金属材料热处理课程设计

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1、第 1 页 共 24 页 1 1 前言前言 热处理工艺课程设计是学生对热处理工艺的基础知识、 原理及方法的综合应用 及全面训练，进一步提高学生技能，达到本学科基本要求的重要教学环节。通过课 程设计，可以培养学生初步的设计思想、分析问题和解决问题的能力，了解设计的 一般方法和步骤； 初步培养学生的设计基本技能和对工程技术问题的严肃认真和负 责的态度。 热处理工艺课程设计可以增强同学对基础知识的理解，通过金属热处理工艺 学 、 固态相变原理学科的学习，学生掌握了一些常用材料的组织的转变过程及 热处理方法，通过课程设计能够让同学们更好地理解材料成分、组织、结构和性能 它们相互之间的内在联系；通过本课

2、程设计之后，我们对所学习过的知识有一个系 统的、健全的结构把握，能够有效地训练学生的逻辑思维能力，分析问题和解决问 题的能力；课程设计有利于学生严谨治学的培养，虽然与工程实际有一定的距离， 但它也是我们走向社会前一次重要的锻炼，它要求我们在课程设计中从使用性能、 成本要求、加工工艺性能等多方面考虑一个零件的热处理工艺。 通过本次课程设计，学生能够正确地对局部与整体的把握，能培养我们对细节 注重的能力，同时掌握整体学习、工作以及研究的本领。 2 2 零件图分析零件图分析 图 1 热处理凹模工件图 第 2 页 共 24 页 2.1 2.1 零件形状零件形状 该零件图是一个凹模的零件图，它由四个螺纹

3、孔（分布在模具的四个角上）和 靠近螺纹各有一个模具导杆孔；在靠近中央位置有一个呈倒 E 字形的型孔，此为材 料加工成型的重要部分；在型孔上下两侧右边的相对位置各有一个矩形型孔，在矩 形型孔之间对称分布着许多小孔。从形状看来，这个凹模是一个相对比较复杂的模 具，从而导致在机械加工上也变得相对复杂。 2.2 2.2 零件尺寸零件尺寸 该凹模的总体尺寸为 20015035mm，所以这是一个尺寸较小的凹模，因而 其工作时所受的载荷也相对较低。 2.3 2.3 技术要求技术要求 该凹模的技术要求是在热处理完成之后，使用时的整体硬度为 6163HRC， 所以它的使用状态时的硬度很高。 综合对该零件的形状、

4、尺寸、技术要求这三方面的分析，这个模具属于一个小 型的冷作模具。因为热作模具是在高温下工作的，因此需要具有一定的高温强度与 高温硬度，良好的淬透性与冲击韧度，足够的耐热疲劳性能和抗氧化能力。所以其 绝大部分使用的最高硬度也不超过 60HRC。作为一个小型的冷作凹模，则其工作 时主要承受拉压、弯曲、冲击、疲劳、摩擦等多种机械力的作用，其主要时效形式 有：过载失效、磨损失效、咬合失效以及多冲疲劳失效等。但是对其作用的载荷都 相对比较小。为了满足冷作模具高应力、高耐磨和使用寿命的需要，因此这个小型 冷作模具应具备较高的硬度和耐磨性，一定的抗冲击能力，较高的变形抗力，断裂 抗力，耐磨损，抗疲劳和不咬合

5、等使用性能。 3 3 材料选择材料选择 通过给出的技术要求（6163HRC） ，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：%） ： 第 3 页 共 24 页 表 1 四种不同的材料化学成分表 化学成分 C Si Mn Cr W V P S 9SiCr 0.85 0.95 1.20 1.60 0.30 0.60 0.95 1.25 0.030 0.030 Cr12MoV 1.45 1.70 0.40

6、 0.40 11.00 12.50 0.15 0.30 0.030 0.030 9Mn2V 0.85 0.95 0.40 1.70 2.00 0.10 0.25 0.030 0.030 CrWMn 0.90 1.05 0.40 0.80 1.10 0.90 1.20 1.20 1.60 0.030 0.030 （2）物理常数（近似值：） ： 表 2 四种材料物理常数表 临界点 Ac1 Acm Ar1 Ar3 Ms Mf 9SiCr 770 870 730 160 -30 Cr12MoV 830 855 750 785 230 0 9Mn2V 730 760 655 690 125 CrWMn 750 940 710 260 -50 （3）淬透性： 表 3 四种材料淬透性表 材料 淬透性能 回火硬度 9SiCr 淬透性较高，能达到 60HRC 的端淬距离为 13mm 5865 Cr12MoV 淬透性高 5561 9Mn2V 淬透性很高，能达到 60HRC 的端淬距离为 13mm 6062 CrWM