5CrNiMo热作模具钢热处理工艺设计.docx

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1、工艺课程设计（论文）题目：5CrNiM。热作模具钢热处理工艺设计院（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）：教研室：材料物理教研室学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目5CrNiMo热作模具钢热处理工艺设计课程设计(论文)要求与任务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行零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5CrNiMo渗碳淬火、回火热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述主动锥齿轮热处理质量检验项目、内容及要求；阐明主动锥齿轮热处理常见缺陷的预防及补

2、救方法；给出所用参考文献。二、课设任务1 .热作模具钢材料的选择（要求在满足工件使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺性，合理选择材料）；2 .给出5CrNiMo的C曲线；3 .给出5CrNiMo热作模具钢冷热加工工艺流程图；4 .制定5CrNiMo热作模具钢淬火-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。工作计划集中学习0.5天，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

3、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。指导教师评语及成绩成绩：指导教师签字：年月日目录1 5CrNiMo热作模具钢热处理工艺概述12 5CrNiMo热作模具钢的热处理工艺设计22.1 5CrNiMO热作模具钢的服役条件、失效形式22.2 5CrNiMo热作模具钢技术要求及零件示意图错误!未定义书签。2.3 5CrNiMo热作模具钢的材料选择32.4 5CrNiMo热作模具钢的C曲线42.5 5CrNiMo热作模具钢的加工

4、工艺流程图52.6 5CrNiMo热作模具钢的退火-淬火-回火热处理工艺52.7 5CrNiMO热作模具钢的退火、淬火、回火热处理工艺理论82.8 5CrNiMo热作模具钢热处理的设备、仪表和工夹具选择112.9 5CrNiMo热作模具钢的热处理质量检验项目、内容及要求132.10 5CrNiMo热作模具钢的热处理常见缺陷的预防及补救方法错误！未定义书签。3热处理工艺卡173.15CrNiMo正火工艺卡1735：一1335r10I,旦I：一14参考文献2015CrNiMo热作模具钢热处理工艺概述模具是机械、冶金、电子、轻工、国防等部门的重要工艺设备，是保证高效率生产、高产品质量和降低生产成本的

5、重要手段。随着工业技术的迅速发展，各部门都广泛的采用新的高精度、高效率的模具成型工艺代替传统的切削加工工艺。目前，机械工业大约70%的零件采用模具成型。模具根据工作条件可分为冷作模具和热做模具。热作模具在工作时，承受着巨大的冲击力、压应力、张应力、弯曲应力，模具型腔与高温(有时可达1150120(C)金属接触后，本身温度可达300400C,局部高达500600。还经受着空气、油、水等的反复冷却。在时冷时热的苛刻条件下工作的模具，其型腔表面极易产生热疲劳裂纹。由此，对热模具钢提出了第一个基本使用性能要求.即具有高的热疲劳抗力。一般说来，影响钢的热疲劳抗力的因素之一是钢的导热性。钢的导热性高，可使

6、模具表层金属受热程度降低，从而减小钢的热疲劳倾向性。一般认为钢的导热性与合碳量有关，含碳量高时导热性低，所以热作模具钢不宜采用高碳钢。在生产中通常采用中碳钢(CO.5%-0.6%)含碳量过低.会导致钢的硬度和强度下降，也是不利的。另外一个因素是钢的临界点影响。通常钢的临界点越高，钢的热疲劳倾向性越低。因此.一般通过加入合金元素CnMSi、引来提高钢的临界点。从而提高钢的热疲劳抗力。此外，炽热金属在模具型腔中变形所产生的强烈摩擦、容易因磨损而降低精度。为此，对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。由此便可以找到热模具钢合金

7、化的第二种途径，即加入Cr、MSi.等合金元素可以提高钢的回火稳定性。根据热作模具钢的工作条件，失效形式及性能要求，本设计选择的模具钢材料为5CrNiMo钢；在设计退火一淬火加高温回火热处理工艺中，本设计借鉴了热处理工程师手册，钢的热处理等。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5CrNiMo钢满足热作模具钢的质量要求。通过对经典5CrNiMo钢热处理工艺的分析，更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。25CrNiMo热作模具钢的热处理工艺设计2.1

8、 5CrNiM。热作模具钢的服役条件、失效形式2.1.1 服役条件5CrNiM。热作模具钢多是用来做锤锻模，要求在高温下保持高强度和高韧性，优良的热疲劳性、耐磨性、热稳定性和淬透性，适当硬度，良好的导热性和抗氧化性。2.1.2 失效形式1）断裂开裂或机械疲劳裂纹。2）磨损包括粘着磨损、热疲劳磨损、氧化磨损。此外，当锻件的氧化皮没有清除时，也会发生磨粒磨损。3）塑性变形锤锻模冲击力大，工作温度高，环境恶劣型腔中水平面和凸台面易发塑性变形。2.25CrNiMo热作模具钢技术要求及零件示意图2.2.1 技术要求磨具类型零件名称和工作条件使用硬度HRC高度小于275mm（小型）3842（模面）高度27

