1、<p><b>　　1 前言</b></p><p>　　熱處理工藝課程設(shè)計(jì)是學(xué)生對(duì)熱處理工藝的基礎(chǔ)知識(shí)、原理及方法的綜合應(yīng)用及全面訓(xùn)練，進(jìn)一步提高學(xué)生技能，達(dá)到本學(xué)科基本要求的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)學(xué)生初步的設(shè)計(jì)思想、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，了解設(shè)計(jì)的一般方法和步驟；初步培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)基本技能和對(duì)工程技術(shù)問(wèn)題的嚴(yán)肅認(rèn)真和負(fù)責(zé)的態(tài)度。</p><

2、;p>　　熱處理工藝課程設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)同學(xué)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，通過(guò)《金屬熱處理工藝學(xué)》、《固態(tài)相變?cè)怼穼W(xué)科的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了一些常用材料的組織的轉(zhuǎn)變過(guò)程及熱處理方法，通過(guò)課程設(shè)計(jì)能夠讓同學(xué)們更好地理解材料成分、組織、結(jié)構(gòu)和性能它們相互之間的內(nèi)在聯(lián)系；通過(guò)本課程設(shè)計(jì)之后，我們對(duì)所學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)有一個(gè)系統(tǒng)的、健全的結(jié)構(gòu)把握，能夠有效地訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；課程設(shè)計(jì)有利于學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的培養(yǎng)，雖然與工程實(shí)際有一定的

3、距離，但它也是我們走向社會(huì)前一次重要的鍛煉，它要求我們?cè)谡n程設(shè)計(jì)中從使用性能、成本要求、加工工藝性能等多方面考慮一個(gè)零件的熱處理工藝。</p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠正確地對(duì)局部與整體的把握，能培養(yǎng)我們對(duì)細(xì)節(jié)注重的能力，同時(shí)掌握整體學(xué)習(xí)、工作以及研究的本領(lǐng)。</p><p><b>　　2 零件圖分析</b></p><p>

4、　　圖1熱處理凹模工件圖</p><p><b>　　2.1 零件形狀</b></p><p>　　該零件圖是一個(gè)凹模的零件圖，它由四個(gè)螺紋孔（分布在模具的四個(gè)角上）和靠近螺紋各有一個(gè)模具導(dǎo)桿孔；在靠近中央位置有一個(gè)呈倒E字形的型孔，此為材料加工成型的重要部分；在型孔上下兩側(cè)右邊的相對(duì)位置各有一個(gè)矩形型孔，在矩形型孔之間對(duì)稱分布著許多小孔。從形狀看來(lái)，這個(gè)凹模是一個(gè)

5、相對(duì)比較復(fù)雜的模具，從而導(dǎo)致在機(jī)械加工上也變得相對(duì)復(fù)雜。</p><p><b>　　2.2 零件尺寸</b></p><p>　　該凹模的總體尺寸為200×150×35mm，所以這是一個(gè)尺寸較小的凹模，因而其工作時(shí)所受的載荷也相對(duì)較低。</p><p><b>　　2.3 技術(shù)要求</b><

6、/p><p>　　該凹模的技術(shù)要求是在熱處理完成之后，使用時(shí)的整體硬度為61～63HRC，所以它的使用狀態(tài)時(shí)的硬度很高。</p><p>　　綜合對(duì)該零件的形狀、尺寸、技術(shù)要求這三方面的分析，這個(gè)模具屬于一個(gè)小型的冷作模具。因?yàn)闊嶙髂＞呤窃诟邷叵鹿ぷ鞯模虼诵枰哂幸欢ǖ母邷貜?qiáng)度與高溫硬度，良好的淬透性與沖擊韌度，足夠的耐熱疲勞性能和抗氧化能力。所以其絕大部分使用的最高硬度也不超過(guò)60HRC。

7、作為一個(gè)小型的冷作凹模，則其工作時(shí)主要承受拉壓、彎曲、沖擊、疲勞、摩擦等多種機(jī)械力的作用，其主要時(shí)效形式有：過(guò)載失效、磨損失效、咬合失效以及多沖疲勞失效等。但是對(duì)其作用的載荷都相對(duì)比較小。為了滿足冷作模具高應(yīng)力、高耐磨和使用壽命的需要，因此這個(gè)小型冷作模具應(yīng)具備較高的硬度和耐磨性，一定的抗沖擊能力，較高的變形抗力，斷裂抗力，耐磨損，抗疲勞和不咬合等使用性能。</p><p><b>　　3 材料選擇&

8、lt;/b></p><p>　　通過(guò)給出的技術(shù)要求（61～63HRC），所以要選擇淬透性和淬硬性都比較好的材料作為該凹模的制作材料，經(jīng)查閱相關(guān)資料有很多材料都適合作為冷作模具的材料，如9SiCr、Cr12MoV、9Mn2V、CrWMn等。下面對(duì)這四種不同的材料的比較如下： </p><p>　　化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：%）：</p><p>　　表1四種不同的

