《模具材料及表面处理》实训实验指导书

《模具资料及表面办理》实训实验指导书李淑英编写合用专业：模具设计与制造衡阳财经工业职业技术学院目录一、基本要求3二、实验实训内容及学时数3三、实训方式、方法3四、实验操作内容3实验1金属力学性能试验3实验2铁碳合金的均衡组织察看6实验3钢的热办理8实验4热办理工艺对工模具钢性能的影响9实验5结构钢的淬透性测定10模具资料及表面办理实训（实验）讲课指导书一、基本要求因为本门课程拥有实践性强的特色，为加深学生对所学知识的理解，应使学生对力学性能测定的基本源理及方法，钢的力学性能与成分、组织之间的关系及其热办理对资料力学性能的影响和热办理生产的实践操作应有必然的认识，特安排以下实验讲课与选材实训，有条件的可以安排下厂观光。二、实验实训内容及学时数序号实验实训项目名称学时1拉伸及硬度试验22冲击试验23金相实验24热办理实验105冷作模具选材实训46热作模具选材实训47塑料模具选材实训28模具无效分析2共计28三、实训方式、方法主要采纳实验室、热办理现场讲课和现场操作训练。使学生对力学性能、热办理知识及热办理设施有直观地认识。实训项目与实质产品相联合，培育学生解决生产实诘问题的能力。四、实验操作内容实验

1

金属力学性能试验Ⅰ拉伸试验[实验目的]1．测定金属的强度指标（服气极限

σs

抗拉极限σb）和塑性指标（伸长率

δ及断面缩短率ψ）。2．加深对碳钢拉伸曲线的理解。3．认识全能试验机的主要结构和使用方法。[实验设施及资料]1．全能试验机一台2．低碳钢及铸铁拉伸试样各若干根。[实验组织及步骤]1．实验前复习教材上第一章第三节“强度与塑性”相关内容。2．全班分为若干组，每个小组做低碳钢及铸铁拉伸试验各一次。3．认识全能试验机的大概结构、试验方法及注意事项。4．丈量、记录试样原始直径d0和标距尺寸L0（L0=10d0或L0=5d0）。5．调整校正试验机。夹装试样，检查试样夹装能否正确。检查测力及画图机构能否能正常工作。6．开动机器后，认真察看载荷及试样变形状况。当测力盘指针往返摇动或几乎不动时（绘图纸上出现水平或锯齿形线段），资料发生服气现象，记下载荷Fs；过服气阶段，指针连续转动，曲线又开始上涨。载荷达到某一数值后，指针开始展转，此时试样产生缩颈现象，曲线又开始向下，记下此时载荷Fb，它是试样断裂前的最大载荷。7．试样拉断后，停止机器工作，取下断试样，丈量并记录缩颈处最小直径d1及断裂后标距长度L1。8．填写实验报告。Ⅱ硬度试验[实验目的]1．认识布氏、洛氏硬度测定的基本源理和应用范围。2．认识布氏、洛氏硬度计的主要结构，掌握操作方法。3．依据不同样金属部件的性能特色，掌握选择测定硬度的方法。[实验设施及资料]1．布氏硬度试验机；2．洛氏硬度试验机3．读数显微镜4．淬火钢、退火钢、铸铁、有色金属试样[实验组织]1．实验前，应复习教材“硬度”相关内容。2．认识各样硬度计的结构原理、操作规程及注意事项3．全班分若干小组在几个硬度计上轮番进行操作。[试样及测试技术条件]1．试样被测表面应制成圆滑平面，不该有氧化皮及污物。试样面应保证压痕直径（或压痕对角线）能精准丈量。布氏、洛氏硬度试样表面粗拙度Ra值一般不该大于

