构见工艺设计模板。 彳戈匚 f力集中学习0.5天

3、，资料查阅与学习，讨论1.5天，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。g月于文3成绩： 指导教师签字： 年 月日目录1 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件热处理工艺概述 22 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件的热处理工艺设计 32.1 cr12mov钢电动机硅钢

4、片冲裁模工件的服役条件、失效形式 32.2 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件技术要求及工件示意图 32.3 电动机硅钢片冲裁模工件的材料选择 42.4 电动机硅钢片冲裁模工件 cr12mov钢的c曲线 52.5 电动机硅钢片冲裁模工件的加工工艺流程图 62.6 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件的退火-淬火-回火热处理工艺62.7 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件的退火、淬火、回火热处理工艺理论 92.8 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件热处理的设备、仪表和工夹具选择 102.9 电动机硅钢片冲裁模工件的热处理质量检验项目、内容及要求 112.10 电动机硅钢片冲裁模工件

5、的热处理常见缺陷的预防及补救方法 123热处理工艺卡133.1 cr12mov钢球化退火工艺卡 133.2 cr12mov钢淬火工艺卡 143.3 cr12mov钢回火工艺卡 154参考文献16131 ch2mov钢电动机硅钢片冲裁模工件热处理工艺概述冷冲模具，多为安装在压力机上的，对放置在内的板料在室温下施加变形力，使其产 生变形，从而获得一定形状，尺寸和性能的产品零件的特殊专用工具。冷冲模在工作时， 由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分，特别是刃口受到强烈的摩擦和挤压， 所以模具应有高的硬度，强度和耐磨性，另外模具反复承受很大的压冲击力，要求具有较 好的韧性。所以常选用 cu2m

6、ov钢作冷冲模，cu2mov钢属于高耐磨微变形冷作模具钢， 其特点是具有高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高抗弯强度，仅次于高速钢， 是冷冲裁模、冷锻模等冷作模具的重要材料。cu2mov钢是高碳合金钢，锻轧和锻造成毛坯后，先以球化退火作为预先热处理，加 热温度一般为ac1以上2050c,保留较多的未溶碳化物粒子或较大的奥氏体中的碳浓度 分布不均匀性，促进球状碳化物的形成。球化退火需要较长的保温时间来保证二次渗碳体 的自发球化，以使奥氏体进行共析转变时，以未溶渗碳体粒子为核心形成粒状渗碳体。球 化退火后再进行淬火加回火作为最终热处理，淬火时钢加热到ac1以上两相区时，组织中会保留少量二次渗

7、碳体，而有利于钢的硬度和耐磨性，而且，由于降低了奥氏体中的碳质 量分数，可以改变马氏体的形态，从而降低马氏体的脆性。冷作模具淬火后一般不直接使 用，必须进行回火。这是因为淬火后得到的是性能很脆的马氏体组织，并存在内应力，容 易产生变形和开裂。进行回火，可以消除内应力并获得所需求的组织和性能。根据冷冲压模具的服役条件，失效形式及性能要求，本设计选择的冷冲压模具材料为 cu2mov冷冲压模具钢；在设计退火-淬火-回火热处理工艺中，本设计借鉴了冷冲压模 具结构热处理工程师手册钢的热处理模具钢手册等工具书。根据工艺设计的 理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的cr12mov冷冲压模具钢除具有零

8、件尺寸稳定、精度较高、互换性好的特点，还能保证各部位尺寸差异不大，易于控制变形， 从而满足模具的质量要求。（论文）2cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件的热处理工艺设计2.1 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件的服役条件、失效形式2.1.1 服役条件冷冲模在工作时，由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分，特别是刃口 受到强烈的摩擦和挤压，所以模具应有高的硬度，强度和耐磨性，另外模具反复承受很大 的压冲击力，要求具有较好的韧性。2.1.2 失效形式1)磨损 磨损过程可分为初期磨损，正常磨损和急剧磨损三个阶段(1)初期磨损阶段模具刃口与板料相碰时接触面积很小，刃口的单位压力很大，造成