9、材料化學(xué)成分表</p><p>　　物理常數(shù)（近似值：℃）：</p><p>　　表2四種材料物理常數(shù)表</p><p><b>　　淬透性：</b></p><p>　　表3四種材料淬透性表</p><p>　　綜合以上所列出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示，這些材料均能達(dá)到該零件的使用性能要求。但是根據(jù)實(shí)際成本

10、和材料的化學(xué)成分來(lái)看，9Mn2V在符合要求的同時(shí)具有整體優(yōu)勢(shì)。因?yàn)閺臒崽幚硖攸c(diǎn)來(lái)看，9Mn2V的化學(xué)成分相對(duì)簡(jiǎn)單，且合金元素含量也不高，便于熱處理；另外，從上述四種材料的物理參數(shù)看來(lái)，9Mn2V的臨界點(diǎn)相對(duì)較低，應(yīng)用到大批量生產(chǎn)上可以減少一部分能源的使用，這是一方面的優(yōu)勢(shì)。此外，對(duì)9Mn2V進(jìn)行回火的時(shí)候還可以不用通過(guò)介質(zhì)來(lái)進(jìn)行加熱。所以，在均能滿足性能要求的前提下，9Mn2V非常符合制作這個(gè)凹模。</p><p&g

11、t;　　9Mn2V的化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：%）如下表：</p><p>　　表4 9Mn2V的化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：%）表</p><p>　　9Mn2V的相關(guān)物理參數(shù)(攝氏度：℃)如下表：</p><p>　　4 確定加工工藝路線</p><p><b>　　表5 加工工藝表</b></p><

12、p>　　5 熱處理工藝方法選擇</p><p>　　5.1 模具的預(yù)備熱處理</p><p>　　為了消除毛坯的殘留組織缺陷，有利于后續(xù)冷熱處理，提高使用性能和壽命。冷作模具的預(yù)備熱處理采用球化退火，因?yàn)榍蚧嘶鹂梢垣@得滿意的機(jī)械加工性能，并做好淬火前組織上的準(zhǔn)備，球化退火組織對(duì)最終獲得熱處理后的強(qiáng)韌性、畸變、開(kāi)裂傾向、耐磨性以及斷裂韌度有顯著的影響。</p>&l

13、t;p>　　球化溫度應(yīng)選在Ar1以上20～50℃為宜，要避免在退火過(guò)程出現(xiàn)有殘存的原片狀碳化物或新的片狀及棱角狀碳化物，應(yīng)保留許多未溶的細(xì)小碳化物顆粒以作為球化的結(jié)晶核心，保證能加速球化過(guò)程和形成均勻的球化體。球化退火的等溫溫度和保持時(shí)間要選擇在不出現(xiàn)片狀或片、球狀混合組織，并有合適的球化速度范圍為宜，保證能加速球化過(guò)程和形成均勻的球化體。</p><p>　　5.2 模具的最終熱處理</p>

14、<p>　　冷作模具的最終熱處理是淬火＋低溫回火。在冷作模具的熱處理工藝過(guò)程中最重要的就是淬火和回火的處理，淬火是為了使冷作模具具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨等性能；回火主要是消除工件淬火時(shí)所產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，提高材料的塑性和韌性，獲得良好的綜合力學(xué)性能，穩(wěn)定工件尺寸，使鋼的組織在工件使用過(guò)程中不再發(fā)生變化。淬火與低溫回火相結(jié)合，則可以使模具具有高的強(qiáng)度、耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性以及一定的沖擊性的配合，這使得冷作模具應(yīng)具備高的變

15、形抗力、斷裂抗力、耐磨損、抗疲勞和不咬合等能力。</p><p>　　淬火一般是把鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1或Ac3以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織，而低溫回火一般是指在低于250℃的情況下進(jìn)行回火，同時(shí)還要根據(jù)鋼種注意要避免各種鋼的回火的脆性溫度區(qū)間。低溫回火可以使工具、量具獲得高硬度、耐磨、足夠的強(qiáng)度和韌性。</p><p>　　6 制訂熱處理工

16、藝制度</p><p>　　6.1 預(yù)備熱處理工藝制度的制訂</p><p>　　表6預(yù)備熱處理工藝表</p><p>　　6.1.1 加熱速度</p><p>　　加熱速度主要與鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關(guān)。為防止變形開(kāi)裂，應(yīng)該適當(dāng)控制加熱速度。碳鋼和低合金鋼的中、小件的加熱速度一般控制在100～200℃/h；中、高合金鋼形狀復(fù)

17、雜的或截面大的工件一般應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱或采用低溫入爐進(jìn)行隨爐升溫的加熱方式，在溫度低于600～700℃是的加熱速度為30～70℃/h，高于此溫度后控制在80～100℃/h。根據(jù)本設(shè)計(jì)中零件尺寸及形狀的實(shí)際情況，采用低溫入爐加熱，加熱速度為90～100℃/h能夠達(dá)到目的。</p><p>　　6.1.2 加熱溫度</p><p>　　球化退火主要應(yīng)用于共析、過(guò)共析鋼，使鋼中的碳化物球化以降低硬度

