課程設(shè)計(jì)---壓鑄模具熱處理工藝

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　2010年7月 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程 課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目 壓鑄模具熱處理工藝</p>

2、;<p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等</p><p>　　對(duì)壓鑄模具進(jìn)行工況分析，包括環(huán)境介質(zhì)、溫度、受力分析等，確定壓鑄模具的主要失效形式、分析失效原因以及壓鑄模具正常工作應(yīng)滿足的性能要求。根據(jù)性能要求，初步選定三種以上符合要求的材料，結(jié)合工藝性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)所選材料進(jìn)行綜合分析，確定最佳材料。根據(jù)最佳材料確定壓鑄模具尺寸及熱處理工藝，畫出工藝流程并制作工藝卡片，確定組織檢驗(yàn)方法。<

3、/p><p>　　完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告一份，字?jǐn)?shù)不少于6000字。翻譯相關(guān)外文資料若干，字?jǐn)?shù)不少于3000漢字。</p><p><b>　　主要參考資料：</b></p><p>　　1、畢鳳琴、張旭昀編.熱處理原理及工藝.石油工業(yè)出版社，2009</p><p>　　2、《熱處理手冊》編委會(huì).熱處理手冊（第3版）.機(jī)械工業(yè)出

4、版社，2002</p><p>　　3、崔忠圻.金屬學(xué)與熱處理.機(jī)械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　4、中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)、維普信息資源、EI、ISTP、Springer、EBSCO 等資料。</p><p>　　完成期限 2010.7.24-2010.8.1 </p><p>　　指導(dǎo)教師

5、 </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人 </p><p>　　2010年7月20日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、引言1</b></p><p><

6、;b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)1</b></p><p><b>　　三、工況分析1</b></p><p>　　四、失效分析及性能要求2</p><p>　?。ㄒ唬鸿T模具的失效分析2</p><p><b>　?。ǘ┬阅芤?</b></p><p>

7、;<b>　　五、選材及優(yōu)化4</b></p><p>　　（一）5CrMnMo4</p><p>　?。ǘ?Cr5MoSiV4</p><p>　?。ㄈ?Cr5MoSiV14</p><p>　?。ㄋ模?Cr2W8V5</p><p><b>　?。ㄎ澹﹥?yōu)化5</

8、b></p><p>　　六、確定尺寸和熱處理工藝5</p><p>　?。ㄒ唬崽幚砉に?</p><p>　?。ǘ┙M織及熱處理工藝分析9</p><p>　　七、工藝流程及工藝卡片9</p><p><b>　　八、成品檢驗(yàn)10</b></p><p>

9、;　　（一）硬度檢驗(yàn)10</p><p>　?。ǘ┙鹣鄼z驗(yàn)10</p><p><b>　　結(jié)論10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　壓鑄模具是將液態(tài)或

10、半液態(tài)金屬以極高的速度填充模具型腔，并在壓力作用下凝固而獲得壓鑄件的模具。它的基本工藝過程是：金屬液先低速或高速鑄造充型進(jìn)模具的型腔內(nèi)，模具有活動(dòng)的型腔面，它隨著金屬液的冷卻過程加壓鍛造，既消除毛坯的縮孔縮松缺陷，也使毛坯的內(nèi)部組織達(dá)到鍛態(tài)的破碎晶粒，獲得具有一定壽命、機(jī)械性能的模具型腔。</p><p>　　壓鑄模具是模具中的一個(gè)大類。隨著我國汽車、摩托車工業(yè)的迅速發(fā)展，壓鑄行業(yè)迎來了發(fā)展的新時(shí)期。同時(shí)，也對(duì)壓

11、鑄模具的綜合力學(xué)性能、壽命等提出了更高的要求。要滿足不斷提高的使用性能需求僅僅依靠新型模具材料的應(yīng)用仍然很難滿足，必須將各種熱處理技術(shù)應(yīng)用到壓鑄模具的制造當(dāng)中才能達(dá)到對(duì)壓鑄模具高效率、高精度和高壽命的要求。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　對(duì)壓鑄模具的工作環(huán)境和工作條件（包括壓鑄合金與模具的相互作用、壓鑄溫度、壓鑄速度、模具受力情

