畢業(yè)論文----cr12mov鋼冷沖裁模工藝分析與改進(jìn)措施

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要Ⅱ</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞Ⅱ</b></p><p>　　1.Cr12mov模的優(yōu)缺點(diǎn)1</p><p>　　2.Cr12mov鋼的工藝設(shè)計(jì)1</p>&l

2、t;p>　　2.1 Cr12mov鋼的化學(xué)成分分析1</p><p>　　2.2 Cr12mov鋼的臨界點(diǎn)1</p><p>　　2.3 熱加工、鍛造、及工藝規(guī)范1</p><p>　　2.4 淬火及回火工藝1</p><p>　　3.Cr12mov鋼冷沖裁模的工藝分析2</p><p>　　3.1化學(xué)

3、成分及冶金質(zhì)量方面的分析2</p><p>　　3.2鍛造及熱處理工藝分析2</p><p><b>　　4.失效分析3</b></p><p>　　5.工藝措施改進(jìn)4</p><p>　　5.1鍛造工藝改進(jìn)4</p><p>　　5.2熱處理工藝改進(jìn)5</p><

4、p>　　6.提高Cr12mov鋼模具壽命的熱處理工藝分析6</p><p><b>　　總結(jié)10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　致謝12</b></p><p><b>　　摘 要</b&g

5、t;</p><p>　　介紹了Crl2MoV鋼冷沖裁模的熱處理工藝及失效分析以及鍛造、熱處理工藝的改進(jìn)措施。Crl2MoV鋼是一種高碳高鉻的冷作模具鋼,退火組織中含有數(shù)量較多的、粗大的碳化物,雖然經(jīng)過(guò)反復(fù)鍛造,但碳化物的分布仍不均勻；同時(shí),由于熱處理工藝的影響,使奧氏體中存在部分未溶的碳化物,在金相顯微組織中形成了脆性的碳化物帶狀分布區(qū)。經(jīng)改進(jìn)鍛造和熱處理工藝后,使顯微組織均勻化獲得了滿意的力學(xué)性能,達(dá)到了設(shè)計(jì)

6、壽命的要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：冷沖裁模;失效分析;鍛造及熱處理工藝;碳化物;力學(xué)性能</p><p>　　1 Cr12mov鋼冷沖裁模的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　Cr12MoV 鋼屬于高耐磨微變形冷作模具鋼,其特點(diǎn)是具有高的耐磨性、淬透性、微變形、高熱穩(wěn)定性、高抗彎強(qiáng)度,僅次于高速鋼,是冷沖裁模、冷鐓模等冷作模具的重要材料，其消耗量在冷作模具鋼中居于首

7、位. 該鋼雖然強(qiáng)度、硬度高,耐磨性好,但其韌性較差,對(duì)熱加工工藝和熱處理工藝要求較高,處理工藝不當(dāng),很容易造成模具的過(guò)早失效。</p><p>　　2 Cr12mov鋼的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　2．1 Cr12mov鋼的化學(xué)成分分析</p><p>　　2．2 Cr12mov鋼的臨界點(diǎn)</p><p>　　臨界點(diǎn) Ac1≈810℃,

8、Ac3≈1200℃, Ar1≈760℃, Ms≈185℃</p><p>　　2．3熱加工、鍛造、及工藝規(guī)范</p><p>　　注：因鋼的導(dǎo)熱性差，因注意緩慢加熱，鍛后必須緩冷</p><p>　　鍛后等溫退火：加熱溫度為850～870℃，保溫1～2h；爐冷至720～750℃，保溫3～4h，爐冷至550℃以下出爐空冷。退火后的硬度為207～255HBS，組織為細(xì)珠

9、光體+碳化物。</p><p>　　2．4淬火及回火工藝</p><p>　　(1)淬火規(guī)范第一次預(yù)熱在550～600℃，第二次預(yù)熱在840～860℃，淬火溫度為1020～1040℃，采用油淬，油的溫度20～60℃，冷卻至油溫，隨后空冷。硬度為62～63HRC。淬火后組織比例為：碳化物12%，馬氏體68%～73%，奧氏體25%～20%。</p><p>　　(2)回

10、火規(guī)范回火的目的為去除鍛后應(yīng)力，降低硬度。淬火溫度1020～1040℃，回火溫度200～275℃，冷卻至室溫，達(dá)到的硬度57～59HRC。</p><p>　　3 Cr12mov鋼冷沖裁模的工藝分析</p><p>　　3.1 化學(xué)成分及冶金質(zhì)量方面的分析</p><p>　　由Cr12MoV鋼的化學(xué)成分表中的數(shù)據(jù)可以看出,失效冷沖裁模具的化學(xué)成分在Cr12MoV

