《热处理工艺设计》
课程设计报告
报 告 题 目： 9Mn2V凹模热处理工艺设计 作者所在系部： 模具技术系 作者所在班级： 专接本132 作 者 学 号： 20911323 作 者 姓 名 ： 沈 亚 锋 指导教师姓名： 刘 明 全 完 成 时 间 ： 2013-9-25
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1 材料选择
通过给出的技术要求（61～63HRC），所以要选择淬透性和淬硬性都比较好的材料作为该凹模的制作材料，经查阅相关资料有很多材料都适合作为冷作模具的材料，如9SiCr、Cr12MoV、9Mn2V、CrWMn等。下面对这四种不同的材料的比较如下：
（1）化学成分（质量百分数：%）：
化学成分 9SiCr C Si 1.20～1.60 ≤0.40 ≤0.40 ≤0.40 Mn 0.30～0.60 ≤0.40 1.70～2.00 0.80～1.10 Cr 0.95～1.25 11.00～12.50 0.90～1.20 W 1.20～1.60 V 0.15～0.30 0.10～0.25 P ≤0.030 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.030 S ≤0.030 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.030 0.85～0.95 1.45～Cr12MoV 1.70 0.85～9Mn2V 0.95 0.90～CrWMn 1.05 （2）物理常数（近似值：℃）：
临界点 9SiCr Cr12MoV 9Mn2V CrWMn Ac1 770 830 730 750 Acm 870 855 760 940 Ar1 730 750 655 710 Ar3 785 690 Ms 160 230 125 260 Mf -30 0 -50 （3）淬透性：
材料 9SiCr Cr12MoV 9Mn2V CrWMn 淬透性能 淬透性较高，能达到60HRC的端淬距离为13mm 淬透性高 淬透性很高，能达到60HRC的端淬距离为13mm 淬透性较高，20mm的能全部淬透并达到60HRC 回火硬度 58～65 55～61 60～62 55～65 综合以上所列出的各项数据显示，这些材料均能达到该零件的使用性能要求。但是根据实际成本和材料的化学成分来看，9Mn2V在符合要求的同时具有整体优势。因为从热处理特点来看，9Mn2V的化学成分相对简单，且合金元素含量也不高，便于热处理；另外，从上述四种材料的物理参数看来，9Mn2V的临界点相对较低，应用到大批量生产上可以减少一部分能源的使用，这是一方面的优势。此外，
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对9Mn2V进行回火的时候还可以不用通过介质来进行加热。所以，在均能满足性能要求的前提下，9Mn2V非常符合制作这个凹模。
9Mn2V的化学成分（质量百分数：%）如下表：
C 0.85～0.95 Si ≤0.40 Mn 1.70～2.00 V 0.15～0.25 P ≤0.030 S ≤0.030 9Mn2V的相关物理参数(摄氏度：℃)如下表：
Ac1 730 Acm 760 Ar1 655 Ar3 690 Ms 125 2 确定加工工艺路线
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 工艺 下料 锻造 退火 粗铣 磨平面 钳工划线 棒料下料 将坯料锻成长方体 将锻件退火，以消除锻压造成的内应力，改善加工性能 铣各平面，厚度留磨削余量0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm 磨上、下平面（单面留磨量0.3mm）和相邻两侧面，保持各面相互垂直（用90°角尺检验） 划出对称中心，各个孔的位置，型孔的轮廓线 内容 设备 锯床 铣床 磨床 仿铣床 钻床 磨床 线切割机 型孔粗加工 在仿铣床上加工型孔，留单边加工余量0.15mm 加工余孔及攻螺纹 热处理 磨平面 线切割 钳工精修 检验 1）加工凹模上的余孔； 2）对指定的孔攻螺纹 保证61—63HRC 磨上、下平面及相邻两侧面至要求尺寸 按图切割型孔达到尺寸要求 全面达到设计要求 3 热处理工艺方法选择
3.1 模具的预备热处理
为了消除毛坯的残留组织缺陷，有利于后续冷热处理，提高使用性能和寿命。冷作模具的预备热处理采用球化退火，因为球化退火可以获得满意的机械加工性能，并做好淬火前组织上的准备，球化退火组织对最终获得热处理后的强韧性、畸
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变、开裂倾向、耐磨性以及断裂韧度有显著的影响。
球化温度应选在Ar1以上20～50℃为宜，要避免在退火过程出现有残存的原片状碳化物或新的片状及棱角状碳化物，应保留许多未溶的细小碳化物颗粒以作为球化的结晶核心，保证能加速球化过程和形成均匀的球化体。球化退火的等温温度和保持时间要选择在不出现片状或片、球状混合组织，并有合适的球化速度范围为宜，保证能加速球化过程和形成均匀的球化体。 3.2 模具的最终热处理
冷作模具的最终热处理是淬火＋低温回火。在冷作模具的热处理工艺过程中最重要的就是淬火和回火的处理，淬火是为了使冷作模具具有高的强度、硬度和耐磨等性能；回火主要是消除工件淬火时所产生的残余内应力，提高材料的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能，稳定工件尺寸，使钢的组织在工件使用过程中不再发生变化。淬火与低温回火相结合，则可以使模具具有高的强度、耐磨性、足够的强度和韧性以及一定的冲击性的配合，这使得冷作模具应具备高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳和不咬合等能力。
淬火一般是把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织，而低温回火一般是指在低于250℃的情况下进行回火，同时还要根据钢种注意要避免各种钢的回火的脆性温度区间。低温回火可以使工具、量具获得高硬度、耐磨、足够的强度和韧性。
4 制订热处理工艺制度
4.1 预备热处理工艺制度的制订
加热速度 90～100℃/h 加热温度 750～760℃ 保温时间 4h 等温温度 680～690℃ 等温时间 4h 冷却速度 ≤30℃/h 第4 页 共24页
温度(T/℃) 750～760℃ 保温4h 冷却≤30℃/h 680～690℃ 冷却≤30℃/h ≤550℃ 空冷 等温4h O 9Mn2V球化退火工艺曲线 时间（t/h） 4.1.1 加热速度
加热速度主要与钢的成分、工件的尺寸和形状等因素有关。为防止变形开裂，应该适当控制加热速度。碳钢和低合金钢的中、小件的加热速度一般控制在100～200℃/h；中、高合金钢形状复杂的或截面大的工件一般应进行预热或采用低温入炉进行随炉升温的加热方式，在温度低于600～700℃是的加热速度为30～70℃/h，高于此温度后控制在80～100℃/h。根据本设计中零件尺寸及形状的实际情况，采用低温入炉加热，加热速度为90～100℃/h能够达到目的。 4.1.2 加热温度
球化退火主要应用于共析、过共析钢，使钢中的碳化物球化以降低硬度，改善组织，提高淬火钢的性能及减少淬火缺陷等。加热温度对钢中碳化物的球化效果有着很大的影响。球化退火加热温度不宜太高，一般控制在稍高于Ac1，如Ac1+（20～30）℃，可获得不均匀奥氏体和大量细小的残留碳化物，作为碳化物球化的非自发核心，以促进球化。所以根据9Mn2V的Ac1点的温度（730℃）得到球化温度为750～760℃。 4.1.3 加热时间
加热时间主要与钢的成分、工件的尺寸与形状、加热温度、加热介质、加热方式、装炉量及热处理目的有关，采用公式
（min）来计算，其中K表示与加
热条件有关的综合物理因素，而W=V/F（mm）表示与工件的尺寸和形状有关的几何因素（V为工件的体积，F为工件的面积）。根据本设计中零件的尺寸确定加热
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