9、了刃口端面的塑性 变形，一般称为塌陷磨损，其磨损速度较快。(2)正常磨损阶段当初期磨损达到一定程度后，刃口部位的单位压力逐渐减轻，同时刃口表面因应力集 中产生应变硬化。这时，刃口和被加工坯料之间的摩擦磨损成为主要磨损形式。(3)急剧磨损阶段刃口经长期工作以后，经受了频繁冲压会产生疲劳磨损，表面出现了损坏剥落。此时 进入了急剧磨损阶段，磨损加剧，刃口呈现疲劳破坏，模具已无法正常工作。2)崩刃 凸模退出板料时，需要有一定的卸料力将板料从凸模上卸下，卸料力与作 用在凸模上的其它压应力不同，是唯一的拉应力，使凸模在反复拉、压应力的作 用下产生疲劳磨损，产生崩刃。3)堆塌 冷冲过程中，模具在使用中由于工

10、作载荷大、模具硬度偏低而发生型面变 形，冲头由于材料抗压或抗弯强度不足而出现锻粗、下陷、弯曲变形失去原有的 几何形状而报废2.2 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件技术要求及工件示意图2.2.1 技术要求硅钢片冲孔模具属于冷作模具钢，要求刃口具有足够的强度和韧性，较高的耐磨性， 尺寸稳定性，无裂纹，无脱碳。硬度：hrc6062。金相组织：回火马氏体+碳化物+少量的残留奥氏体。冲模寿命：6万片/次2.2.2工件示意图同单位：mm图1硅钢片冷冲模凹模示意图2.3 电动机硅钢片冲裁模工件的材料选择为了满足要求也就是说要求硬度，强度和韧性都较好，减少以上发生的失效，延长模 具寿命，以降低生产成本经

11、综合考虑选择 cu2mov其主要化学成分表1所示。表 1 cr12mov 钢的化学成分(gb/t 12992000) w/%csimncrsp1.45 1.700.400.4011.0 12.5 0.030 0.030cu2mov钢是目前国内广泛使用的冷作模具钢之一也是国际上较广泛采用的模具钢， 属莱氏体钢。cu2mov钢是一种高碳、高铭的莱氏体钢，具有大量的游离碳化物。在退火 状态其碳化物可多达28%在淬火、回火状态其游离碳化物也多达 21%钢中的cr大部分 形成碳化物，只有极少部分固溶于基体中。 cu2movi中碳化物为m7c斓碳化物，维氏硬 度为2100hv因此其耐磨性较好。冲压性能高，

12、淬透性好。在使用该钢制造的冷冲模，如 果冲压操作正确，韧性不成为模具的关键，而耐磨性直接决定模具的寿命。cu2movs于高耐磨微变形冷作模具钢，其特点是具有高的耐磨性、淬透性、微变形、 高热稳定性、高抗弯强度，仅次于高速钢，是冷冲裁模、冷锻模等冷作模具的重要材料， 由于加入了适量的mo和v,碳化物不均匀有所改善。mo能减轻碳化物偏析并提高淬透性， v能细化晶粒。cr12movfc 300400c时仍可保持良好硬度和耐磨性，韧性也高，淬火时 体积变化最小。可用来制造形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。具消耗量在 冷作模具钢中居于首位，该钢强度、硬度高 ，耐磨性好，常用于制作那些承受重负荷

13、、生产批量大、形状复杂的冷作模具，如冷冲、压印、冷锻、冷挤压模、冲孔凹模、切边模、 滚边模、钢板等。经分析该钢种经合理的热处理后可完全满足模具要求，故选用其作为加工该模具的材 料。表2 cu2mov钢临界温度ac1acmar1ms810 c1200 c760 c185 c2.4 电动机硅钢片冲裁模工件 cr12mov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 右移图2 cr12mov钢奥氏体等温转变曲线（奥氏体化温度 980c ）2.5 电动机硅钢片冲裁模工件的加工工艺流程图通过查看模具生产的技术资料知，该模具的加工工艺路线为:球化退火二机械加工二

14、淬火 v成型组装二切割加工 二 平磨两次回火图3工艺流程图2.6 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件的退火-淬火-回火热处理工艺2.6.1 锻造工艺曲线制造硅钢片冷冲模具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 的加工方法图4 cr12mov钢热处理全过程工艺曲线查阅热处理工艺规范数据手册可以找出cr12mov钢的锻造工艺的加热温度、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 cu2mov钢的热加锻造工艺规范项目加热温度/c开始温度/c终止温度/c冷 却钢锭11001150105