11、鋼的化學(xué)成分范圍內(nèi),不會(huì)對(duì)模具的金相顯微組織和力學(xué)性能造成較大的影響;另一方面,雜質(zhì)元素硫和磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)未超標(biāo)，非金屬夾雜物和晶粒特別粗大等現(xiàn)象。由此判斷,材料的冶金質(zhì)量無(wú)明顯不足。不至于導(dǎo)致模具的開裂與失效。由此判斷,該模具的過(guò)早失效不是由材料的化學(xué)成分引起的。</p><p>　　經(jīng)適當(dāng)處理后,觀察脆斷的斷口特征,發(fā)現(xiàn)其斷口呈銀灰色,宏觀組織細(xì)密、均勻,未見氣孔、夾渣、非金屬夾雜物和晶粒特別粗大等現(xiàn)象。由此判

12、斷,材料的冶金質(zhì)量無(wú)明顯不足。</p><p>　　3.2 鍛造及熱處理工藝分析</p><p>　　(1)模具的鍛造工藝分析 通過(guò)查看模具生產(chǎn)的技術(shù)資料知,該模具的加工工藝路線為：下料→鍛造→球化退火→機(jī)械加工→淬火+ 低溫回火→平磨→線切割加工→成型組裝。其中的鍛造工藝為:始鍛溫度1000～1100℃,終鍛溫度800～850℃；鍛造方法為一般軸向鐓粗———拔長(zhǎng)法。該模具的加工路線在工

13、序安排上是合理的。</p><p>　　Crl2MoV 屬于高碳高鉻鋼,其特點(diǎn)是升溫速度慢,鍛造溫度范圍窄,一般始鍛溫度為1050～1100℃,終鍛溫度為840～880℃。由此可見,該模具的鍛造溫度基本上符合Cr12MoV 鋼的鍛造溫度要求.該模具在鍛造的具體操作上存在明顯不足。一般的軸向鐓粗———拔長(zhǎng)法使坯料心部的變形量不大,無(wú)法完全消除組織中的帶狀碳化物和粗大、不均勻的碳化物組織,用這樣的坯料制成的模具會(huì)產(chǎn)生

14、組織的不均勻和力學(xué)性能的各向異性,增加淬火裂紋和使用脆斷的傾向。通過(guò)從失效模具裂紋的不同部位取樣進(jìn)行金相顯微組織分析可知,在鍛造過(guò)程中,并未獲得細(xì)小均勻的鍛造組織,在裂紋附近仍存在明顯的帶狀碳化物分布區(qū),而且在帶狀組織中還存在有粗大的碳化物分布。</p><p>　　帶狀碳化物區(qū)是一個(gè)脆性區(qū),其強(qiáng)度低,塑性、韌性差,不能承受大的沖擊力,裂紋很容易在這里萌生與擴(kuò)展。由于該區(qū)脆性大,并且容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,所以成為裂紋

15、產(chǎn)生的主要原因。</p><p>　　在鍛造方法上來(lái)說(shuō),對(duì)于高碳高鉻鋼一般應(yīng)采用變向鍛造法,即多向反復(fù)鐓粗———拔長(zhǎng)——鐓粗,使鋼組織中粗大的碳化物充分破碎,消除帶狀組織,以獲得均勻的顯微組織和力學(xué)性能。</p><p>　　(2)模具的熱處理工藝分析 模具材料為Crl2MoV，其加工工序路線為：鍛造毛坯一860℃×1.5h+730℃×4h爐冷至500℃以下出爐空冷一

16、銑各面一磨基準(zhǔn)面一數(shù)控銑床預(yù)加工型腔一鉗工加工各固定孑L、線切割工藝孑L一熱處理(工藝曲線見圖1)(60～62 HRC)一磨削一退磁處理一線切割加工型腔一拋光一檢驗(yàn)。</p><p>　　經(jīng)該工藝熱處理后，Crl2MoV模具的淬火硬度為55．5 HRC， 回火硬度為60．8 HRC。符合60～62 HRC的設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　4失效分析</b>&l

