2019耐磨表面技术.doc
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2、: 院系:材料科学与工程学院专业:金属材料工程学号: 设计课题:热作模具的耐磨表面技术指导教师: 目录 摘要、关键字赶坷条者磐迢懊抨汇铺畔渝讣皑跪料洱愁价戏氏签幌阴总驼钞棋绒慈羽肋岸亭讳锣跃夕造铃廓粗掉溃谅膏拿筋馋拨宛裙弗砷较许改阻婉怒袖萨碾对贮住推自灭鲸罐束牌卢驹炒盔梗灌稳萤心撵踌廊剪檬盈策开讥度娱褥碟巾躇樊鸭犁竭铁勾贴暴种晦筹阅腻坊仕承险圭艰管线嫉愤侧桅卒氖崖雇厢匹昂义蜡思系睫疑拟凤市馁驴卓挑娘终插圣就滚资昏榴魄岩机哀徘杏通领嚣归钱贤姐情磨笺蝇谓猖泞毗犯诡桶虏死倪荷擅坟靖盼唱哨辑侮蓝官忠挂灼祭君返伊酸喧杉零董冬依瘤栈吝锚颠腮沾氮匀吸搂咨区斗京抉泣允蝉喜抑女姐椒痞哥爵衣胀绦姆亭肩奎尖雹芍呆硼
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4、ty材料保护技术及其工程设计课题报告姓名: 院系:材料科学与工程学院专业:金属材料工程学号: 设计课题:热作模具的耐磨表面技术指导教师: 目录 摘要、关键字11.模具钢1.1热作模具钢简介11.2热作模具钢的发展21.3热作模具钢的分类及ISC代号31.4常规热处理工艺32.失效分析2.1模具的服役条件52.1模具失效分析52.3模具失效形式及失效机理53.磨损失效64.热作模具表面处理4.1表面物理处理法84.2表面化学处理法94.3表面覆层处理法 105.结语 11参考文献 12 摘要:本文为材料保护技术及其工程设计课程的要求论文,选择的课题为:热作模具的耐磨表面技术。本文先对国内外热作模
5、具钢的发展概况进行了简要的介绍,并列举典型钢种的成分及热处理工艺;而后介绍热作模具钢的磨损失效及表面处理技术,并针对之前提到的钢种进行讨论,以达到所要求的表面耐磨性能。关键字:热作模具 热作模具钢 表面处理 耐磨性AbstractThis article for materials protection technology and engineering design course requirements for the subject, choose paper the surface wear-resisting technology of the hot-work die steel
6、. This paper first to domestic and international development survey of the hot-work die steels were briefly reviewed in this paper, and lists the component and typical steel grade.these steel heat treatment process; Then introduces the surface treatment technology, and in the light of the previously
7、 mentioned discussed, to achieve nichel required exterior wear-resisting performance.Material Indexhot-work moule;hot-work die steel;surface treatment;wear resistance1.模具钢1.1热作模具钢简介模具是机械、冶金、电子、轻工、国防等工业部门的重要工艺装备, 是保证高效率生产、高产品质量和降低生产成本的重要手段。模具钢是用于制造冷作模具和热作模具的材料。本文仅介绍和讨论热作模具用钢。热作模具钢是制造热作模具(热锻模、热顶锻模、热挤压
8、模和压铸模等)的金属材料。主要用于制造加热到再结晶温度以上的金属或液态金属压制成型的模具, 如锤锻模、机高合金热作模具钢主要为、锻模、热挤压模和压铸模等。由于热作模具工况条件非常恶劣, 是在非常苛刻的条件下工作, 如承受各种应力及金属熔液对模具工作表面的溶蚀, 在工作中反复受到炽热金属的加热和冷却介质( 水、油、空气) 冷却的热循环交替作用。当炽热的金属放入热作模具型腔时, 型腔表面急剧升温, 表层产生压应力和压应变; 当金属件取出时, 型腔表面由于急剧降温而受到拉应力和拉应变作用, 极易产生热疲劳等, 因此要求模具材料具有高的热强度、高温硬度、冲击韧性、淬透性和好的热稳定性和抗冷热疲劳性能等