12、況等）進(jìn)行分析，以確定壓鑄模具的主要失效形式，并分析模具的失效原因，據(jù)此確定壓鑄模具正常工作應(yīng)滿足的性能要求。根據(jù)壓鑄模具材料的性能要求，初步選定三種以上符合要求的材料，結(jié)合材料的性能、工藝性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)所選材料進(jìn)行綜合分析，確定最佳材料。根據(jù)最佳材料確定壓鑄模具的尺寸和熱處理工藝，畫出工藝流程并制作工藝卡片，以及確定組織檢驗(yàn)方法。</p><p><b>　　三、工況分析</b></p

13、><p>　　壓鑄區(qū)別于其它鑄造方法的主要特點(diǎn)是高壓和高速。</p><p>　　1.金屬液是在壓力下填充型腔的，并在更高的壓力下結(jié)晶凝固，常見的壓力為15～100MPa。</p><p>　　2.金屬液以高速充填型腔，通常在10～50米/秒，有的還可超過80米/秒，（通過內(nèi)澆口導(dǎo)入型腔的線速度—內(nèi)澆口速度），因此金屬液的充型時(shí)間極短，約0.01～0.2秒（須視鑄件的大

14、小而不同）內(nèi)即可填滿型腔。</p><p>　　由于壓鑄是使熔融金屬在高壓、高速下充滿模具型腔而壓鑄成型，在工作過程中反復(fù)與熾熱金屬接觸，工作條件非常惡劣。盡管定模型腔的光潔度打得很光，因型腔較深，仍出現(xiàn)粘在定模上的現(xiàn)象。金屬液的充型時(shí)間極短，金屬液的比壓和流速很高，這對(duì)壓鑄模來說工作條件極其惡劣，再加上激冷激熱的交變應(yīng)力的沖擊作用，都對(duì)模具的使用壽命有很大影響。</p><p>　　在生

15、產(chǎn)壓鑄件的過程中，型腔表面除了受到高壓高速的金屬液沖洗外，還吸收金屬在凝固過程中釋放的熱量，產(chǎn)生熱交換。模具材料因熱傳導(dǎo)的關(guān)系，使型腔表面層溫度劇烈上升，與內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度梯度，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。金屬液填充型腔時(shí)，型腔表層首先達(dá)到高溫而膨脹，而內(nèi)層模溫較低，相對(duì)的膨脹較小，使用權(quán)表層產(chǎn)生壓應(yīng)力。當(dāng)開模后，型腔表面與空氣接觸，受到壓縮空氣及涂料的激冷而產(chǎn)生拉應(yīng)力。這種交變應(yīng)力隨著壓鑄次數(shù)的增加而增大，當(dāng)超過模具材料的疲勞極限時(shí)，表面層即產(chǎn)

16、生塑性變形，并在晶界處產(chǎn)生裂紋。</p><p>　　以鋁壓鑄模為例，鋁的熔點(diǎn)為580～740℃，使用時(shí)，鋁液溫度控制在650～720℃。在不對(duì)模具預(yù)熱的情況下壓鑄，型腔表面溫度由室溫直升至液溫，型腔表面承受極大的拉應(yīng)力。開模頂件時(shí)，型腔表面承受極大的壓應(yīng)力。數(shù)千次的壓鑄后，模具表面便產(chǎn)生龜裂等缺陷。</p><p>　　四、失效分析及性能要求</p><p>　　

17、（一）壓鑄模具的失效分析</p><p><b>　　1.熱疲勞裂紋</b></p><p>　　熱疲勞裂紋是壓鑄模最常見的失效形式，占?jí)鸿T模失效的60％～70％。由于壓鑄過程中壓鑄模反復(fù)經(jīng)受急冷、急熱所造成的熱應(yīng)力，導(dǎo)致在壓鑄模型腔表面或內(nèi)部熱應(yīng)力集中處逐漸產(chǎn)生微裂紋，其形貌多數(shù)呈現(xiàn)網(wǎng)狀，又稱龜裂，也有呈放射狀（如圖1所示）。這些在壓鑄模表面淺層中的微裂紋，一般可以