17、t;/p><p>　　由于Crl2MoV 鋼含碳量高且含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12% 的Cr, 因此, 鋼中存在大量的粗大碳化物,如果這些碳化物分布不均勻, 不但導(dǎo)致材料的力學(xué)性能產(chǎn)生各向異性, 引起熱處理畸變與裂紋, 還會(huì)造成材料強(qiáng)度、硬度、耐磨性和韌性的降低, 使模具在使用過(guò)程中必然會(huì)造成刃部的磨損, 增加磨削修刃的頻率, 導(dǎo)致模具的早期失效。Crl2MoV鋼制模具經(jīng)1030℃油淬和220℃低溫回火后, 仍然存在殘余內(nèi)應(yīng)力

18、, 磨削過(guò)程中還會(huì)引起附加應(yīng)力, 當(dāng)總的拉應(yīng)力超過(guò)模具的斷裂抗力時(shí), 便會(huì)引起磨削裂紋;Crl2MoV鋼經(jīng)1030℃油淬和220℃低溫回火后的殘余奧氏體量可達(dá)30%以上,模具在中間磨削修刃時(shí),表面薄層的瞬間溫度可達(dá)900～1100℃, 磨削時(shí)表面溫度升高可達(dá)每秒鐘幾千度, 此溫度保持十分之幾秒鐘后,熱量即被下層金屬帶走,加之冷卻液的冷卻,使表面層的殘余奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變, 將產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力,為產(chǎn)生磨削裂紋創(chuàng)造了條件; 殘余奧氏體向馬氏

19、體轉(zhuǎn)變的過(guò)程中還會(huì)引起尺寸的膨脹,使凸凹模的間隙發(fā)生變化,也會(huì)造成模具的早期失效。</p><p>　　長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和近年來(lái)的調(diào)研對(duì)Crl2MoV等高碳高鉻合金工具鋼制造的沖模進(jìn)行失效后的分析, 可歸納為如下幾種情況：</p><p>　　(1)小直徑?jīng)_孔凸模及沖深孔凸模在使用中折斷, 尤其桿部未加粗的沖孔直徑的細(xì)長(zhǎng)小孔凸模以及蕊料厚的直桿凸模最易縱彎折斷。 </p>&l

20、t;p>　　(2)沖裁外廓小于45°的角部尖角處、小模數(shù)齒型齒頂處，沖件料厚的凸臺(tái)與凹口角部等復(fù)雜形狀凸、凹模刃口經(jīng)常出現(xiàn)崩刃。</p><p>　　(3)凸、凹模刃口出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻磨損及局部過(guò)度磨損。刃磨后仍然使沖件局部尺寸超差而沖件毛刺高度普遍超標(biāo)。</p><p>　　(4)凸模出現(xiàn)徽粗變形,長(zhǎng)度縮短甚至卡在凹模洞口或卸料板導(dǎo)板中凹模刃口產(chǎn)生局部壓塌變形,造成局部間

21、隙變化,有時(shí)出現(xiàn)卡模,加速?zèng)_模磨損,甚至脹裂凹模。</p><p>　　對(duì)失效沖模凸、凹模的內(nèi)部金相組織觀察發(fā)現(xiàn),仍有大量碳化物,顆粒粗大且呈片、網(wǎng)帶狀分布于鋼中,存在嚴(yán)重的碳化物偏析。與進(jìn)廠的同鋼種軋材鋼坯相比幾乎無(wú)什么區(qū)別。這是鍛造凸、凹模鍛坯時(shí),只求獲得理想的幾何形狀而不注意采用合適的自由鍛工藝打碎鋼中的碳化物偏析及其粗大顆粒,并使其均布于鋼中的結(jié)果。用熱處理的辦法要打碎碳化物偏析并均布于鋼中是不可能的。其

22、鍛坯碳化物的不均勻度等級(jí)多為5～6級(jí)。</p><p>　　據(jù)相關(guān)資料調(diào)查顯示：對(duì)從德國(guó)進(jìn)口的沖裁模和從瑞士Feintool AG 精沖公司進(jìn)口的小模數(shù)片齒輪精沖模進(jìn)行了長(zhǎng)期使用觀察及失效后分析。這兩種沖模均采用德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高碳高鉻合金工具鋼制造凸、凹模。該材料與國(guó)產(chǎn)的Crl2MoV化學(xué)成份基本相同。與國(guó)內(nèi)用同種模具鋼即Crl2MoV材料制造的同類沖件的沖裁模相比, 盡管沖模制造圖樣是德國(guó)的, 但其刃磨壽命僅為德