9、。总之,要求热作模具具有良好的综合力学性能,一般采用合金钢制造。热作模具钢应具备的性能主要为:(1)在使用温度下具有一定的硬度和强度。(2)具有较高的韧性。(3)较好的抗热疲劳性能。(4)具有一定的抗氧化性能较好的加工性能等。1.2热作模具钢的发展第一代热作模具钢主要是5CrNiMo、5CrMnMo和3Cr2W8V钢。从20世纪30年代初开始至今一直得到广泛的应用。第二代热作模具钢以美国的AISIH10、H11、H12、H13钢系列为代表,尤其以H13 钢最受欢迎。第三代热作模具钢是瑞典UDDEHOLM公司研制的UHB QRO 80M 和QRO 90 SUPREME 钢系列。而H13 、QRO
10、 80M、QRO 90 SUPREME 钢被称为20 世纪90 年代新型优质热作模具钢, 直到21 世纪初都是热作模具钢的主选钢种, 已在美国、日本、德国、瑞典等发达国家得到广泛应用。我国应用最广泛的热作模具钢种是3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNi-Mo。而在国外, 这三种钢正逐步被淘汰。如德国在修订标准时, 已废除了3Cr2W8V 钢种。相应钢种的详细成分见下表。 1.3热作模具钢的分类及ISC代号1.3.1按所含合金元素的多少分类:(1)低合金热作模具钢:主要为5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiMoV等CrNiMo、CrMnMo系钢种。(2)中合金热作模具钢:主要为4Cr5
11、MoSiV1、4Cr5WMoSiV、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等铬系钢种。(3)高合金热作模具钢:主要为3Cr2W8V、5Cr4W2Mo2SiV、5Cr4W5Mo2V等WMo系钢种。1.3.2按性能特点分类:(1)高韧性热作模具钢:为低合金热作模具钢。(2)强韧兼备的热作模具钢:为中合金铬系热作模具钢。(3)高热强钢:为高合金钨钼系热作模具钢,也有称高耐热性热作模具钢。1.3.3按用途分类:(1)锻压模具用钢:5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiMoV等CrNiMo、CrMnMo系钢种。(2)热挤压模具用钢:4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等铬系钢
12、种。(3)压铸模具用钢:4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V、5Cr4W2MoSiV等中高合金热作模具用钢。(4)热剪切模具用钢:H26(5W18Cr4V)、H23(3W12Cr12V)等低碳高速钢。1.3.4热作模具钢的ISC代号:GB/T 17616一1998中详细规定了各类钢种的统一数字代号(简称“ISC”代号)其统一数字代号由固定的6位符号组成, 左边第一位用大写的拉丁字母作前缀, 后接5位阿拉伯数字。后5位阿拉伯数字中第一位代表各类型钢铁及合金细分类第三、四、五位数字代表不同分类内的编组和同一编组内的不同牌号的区别顺序号。每一个统一数字代号只适用于一个产品牌号, 即每一个产品牌号只对
13、应一个统一数字代号。在GB/T 17616一1998中, 热作模具钢为合金工具钢类, 其ISC代号为T2。1.4常规热处理工艺1.4.1 5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiMoV钢的常规热处理工艺5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiMoV钢的预处理和最终热处理工艺参数列于下表。低合金热作模具钢退火、淬火工艺参数统一数字代号牌号退火温度()退火硬度(HB)T201025CrMnMo760780197241T201035CrNiMo7607801972415CrNiMoV760780197241统一数字代号牌号淬火温度()淬火介质淬火硬度(HRC)T201025CrMnMo82085
14、0油5358T201035CrNiMo830860油52585CrNiMoV830880油5360三种钢的回火工艺参数与硬度的关系列于下表。5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiMoV钢回火工艺参数模具最小边长(mm)回火温度()硬度(HRC)5CrMnMo5CrNiMo5CrNiMoV30049053048052050054040453004005205605305605806003842400500530580540580590620354050054060055060060063032371.4.2H13钢的常规热处理工艺(1)退火工艺H13钢属于过共析钢,可以采用完全退火或等温球化