18、修復(fù)掉，如果熱疲勞裂紋深入基體內(nèi)部，修模會(huì)導(dǎo)致壓鑄模尺寸超差，或者由于壓鑄過程中循環(huán)次數(shù)的增加，熱應(yīng)力使熱疲勞裂紋繼續(xù)擴(kuò)展成宏觀裂紋，從而導(dǎo)致壓鑄模的失效。熱疲勞裂紋是熱循環(huán)應(yīng)力、拉伸應(yīng)力和塑性應(yīng)變共同作用而產(chǎn)生的。塑性應(yīng)變促進(jìn)裂紋的形成，拉伸應(yīng)力促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展與延伸。</p><p>　　折線特性 裂紋和夾雜物 裂紋分枝<

19、/p><p><b>　　圖1 模具裂紋</b></p><p><b>　　2.整體脆性開裂</b></p><p>　　整體脆性開裂是由于偶然的機(jī)械過載或熱過載而導(dǎo)致壓鑄模災(zāi)難性斷裂。材料斷裂時(shí)所達(dá)到的應(yīng)力值一般都遠(yuǎn)低于材料的理論強(qiáng)度，由于微裂紋的存在，受力后將引起應(yīng)力集中，使裂紋尖端處的應(yīng)力比平均應(yīng)力高得多。壓鑄模脆性開

20、裂引起的原因很多，諸如壓鑄操作失常引起的機(jī)械過載、熱沖擊，壓鑄模設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生應(yīng)力集中等等。材料的塑韌性是與此現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)的最重要的力學(xué)性能。模具鋼中夾雜物的減少，韌性將明顯提高。在實(shí)際生產(chǎn)中，整體脆斷的情況較少發(fā)生。</p><p><b>　　3.溶蝕或沖蝕</b></p><p>　　熔融的金屬液以高壓、高速進(jìn)入型腔，對(duì)壓鑄模成形零件的表面產(chǎn)生激烈的沖擊和沖刷，造

21、成型腔表面的機(jī)械沖蝕，高溫使壓鑄模硬度下降，導(dǎo)致型腔軟化，產(chǎn)生塑性變形和早期磨損（如圖2所示）。此外在填充過程中，高溫金屬液中雜質(zhì)和熔渣對(duì)壓鑄模成形表面會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)作用，產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，熔融金屬液逸出氣泡使型腔發(fā)生氣蝕，這些機(jī)械和化學(xué)磨損綜合作用的結(jié)果都在加速表面的腐蝕和裂紋的產(chǎn)生。提高壓鑄模材料的高溫強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性有利于增強(qiáng)材料的抗侵蝕能力。</p><p>　　一般位置的沖蝕坑 澆口所對(duì)位置的沖蝕

22、 左圖的放大圖 沖蝕坑放大圖</p><p><b>　　圖2 模具沖蝕</b></p><p>　　表1為國內(nèi)壓鑄模具的失效形式統(tǒng)計(jì)。</p><p>　　表1 國內(nèi)鋁壓鑄模具失效形式統(tǒng)計(jì)表</p><p><b>　?。ǘ┬阅芤?lt;/b></p><

23、;p>　　根據(jù)對(duì)模具是失效的分析，對(duì)模具用鋼的性能提出以下要求：</p><p>　　1.高的紅硬性、高溫耐磨性、高的抗氧化性、高的熱強(qiáng)性；</p><p>　　2.高的淬透性和導(dǎo)熱性；</p><p>　　3.高的韌性、疲勞抗力，以及良好的脫模性。</p><p><b>　　五、選材及優(yōu)化</b></p&

24、gt;<p>　?。ㄒ唬?CrMnMo</p><p>　　5CrMnMo鋼是熱作模具鋼，由于鋼中含有鉬，因而對(duì)回火脆性并不敏感。從600℃緩慢冷卻下來以后，沖擊韌性僅稍有降低。該鋼具有良好的韌性、強(qiáng)度和高耐磨性，但淬透性，耐熱疲勞性稍差。此鋼適于制作要求具有較高強(qiáng)度和高耐磨性的各種類型模具。</p><p>　　（二）4Cr5MoSiV</p><p&g