23、國(guó)進(jìn)口模具的30%～40%,總體壽命不足德國(guó)的30%。觀察進(jìn)口沖模凸、凹模金相組織結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),其碳化物均球化為細(xì)小的顆粒均布于鋼中,其不均勻度等級(jí)在1級(jí)以上。請(qǐng)教德國(guó)和瑞士沖壓專家,答復(fù)是一致采用碳高鉻合金工具鋼凸、凹模鍛坯是由二次電渣重熔精煉的鋼錠,經(jīng)專業(yè)軋鋼鍛造公司,先軋制成鋼材,后用其專利鍛造技術(shù)鍛出專業(yè)模具廠需要的坯件。所以, 進(jìn)口沖模的凸、凹模鍛坯使用精煉的、純度較高的，加上用現(xiàn)代專利自由鍛工藝鍛造,確保鍛坯內(nèi)碳化物顆粒細(xì)小并均

24、布于鋼中。國(guó)產(chǎn)Crl2MoV鋼未經(jīng)精煉,直接由鋼錠軋成鋼材,供應(yīng)用戶,鋼中碳化物顆粒粗大。</p><p>　　由以上分析可知，如何減小Crl2MoV鋼中碳化物的大小、提高碳化物的均勻度以及降低殘余奧氏體的數(shù)量,是提高硅鋼片冷沖模質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵。</p><p><b>　　5工藝措施改進(jìn)</b></p><p>　　5.1 鍛造工藝改進(jìn)&l

25、t;/p><p>　　原工藝是下料后直接鍛造出模具的外形尺寸, 未經(jīng)反復(fù)鐓粗、拔長(zhǎng), 這樣一次成形的鍛坯的碳化物不均勻度( 碳化物級(jí)別) 大于4, 因此Crl2MoV鋼中存在大量的粗大的不均勻碳化物, 這是導(dǎo)致模具早期失效的主要原因之一。為此本文對(duì)模具的鍛造工藝進(jìn)行了改進(jìn), 同時(shí)考慮到Crl2MoV鋼的導(dǎo)熱性和塑性較低, 高溫變形抗力較高, 鍛造溫度范圍窄, 鍛造性能很差。因此, 始鍛溫度確定為1 030～1 060

26、℃, 終鍛溫度確定為840～880℃,鍛造時(shí)應(yīng)反復(fù)鐓粗、拔長(zhǎng)多次, 錘擊過(guò)程中要把握好始鍛、終鍛時(shí)輕擊, 中間過(guò)程重?fù)? 以及各部分變形均勻和溫度均勻的原則。新工藝采用三次加熱, 嚴(yán)格進(jìn)行三向循環(huán)鐓拔, 在最后火次時(shí), 要特別控制鍛造變形量和錘擊力度, 變形量要小, 錘擊要輕。當(dāng)鍛造溫度降到850℃后, 繼續(xù)進(jìn)行無(wú)變形量輕錘敲擊; 當(dāng)鍛件溫度降到750℃時(shí), 停止鍛造, 并淬入60℃熱油中, 油溫升至200℃后轉(zhuǎn)入600℃×2

27、 h 回火。經(jīng)上述處理后, 可使碳化物細(xì)化, 分布均勻, 其不均勻度可≤2～3, 同時(shí)可減少Crl2MoV鋼的內(nèi)應(yīng)力和裂紋傾向。</p><p>　　5.2 熱處理工藝改進(jìn)</p><p>　　熱處理工藝改進(jìn)適當(dāng)提高回火溫度,可保證模具在硬度降低不多的情況下獲得較好的韌性,減小模具的內(nèi)應(yīng)力,均勻熱處理后的顯微組織,獲得所需的力學(xué)性能。</p><p>　　(1)增

28、加調(diào)質(zhì)工序?yàn)槭笴rl2MoV鋼中的碳化物細(xì)小均勻分布，改善模具的強(qiáng)韌性及使用壽命，除了利用鍛造消除碳化物偏析外，還有必要在粗加工后、精加工前增加一道調(diào)質(zhì)工序，使碳化物的分布達(dá)到“小、勻、圓”的要求,具體工藝是：1100℃油淬，使碳化物盡可能溶解到奧氏體中，冷卻后得到馬氏體和殘余奧氏體。然后700～780℃高溫回火，可獲得細(xì)粒狀珠光體和細(xì)小均勻分布的碳化物。調(diào)質(zhì)處理后，測(cè)量其硬度為26～28HRC。通過(guò)調(diào)質(zhì)處理，可為后面的最終熱處理作好組

