材料工艺学课程设计

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Cr12MoV电动机硅钢片冲裁模球化退火-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；给出所用参考文献。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提下，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》。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1目录1Cr12MoV钢电动机硅钢片冲裁模工件热处理工艺概述..................................22Cr12MoV钢电动机硅钢片冲裁模工件的热处理工艺设计..............................32.1Cr12MoV钢电动机硅钢片冲裁模工件的服役条件、失效形式............................32.2Cr12MoV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...................................................62.6Cr12MoV钢电动机硅钢片冲裁模工件的退火-淬火-回火热处理工艺...................62.7Cr12MoV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.........92.8Cr12MoV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的热处理常见缺陷的预防及补救方法.....................123热处理工艺卡..................................................................................................133.1Cr12MoV钢球化退火工艺卡..................................................................133.2Cr12MoV钢淬火工艺卡.........................................................................143.1Cr12MoV钢回火工艺卡.........................................................................154参考文献.........................................................................................................1621Cr12MoV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Cr12MoV钢作冷冲模，Cr12MoV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、冷镦模等冷作模具的重要材料。Cr12MoV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20～50℃，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Cr12MoV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)32Cr12MoV钢电动机硅钢片冲裁模工件的热处理工艺设计2.1Cr12MoV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镦粗、下陷、弯曲变形失去原有的几何形状而报废2.2Cr12MoV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：HRC60~62。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42.2.2工件示意图单位：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，以降低生产成本经综合考虑选择Cr12MoV，其主要化学成分表1所示。表1Cr12MoV钢的化学成分（GB/T1299—2000）W/%CSiMnCrSP1.45～1.70≤0.40≤0.4011.0～12.5≤0.030≤0.030Cr12MoV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。Cr12MoV钢是一种高碳、高铬的莱氏体钢，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。Cr12MoV钢中碳化物为M7C3型碳化物，维氏硬度为2100HV，因此其耐磨性较好。冲压性能高，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。Cr12MoV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、冷镦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。Cr12MoV在300～400℃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。其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、生5产批量大、形状复杂的冷作模具，如冷冲、压印、冷镦、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2Cr12MoV钢临界温度Ac1AcmAr1Ms810℃1200℃760℃185℃2.4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2Cr12MoV钢奥氏体等温转变曲线（奥氏体化温度980℃）62.5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：图3工艺流程图2.6Cr12MoV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4Cr12MoV钢热处理全过程工艺曲线860℃1060℃850℃520℃520℃740℃30℃∕h炉冷500℃出炉油冷空冷空冷﹣80℃100℃∕h3h5h10min10min1h1h1h时间t空冷温度T/℃下料锻造球化退火机械加工淬火两次回火平磨切割加工成型组装7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3Cr12MoV钢的热加锻造工艺规范项目加热温度/℃开始温度/℃终止温度/℃冷却钢锭1100～11501050~1100850~900缓冷（砂冷或坑冷）钢坯1050~110010