25、t;　　4Cr5MoSiV屬于中耐熱性熱作模具鋼，是空淬硬化熱作模具鋼，系引進(jìn)美國的H11鋼。具有較高的韌性和耐冷熱疲勞性能，不容易產(chǎn)生熱疲勞裂紋，其性能和使用壽命比3Cr2W8V鋼高。適用于作鋁合金壓鑄模、熱擠壓模、壓力機(jī)鍛模、高速精鍛模等；亦被用作飛機(jī)、火箭等耐熱400～500℃工作溫度的結(jié)構(gòu)零件。</p><p>　?。ㄈ?Cr5MoSiV1</p><p>　　4Cr5MoSiV

26、1（H13）鋼屬于中耐熱性熱作模具鋼，具有較高的韌性和耐冷熱疲勞性能，不容易產(chǎn)生熱疲勞裂紋；且抗粘結(jié)力強(qiáng)，與熔融金屬相互作用小，淬透性好，由于含Mo，抑制了第2 類回火脆性，因此廣泛應(yīng)用于熱微鍛、熱擠壓和鋁、銅及其合金的壓鑄模的制造。性能、用途和4Cr5MoSiV鋼基本相同，但因其釩含量高一些，故中溫（600℃）性能比4Cr5MoSiV鋼要好，是熱作模具鋼中用途很廣泛的一種代表性鋼號(hào)。</p><p>　?。ㄋ模?/p>

27、3Cr2W8V</p><p>　　3Cr2W8V鋼屬于高耐熱性熱作模具鋼。含碳量較低，可保證鋼的高韌性和良好的導(dǎo)熱性。其中Cr含量適中, 增加了淬透性和耐蝕性。含W量較多, 細(xì)化晶粒，使鋼回火穩(wěn)定性提高，并在回火過程中出現(xiàn)二次硬化現(xiàn)象，使鋼具有較高的紅硬性，提高硬度和耐磨性，W還能提高耐蝕性。少量的V可細(xì)化晶粒。</p><p>　　3Cr2W8V鋼具有一定的淬透性，鋼材斷面尺寸在80m

28、m以下時(shí)可以淬透，相變溫度較高，耐冷疲勞性能良好?；鼗鹂沽^高,在熱處理中脫碳和變形傾向性較小，在高溫下具有較高的強(qiáng)度和硬度，在650℃時(shí)硬度仍可達(dá)到300HBS，但韌性和塑性較差。</p><p><b>　?。ㄎ澹﹥?yōu)化</b></p><p>　　模具材料應(yīng)選用冷熱疲勞抗力、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性高的熱作模具鋼。結(jié)合以上分析，5CrMnMo鋼淬透性、耐熱疲勞性稍差，故

29、不予選用。3Cr2W8V鋼雖然高溫下仍具有較高的強(qiáng)度和硬度，但其工藝性能不好，導(dǎo)熱性差，線膨脹系數(shù)高，工作中易產(chǎn)生很大得熱應(yīng)力，導(dǎo)致模具產(chǎn)生龜裂甚至破裂，并且加熱時(shí)易脫碳，降低模具抗磨損性能。而4Cr5MoSiV鋼具有較高的韌性和耐冷熱疲勞性能，不容易產(chǎn)生熱疲勞裂紋，其性能和使用壽命比3Cr2W8V鋼，可以考慮選用。4Cr5MoSiV1鋼與4Cr5MoSiV鋼性能基本相似，但前者者中溫（600℃）性能比后者要好，因此，最終選用4Cr5M

30、oSiV1鋼。</p><p>　　4Cr5MoSiV1鋼不容易產(chǎn)生疲勞裂紋，即使出現(xiàn)疲勞裂紋也細(xì)而短，不容易擴(kuò)展，而且抗粘結(jié)力強(qiáng)，與熔融金屬相互作用較小，從而保證壓鑄件能獲得較好的外觀質(zhì)量，同時(shí)該鋼也具有較高的熱硬性。4Cr5MoSiV1鋼作為一種馬氏體型熱作模具鋼，具有較高的韌性和耐冷熱疲勞性能，中等的抗回火軟化能力和耐熔損性等綜合性能，屬中耐熱韌性鋼，是一種比較理想的熱作模具用鋼。采用4Cr5MoSiV1鋼