18、，改善組織，提高淬火鋼的性能及減少淬火缺陷等。加熱溫度對(duì)鋼中碳化物的球化效果有著很大的影響。球化退火加熱溫度不宜太高，一般控制在稍高于Ac1，如Ac1+（20～30）℃，可獲得不均勻奧氏體和大量細(xì)小的殘留碳化物，作為碳化物球化的非自發(fā)核心，以促進(jìn)球化。所以根據(jù)9Mn2V的Ac1點(diǎn)的溫度（730℃）得到球化溫度為750～760℃。</p><p>　　6.1.3 加熱時(shí)間</p><p>

19、　　加熱時(shí)間主要與鋼的成分、工件的尺寸與形狀、加熱溫度、加熱介質(zhì)、加熱方式、裝爐量及熱處理目的有關(guān)，采用公式（min）來(lái)計(jì)算，其中K表示與加熱條件有關(guān)的綜合物理因素，而W=V/F（mm）表示與工件的尺寸和形狀有關(guān)的幾何因素（V為工件的體積，F(xiàn)為工件的面積）。根據(jù)本設(shè)計(jì)中零件的尺寸確定加熱時(shí)間為：(0.6～2)×（35+5+5）＝（27～90）min。所以取加熱時(shí)間為60min。</p><p>　　KW

20、使用時(shí)間系數(shù)見(jiàn)下表：</p><p>　　表7 KW使用時(shí)間系數(shù)表</p><p>　　注：D為有效厚度；B為板厚；δ為管壁厚。</p><p>　　6.1.4 保溫時(shí)間</p><p>　　工件在爐內(nèi)要進(jìn)行一段時(shí)間的保溫，一方面是為了使工件能夠很好地透熱，另一方面使工件內(nèi)部各部分的溫度分布均勻一致，組織狀態(tài)均勻一致。保溫時(shí)間的確定也與鋼的

21、成分、工件的尺寸與形狀等有關(guān)。由于合金鋼中碳化物內(nèi)存在大量的合金元素，提高了碳化物的穩(wěn)定性，使得合金碳化物即使在高溫下也很難溶解，所以要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，通過(guò)查閱合金鋼手冊(cè)相應(yīng)鋼種的等溫退火曲線取保溫時(shí)間為4h。</p><p>　　6.1.5 等溫溫度</p><p>　　由熱處理手冊(cè)查得，對(duì)于過(guò)共析鋼和合金工具鋼的球化退火溫度的確定應(yīng)該是Ar1+（20～30）℃，所以根據(jù)9Mn2V的

22、Ar1點(diǎn)溫度（655℃）來(lái)確定其等溫溫度為680～690℃。</p><p>　　6.1.6 等溫時(shí)間</p><p>　　等溫時(shí)間取決于該材料的化學(xué)成分及工件截面尺寸，為了使工件能夠很好地完成等溫轉(zhuǎn)變，使合金碳化物能夠很好地轉(zhuǎn)變成球狀碳化物，且均勻細(xì)小。根據(jù)合金鋼手冊(cè)相關(guān)鋼種的等溫曲線的等溫時(shí)間，所以取等溫時(shí)間為4h。</p><p>　　6.1.7 冷卻速度

23、</p><p>　　冷卻速度對(duì)鋼退火后的組織與性能影響的一般規(guī)律是：冷卻速度越大，奧氏體分解溫度越低，則珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物越細(xì)，應(yīng)力越大，硬度越高。所以，為達(dá)到預(yù)期的處理效果，冷卻速度應(yīng)控制適當(dāng)。由于要求等溫球化退火的冷卻速度緩慢，所以根據(jù)相關(guān)資料取冷速度為小于等于30℃/h。</p><p>　　退火件一般采用隨爐冷卻至低于550℃出爐空冷，對(duì)于要求內(nèi)應(yīng)力較小的工件應(yīng)爐冷至低于350℃出爐

24、空冷。</p><p>　　各類鋼材的退火冷卻速度見(jiàn)下表：</p><p>　　表8各類鋼材退火冷卻速度表</p><p>　　注：球化退火的冷卻速度為20～60℃/h。</p><p>　　6.2 最終熱處理工藝制度的制訂</p><p>　　6.2.1 淬火工藝制度的制訂</p><p>

25、;<b>　　表9淬火工藝</b></p><p><b>　?。?）加熱速度</b></p><p>　　加熱速度與退火時(shí)的加熱速度相同，加熱速度選擇為90～100℃/h。一般在空氣爐中的加熱比在鹽浴爐中加熱要高10～30℃，采用油、硝鹽淬火介質(zhì)時(shí)，淬火加熱溫度比用水淬火時(shí)要提高20℃左右。</p><p><b&

26、gt;　　（2）加熱溫度</b></p><p>　　鋼的淬火加熱溫度與鋼的含碳量有關(guān)，亞共析鋼的加熱溫度為Ac3+（30～50）℃；共析鋼和過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度為Ac1+（30～50）℃。因?yàn)?Mn2V的Ac1點(diǎn)溫度是730℃，所以加熱溫度為760～780℃。</p><p>　?。?）加熱時(shí)間與保溫時(shí)間</p><p>　　爐中的工件應(yīng)在規(guī)定的加熱