29、織準(zhǔn)備，同時(shí)也有利于機(jī)加工成形。</p><p>　　(2)改善碳化物偏析，減小碳化物顆粒 Cr12MoV鋼組織內(nèi)部共晶碳化物多、顆粒大、偏析嚴(yán)重，這些碳化物的存在，除容易造成模具淬火開裂和變形外，還增加了模具使用過(guò)程中的脆性，降低了韌性。因此我們用常規(guī)方法對(duì)該鋼進(jìn)行多次墩粗和拔長(zhǎng)，將大塊狀碳化物擊碎，并改善了組織內(nèi)部碳化物偏析，為防止由于原材料表面存在的裂紋等缺陷導(dǎo)致鍛造過(guò)程出現(xiàn)的裂紋擴(kuò)展而報(bào)廢，鍛造前用機(jī)械

30、加工的方法將毛坯表面去除2～3mm，并在鍛造后及時(shí)進(jìn)行球化退火，退火后硬度≤250HBS，球化級(jí)別為2～3級(jí)。</p><p>　　(3)淬火后采用深冷處理金屬的深冷處理從普通冷處理0～-100℃發(fā)展起來(lái)的，它是在-130～-l96 ℃的冷處理，其可以顯著地提高材料的力學(xué)性能和金屬模具的使用壽命。普通冷處理主要用作提高工件的硬度，而深冷處理不僅如此，還可以提高鋼的強(qiáng)韌性和耐磨性。原工藝淬火后采用低溫回火, 必然有

31、過(guò)多的殘余奧氏體存在, 這是造成模具硬度不高、產(chǎn)生磨削內(nèi)應(yīng)力、磨削裂紋及引起模具尺寸發(fā)生變化的根本原因。而減少殘余奧氏體的有效方法是深冷處理,由 1 100℃油淬后, 先經(jīng)100℃熱水1h處理, 然后進(jìn)行-196℃×2h深冷處理,深冷處理后進(jìn)行520℃×2h高溫回火。將淬火溫度從1030℃提高到1100℃是為了使奧氏體中熔入較多的碳和其它的合金元素, 淬火后可減少組織中的塊狀碳化物; 深冷處理可Crl2MoV鋼中的殘

32、余奧氏體降低到最低程度, 還能促使從淬火形成的馬氏體中析出高度彌散的、和基體保持共格聯(lián)系的超細(xì)微碳化物, 顯著提高模具的硬度和尺寸穩(wěn)定性; 在隨后的520℃高溫回火過(guò)程中，可使碳化物進(jìn)一步從馬氏體中彌散析出, 產(chǎn)生二次硬化, 實(shí)現(xiàn)碳化物呈顆粒狀均勻分布, 提高模具的強(qiáng)韌性、硬度和耐磨性。</p><p>　　6 提高Cr12mov鋼模具壽命的熱處理工藝分析</p><p>　　Cr12Mo

33、V鋼是目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的冷作模具鋼之一。該鋼具有淬透性好硬度高且耐磨、熱處理變形小等優(yōu)點(diǎn), 常用于制作那些承受重負(fù)荷、生產(chǎn)批量大、形狀復(fù)雜的冷作模具, 如冷沖、壓印、冷鐓、冷擠壓模等。但該鋼的顯著缺點(diǎn)是脆性大,常常導(dǎo)致模具的早期失效。因此, 如何提高其強(qiáng)韌性, 防止模具過(guò)早斷裂失效,是該鋼用戶經(jīng)常遇到且需要解決的問(wèn)題。在生產(chǎn)中，對(duì)Cr12MoV鋼一般有兩種不同的熱處理工藝，即一次硬化法淬火和二次硬化法淬火。由于我們對(duì)冷作模的熱硬性要求不

34、高，所以采用了一次硬化法淬火。Crl2MoV鋼采用一次硬化法淬火，淬火溫度一般取1030—1050~C。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，使用該溫度淬火，模具的使用壽命不太理想。模具失效分析表明,熱處理因素影響最大, 約占50%。本文在已有研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)熱處理生產(chǎn)中影響Cr12MoV鋼性能的諸因素, 分析評(píng)述了提高其模具壽命的熱處理工藝方法和措施。</p><p>　　(1)Cr12MoV 屬于高碳高鉻萊氏體鋼。碳化物含量高,