31、時(shí)使用壽命要比3Cr2W8V鋼提高0.5～1倍。</p><p>　　鎢鉬等耐熱合金雖然即脆又有缺口敏感性，但導(dǎo)熱性好，對(duì)需要冷卻而又不能設(shè)置水道的厚壓鑄件的壓鑄模有良好的適應(yīng)性。因此，在合理的熱處理工藝下，4Cr5MoSiV1鋼仍具有滿意的使用性能，所以4Cr5MoSiV1鋼是壓鑄模用鋼的最佳選擇。</p><p>　　六、確定尺寸和熱處理工藝</p><p>&

32、lt;b>　?。ㄒ唬崽幚砉に?lt;/b></p><p>　　由于壓鑄模的工作環(huán)境惡劣，因此壓鑄模成型部位（動(dòng)定模鑲塊、型芯等）及澆注系統(tǒng)使用的熱模鋼必須進(jìn)行熱處理，為保證熱處理質(zhì)量，避免出現(xiàn)畸變、開裂、脫碳、氧化和腐蝕等疵病，可在鹽溶爐，保護(hù)氣氛爐裝箱保護(hù)加熱或在真空爐中進(jìn)行熱處理，尤其是在高壓縮冷真空爐中淬火質(zhì)量最好。淬火前應(yīng)進(jìn)行一次除應(yīng)力退火處理，以消除加工時(shí)殘留的應(yīng)力，減少淬火時(shí)的變形程度

33、用開裂危險(xiǎn)。淬火加熱宜采用兩次預(yù)熱然后加熱到規(guī)定溫度，保溫一段時(shí)間，然后油淬或氣淬。模具零件淬火后即進(jìn)行回火，以免開裂，回火次數(shù)2～3次。壓鑄鋁、鎂合金用的模具硬度為43～48HRC最適宜。為防止粘模，可在淬火處理后進(jìn)行軟氮化處理。壓鑄銅合金的壓鑄模硬度宜取低些，一般不超過44HRC。</p><p>　　1.鋼坯鍛造后的球化退火</p><p>　　為保證壓鑄模內(nèi)部組織致密，碳化物及流線

34、分布合理，消除材料物理性能方向性， 壓鑄模成型零件都需采用鍛造方法準(zhǔn)備毛坯。但鍛造后內(nèi)部組織變成不穩(wěn)定的結(jié)晶，硬度高、力學(xué)性能差，切削困難，內(nèi)應(yīng)力大，在加工過程中和隨后的淬火處理時(shí)容易產(chǎn)生較大的變形和淬裂，因此應(yīng)及時(shí)進(jìn)行球化退火處理。4Cr5MoSiV1鋼的鍛后球化退火工藝為：加熱至850～870℃，保溫3～4h，然后以＜30℃/h的速度冷卻至740～760℃，再保溫4～5h，爐冷至500℃后出爐空冷。</p><p

35、>　　4Cr5MoSiV1鋼壓鑄模的球化退火工藝曲線如圖3所示。</p><p>　　圖3 Cr5MoSiV1鋼鍛造后球化退火工藝曲線</p><p>　　2.機(jī)械加工過程去應(yīng)力退火</p><p>　　壓鑄模在機(jī)械加工過程中，由于刀具擠壓、切削熱等影響，使模具內(nèi)部組織發(fā)生不均勻的體積變化，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的存在，使內(nèi)部組織處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)， 有著強(qiáng)烈

36、恢復(fù)到無應(yīng)力狀態(tài)的傾向。在內(nèi)應(yīng)力不斷釋放的過程中，壓鑄模的形狀發(fā)生改變，原有的加工精度逐漸喪失；對(duì)機(jī)加后內(nèi)應(yīng)力沒有完全釋放的模具，在隨后的淬火處理時(shí)會(huì)發(fā)生更大的變形或淬火裂紋， 因此在機(jī)械加工過程中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。</p><p>　　4Cr5MoSiV1鋼壓鑄模的去應(yīng)力退火曲線如圖4所示。</p><p>　　圖4 4Cr5MoSiV1鋼去應(yīng)力退火工藝曲線</p>