0.8um。2．在试样制备过程中，应尽量防备因为受热及冷加工对试样表面硬度的影响。3．布氏、洛氏硬度试样的最小厚度应大于压痕深度的10倍。4．试验一般应在10~35℃温度范围内进行。5．试验时，必然保证试验力作用方向与实验面垂直。对不规则的试样，应依据其形状采纳适合的支承台，以保证压头与轴线垂直。[实验步骤与要求]一．布氏硬度试验步骤1．依据试样材质及估计硬度范围，选择压头资料及直径，试验力及试验力保持时间。2．将选定的钢球或硬质合金球压头装入硬度计主轴衬套内并紧固，调好砝码和时间定位器。3．将试样牢固的放在工作台上，顺时针方向转动工作台起落手轮，使压头与试样接触，直至起落手轮与螺母发生空转为止。4．准备就绪后，施加试验力。开电源开关，电源绿色指示灯亮后，按下加力按钮：当红灯亮时，表示试验力已加上，快速拧紧时间定位器的压紧螺钉使其转动，开始计时，达到预约加力时间后，红灯熄灭，试验力自动卸除。5．封闭电源，逆时针方向转着手轮，使工作台降落，取下试样。6．用读数显微镜测出试样表面压痕直径d（在两个垂直方向各测一次，取其均匀值）。7．依据压痕均匀直径d，用教材附表2查出所测资料的布氏硬度值。要求1．试验后，压痕直径应在（0.24~0.6）D之间，不然无效。此时应改换砝码，调整试验力，再做试验。2．压痕中心距试样边沿距离不该小于压痕均匀直径的2.5倍，两相邻压痕中心距离不该小于压痕均匀直径的4倍，布氏硬度小于35时，上述距离英分别为压痕直径的3倍和倍。二．洛氏硬度试验步骤1．依据试样材质及估计硬度范围，选择压头种类和初、主载荷（赐教材第9页表1-3）。2．依据试样形状和大小，选择适合的工作台，将试样安稳的放在工作台上。3．顺时针方向迟缓转动工作台起落手轮，将试样与压头迟缓接触使指示器指针或指示线至规定标记即加上初始载荷。如超出规定章应卸除初载荷，在试样另一地点试验。4．调整指示器至零点后，加主载荷（应在4~8s内完成）。5．施加完主载荷后，总载荷的保持时间应以示值指示器指针基本停止挪动为准。6．卸除主载荷后，从表盘指针所指读数即为所测洛氏硬度值。7．逆时针方向旋转手轮，降下工作台，取下试样。