15、01100850900缓冷（砂冷或坑冷）钢坯1050110010001050850900 缓冷（砂冷或坑冷）2.6.2 球化退火工艺曲线硅钢片冷冲模属于高碳钢。高碳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。先将工件以100c/ h的加热速度加热到860c保温3h,然后冷却至740c冉彳温5h,最后随炉以30c/ h速度进行冷却至500c , 最后出炉在空气中冷却至室温。温度t/ c时间t / h图6 cr12mov等温球化退火工艺曲线2.6.3 淬火工艺曲线本设计采用等温淬火。先将工件以100c / h的加热速度加热到850c预热10min然后

16、, 加热到淬火温度1060c保温10min,以达到完全奥氏体化，然后用油冷却到 500c,最后 放入空气中冷却至室温。2.6.4 低温回火工艺曲线对于硅钢片冷冲模来说，为提高硬度，稳定尺寸，减少磨裂倾向和挺高寿命在淬火后， 进行回火处理。先将工件放入加热炉中随炉加热到520c保温1h,然后进行深冷处理，用液氮加酒精将工件冷却至-80c保持1h,然后立即再次进行回火加热到 520c保温1h,最后图8 cr12mov回火工艺曲线2.7 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件的退火、淬火、回火热处理工艺理论2.7.1 退火原理退火温度：cr12mov钢是高碳钢，球化退火时，加热温度为 ac1温度81

17、0c以上20 50c,加热温度定为860co等温温度：cr12mov钢等温温度应在ar1 760 c以下且在730750c之间，以获得粒状 珠光体+共晶碳化物组织,故选定等温温度为 740c。加热时间：cr12mov钢球化退火时间一般不低于 2h,介于24h之间，故选定为3h。保温时间：球化退火需要较长的保温时间来保证二次渗碳体的自发球化，以使奥氏体进 行共析转变时，以未溶渗碳体粒子为核心形成粒状渗碳体，因此保温时间不 得少于4h02.7.2 淬火工艺原理预热温度：cr12mov钢中合金元素较多导热性差，为了防止在淬火温度下因保温时间长， 模具表面出现氧化，脱碳缺陷，需先采用在850c预热。预

18、热时间：由于工件50mm厚，而选定的盐浴炉加热系数为 0.180.20 min/mm,t=ab=0.20*50=10min （其中t 快速加热时间min； a快速加热时间系数min/mm ； d工件的有效直径或厚度mm）加热温度：cr12mov钢淬火温度应在ac1 810cacm 1200c之间，又根据加热温度 对工件硬度和工件晶粒大小两者曲线图， 综合考虑选择加热温度为1060c。保温时间：同预热时间确定方法相同，均为 10min。冷却方式：cr12mov钢合金元素较多为防止淬裂，根据该钢的c曲线的特点，即在珠光休转变区和贝氏体转变区域之间有较宽的温度和高稳定性，采用在ms点以上的分级淬火，

19、采用油冷至油温然后排油空冷。9d0 优。looo 1q503100 1l50 1200 淬火温度/。硬度反成余型重体量与浮出温度关蔡l000 1c50 1100 温 j*/p不同淬火温度对 晶粒度的廖响2.7.3 回火工艺原理回火温度：为了获得热硬性和高耐磨性，对 cr12mov钢采用二次硬化热处理法，故在高 温下回火，故回火温度选定为 520c回火时间：对于高温回火的工件，回火时间是指均匀透烧所用的时间，可按下列经验公式计算：t=ad+b=50*1.0+10=60min式中t回火保温时间min； a加热系数1.01.5min/mmb一附加时间，一般为1020分钟；d工件有效尺寸mm；深冷处理