37、<p><b>　　3.淬火</b></p><p>　　由于4Cr5MoSiV1鋼合金元素含量高，淬透性較好，為減小淬火應(yīng)力和變形，淬火冷卻速度應(yīng)盡量緩慢；但為獲得較大的奧氏體過冷度，使轉(zhuǎn)變后的組織細(xì)小，在保證不發(fā)生變形和開裂的情況下，應(yīng)選擇較激烈的冷卻介質(zhì)，綜合分析后選擇油冷。冷卻方式采用分級(jí)淬火，在370～420℃保溫5～20min，直到模具各部位溫度均勻，然后取出空冷。&

38、lt;/p><p>　　4Cr5MoSiV1鋼壓鑄模的淬火曲線如圖5、表2、表3所示。</p><p>　　圖5 4Cr5MoSiV1鋼淬火工藝曲線</p><p>　　表2 4Cr5MoSiV1鋼淬火工藝參數(shù)</p><p>　　注：氣淬真空爐冷卻介質(zhì)為高純度氮?dú)?lt;/p><p>　　表3 保溫時(shí)間（參見圖5）</

39、p><p><b>　　4.回火</b></p><p>　　壓鑄模淬火后需及時(shí)進(jìn)行回火處理，以消除淬火應(yīng)力，降低淬火脆性，提高韌性，回火次數(shù)為三次?；鼗饻囟扔晒ぷ饔捕葋泶_定，由于壓鑄模工作硬度為44～48HRC，為使調(diào)整硬度留有余地，第一次回火的溫度可選擇稍低一些。因壓鑄模工作過程中，型腔表面溫度一般在20～600℃，則第二次回火溫度必須高于型腔表面最高溫度20～50℃

40、，因此選擇620～630℃，保證硬度控制在44～48HRC。第三次回火是為了提高韌性，回火溫度應(yīng)比前一次回火溫度低30～50℃，以免硬度繼續(xù)下降。多次回火雖會(huì)顯著增加模具加工的成本，但對(duì)幾何尺寸大的模具可明顯提高其韌性和熱疲勞性能。</p><p>　　4Cr5MoSiV1鋼壓鑄模的得回火工藝曲線如圖6、表4所示。</p><p>　　圖6 4Cr5MoSiV1鋼回火工藝曲線圖</p

41、><p>　　注：第一次回火，硬度為52到56HRC，第二次回火，硬度為43到47HRC，第三次回火，硬度為43～47HRC</p><p>　　表4 4Cr5MoSiV1鋼回火工藝參數(shù)</p><p>　　5.成型零件的表面強(qiáng)化</p><p>　　為提高4Cr5MoSiV1鋼壓鑄模成型表面與金屬液接觸面的表面強(qiáng)度，提高耐磨性、耐腐蝕性、抗高溫

42、氧化性及抗冷熱疲勞性，防止粘膜和龜裂，需對(duì)壓鑄模成型表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。通過表面強(qiáng)化處理，使壓鑄模的表層發(fā)生化學(xué)成分與組織的變化, 從而改善和提高表層的性能。表面強(qiáng)化處理最常用的方法是氮化處理。由于以滲氮為主的低溫碳氮共滲(又稱軟氮化)處理時(shí)間短、溫度低、變形小，形成的ε相是以Fe3N為主的化合物，對(duì)脆性及裂紋敏感性小，抗咬合、抗擦傷，耐腐蝕，因此應(yīng)用較多，其中又以氣體軟氮化應(yīng)用最為廣泛。氣體軟氮化工藝為：氮化溫度550～570℃，保溫時(shí)

43、間4～6h，出爐后油冷或空冷，氮化層深度達(dá)到0.1～0.15mm。</p><p>　　（二）組織及熱處理工藝分析</p><p>　　4Cr5MoSiV1淬火后可以得到細(xì)晶粒組織細(xì)針馬氏體+未溶碳化物+殘余奧氏體，碳化物大部為M23C6。由于V具有良好的抗過熱敏感性，淬火硬度一般開始隨淬火溫度的升高而提高，當(dāng)溫度升高到1070℃左右達(dá)到最大值，再提高淬火溫度，硬度增加很少而晶粒開始長大。