6注意1．试样两相邻压痕中心距离或任一压痕中心距试样边沿距离一般不小于3mm。特别状况下，这个距离可以减小，但不该小于压痕直径的3倍。2．在每个试样上的试验点数应不小于4点（第一点不计）。3．要十分注意工作台起落手轮的旋转方向，特别是在实验快结束需降落工作台卸除载荷取下试样或调动试样地点时，手轮不得转错方向，不然就简单破坏压头。Ⅲ冲击试验[实验目的]1．认识冲击试验机的结构及操作原理。2．认识金属资料在常温下冲击韧性的测定方法。[实验设施及资料]1．冲击试验机；2．冲击试样（资料一般用中碳钢）。[实验组织及步骤]1．实验前，应复习教材“冲击韧性”相关内容。2．实验前，应认识冲击试验机的结构原理及操作方法。3．检查试样尺寸，安装试样。4．进行冲击试验。5．式样冲断后，记录表盘上数值。6．填写实验报告。实验2铁碳合金的均衡组织察看[实验目的]1．鉴识铁碳合金常温下的显微组织。2．分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，进而加深理解成分、组织与性能之间的互相关系。3．认识金相试样的制备过程及金相显微镜的使用方法。[实验设施及资料]金相显微镜；金相标准试样；制备金相样品（取样、磨制、抛光及腐化）所需的设施及资料。[实验组织及步骤]1．实验前复习教材“铁碳合金的基本组织”相关内容。2．认识金相试样的制备过程及金相显微镜的主要结构、使用方法及注意事项（如禁止用手帕或一般纸擦镜头或试样等）。3．依据设施条件，分两人或数人一组，每组显微镜一台，标准试样一套，金相图谱一本。4．认识显微镜的操作过程。5．按察看要求，选择物镜与目镜，并装在显微镜上。6．将试样磨面对着物镜放在载物台上。7．接通电源。8．用双手慢旋粗调焦（距）手轮，试一试样迟缓凑近物镜，同时在目镜上察看，视场由暗到亮，调至看到组织。此后再旋动微调焦（距）手轮，直至看到最清楚图像为止。调理动作要迟缓，勿使试样与物镜接触。9．察看一般组织时，由低倍数到高倍数，并挪动载物台，对试样各部进行察看。10．分析比较试样内部组织。11．填写实验报告。[金相试样的制备]金相试样的制备主要包含取样、磨制、抛光及腐化等步骤１.取样在需要分析察看的资料或部件拥有代表性的部位，截取（用锯、切割机、锤击等方法）试样的工作称为取样。取样时，应注意保证不使试样被察看面的金相组织发生变化。试样尺寸一般以高为10～15㎜、边长或直径为15～25㎜的方形或圆柱形较适合。试样太小或形状不规则的小颗粒，可以镶嵌在熔点低的电木粉或环氧树脂内，或用夹具夹持。2．磨制２.１粗磨准备好的试样，软资料可用锉刀锉平，钢铁资料先在粗砂轮上磨平，候磨痕均匀一致后，即移至细砂轮上续磨，磨时须用水冷却试样，使金属的组织不因受热而发生变化。粗磨完后，试样应倒角，免得在细磨、抛光过程中将砂纸或抛光布撕破。２.２细磨经砂轮磨好、洗净、吹干后的试样，随即挨次在由粗到细的各号砂纸上磨制，我厂采纳在预磨机进步行磨制，从粗砂纸到细砂纸、再换一次砂纸，试样须转90°角与旧磨痕成垂直方向。３.抛光经预磨后的试样，先在抛光机进步行粗抛光(?抛光织物为细帆布抛光液为Cr２Ｏ3溶液)此后进行精抛光(抛光织物为锦丝绒，抛光液为Cr２Ｏ3溶液)?抛光到试样上的磨痕完满除掉而表面像镜面时为止，即粗拙度为Ra0.04以下。４.浸蚀４.1精抛后的试样，即可浸入盛于玻璃皿之浸蚀剂中进行浸蚀。浸蚀时，试样可时时地稍微挪动，但抛光面不得与皿底接触。.2浸蚀剂一般采纳4％硝酸酒精溶液。.3浸蚀时间视金属的性质、查验目的及显微查验的放大倍数而定，以能在显微镜下清楚显出金属组织为宜。.4试样浸蚀完成后，须快速用水洗净，表面两用，酒精洗净，此后用吹风机吹干。实验3钢的热办理[实验目的]依据试样或简单部件要求制定热办理规范。进一步加深对Fe-Fe3C相图及C曲线的理解和应用，加深对钢的成分-热办理-组织-性能关系的认识。熟习淬火及回火等热办理工艺。提升火花鉴识及使用硬度计的能力。[实验设施及资料]1．箱式电炉及控温仪表；2．淬火用水槽及油槽；3．洛氏硬度计，布氏硬度计；4．实验用试样：用20、45及T8(或T10)钢做成直径为12~20mm、高为15~25mm的圆柱体试样，或制成短拉伸试样。[实验组织及步骤]1．实验前复习教材“钢的热办理”相关内容。2．全班分红若干组，每组领取下述试样或部件6块（20钢1块，45钢3块，T8钢2块）。3．用火花鉴识法鉴识所发资料能否与规定资料切合并测定其原始硬度。4．依据下表对资料经热办理后的硬度要求，制定试样或部件的热办理规范，并绘出包含加热温度、保温时间及冷却方法的工艺曲线。经小组讨论后确立正式操作步骤。试样编号资料牌号热办理后要求达到的硬度120〉HRC20245HRC35±2345HRC30±2445HRC25±25T8HRC58±26T8HRC60±25．将试样放入加热炉中加热到指定温度。6．经必然保温时间后，进行淬火。7．试样除掉氧化皮后，测定硬度。8．依据回火要求进行回火办理。9．回火后，除掉氧化皮，测定硬度。10.察看热办理后的金相显微组织（可用起初准备好的金相样品进行察看）。11.由实验老师查收成品。12.填写实验报告。实验4热办理工艺对工模具钢性能的影响[实验目的]认识淬火及回火温度对9SiCr、5CrW2Si、5CrMnMo等工模具钢硬度的影响。（或9Cr2、5CrNiMo、60Si2Mn代用）制定上述钢种作刃具及冷冲模具或热作模具适合的热办理工艺[概括]正确的热办理工艺对工模具的性能和使用寿命有着决定性的影响，所以，认识不同样淬火、回火温度对工模具钢的性能的影响，即可作为合理制定热办理工艺的依据。本实验经过测定不同样淬火、回火温度与硬度的关系并参照相关资料的性能数据制定上述工模具适合的热办理工艺[实验内容与步骤]1.将9SiCr、5CrW2Si、5CrMnMo