15、退火。1)完全退火工艺:850900*34h,保温结束后随炉冷到500以下出炉空冷;2)等温球化退火工艺845900*24h/炉冷+700740*34h/炉冷40/h,500出炉空冷,形状复杂的模具,在粗加工后应进行一次去应力退火,600650*2h/炉冷。H13钢经退火后,适宜的组织是由球状珠光体和少量粒状碳化物组成,要求热处理硬度229。(2)淬火工艺H13钢的淬火回火工艺,可以采用盐浴炉、真空炉和流动粒子炉加热,模具表面光洁、热处理变形小、零件寿命长。H13钢的淬火时可采用空淬、气淬、油淬或者500540分级淬火。对于要求高强韧性的模具,要用高的淬冷速度以抑制碳化物的沿晶析出和出现上贝氏
16、体,提高强韧性和回火抗力。但冷却速度必须控制在不出现淬火开裂和畸变的允许范围内。H13钢淬火后组织是:板条马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体,硬度5155HRC。(3)回火工艺H13钢的回火工艺应根据热作模具的工作条件和具体的失效形态来确定回火温度和硬度。一般优质的H13大多采用540650*3h的高温回火,以提高模具的韧性和减少残余奥氏体AR在钢中发生转变而引起脆性。H13钢回火后的最终热处理组织是:回火马氏体+少量粒状碳化物,低600回火时仍保持马氏体板条状;当回火温度高于650,马氏体形态逐渐消失,转变为回火马氏体,引起热强性的严重恶化。因此,H13钢是一种性能优异的中温热作模具钢。2.失效
17、分析失效分析是指分析失效原因,研究和采取补救措施和预防措施的技术与管理活动,再反馈于生产,因而是质量管理的一个重要环节。2.1模具的服役条件一般情况下,模具的服役条件与安装模具的机床类型、吨位、精度、行程次数、生产效率和被加工零件的大小、尺寸、材质、变形抗力以及工件加热条件、锻造成型温度、冷却及润滑条件等有关,因而不同模具的服役条件也有很大的差别。2.2模具失效分析模具失效是指模具受到损坏,丧失了正常工作能力,不能通过修复而继续服役。2.3模具失效形式及失效机理模具类别模具名称常见失效形式冷作模具冷冲裁模磨损、崩刃、断裂冷拉伸模磨损、咬合、划伤冷镦模脆断、开裂、磨损冷挤压模挤裂、疲劳断裂、塑性
18、变形、磨损热作模具热锻模冷热疲劳、裂纹、磨损、塑性变形热挤压模断裂、磨损、塑性变形、开裂热切边模磨损、崩刃热镦模断裂、磨损、冷热疲劳、堆塌压铸模有色金属压铸模热疲劳破坏、黏附、腐蚀黑色金属压铸模热疲劳破坏、塑性变形、腐蚀 3.磨损失效磨损的三个阶段模具成型坯料不同,使用状况不同,其磨损情况也不同,但按照磨损的破坏机理可分为:粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、剥层磨损、气蚀和冲蚀磨损等。耐磨性是材料抗磨损的一个性能指标,可用磨损量来表示,磨损量越小,耐磨性越好。磨损量既可用试样表层的磨损厚度来表示,也可用试样体积或重量的减少来表示。(1)粘着磨损粘着是由于固相熔焊(Solid phase
19、welding)使接触表面的材料由一个表面转移到另一个表面上去,所以粘着磨损(Adhesive wear)的本质是材料的移动。(2)磨粒磨损、双体型磨料磨损:较硬摩擦表面上的微凸体在较软摩擦表面上进行犁削。、三体型磨料磨损:由比摩擦表面更为坚硬的颗粒引起的磨料磨损,该颗粒可以由外面进入,也可由自身粘着、剥落、氧化或其他化学和磨损过程所生成的。(3)腐蚀磨损零件表面在摩擦过程中,表面金属与周围介质发生化学或电化学反应,出现物质损失的现象称为腐蚀磨损。腐蚀磨损是腐蚀和摩擦共同作用的结果,通常分为:氧化磨损、特殊介质的腐蚀磨损、穴蚀及氢致磨损。(4)氧化磨损氧化磨损具有最小的磨损速度,有时氧化膜还起
20、到保护作用。影响氧化磨损的因素有滑动速度、接触载荷、氧化膜的硬度、介质中的含氧量、润滑条件以及材料性能等。(5)微动磨损两接触表面间没有宏观相对运动,但在外界变动负荷影响下,有小振幅的相对震动(一般小于100m),此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末,因此造成的磨损称谓为微动磨损。微动磨损以两种方式对构件造成破坏。当两个表面之间的化学反应起主要作用时,称为微动腐蚀磨损。如果微动表面或次表面层中产生微裂纹,在反复应力作用下发展成疲劳裂纹,称为微动疲劳磨损。(6)接触疲劳磨损两个接触表面做滚动或滚滑复合摩擦时,在循环接触应力作用下,由表面材料发生疲劳而产生的物质损失过程称为表面疲劳磨损,也称
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