44、在淬火冷卻時(shí)，應(yīng)以較快的冷速冷卻，以防止共析碳化物的析出。為得到較好的綜合性能和穩(wěn)定的組織4Cr5MoSiV1鋼一般采用二次或三次回火（由圖6工藝曲線就可知)，并且隨著回火溫度的升高，出現(xiàn)二次硬化現(xiàn)象。二次硬化峰一般出現(xiàn)在550℃左右V使析出更多的MC型彌散碳化物，它在620～630℃回火時(shí)，硬度仍能保持在45HRC左右，具有較好的抗回火穩(wěn)定性。4Cr5MoSiV1應(yīng)避免在出現(xiàn)二次硬化峰溫度范圍內(nèi)回火，而采用高于二次硬化峰的溫度回火。為

45、了使一次回火過程中殘余轉(zhuǎn)變奧氏體產(chǎn)生的馬氏體充分回火，一般采用二次三次回火。對(duì)4Cr5MoSiV1如果降低Cr的含量提高V的含量，使鋼在回火時(shí)析出以VC為主的高度彌散的碳化物，降低高溫下不穩(wěn)定的Cr的含量，可以提高其使用溫度及高溫性能，有許多試驗(yàn)證明，在1000℃淬火和620℃時(shí)具有相對(duì)高的熱疲勞抗力。</p><p>　　七、工藝流程及工藝卡片</p><p>　　工藝流程：鍛造→球化退

46、火→粗加工→去應(yīng)力退火→淬火→三次回火→精加工→檢驗(yàn)→拋光→滲氮→裝配。</p><p>　　為保證4Cr5MoSiV1鋼壓鑄模內(nèi)部組織致密，碳化物及流線分布合理，消除材料物理性能方向性，壓鑄模成型零件都需采用鍛造方法準(zhǔn)備毛坯。但鍛造后內(nèi)部組織變成不穩(wěn)定的結(jié)晶， 硬度高、力學(xué)性能差，切削困難，內(nèi)應(yīng)力大，在加工過程中和隨后的淬火處理時(shí)容易產(chǎn)生較大的變形和淬裂，因此應(yīng)及時(shí)進(jìn)行球化退火處理。</p>&l

47、t;p>　　4Cr5MoSiV1鋼壓鑄模在機(jī)械加工過程中，由于刀具擠壓、切削熱等影響，使模具內(nèi)部組織產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而使內(nèi)部組織處于一種極不穩(wěn)定的狀態(tài)，有著強(qiáng)烈恢復(fù)到無應(yīng)力狀態(tài)的傾向。在內(nèi)應(yīng)力不斷釋放的過程中，壓鑄模的形狀發(fā)生改變，原有的加工精度逐漸喪失；對(duì)機(jī)加后內(nèi)應(yīng)力沒有完全釋放的模具，在隨后的淬火處理時(shí)會(huì)發(fā)生更大的變形或淬火裂紋，因此在機(jī)械加工過程中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。</p><p>　　由于壓鑄

48、模形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高，因此精加工通常放在淬火、回火后進(jìn)行。</p><p><b>　　工藝卡片見附圖。</b></p><p><b>　　八、成品檢驗(yàn)</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┯捕葯z驗(yàn)</b></p><p>　　使用洛氏硬度計(jì)對(duì)模具型腔外部表面進(jìn)行

49、硬度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)其硬度是否合格，要求硬度43～48HRC。若硬度過高，則進(jìn)行高溫回火，降低其硬度；硬度過低，則低溫回火，使其硬度提高。</p><p><b>　?。ǘ┙鹣鄼z驗(yàn)</b></p><p>　　使用金相顯微鏡對(duì)模具表面進(jìn)行金相檢驗(yàn)，主要檢查材料晶界上碳化物的偏析、分布狀態(tài)、晶料度以及晶粒間夾雜等。組織缺陷及解決辦法：</p><p>