35、 且常呈帶狀或網(wǎng)狀不均勻分布, 其形狀、大小及分布對(duì)鋼的性能影響很大, 尤其大塊狀尖角碳化物對(duì)鋼基體的割裂作用較大, 往往成為疲勞斷裂的策源地。經(jīng)過(guò)改鍛, 碳化物被擊碎, 偏析狀況得到有效改善, 但其形態(tài)還不理想, 且鍛后硬度也偏高。因此Cr12MoV 鋼鍛后常采用球化退火作為預(yù)備熱處理, 以獲得均勻、細(xì)小的球形碳化物, 降低硬度, 改善切削加工性能, 同時(shí)為后續(xù)淬火做好組織準(zhǔn)備。當(dāng)常規(guī)球化退火工藝效果不理想時(shí), 可采用鍛后調(diào)質(zhì)處理,

36、即鍛后稍作停留, 讓奧氏體回復(fù)和開始再結(jié)晶,然后立即淬火, 700～750℃回火?；蛟诰庸で霸黾右坏勒{(diào)質(zhì)工序。 </p><p>　　(2)Cr12MoV鋼一般淬火溫度為1 000～1040℃, 而調(diào)質(zhì)的淬火溫度可達(dá)1120℃, 高的溫度一方面促進(jìn)了較小碳化物的完全溶解,另一方面也促進(jìn)了大塊碳化物尖角的局部溶解;而且,溶入基體的碳化物在隨后高溫回火過(guò)程中再度均勻彌

37、散析出,使碳化物的形態(tài)，大小及分布得到改善,有利于提高模具的強(qiáng)韌性。</p><p>　　(3)Crl2MoV鋼經(jīng)-196℃×12h深冷處理后的力學(xué)性能數(shù)據(jù)表明：在相同熱處理工藝條件下，經(jīng)深冷處理比未深冷處理的抗斷裂應(yīng)力，HRC值都有較大提高，特別是沖擊韌性提高0．7倍以上。</p><p>　　Crl2MoV鋼經(jīng)-170℃，保溫時(shí)間分別選l～12 h，未深冷與深冷12h的力學(xué)性

38、能對(duì)比，其中以保持12 h為最佳。</p><p>　　鋼深冷處理后的耐磨性冷沖模具的正常失效形式主要是沖擊磨損失效，故試驗(yàn)采用沖擊磨損試驗(yàn)機(jī)，測(cè)定不同參數(shù)的磨損量，對(duì)比深冷處理后的效果，結(jié)果表明，深冷試樣的磨損量明顯低于未深冷的試樣，即耐磨性提高，表明：在相同的熱處理和磨損次數(shù)條件下，經(jīng)深冷處理的抗沖擊磨損性能明顯提高。</p><p>　　深冷處理可以促使馬氏體(M)數(shù)量增加，殘余奧氏

39、體晶粒變小。有資料指出，為了使裂紋不易產(chǎn)生，可以采取減小晶粒直徑形成的工藝方法。深冷處理細(xì)化了奧氏體晶粒，故而改變了金屬斷裂過(guò)程中的能量吸收狀態(tài)，導(dǎo)致鋼的強(qiáng)韌性提高。通過(guò)TEM觀察，發(fā)現(xiàn)在原淬火馬氏體晶粒內(nèi)部有直徑為3—6nm的微細(xì)碳化物彌散析出，主要分布在馬氏體的孿晶帶上。由于微細(xì)碳化物的析出過(guò)飽和固溶體(M體)的軸比降低，即減少了馬氏體晶格畸變能，因此有利于提高鋼的韌性。微細(xì)碳化物的彌散分布還有利于彌散強(qiáng)化作用。</p>

40、<p>　　深冷處理不僅提高了鋼的強(qiáng)韌性、耐磨性、模具壽命, 而且能穩(wěn)定模具尺寸, 改善加工精度及表面質(zhì)量,挽救一些尺寸超負(fù)公差的零件。所以可得出結(jié)論①深冷處理可提高Crl2MoV鋼的強(qiáng)度、韌性和耐磨性；②強(qiáng)度的提高是由于點(diǎn)缺陷密度的增加和殘余奧氏體細(xì)化的結(jié)果；③耐磨性和韌性的提高是由于顆粒為3—6 nm微細(xì)碳化物析出的結(jié)果。</p><p>　　(4)增加調(diào)質(zhì)處理模具除了要求基體具有足夠高的強(qiáng)韌性

