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          模具材料及表面處理實訓(實驗)教學指導書(2)

          日期: 2015-09-18  來源:51模材網  點擊數:  

            實驗4熱處理工藝對工模具鋼性能的影響


            [實驗目的]


            1.了解淬火及回火溫度對9SiCr、5CrW2Si、5CrMnMo等工模具鋼硬度的影響。(或9Cr2、5CrNiMo、60Si2Mn代用)


            2.擬定上述鋼種作刃具及冷沖模具或熱作模具適宜的熱處理工藝


            [概述]


            正確的熱處理工藝對工模具的性能和使用壽命有著決定性的影響,因此,了解不同淬火、回火溫度對工模具鋼的性能的影響,便可作為合理制定熱處理工藝的依據。


            本實驗通過測定不同淬火、回火溫度與硬度的關系并參照有關資料的性能數據制定上述工模具適宜的熱處理工藝


            [實驗內容與步驟]


            1.將9SiCr、5CrW2Si、5CrMnMo試樣分別在750、800、850、900、950℃加熱,保溫15分鐘,在油中淬火。


            2.測試上述溫度下每兩個試樣的淬火硬度的平均值


            3.將上述淬火的試樣,于150、200、400、500和600℃回火1h油冷,測其回火硬度。


            [實驗報告要求]


            1.列表全部淬火、回火硬度數據


            2.作出淬火溫度、回火溫度與硬度的關系曲線


            3.說明上述鋼種哪些適于作刃具或冷做模具,哪些適于作熱作模具,擬定相應的熱處理工藝


            實驗5結構鋼的淬透性測定


            [實驗目的]


            1、掌握淬透性的概念;


            2、學會用未端淬火法測定鋼的淬透性曲線;


            3、比較45鋼和40Cr鋼的淬透性能。


            [實驗原理]


            淬透性是鋼材的一種熱處理工藝性能,所謂鋼的淬透性就是指鋼在淬火時能夠得到淬硬層深度的能力,通常用淬透性曲線來表示。鋼的淬硬層越深,表明淬透性越好。


            淬透性的判定標準通常規定由鋼的表面向里深入到半馬氏體區的距離當作淬硬層的深度,并以這個深度作為衡量淬透性的標準。


            半馬氏體組織的硬度隨碳含量的增加有規律性地提高。按照國家標準規定,淬透性的測定方法有下列兩種:(1)碳素工具鋼淬透性試驗法(GB227-63);(2)結構鋼未端淬透性試驗法(GB226-63)。GB226-63是最常用的未端淬火法,它適用于碳素結構鋼和一般合金結構鋼。下面對未端淬火法加以介紹。


            (1)原理


            將一個圓柱形試樣加熱至規定的淬火溫度,然后對試樣的未端噴水冷卻進行淬火,如圖界1所示。由于試樣僅未端淬火,所以整個圓柱體沿長度方向由下而上冷卻速度逐漸減小。如圖2(a)的所示,顯然未端的冷卻速度最大(大于V臨界),其組織應為馬氏體,隨后為屈氏體,再逐步過渡到原始組織。其硬度也相應逐漸降低。由此可以建立以硬度(HRC)為縱座標,以距離為橫座標的關系曲線,即淬透性曲線,如圖2(b)所示。


            (2)試樣


            按照標準,試樣尺寸為Φ25×l00mm,離試樣頂端3~5mm處的直徑為28~30mm,以供淬火時懸掛試樣之用,如圖3所示。若沒有條件制作標準試樣時也可采用Φ20mm(頂端為Φ25mm)或Φ12mm(頂端為Φ17mm)的試樣,但長度保持不變仍為100mm。


            (3)加熱


            試樣應在溫度準確的箱式電爐中加熱,淬火溫度根據鋼的成分確定,保溫時間一般不少于30分鐘。加熱時為防止試樣未端發生氧化脫碳現象,可將試樣放在保護管內,并在管底鋪上一層石墨粉或鑄鐵屑,如圖4所示。試樣懸掛在管內,并使未端與石墨粉之間保持一定距離。