50、;<b>　　1.帶狀偏析</b></p><p>　　由于碳及合金元素的嚴(yán)重偏析，特別是鉻元素的作用。4Cr5MoSiV1有時(shí)會(huì)出現(xiàn)共晶碳化物，可通過高溫長期擴(kuò)散退火消除。4Cr5MoSiV1中普遍存在碳化物帶狀偏析，通過高溫?cái)U(kuò)散退火能減少成分偏析，提高化學(xué)成分和組織的均勻性。利用電渣重熔和真空白耗熔煉壓鑄模具鋼，以及利用稀土變質(zhì)模具鋼，使4Cr5MoSiV1鋼的合金元素偏析現(xiàn)象明顯減弱，

51、可大幅度提高模具鋼的沖擊韌度。</p><p><b>　　2.雜質(zhì)富集帶</b></p><p>　　一般失效的4Cr5MoSiV1中可看到雜質(zhì)富集帶，它集中在碳化物偏析帶內(nèi)，常與共晶碳化物伴生。提高4Cr5MoSiV1鋼的清潔度，采用電渣重熔或爐外精煉工藝，可降低有害雜質(zhì)含量，特別是S、P的含量，是改善4Cr5MoSiV1鋼抗熱裂和早期脆性開裂及4Cr5MoSiV

52、1鋼模具壽命的重要途徑。如將4Cr5MoSiV1鋼的P、S含量從0.03%降到0.01%，可提高鋼的沖擊值1倍左右。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　通過對(duì)壓鑄模具失效的分析，對(duì)模具用鋼的性能提出了要求，進(jìn)而確定了模具用鋼的材料4Cr5MoSiV1。</p><p>　　對(duì)4Cr5MoSiV1鋼熱處理工藝的確定，包

53、括鋼坯鍛造后的球化退火、機(jī)械加工過程的去應(yīng)力退火、淬火、回火、成型零件的表面強(qiáng)化，使4Cr5MoSiV1鋼能達(dá)到壓鑄模具所要求的性能。并且為提高4Cr5MoSiV1鋼壓鑄模成型表面的強(qiáng)度，提高耐磨性、耐腐蝕性、抗高溫氧化性和抗冷熱疲勞性，以及防止粘膜和龜裂，對(duì)普通熱處理工藝加以改進(jìn)，對(duì)成型模具進(jìn)行表面強(qiáng)化，即滲氮處理，使壓鑄模的表層發(fā)生化學(xué)成分與組織的變化, 從而改善和提高表層的性能，使模具使用壽命提高。</p><

54、p>　　降低4Cr5MoSiV1鋼中的P、S含量，可改善碳化物偏析，細(xì)化組織，并且組織均勻、細(xì)小，彌散各項(xiàng)性能指標(biāo)，可提高4Cr5MoSiV1鋼的性能及使用壽命。</p><p>　　正確的熱處理工藝是延長壓鑄模使用壽命的關(guān)鍵。4Cr5MoSiV1鋼壓鑄模熱處理工藝包括壓鑄模使用過程中的消除應(yīng)力處理等，在制訂其熱處理工藝時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體零件大小、形狀等，合理確定加熱速度、加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻方式等工藝參數(shù)

55、。</p><p>　　4Cr5MoSiV1雖在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用，但前景仍被看好，并且對(duì)其所制的模具的要求也越來越高。尤其是國內(nèi)，許多高精度模具需進(jìn)口，成本較高。國內(nèi)雖然生產(chǎn)此類鋼材的廠家較多，但質(zhì)量參差不齊，很多與國際發(fā)達(dá)工業(yè)水平國家生產(chǎn)的同類產(chǎn)品質(zhì)量差距大。因此，尋求新的生產(chǎn)工藝，提高國內(nèi)4Cr5MoSiV1鋼的質(zhì)量，進(jìn)而提高模具質(zhì)量，也是該鋼的發(fā)展方向之一。</p><p><b

56、>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 安繼儒, 劉耀恒. 熱處理工藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊 [M].化學(xué)工業(yè)出版社. 2008: 131-140.</p><p>　　[2] 張能武, 李樹軍. 模具技術(shù)使用手冊 [M].安徽科學(xué)技術(shù)出版社. 2009: 245-247.</p><p>　　[3] 鄧明. 實(shí)用模具設(shè)計(jì)簡明手冊 [M].機(jī)械工

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