41、外, 還要求表面具有高硬度、耐磨、耐蝕和低的摩擦系數(shù)、抗疲勞性能等。這些性能的改善, 單靠材料的整體熱處理效果有限, 也不經(jīng)濟(jì), 而通過(guò)表面處理技術(shù),如表面涂覆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù),改變模具表面的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及應(yīng)力狀態(tài)等,往往可以收到事半功倍的效果。模具的表面處理方法很多,新的處理技術(shù)也不斷涌現(xiàn)但對(duì)Cr12MoV鋼模具而言,應(yīng)用較多的主要有滲氮(N)及多元復(fù)合滲、硬化膜沉積技術(shù)等。</p><p>　　

42、(1)滲氮及多元復(fù)合滲。滲氮由于與模具鋼的淬火工藝有良好的協(xié)調(diào)性, 處理溫度低, 滲后不用激冷,模具變形極小,滲層硬度高、耐磨,抗疲勞,因此應(yīng)用較早且廣泛。</p><p>　　Cr12MoV鋼1110℃淬火、540℃ 2次回火, 經(jīng)520～540℃滲氮2～6h 后,表面硬度1042HV0.1,心部硬度775HV0.05(62.5HRC);980℃淬火、180℃回火,滲氮2～6h后表面硬度1120HV0.1,心部

43、硬度563HV0.05(53HRC),耐磨性提高45%～67%。</p><p>　　將Cr12MoV鋼的滲氮工藝和淬、回火結(jié)合起來(lái)的復(fù)合強(qiáng)韌化處理可得到細(xì)小彌散的B下與M的復(fù)相組織,以及少量的Ar,心表力學(xué)性能過(guò)渡均勻,滲層深度達(dá)300μm,使模具壽命大幅度提高。</p><p>　　在滲氮的同時(shí),同時(shí)滲入硫(S)和氧(O),模具表面不僅具有高的硬度、耐磨, 減摩及抗咬合能力,而且能加速

44、N的滲入,提高經(jīng)濟(jì)效益。Cr12MoV鋼經(jīng)真空1020℃淬火、560℃回火,然后在550℃進(jìn)行時(shí)間為2h的離子O、S、N共滲,滲層厚度為0.16～0.18mm,表面硬度為1000～1200HV。如某日用化工廠用此工藝生產(chǎn)Cr12MoV鋼牙膏管冷擠凸模,平均壽命3.5萬(wàn)件,是真空淬火回火處理的3.5倍,是離子滲氮處理的2倍。</p><p>　　對(duì)Cr12MoV鋼先進(jìn)行等離子滲氮,然后再采用等離子S、N、C共滲工藝

45、,在其表面形成具有一定硬度梯度的硫化物層+滲氮層的復(fù)合表面層,能顯著提高其耐磨性及抗咬合性能,摩擦系數(shù)降低2/ 3。</p><p>　　在滲氮或復(fù)合滲表面處理中,加入適量的稀土元素,不僅能提高滲速,而且能優(yōu)化表面滲層的組織結(jié)構(gòu),改善表面的物理化學(xué)性能,強(qiáng)化表面,是延長(zhǎng)模具壽命的新途徑。</p><p>　　(2)硬化膜沉積技術(shù)。硬化膜沉積技術(shù)目前應(yīng)用較成熟的有CVD、PVD、電火花涂敷等

46、。CVD、PVD由于設(shè)備原因成本較高,只在一些精密、長(zhǎng)壽命模具上應(yīng)用;電火花表面涂敷由于方法簡(jiǎn)單,效果好,因而實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。</p><p>　　采用PVD 技術(shù)在模具表面沉積TiN涂層,工藝性能好,原材料易得,無(wú)腐蝕和無(wú)染,且涂層硬度高,與基體結(jié)合牢固,在工業(yè)上得到了一定應(yīng)用。TiN涂層可顯著提高模具鋼熱處理后在常溫下的耐磨性能、較低沖擊能量沖擊下的抗沖擊磨損性能、減摩性能，抗疲勞失效能力,以及耐高溫

47、(500℃)性能等。</p><p>　　采用離子注入技術(shù)在模具表面注入N+、WC等,可以有效地提高模具的硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度。用滲硼和新型的等離子體浸沒(méi)式氮離子注入技術(shù)(PSⅢ)對(duì)Cr12MoV 鋼進(jìn)行復(fù)合處理,可以在模具表面制備出含有立方氮化硼的表面硬化層, 硬度高達(dá)48GPa ,并具有優(yōu)良的摩擦性能。采用高能離子注滲WC技術(shù),在一定深度的表層內(nèi)形成碳化鎢富集的高耐磨層,其耐磨性比硬質(zhì)合金稍差, 但具有很好