9、5-325mm（中型）3338（模尾）绑取于昊高度325375mm（大型）34140（模面）高度大于375mm（特大型）2835（模尾）锤锻模由于其工作环境特点，需具备如下基本要求:1 .具有高的热强性与足够的韧性；2 .具有高的热硬性与高温耐磨性；3 .具有高的抗氧化性和耐高温腐蚀性；4 .具有高的热疲劳抗力；5 .具有高的淬透性与导热性；6 .具有良好的热、冷加工性与表面质量。2.2.2零件示意图1一锤头2一上模3一飞边槽4一下模5一模垫图1锤锻模平面图2.3 热作模具钢的材料选择锤锻模服役的过程中受到比较高的单位压力和冲击负荷，以及炽热金属对锻模型腔的磨擦作用。锤锻模的型腔表面经常和Il

10、OOT200C的金属接触而被加热到400-500Co这类钢因要求有一定的硬度，又要求有高的冲击韧性，故碳元素含量不宜过高，一般在0.3%0.6%范围内，材料趋向多元合金化，大量采用铭、鸨、铝、银、机、硅等元素，以提高钢的淬透性、热稳定性、抗氧化性和耐热疲劳性。选用三种材料进行比较1)5CrNiMo2)5CrMnMo3)SCrMnSiMoV化学成分：如表1表1三种材料的成分W%钢种CSiMnPSCrNiVMo5CrNiMo0.50-0.600.400.50-0.800.0300.0300.50-0.801.40-1.800.15-0.305CrMnMo0.50-0.600.25-0.601.20

11、-1.600.0300.0300.60-0.900.250.15-0.305CrMnSiMoV0.45-0.550.80-1.100.80-1.100.0300.0301.30-1.500.20-0.400.40-0.60力学性能：5CrNiMo钢在840淬火后450600回火硬度HRC4537,伸长率39%52%,强度极限14501160MPa05CrMnMo钢在850油淬后450650回火伸长率8%16%强度极限16201250MPa。5CrMnSiMoV钢在860淬火后400600C回火硬度HRC4626,伸长率36%41%,强度极限1780-1320MPa.加工性能：5CrNiMo.5

12、CrMnMo钢软化退火温度在650680C,5CrMnSiMoV钢软化退货温度为720成本：5CrNiMo市场价一般在11200.00元/吨左右，5CrMnMo市场价在4800.00元/顿左右，而5CrMnSiMoV市场价格在20000.00元/吨左右。由上述综合性能和成本因素的条件下，在保证质量和满足技术要求的同时，为了降低成本所以选择5CrNiMo钢作为锤锻模的使用用钢。2.4 5CrNiMo热作模具钢的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。SOO0AsTOOSOO500400300200100101.OOO100时间,与10000100000.

13、51图25CrNiM。钢奥氏体等温转变曲线（奥氏体化温度875。C）2.5 5CrNiMo热作模具钢的加工工艺流程图图3工艺流程图2.6 5CrNiMo热作模具钢的退火-淬火-回火热处理工艺制造5CrNiMo热作模具钢采用的热处理工艺包括预备热处理的完全退火或等温退火和最终热处理得淬火与回火。时间/h图45CrNiMo热作模具钢热处理全过程工艺曲线261锻造工艺曲线热作模具钢的毛坯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，已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。5CrNiMo热作模具钢的组织和性能与合金调质钢有许多相似之处，属于亚共析钢。

14、为消除轧制钢胚纤维组织方向性，使模具截面获得尽可能均匀的组织和性能，必须进行锻造，并且要反复敷粗、拔长至少23次，破坏其碳化物骨架，减少碳化物的不均匀性。查阅热处理工艺规范数据手册可以找出5CrNiMo钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式。图5锻造工艺曲线表25CrNiMo钢的热加工工艺项目Aci(An)AC3(Ar3)加热温度始锻温度终锻温度钢坯730C(620)780(一)1100-11501050-1100800880oC2.6.2预备热处理退火工艺曲线一般均安排在毛坯生产之后，切削加工之前，或粗加工之后，半精加工之前。为了消除锻造毛坯的内应力，得到细小、均匀的铁素体+珠光体组织，降低硬度，改善切削加工性能，需要对其进行退火处理。退火工艺曲线如图6所示。5CrNiMo钢进行等温退火，等温温度为680C。因为它含有银，所以退火软化比较困难,等温时间应比不含银的时间长，而且冷却速度应相当缓慢。退火组织为片状或颗粒状的珠光体+少量碳化物。时间/h