27、溫度范圍內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，以保證必要的組織轉(zhuǎn)變和擴(kuò)散。加熱時(shí)間和保溫時(shí)間一共由三部分組成：①升溫時(shí)間；②透熱時(shí)間；③組織轉(zhuǎn)變時(shí)間。加熱時(shí)間同退火工藝中的加熱時(shí)間的確定一致，由于在最終熱處理前，工件的尺寸發(fā)生了改變，所以其加熱時(shí)間會(huì)有一定的變化，利用退火工藝中所引用的經(jīng)驗(yàn)公式（min）來(lái)計(jì)算。根據(jù)本設(shè)計(jì)中零件的尺寸確定加熱時(shí)間為：（0.6～2）×（35＋0.5＋0.5）＝（20～70）min，還是取1h。</p>

28、<p>　　其中保溫時(shí)間可以由經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)加以確定。其中 為保溫時(shí)間系數(shù)，可從工具書(shū)查得；k為工件在爐中裝爐形式所相應(yīng)的修正系數(shù)；D為工件的有效厚度。根據(jù)本設(shè)計(jì)中零件的相關(guān)尺寸計(jì)算，其中k取1，所以保溫時(shí)間為：1.2×1×（35＋0.5＋0.5）＝43.2min，即取40min。又由于手冊(cè)推薦普通碳鋼及低合金鋼在透熱后保溫5～15min即可滿足組織轉(zhuǎn)變要求，合金結(jié)構(gòu)鋼則需要15～25min。本設(shè)計(jì)中的零件相對(duì)

29、比較小，所以透熱時(shí)間基本上可以忽略。因此本設(shè)計(jì)中淬火的保溫時(shí)間確定為30min。</p><p>　　保溫時(shí)間系數(shù)見(jiàn)下表單位為（min/mm）：</p><p><b>　　表10保溫時(shí)間系數(shù)</b></p><p><b>　?。?）淬火冷卻</b></p><p>　　9Mn2V屬于冷作模具鋼，

30、所以采用工模具鋼較為常見(jiàn)的淬火冷卻方式——油冷淬火，以油為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻，當(dāng)冷至油溫的時(shí)候?qū)⒐ぜ〕隹绽洹?lt;/p><p>　　6.2.2 回火工藝制度的制訂</p><p><b>　　表11回火工藝</b></p><p><b>　?。?）加熱速度</b></p><p>　　加熱速度與

31、退火、淬火工藝中的加熱速度一致，取90～100℃/h。</p><p><b>　?。?）加熱溫度</b></p><p>　　對(duì)于工具、模具鋼的回火要求是能夠保持高硬度的條件下，使脆性有所降低，殘余內(nèi)應(yīng)力有所減小，所以采用低溫淬火。根據(jù)手冊(cè)查得低溫回火溫度范圍在150～250℃進(jìn)行，但是9Mn2V的回火脆性溫度區(qū)間在190～250℃，所以加熱溫度為150～180℃。

32、</p><p><b>　　表12回火溫度</b></p><p>　　表13冷作模具鋼的回火脆性溫度范圍</p><p><b>　　（3）保溫時(shí)間</b></p><p>　　回火時(shí)間是從工件入爐后爐溫升至回火溫度是開(kāi)始計(jì)算，回火溫度一般為1～3h。也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式加以確定。其中 為回火時(shí)間

33、系數(shù)； 為回火時(shí)間系數(shù)；D為工件的有效厚度。本設(shè)計(jì)中的零件的有效厚度為36mm，假設(shè)選擇回火爐為箱式電阻爐，查表得為120，為1，所以計(jì)算結(jié)果為156min，所以取3h。Kn及An值推薦表如下：</p><p>　　表14 Kn及An值推薦表</p><p><b>　?。?）冷卻速度</b></p><p>　　工件回火后即可出爐空冷至室溫。

34、</p><p>　　7 熱處理設(shè)備選擇</p><p>　　7.1 預(yù)備熱處理設(shè)備的選擇</p><p>　　7.1.1 退火設(shè)備的選擇</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中的零件形狀為矩形，形狀規(guī)則且比較小，其預(yù)備熱處理的目的為球化退火，使其獲得滿意的機(jī)械加工工藝性能，為最終熱處理做好組織上的準(zhǔn)備。由于該材料的退火工藝中無(wú)需通過(guò)氣體保護(hù)進(jìn)

35、行加熱，所以可以采用空氣氣氛直接裝爐加熱；此外，進(jìn)行預(yù)備熱處理的工件有足夠的加工余量，所以對(duì)工件脫碳層的要求相對(duì)就要??；并且本設(shè)計(jì)是針對(duì)單件小批量生產(chǎn)設(shè)計(jì)，所以退火爐選擇普通間隙式箱式電阻爐即可滿足設(shè)計(jì)要求。中溫箱式電阻爐的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)如下圖所示。</p><p>　　這類爐子由爐體和電氣控制柜組成。爐體由爐架和爐殼、爐襯、爐門(mén)、電熱元件及爐門(mén)升降機(jī)構(gòu)等組成。電熱元件多分布于兩側(cè)墻和爐底。爐內(nèi)溫度均勻度狀態(tài)主要