20、：用冷处理可以减少回火次数，淬火后把工件冷却到-80c左右，能使大部分残留奥氏体转变为马氏体，可提高钢的强韧性和寿命。二次回火：深冷处理后要立即进行回火，回火温度，保温时间同一次回火一致，以消除 内应力和使冷处理后保留下来的大部分残留奥氏体发生转变。2.8 cr12mov钢电动机硅钢片冲裁模工件热处理的设备、仪表和工 夹具选择2.8.1 设备加热炉为主要的设备，按工作介质分：空气炉、盐浴炉、保护气氛炉等。但考虑到硅 钢片冷冲模形状复杂，若采用电阻炉容易导致受热不均匀，且硅钢片冷冲模含碳量高容易 被氧化，所以综合考虑选用盐浴炉，具加热快，加热介质可以流进形状复杂处，使工件受 热均匀，加热效果好。

21、植入式电槌出海灯1一纲板棺2一炉履3一浴槽4 一炉盖5电极电忸柄丁一汇穗板田一冷却水管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 重要。2.8.3 工夹具电动机硅钢片冲裁模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 温淬火来消除淬火易造成缺陷外，应采用夹具使淬火加热时受热均匀。h形淬火吊具2.9 电动机硅钢片冲裁模工件的热处理质量检验项目、内容及要求1）变形检查电动机硅钢片冲裁模在热处理过程中加热、冷却，并随有相变发生，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、

22、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 为保证电动机硅钢片冲裁模热处理后达到技术或工艺要求，待检件选 取应有代表性，通常从热处理后的工件中选取能反映工件的工作部位或工件的工作部位硬 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hraw换算成hrc4）金相组织检查 电动机硅钢片冲裁模球化退火后应该为珠光体 25级，网状碳化 物3级。按gb/ t12992000评定。回火后的金相组织为：马氏体+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电动机硅钢片冲裁模工件的热处理常见缺陷的预

23、防及补救方法2.10.1 电动机硅钢片冲裁模球化退火的缺陷及其预防、补救电动机硅钢片冲裁模球化退火后易产生组织缺陷为球化不良、组织中有网状组织、黑 脆。(1)球化不良由于设备温度误差大或者退火温度设计不合理导致退火温度过高或过低，等温退 火时间短，造成球化退火组织不均或球化不良。预防措施，可调节温度范围或者 改用精度更高的设备。改进锻造工艺，来消除原材料中链状碳化物及碳化物的不 均匀性。(2)网状组织主要是由于加热温度过高，冷却速度过慢造成的。由于网状组织会降低钢的力学 性能，特别是网状渗碳体，在后续淬火中难以消除。补救措施是采用正火来消除。(3)黑脆退火后硬度很高，但脆性很大，一折就断，断口

24、呈灰黑色。原因是退火温度过高, 保温时间过长，冷却缓慢，导致珠光体转变按更稳定的铁碳平衡相图进行。预防 措施，按照cu2movffi球化退火规范参数进行，根据实际环境情况进行调整。2.10.2 电动机硅钢片冲裁模淬火的缺陷及其预防、补救电动机硅钢片冲裁模球化退火后易产生组织缺陷为变形开裂，过烧，软点等。(1)变形开裂淬火过程中由于不同部分受热不均造成热应力或者由于冷却过快导致马氏体转变 过快造成大量组织应力导致工件变形开裂。预防措施，改善工件加热时的放置状 态，选用更合理的夹具使工件受热更均匀，采用冷速更慢的淬火介质，淬火前采 用前期热处理改善碳化物偏析，减小碳化物颗粒。(2)过烧由于加热温度

25、过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部融化，造成工件报废。预防措 施，控制加热温度的误差范围，根据设备实际温度误差等调节加热温度。(3)软点由于盐浴中存在难溶杂质在淬火加热时沾到工件表面造成受热不均，没有达到该 有的加热温度，导致淬火后此处硬度不足。预防措施，严格控制加热介质的清洁 度。2.10.3 电动机硅钢片冲裁模回火的缺陷及其预防、补救常见的回火缺陷有硬度过高或过低，硬度不均匀，以及回火变脆，回火后工件变形等。 (1)硬度过高或过低主要由于回火温度过低、过高或炉温不均匀所造成。回火后硬度过高还可能由于回火时间过短，导致碳化物没有足够时间分布均匀。 预防措施，可调节回火温度, 选用更合适的加热炉使炉内温度分布更均匀，同时调节回火时间，保证碳化物有 足够时间在钢中高度弥散分布。(2)硬度不均匀主要是炉温不均匀，还可能是由于装炉方