试样分别在

750、800、850、900、950℃加热，保温15分钟，在油中淬火。测试上述温度下每两个试样的淬火硬度的均匀值将上述淬火的试样，于150、200、400、500和600℃回火1h油冷，测其回火硬度。[实验报告要求]列表所有淬火、回火硬度数据作出淬火温度、回火温度与硬度的关系曲线说明上述钢种哪些适于作刃具或冷做模具，哪些适于作热作模具，制定相应的热办理工艺实验5结构钢的淬透性测定[实验目的]1、掌握淬透性的见解；2、学会用未端淬火法测定钢的淬透性曲线；3、比较45钢和40Cr钢的淬透性能。[实验原理]淬透性是钢材的一种热办理工艺性能，所谓钢的淬透性就是指钢在淬火时可以获取淬硬层深度的能力，平常用淬透性曲线来表示。钢的淬硬层越深，表示淬透性越好。淬透性的判断标准往常例定由钢的表面向里深入到半马氏体区的距离看作淬硬层的深度，并以这个深度作为权衡淬透性的标准。半马氏体组织的硬度随碳含量的增添有规律性地提升。依据国家标准规定，淬透性的测定方法有以下两种：(1)碳素工具钢淬透性试验法(GB227-63)；(2)结构钢未端淬透性试验法(GB226-63)。GB226-63是最常用的未端淬火法，它合用于碳素结构钢和一般合金结构钢。下边对未端淬火法加以介绍。原理将一个圆柱形试样加热至规定的淬火温度，此后对试样的未端喷水冷却进行淬火，如图界1所示。因为试样仅未端淬火，所以整个圆柱体沿长度方向由下而上冷却速度渐渐减小。如图2(a)的所示，明显未端的冷却速度最大(大于V临界)，其组织应为马氏体，随后为屈氏体，再渐渐过渡到原始组织。其硬度也相应渐渐降低。由此可以成立以硬度(HRC)为纵座标，以距离为横座标的关系曲线

,即淬透性曲线，如图

2(b)所示。(2)试样依据标准，试样尺寸为淬火时悬挂试样之用，如图

Φ25×l00mm，离试样顶端3~5mm处的直径为3所示。若没有条件制作标准试样时也可采纳

28~30mm，以供Φ20mm(顶端为Φ25mm)或Φ12mm(顶端为

Φ17mm)的试样，但长度保持不变仍为

100mm。(3)加热试样应在温度正确的箱式电炉中加热，淬火温度依据钢的成分确立，保温时间一般好多于30分钟。加热时为防备试样未端发生氧化脱碳现象，可将试样放在保护管内，并在管底铺上一层石墨粉或铸铁屑，如图4所示。试样悬挂在管内，并使未端与石墨粉之间保持必然距离。(4)淬火在未端淬火设施进步行。操作重点以下：①实验前先依据试样的直径参照表1中的数据调整试验设施。②试样加热、保温后即由炉内拿出快速放入悬挂支架孔中。③喷水冷却淬火。硬度测定及淬硬性表示法将淬火后的试样沿圆柱表面纵向相对的两边各磨去0.3～0.5mm的深度，以获取互相平行的两平面，便于测定硬度。试样在磨制过程中要进行冷却，免得产生回火而影响硬度的丈量。硬度丈量时应将试样放在“V”型试样台上，沿试样磨制平面的中心线进行丈量。由试样水冷端(即未端)起，每隔1.5mm丈量一次，当硬度值降落趋于安稳时，可每隔3mm丈量一次。一般丈量至离水冷端30~40mm即可。表1尾端淬火实验的主要调整数据试样喷水口直水柱自由高喷水口至试保温时间样端面的距直径头部直径长度径度(分)离(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)25301003012.565±512.520251003012.565±512.51217100156100±510依据试验所测得的硬度数据与未端距离之间的关系，画出淬透性曲线。因为资料的化学成分有必然颠簸，硬度值便在必然的范围内变化，所以淬透性曲线一般都用两条曲线表示，平常称为淬透性带。需要指出的是，由未端淬火试验所获取的淬透性曲线其实不可以直接用来决定可以淬透的工件尺寸大小，还需借助由其余试验法求得的一些协助曲线(换算曲线)或数据来进行换算。在生产中也常用所谓临界直径Dc来表示淬透性。临界直径是指钢材按规定条件淬火后其心部组织恰巧获取50%马氏体的最大直径，明显，在同样冷却条件下，临界直