36、受電熱元件布置，爐門(mén)的密封和保溫等狀態(tài)的影響。通常爐膛前端溫度較低。工件在高中、溫箱式電阻爐中加熱主要靠電熱元件和爐壁的熱輻射。根據(jù)形狀、尺寸以及生產(chǎn)批量選擇型號(hào)為RX3—15—9的中溫箱式電阻爐作為該凹模的退火熱處理設(shè)備。</p><p>　　表15 中溫箱式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　圖5中溫箱式電阻爐</b></p>

37、<p>　　7.2 最終熱處理設(shè)備的選擇</p><p>　　由熱處理手冊(cè)查得，對(duì)于熱處理工件性能要求嚴(yán)格的工具鋼、模具鋼應(yīng)該選用真空爐、鹽浴爐或者流態(tài)化爐，這三種爐是對(duì)模具和刃具進(jìn)行熱處理的常用的熱處理設(shè)備。</p><p><b>　?。?）鹽浴爐</b></p><p>　　鹽浴爐是一種綜合換熱系數(shù)大，加熱速度快，加熱均勻，變

38、形小，熱容量較大，加熱溫度波動(dòng)小，容易恒溫加熱的熱處理設(shè)備；鹽液容易保持中性狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化無(wú)脫碳加熱，在鹽液中加入含碳、含氮等物質(zhì)，容易實(shí)現(xiàn)化學(xué)熱處理；浴爐容易實(shí)現(xiàn)工件局部加熱錯(cuò)做。但是，浴液對(duì)環(huán)境有不同的污染程度；工件帶出的廢鹽，不但造成浪費(fèi)，而且對(duì)工件有腐蝕，特別是粘在工件縫隙和盲孔中的鹽；中、高溫浴爐的浴面輻射熱損失較嚴(yán)重，不便于機(jī)械化和連續(xù)化生產(chǎn)。</p><p><b>　　（2）流態(tài)化爐&

39、lt;/b></p><p>　　流態(tài)爐具有快速均勻接觸傳熱傳質(zhì)，能耗低，運(yùn)行成本低，爐床溫度均勻，使用溫度范圍寬，微（無(wú)）氧化脫碳，表面光潔，不需清洗，難以銹蝕（具有防銹性），熱處理后零件性能均勻并有很好的重現(xiàn)性；而且可以根據(jù)工藝任意設(shè)定氣氛，爐床內(nèi)氣氛換氣凈化只需2~3分鐘，對(duì)易變形，易開(kāi)裂及桿（軸）、片和異型疑難零件有著良好的工藝效果；操作靈活簡(jiǎn)便、維修少且方便，無(wú)毒害且安全。流態(tài)爐還是柔性生產(chǎn)方式和

40、批量生產(chǎn)作業(yè)相結(jié)合的經(jīng)濟(jì)爐型，是多類型工藝的熱處理車間；它減少各類單一功能設(shè)備投資，減少能源負(fù)荷配置的良好途徑，可以隨零件種類質(zhì)量和性能要求，靈活調(diào)整組織生產(chǎn)，可改變目前存在裝備（爐）單一的現(xiàn)狀。</p><p><b>　?。?）真空爐</b></p><p>　　真空爐熱處理設(shè)備具有高效、優(yōu)質(zhì)、低耗和無(wú)污染等一系列有點(diǎn)，是近代熱處理設(shè)備發(fā)展的熱點(diǎn)。真空熱處理設(shè)備種

41、類較多，通常按用途和特性分類，例如：真空退火爐、真空淬火爐、真空回火爐、低真空爐、高真空爐等等。</p><p>　　綜合上述三種爐型的特點(diǎn)，再根據(jù)本設(shè)計(jì)中零件尺寸、產(chǎn)品批量規(guī)模和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。通過(guò)以上各熱處理設(shè)備的比較，選擇真空熱處理爐比較好。</p><p>　　7.2.1 淬火設(shè)備的選擇</p><p>　　由于該零件是低合金工具鋼9Mn2V制作的凹模，

42、所以要求其整體具有高達(dá)61～63HRC的硬度，同時(shí)還要求工件淬火后表面的化學(xué)成分波動(dòng)小，沒(méi)有裂紋產(chǎn)生和很小的畸變度。為了滿足上述要求，就需要對(duì)工件在淬火加熱氣氛和淬火冷卻時(shí)要采取相應(yīng)的措施，在工件加熱時(shí)應(yīng)該通過(guò)例如真空的手段防止工件表面化學(xué)成分的變化，在淬火時(shí)應(yīng)采用油作為淬火介質(zhì)來(lái)控制工件的冷卻速度。所以采用油淬真空爐作為該凹模的淬火熱處理設(shè)備，由于形狀和批量小，所以采用雙室油淬真空爐就能達(dá)到目的。為了能夠防止加熱室被污染以及保持較好、

