模具材料及表面处理实训(实验)教学指导书(2)

来源:51模材网 

  实验4热处理工艺对工模具钢性能的影响


  [实验目的]


  1.了解淬火及回火温度对9SiCr、5CrW2Si、5CrMnMo等工模具钢硬度的影响。(或9Cr2、5CrNiMo、60Si2Mn代用)


  2.拟定上述钢种作刃具及冷冲模具或热作模具适宜的热处理工艺


  [概述]


  正确的热处理工艺对工模具的性能和使用寿命有着决定性的影响,因此,了解不同淬火、回火温度对工模具钢的性能的影响,便可作为合理制定热处理工艺的依据。


  本实验通过测定不同淬火、回火温度与硬度的关系并参照有关资料的性能数据制定上述工模具适宜的热处理工艺


  [实验内容与步骤]


  1.将9SiCr、5CrW2Si、5CrMnMo试样分别在750、800、850、900、950℃加热,保温15分钟,在油中淬火。


  2.测试上述温度下每两个试样的淬火硬度的平均值


  3.将上述淬火的试样,于150、200、400、500和600℃回火1h油冷,测其回火硬度。


  [实验报告要求]


  1.列表全部淬火、回火硬度数据


  2.作出淬火温度、回火温度与硬度的关系曲线


  3.说明上述钢种哪些适于作刃具或冷做模具,哪些适于作热作模具,拟定相应的热处理工艺


  实验5结构钢的淬透性测定


  [实验目的]


  1、掌握淬透性的概念;


  2、学会用未端淬火法测定钢的淬透性曲线;


  3、比较45钢和40Cr钢的淬透性能。


  [实验原理]


  淬透性是钢材的一种热处理工艺性能,所谓钢的淬透性就是指钢在淬火时能够得到淬硬层深度的能力,通常用淬透性曲线来表示。钢的淬硬层越深,表明淬透性越好。


  淬透性的判定标准通常规定由钢的表面向里深入到半马氏体区的距离当作淬硬层的深度,并以这个深度作为衡量淬透性的标准。


  半马氏体组织的硬度随碳含量的增加有规律性地提高。按照国家标准规定,淬透性的测定方法有下列两种:(1)碳素工具钢淬透性试验法(GB227-63);(2)结构钢未端淬透性试验法(GB226-63)。GB226-63是最常用的未端淬火法,它适用于碳素结构钢和一般合金结构钢。下面对未端淬火法加以介绍。


  (1)原理


  将一个圆柱形试样加热至规定的淬火温度,然后对试样的未端喷水冷却进行淬火,如图界1所示。由于试样仅未端淬火,所以整个圆柱体沿长度方向由下而上冷却速度逐渐减小。如图2(a)的所示,显然未端的冷却速度最大(大于V临界),其组织应为马氏体,随后为屈氏体,再逐步过渡到原始组织。其硬度也相应逐渐降低。由此可以建立以硬度(HRC)为纵座标,以距离为横座标的关系曲线,即淬透性曲线,如图2(b)所示。


  (2)试样


  按照标准,试样尺寸为Φ25×l00mm,离试样顶端3~5mm处的直径为28~30mm,以供淬火时悬挂试样之用,如图3所示。若没有条件制作标准试样时也可采用Φ20mm(顶端为Φ25mm)或Φ12mm(顶端为Φ17mm)的试样,但长度保持不变仍为100mm。


  (3)加热


  试样应在温度准确的箱式电炉中加热,淬火温度根据钢的成分确定,保温时间一般不少于30分钟。加热时为防止试样未端发生氧化脱碳现象,可将试样放在保护管内,并在管底铺上一层石墨粉或铸铁屑,如图4所示。试样悬挂在管内,并使未端与石墨粉之间保持一定距离。