48、的硬度、紅硬性及強(qiáng)韌性。該工藝具有不氧化、不變形、表面粗糙度無(wú)變化等優(yōu)點(diǎn),只是設(shè)備造價(jià)高,限制了工業(yè)應(yīng)用。</p><p>　　利用電火花表面涂敷對(duì)模具表面進(jìn)行強(qiáng)化,能顯著提高表面的硬度、耐磨性及耐蝕性。電火花強(qiáng)化后可進(jìn)行磨削加工,不影響強(qiáng)化層的硬度及耐磨性。一般經(jīng)強(qiáng)化后,模具壽命可提高數(shù)倍。Cr12MoV鋼落料及拉伸復(fù)合模經(jīng)980℃淬火,400℃回火,硬度為48HRC,通過(guò)對(duì)模具刃口用WC電極進(jìn)行電火花強(qiáng)化,涂

49、層硬度達(dá)到1100HV以上,模具平均壽命10050件,比1040℃淬火+180℃×2h回火處理提高9倍。</p><p>　　近年來(lái), 隨著工業(yè)用大功率激光器的價(jià)格下降及激光應(yīng)用技術(shù)的日趨成熟,模具表面的激光淬火、激光涂敷技術(shù)也有了較大發(fā)展。模具采用激光表面淬火后可獲得細(xì)馬氏體和彌散分布的碳化物顆粒,清除網(wǎng)狀組織, 并獲得最大硬化層深度以及最大硬度。Cr12MoV鋼凹模采用激光表面淬火,激光硬化層深0.

50、12mm,硬度達(dá)到1200HV,壽命由沖壓2萬(wàn)件提高到10～12萬(wàn)件,提高4～6 倍。激光涂覆是用激光在模具表面覆蓋一層薄的具有一定性能的涂覆材料,如金屬或合金、化合物及其混合物等,以改善表面性能。激光涂敷技術(shù)是目前比較熱門的研究方向,但距離大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用還需要做大量的研究工作。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　Cr12MoV鋼冷沖模

51、失效的根本原因是鋼中存在大量的粗大分布不均勻的碳化物及淬火后殘余奧氏體量過(guò)多, 造成模具硬度不高,尺寸穩(wěn)定性低, 磨削時(shí)還會(huì)發(fā)生殘余奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變, 導(dǎo)致磨削裂紋的產(chǎn)生, 最終發(fā)生早期斷裂失效。改進(jìn)鍛造工藝及增加調(diào)質(zhì)工序可使C r12M oV 鋼中的碳化物變得細(xì)小均勻, 淬火后采用深冷處理可使鋼中的殘余奧氏體量降低到最低程度,在隨后的520℃高溫回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化,提高了模具的強(qiáng)韌性、硬度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性,顯著提高了模具的使用

52、壽命。此外，Cr12MoV鋼的原材料碳化物狀況對(duì)模具壽命有很大影響。選用碳化物細(xì)小、分布均勻的Crl2Mov鋼在不經(jīng)鍛造的情況下，用于制造輕載沖裁模，也能獲得比較滿意的使用壽命。Cr12MoV鋼的淬火溫度也影響著模具的使用壽命。選擇970～990℃淬火、200℃ 回火的熱處理工藝有利于提高其使用壽命。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　

53、[1]張榮清．模具設(shè)計(jì)與制造（第二版）．北京：高等教育出版，2008</p><p>　　[2]蘇建修．機(jī)械制造基礎(chǔ)（第2版）．機(jī)械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[3]陳劍鶴．模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第2版）．機(jī)械工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[4]張華．沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)．清華大學(xué)出版社，2009</p><p>　　[5]黃

54、毅宏．模具制造工藝．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989</p><p>　　[6]鄭章耕．工程材料及熱加工基礎(chǔ)．重慶：重慶大學(xué)出版社，1997</p><p>　　[7]高佩福．實(shí)用模具制造技術(shù)．北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[8]康俊遠(yuǎn)．壓工藝與模具設(shè)計(jì)．北京：北京理工大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[9]王雅

55、然．金屬工藝學(xué)．北京：機(jī)械工業(yè)社，1998</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文設(shè)計(jì)在XX老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下已完成，從課題選擇到具體的寫作過(guò)程，論文初稿與定稿無(wú)不凝聚著XX老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，XX煥娜老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，XX老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度使我深受感動(dòng)

56、，沒(méi)有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此向XX老師表示深深的感謝和崇高的敬意！</p><p>　　在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向在這兩年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。</p><p>