43、較穩(wěn)定的真空度，選擇淬火室與加熱室之間有隔熱屏的雙室油淬真空爐。其中淬火介質(zhì)按照下表中所列出的相關(guān)參數(shù)選擇合適的淬火介質(zhì)。根據(jù)工件的尺寸、形狀及生產(chǎn)批量選擇FH·H—20型油淬真空爐即可滿足要求。所選擇爐型的相關(guān)參數(shù)及結(jié)構(gòu)示意圖如下示。</p><p>　　表16真空爐技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　圖6雙室油淬真空爐</b></p>&

44、lt;p>　　表17真空淬火油的使用性能</p><p>　　7.2.2 回火設(shè)備的選擇</p><p>　　在回火過(guò)程中對(duì)熱處理工件要求基本一致，只是為了使工件達(dá)到使用狀態(tài)下的性能要求，從加熱溫度對(duì)工件化學(xué)成分、形狀影響的方面和從熱處理設(shè)備成本方面來(lái)考慮，由于加熱溫度不高，所以對(duì)工件的氧化情況就不是很嚴(yán)重，且工件變形也比較均勻，對(duì)精加工影響不大，所以還是選用中溫箱式電阻爐作為該凹

45、模的回火設(shè)備，其結(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)格和預(yù)備熱處理中的一樣。</p><p><b>　　8 工裝設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　8.1 清洗設(shè)備</b></p><p>　　為了防止零件出現(xiàn)軟點(diǎn)、組織不均勻等影響熱處理質(zhì)量的現(xiàn)象，所以要在零件熱處理前經(jīng)行清除銹斑、油漬、污垢、切削液和研磨劑等，以保證不阻礙加熱和冷卻

46、，不影響介質(zhì)和氣氛的純度。另外，在熱處理后也常需清洗，以去除零件表面殘油、殘?jiān)吞亢诘雀街?，以保證熱處理零件清潔度、防銹和不影響下道工序加工等要求。清洗設(shè)備主要有一般清洗機(jī)、超聲波清洗設(shè)備、脫脂爐清洗設(shè)備、真空清洗設(shè)備。根據(jù)各個(gè)清洗設(shè)備的用途并結(jié)合本設(shè)計(jì)中的零件的具體情況，本設(shè)計(jì)中的零件為小型的凹模，所以可以選擇一般清洗設(shè)備中的間歇式清洗設(shè)備就能滿足要求。為滿足清洗效果和保護(hù)環(huán)境，清洗機(jī)應(yīng)具備水過(guò)濾裝置、撇油裝置和霧氣處理裝置。此外，

47、金屬清洗劑選擇合成洗滌劑，其中含有表面活性劑，可滲入零件的油膜內(nèi)起清洗乳化作用，成本低且效果好。清洗設(shè)備如下圖所示：</p><p><b>　　圖7室式清洗機(jī)</b></p><p>　　8.2 清理及強(qiáng)化設(shè)備</p><p>　　零件經(jīng)過(guò)熱處理后，尤其是淬火回火之后，表面有氧化皮和粘著物，需要一定的設(shè)備將其清除掉，所以就應(yīng)該在熱處理后通過(guò)

48、清理設(shè)備將工件表面的氧化皮和粘著物清理掉，防止對(duì)工件的性能及質(zhì)量等造成影響。如果要在清理氧化皮的同時(shí)使零件獲得良好的表面和提高工件表面的強(qiáng)度，可以利用拋丸機(jī)器或噴嘴將鋼丸高速射向零件表面，通過(guò)鋼丸的沖擊作用清除零件表面的氧化物和粘著物并同時(shí)達(dá)到強(qiáng)化作用，提高零件的疲勞壽命。常用的清理設(shè)備有機(jī)械式拋丸和氣力、液力噴丸（砂）。根據(jù)本設(shè)計(jì)中工件的實(shí)際情況選擇一臺(tái)機(jī)械式拋丸機(jī)器就可以同時(shí)滿足清理工件熱處理后工件表面的氧化皮和使工件表面強(qiáng)化，下圖

49、是機(jī)械式拋丸機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。</p><p>　　圖8機(jī)械式拋丸機(jī)器工作原理</p><p>　　8.3 熱處理用夾具</p><p>　　當(dāng)工件在熱處理爐中進(jìn)行加熱時(shí)，為了能夠更好地使工件各個(gè)部位受熱均勻，同時(shí)也為了方便熱處理工作人員的操作，需要選擇合適的輔助工具，如夾具、墊具等。由于本設(shè)計(jì)中的工件是一個(gè)長(zhǎng)方體塊，尺寸較??；同時(shí)為滿足淬火過(guò)程的順利進(jìn)行，選擇如下

50、所示的墊具和夾具。</p><p><b>　　圖9墊具</b></p><p>　　9 檢驗(yàn)設(shè)備及方法選擇</p><p>　　9.1 退火后的檢驗(yàn)</p><p><b>　　9.1.1 外觀</b></p><p>　　退火工件表面不能有裂紋及傷痕等缺陷。<

51、/p><p><b>　　9.1.2 硬度</b></p><p>　　退火后若硬度不均（組織不均勻）將影響切削性能和最終熱處理質(zhì)量。表面硬度的誤差范圍見(jiàn)下圖：</p><p>　　圖11表面硬度誤差范圍</p><p>　　所以，在本設(shè)計(jì)中的凹模淬火后的硬度值誤差為25HBS。根據(jù)手冊(cè)查得，要求9Mn2V在球化退火后的硬