  (4)淬火


  在未端淬火设备上进行。操作要点如下:①实验前先根据试样的直径参照表1中的数据调整试验设备。②试样加热、保温后即由炉内取出迅速放入悬挂支架孔中。③喷水冷却淬火。


  (5)硬度测定及淬硬性表示法


  将淬火后的试样沿圆柱表面纵向相对的两边各磨去0.3~0.5mm的深度,以获得相互平行的两平面,便于测定硬度。试样在磨制过程中要进行冷却,以免产生回火而影响硬度的测量。


  硬度测量时应将试样放在“V”型试样台上,沿试样磨制平面的中心线进行测量。由试样水冷端(即未端)起,每隔1.5mm测量一次,当硬度值下降趋于平稳时,可每隔3mm测量一次。一般测量至离水冷端30~40mm即可。


  表1末端淬火实验的主要调整数据


试样

保温时间

(分)

喷水口直径

(mm)

水柱自由高度

(mm)

喷水口至试样端面的距离

(mm)

直径

(mm)

头部直径

(mm)

长度

(mm)

25

20

12

30

25

17

100

100

100

30

30

15

12.5

12.5

6

65±5

65±5

100±5

12.5

12.5

10

 

  根据试验所测得的硬度数据与未端距离之间的关系,画出淬透性曲线。由于材料的化学成分有一定波动,硬度值便在一定的范围内变化,因此淬透性曲线一般都用两条曲线表示,通常称为淬透性带。需要指出的是,由未端淬火试验所得到的淬透性曲线并不能直接用来决定可以淬透的工件尺寸大小,还需借助由其它试验法求得的一些辅助曲线(换算曲线)或数据来进行换算。


  在生产中也常用所谓临界直径Dc来表示淬透性。临界直径是指钢材按规定条件淬火后其心部组织恰好获得50%马氏体的最大直径,显然,在相同冷却条件下,临界直径越大时,钢的淬透性就越好。


  [实验材料及设备]


  1、箱式电炉;2、未端淬火设备;3、砂轮机;4、洛氏硬度机;5、标准试样(45钢或40钢,40Cr钢);6、游标卡尺。


  [实验内容]


  测定45钢(或40钢)和40Cr的淬透性曲线


  [实验步骤]


  1、每班分若干组,每组以4~5人为宜,分别领取试样;


  2、测量试样的尺寸,并根据钢种制定热处理工艺;


  3、调整未端淬火设备,做好淬火前的准备;


  4、按照规定温度加热及淬火;


  5、将淬火后的试样两侧各磨去0.3~0.5mm;


  6、按规定测量硬度(HRC),并将所测得的数据填入表2中;


  7、分别绘制出45钢图5(a)和40Cr图5(b)的淬透性曲线。


  表2末端淬实验数据表


距水冷端距离(mm)

1.5

3.0

4.5

6.0

7.5

9.0

12.0

15.0

18.0

21.0

……45

硬度值

HRC

45钢












40Cr












 

  [实验注意事项]


  1、支架必须擦干,并尽量靠近加热炉;


  2、由炉中取出试样时动作要迅速,放入支架孔中后立即喷水冷却。淬火时间一般为10~15分钟;


  3、喷出的水柱应只与试样端部表面接触,而不应喷在圆柱体侧面上。水箱中的水压应保持稳定,以保证喷出的水柱高度基本不变,冷却均匀;


  4、在磨制试样两侧平面时要及时进行冷却,以防产生回火现象,影响硬度测定的准确;


  5、每次取试样时炉门打开时间不要过长,以免温度下降过多,影响下一步操作;


  6、操作时应明确分工,相互配合,动作要协调,以保证整个操作过程的顺利完成。


  [实验报告要求]


  1、说明本次实验目的;


  2、简述未端淬火法的试验原理和方法;


  3、实验材料与实验内容;


  4、实验步骤;


  5、绘制出45(或40)钢和40Cr钢的淬透性曲线;


  6、分析实验中存在的问题;


  7、实验结论。


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