            (4)淬火


            在未端淬火設備上進行。操作要點如下:①實驗前先根據試樣的直徑參照表1中的數據調整試驗設備。②試樣加熱、保溫后即由爐內取出迅速放入懸掛支架孔中。③噴水冷卻淬火。


            (5)硬度測定及淬硬性表示法


            將淬火后的試樣沿圓柱表面縱向相對的兩邊各磨去0.3~0.5mm的深度,以獲得相互平行的兩平面,便于測定硬度。試樣在磨制過程中要進行冷卻,以免產生回火而影響硬度的測量。


            硬度測量時應將試樣放在“V”型試樣臺上,沿試樣磨制平面的中心線進行測量。由試樣水冷端(即未端)起,每隔1.5mm測量一次,當硬度值下降趨于平穩時,可每隔3mm測量一次。一般測量至離水冷端30~40mm即可。


            表1末端淬火實驗的主要調整數據


          試樣

          保溫時間

          (分)

          噴水口直徑

          (mm)

          水柱自由高度

          (mm)

          噴水口至試樣端面的距離

          (mm)

          直徑

          (mm)

          頭部直徑

          (mm)

          長度

          (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

           

            根據試驗所測得的硬度數據與未端距離之間的關系,畫出淬透性曲線。由于材料的化學成分有一定波動,硬度值便在一定的范圍內變化,因此淬透性曲線一般都用兩條曲線表示,通常稱為淬透性帶。需要指出的是,由未端淬火試驗所得到的淬透性曲線并不能直接用來決定可以淬透的工件尺寸大小,還需借助由其它試驗法求得的一些輔助曲線(換算曲線)或數據來進行換算。


            在生產中也常用所謂臨界直徑Dc來表示淬透性。臨界直徑是指鋼材按規定條件淬火后其心部組織恰好獲得50%馬氏體的最大直徑,顯然,在相同冷卻條件下,臨界直徑越大時,鋼的淬透性就越好。


            [實驗材料及設備]


            1、箱式電爐;2、未端淬火設備;3、砂輪機;4、洛氏硬度機;5、標準試樣(45鋼或40鋼,40Cr鋼);6、游標卡尺。


            [實驗內容]


            測定45鋼(或40鋼)和40Cr的淬透性曲線


            [實驗步驟]


            1、每班分若干組,每組以4~5人為宜,分別領取試樣;


            2、測量試樣的尺寸,并根據鋼種制定熱處理工藝;


            3、調整未端淬火設備,做好淬火前的準備;


            4、按照規定溫度加熱及淬火;


            5、將淬火后的試樣兩側各磨去0.3~0.5mm;


            6、按規定測量硬度(HRC),并將所測得的數據填入表2中;


            7、分別繪制出45鋼圖5(a)和40Cr圖5(b)的淬透性曲線。


            表2末端淬實驗數據表


          距水冷端距離(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鋼












          40Cr












           

            [實驗注意事項]


            1、支架必須擦干,并盡量靠近加熱爐;


            2、由爐中取出試樣時動作要迅速,放入支架孔中后立即噴水冷卻。淬火時間一般為10~15分鐘;


            3、噴出的水柱應只與試樣端部表面接觸,而不應噴在圓柱體側面上。水箱中的水壓應保持穩定,以保證噴出的水柱高度基本不變,冷卻均勻;


            4、在磨制試樣兩側平面時要及時進行冷卻,以防產生回火現象,影響硬度測定的準確;


            5、每次取試樣時爐門打開時間不要過長,以免溫度下降過多,影響下一步操作;


            6、操作時應明確分工,相互配合,動作要協調,以保證整個操作過程的順利完成。


            [實驗報告要求]


            1、說明本次實驗目的;


            2、簡述未端淬火法的試驗原理和方法;


            3、實驗材料與實驗內容;


            4、實驗步驟;


            5、繪制出45(或40)鋼和40Cr鋼的淬透性曲線;


            6、分析實驗中存在的問題;


            7、實驗結論。


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