52、度值為≤229HBS。選擇一臺(tái)布氏硬度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)即可。</p><p>　　9.1.3 金相檢驗(yàn)</p><p>　　低合金工具鋼球化退火后正常組織為均勻分布的球化體。若組織中有點(diǎn)狀和細(xì)片狀珠光體或分布不均勻的粗大球化體及粗片狀珠光體，都是不正常組織。碳化物網(wǎng)要求小于等于2級(jí)，珠光體為2～5級(jí)。但是對(duì)于一條成熟的生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，此項(xiàng)檢驗(yàn)室可以省略。在本設(shè)計(jì)中為可靠做保證，根據(jù)相關(guān)手冊(cè)，選擇一

53、臺(tái)低溫金相顯微鏡即可。</p><p>　　其中在制作金相試樣的過(guò)程中，采用簡(jiǎn)單方便的冷酸浸蝕試驗(yàn)法來(lái)顯示金相組織，根據(jù)冷酸浸蝕溶液成分及使用范圍（如下表）選擇合適的酸浸蝕劑：</p><p>　　表18冷酸浸蝕溶液成分及使用范圍</p><p>　　9.2 淬火回火后的檢驗(yàn)</p><p><b>　　9.2.1 外觀<

54、/b></p><p>　　工件表面不允許有裂紋和有害的傷痕（必要時(shí)可用磁粉探傷或其他無(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)）。鍛造余熱淬火工件，表面不能有折疊等缺陷。</p><p><b>　　9.2.2 硬度</b></p><p>　　硬度必須滿足技術(shù)要求61～63HRC，表面硬度的誤差范圍，根據(jù)不同類型的工件，不能超過(guò)下圖所示：</p>

55、<p>　　表19淬回火件的表面硬度誤差范圍</p><p>　　通過(guò)表中可以查得，本設(shè)計(jì)中對(duì)零件表面硬度誤差范圍的允許值為4HRC。選用洛氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度的檢驗(yàn)。根據(jù)熱處理手冊(cè)相關(guān)資料，洛氏硬度計(jì)的壓頭為金剛石圓錐，預(yù)載荷為100N，總載荷為1500N。</p><p><b>　　9.2.3 畸變</b></p><p>　

56、　淬火回火的畸變?cè)试S值不得超過(guò)下圖數(shù)據(jù)所示，本設(shè)計(jì)中的零件在淬火后的最大彎曲允許值為0.5mm：</p><p>　　表20淬回火件允許彎曲的最大值</p><p>　　10 熱處理缺陷分析</p><p>　　10.1 退火缺陷分析</p><p>　　10.1.1 硬度過(guò)高</p><p>　　由于常在碳質(zhì)量

57、分?jǐn)?shù)大于4.5%的中、高碳鋼中出現(xiàn)硬度過(guò)高的現(xiàn)象，產(chǎn)生的原因主要有：</p><p>　?。?）、冷卻速度快或等溫溫度低，組織中珠光體片間距變細(xì)，碳化物彌散度增大或球化不完全。</p><p>　　（2）、某些高合金鋼等溫退火時(shí)，等溫時(shí)間不足，隨后冷至室溫的速度又快，產(chǎn)生部分貝氏體活馬氏體轉(zhuǎn)變，是硬度升高。</p><p>　?。?）、裝爐量過(guò)大，爐溫不均勻。<

58、;/p><p>　　10.1.2 球化不完全</p><p>　　對(duì)于共析鋼、過(guò)共析鋼球化退火組織中有片狀珠光體，即球化不完全。</p><p>　?。?）、細(xì)片狀珠光體+點(diǎn)狀珠光體，產(chǎn)生原因是退火溫度偏低或保溫時(shí)間不足，原始組織中細(xì)片狀珠光溶解不完全，或等溫溫度低、冷卻速度快，碳化物彌散度大。</p><p>　　（2）、粗片狀珠光體+球狀珠

59、光體，由于退火溫度高火保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，未溶碳化物少，冷卻速度又緩慢或等溫溫度偏高引起的。</p><p>　　10.1.3 球化不均勻</p><p>　　過(guò)共析鋼球化退火后有時(shí)存在粗大的碳化物，出現(xiàn)碳化物不均勻現(xiàn)象。其原因是球化退火前未消除網(wǎng)狀的碳化物在球化退火時(shí)發(fā)生熔斷、聚集形成的。球化退火前通過(guò)正火消除網(wǎng)狀碳化物可使缺陷消除。</p><p>　　10.1.4

60、 粗大魏氏組織</p><p>　　加熱溫度過(guò)高，奧氏體晶粒粗大，冷速又較快的中碳鋼中常出現(xiàn)粗大魏氏組織，其鐵素體呈片狀按羽毛或三角形分布在原奧氏體晶粒內(nèi)。可通過(guò)完全退火或重新正火是晶粒細(xì)化加以消除。</p><p>　　10.1.5 退火石墨</p><p>　　碳素工具鋼和低合金工具鋼，退火加熱溫度過(guò)高或溫度時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或者多次返修退火，組織中出現(xiàn)石墨碳，并在

61、其周圍形成鐵素體。具有石墨碳的退火工件，韌性低，斷口呈灰黑色，又稱黑脆。工件淬火時(shí)易形成軟點(diǎn)，造成工模具崩刃或早期磨損。這種缺陷一般可作報(bào)廢處理，也可通過(guò)擴(kuò)散退火+重新正常退火挽救。</p><p>　　10.2 淬火缺陷分析</p><p>　　10.2.1 淬火畸變</p><p>　　淬火畸變形成的原因主要有以下幾點(diǎn)：</p><p&g

62、t;　?。?）、體積變化，熱處理前后各種組織比體積不同時(shí)引起體積變化的組要原因，其中馬氏體→貝氏體→珠光體→奧氏體的比體積依次減小。</p><p>　　（2）、形狀畸變，工件各部位相對(duì)位置或尺寸發(fā)生改變，主要是由于加熱溫度不均，形成的加熱應(yīng)力引起畸變或工件在爐中放置不合理，在高溫下常因自重產(chǎn)生蠕變畸變。另外就是加熱時(shí)，隨加熱溫度升高，鋼的屈服強(qiáng)度降低，已存在于工件內(nèi)部才殘余應(yīng)力達(dá)到高溫下的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引起工

63、件不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘余應(yīng)力松弛，淬火冷卻時(shí)的不同時(shí)性形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部塑性變形。</p><p>　　可以通過(guò)采用合理的熱處理工藝，對(duì)于復(fù)雜或者合金含量高的工件要進(jìn)行預(yù)熱等；合理設(shè)計(jì)零件，防止出現(xiàn)直棱直角和截面突變等不合理的情況；合理的鍛造和預(yù)先熱處理改善原始組織，消除殘余應(yīng)力，從而減小淬火畸變。</p><p>　　10.2.2 淬火開(kāi)裂</p>

64、<p>　　淬火開(kāi)裂的原因有很多，比如說(shuō)和熱處理工件的形狀，材質(zhì)，熱處理工藝，原始組織，材料本身，加熱冷卻速度的控制等等?？梢酝ㄟ^(guò)改進(jìn)工件結(jié)構(gòu)，截面力求均勻，不同截面處應(yīng)有圓角過(guò)渡，盡量減少不通孔、尖角，避免應(yīng)力集中引起的開(kāi)裂；合理選擇鋼材；避免有顯微裂紋及嚴(yán)重非金屬夾雜物和碳化物偏析的原材料；爭(zhēng)取進(jìn)行預(yù)先熱處理，避免正火、退火組織缺陷；正確選擇熱處理工藝參數(shù)；合理選用淬火介質(zhì)和淬火方法；對(duì)工件易開(kāi)裂部位經(jīng)行局部包扎并淬火

65、后應(yīng)及時(shí)回火或等溫回火。</p><p>　　10.2.3 硬度不足</p><p>　　表21淬火硬度不足原因及控制措施</p><p>　　10.2.4 軟點(diǎn)</p><p>　　表22淬火軟點(diǎn)產(chǎn)生原因及控制措施</p><p>　　10.3 回火缺陷分析</p><p>　　表23回

66、火缺陷產(chǎn)生原因及控制措施</p><p><b>　　11 小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)近三周的課程設(shè)計(jì)，從對(duì)零件圖的分析開(kāi)始到最后的熱處理工藝卡的填寫(xiě)，過(guò)程中熟悉了對(duì)零件熱處理的要求（加熱速度、加熱溫度、保溫溫度、保溫時(shí)間、冷卻方式以及冷卻速度等），對(duì)熱處理這門(mén)課程有了更加系統(tǒng)、全面、深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)自己也是一種能力上的培養(yǎng)。通過(guò)在輔導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下

67、，使我對(duì)課本知識(shí)的進(jìn)一步完善，也進(jìn)一步糾正了課程設(shè)計(jì)中的一些錯(cuò)誤。總之，本次課程設(shè)計(jì)讓我熟悉了熱處理設(shè)計(jì)的程序而且了解了熱處理設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和最重要的地方，同時(shí)對(duì)熱加工和對(duì)零件材料的熱處理又有了更深刻的了解。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孫大涌. 熱處理手冊(cè)（第三版）.北京：清華大學(xué)出版社，2001</p>

68、<p>　　[2] 全國(guó)熱處理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)編. 金屬熱處理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[3] 崔昆主編. 鋼鐵材料及有色金屬材料.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980</p><p>　　[4] 合金鋼鋼種手冊(cè). 北京：冶金工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 夏立方編. 金屬熱處理工藝學(xué).哈爾濱工業(yè)大學(xué)

69、出版社，2008</p><p>　　[6] 吉澤升. 熱處理爐. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2008</p><p>　　[7] 吳承建.陳國(guó)良.強(qiáng)文江編. 金屬材料學(xué).冶金工業(yè)出版社，2009</p><p><b>　　[8] 工程材料</b></p><p>　　[9] 模具制造工藝</p>