第四部分 热作模具材料及热处理

H13热作模具钢失效分析及热处理工艺(2009-04-12 18:42:17)转载标签：杂谈H13钢（4Cr5MoSiV1）是国际上广泛应用的一种空冷硬化型热作模具钢。

H13钢具有较高的韧性和耐冷热疲劳性能，不容易产生热疲劳裂纹：而且抗粘结力强，与熔融金属相互作用小，因此广泛应用于热镦锻、热挤压和压铸模具的制造。

失效分析：由于模具使用厂家的不合理技术要求，往往会造成H13模具早期断裂失效。

常见的造成模具早期失效的H13热作模具钢不合理技术要求有：“表面硬度低芯部硬度高；硬度要求过高；表面硬度高芯部硬度低等。

由化学成分分析表明绝大多数批次H13钢化学成分符合标准，仅少数批次的合金元素含量不足。

在生产实践中经常发现一些钢厂生产的H13化学成分偏析严重，模具厂家又未进行合理的锻造和球化退火，经常造成H13钢在热处理过程中或安装使用时断裂。

（1）硬度偏高造成模具早期断裂（2）模具表层硬度太低，产生模具早期龟裂失效（3）模具表面硬度高，基体硬度低，产生早期龟裂失效热处理：H13钢的临界点：Ac1为853℃；Ac3为912℃；Ms为310℃锻造：先缓慢加热到750℃，在快速加热到1120-1150℃的锻造温度，减少氧化和脱碳；始锻温度为1080-1120℃，始锻温度≥850℃，锻后缓冷，并及时退火。

另外要求锻造比大于4. 退火：H13退火用TTT曲线位于淬火用TTT曲线的左侧，过冷奥氏体的稳定性降低，有利于退火软化处理。

等温退火加热到800℃，保温2h，降温至750℃等温2-4h，炉冷到500℃出炉空冷，硬度为192-229HBS，锻后必须立即进行球化退火。

淬火和回火：淬火前二次预热，1040±10℃淬火，540±10 ℃回火,获得回火马氏体加碳化物组织,硬度HRC46～50 ,可满足热作模具钢的性能要求。

通过改进H13 钢的冶炼方法和合理的锻造工艺来保证模具用材的要求, 适宜的热处理工艺确保H13 钢具有良好的综合力学性能, 正确的使用操作方法更有利于提高其使用寿命。

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通用技术-必修1
第四章 展现设计成果
4.1 材料 4.2 工具与设备 4.3 工艺常识
4.4 原型与模型制作
4.1 材料
一、材料的分类
1.天然材料 天然材料是指取材于大自然且保持着原本特 质的材料，如木材、黏土、石材等。
4.1 材料
2.合成材料 合成材料又称人造材料，是人为把不同物质经化学 方法或聚合作用而成的材料，其特质与原料不同，如塑 料、玻璃、钢铁等。
4.2工具与设备
（2）錾子。錾子用碳素工具钢锻成，其切削部分磨成刀 刃形状，并经过热处理使其达到较高的硬度。有扁錾、 尖錾和油槽錾三种：①扁錾主要用于錾削平面，去除毛 刺和分割板料等；②尖錾主要用于錾削沟槽及分割曲线 形板料；③油槽錾主要用于錾削平面或曲面上的油槽。
4.2工具与设备
3.锉刀及其使用 （1）锉刀结构有锉身和锉柄两部分组成，各部位名称 如下图： （2）锉刀的种类。锉刀按其用途不同，可分为普通钳 工锉、整形锉和异形锉三类。
4.2工具与设备
4.攻丝工具及其使用 手工攻丝常用的工具有手用丝锥和攻丝绞手。
4.2工具与设备
手用丝锥。手用丝锥是加工内螺纹的工具，用 碳素工具钢或合金工具钢制成，有普通丝纹锥、圆柱 管螺纹丝锥和圆锥管螺纹丝锥。丝锥表面有开槽的外 螺纹，由工作部分和柄部所组成。工作部分又由切削 部分和校正部分组成。切削部分呈圆锥形，有锋利的 切削刃，切削负荷由多个切削刃分担，校正部分有完 整的牙形，主要是用于修光和校正切削部分已切出的 螺纹，具有导向作用。柄部为圆柱形，末端为方榫， 供夹持并传递扭矩。
4.2工具与设备
凿子: 凿子有平凿和 圆凿等，主要用于 凿削榫眼或其他局 部形状的铲削。凿 榫眼的平凿按宽窄 不同分为多种规格， 一般按凿眼宽度需 要来选用合适规格 的凿子。

金属材料热处理习题库及参考答案一、单选题（共119题，每题1分，共119分）1.GCr15属于A、合金工具钢B、合金结构钢C、滚动轴承钢正确答案：C2.广泛用于重要的受力构件，比如齿轮、曲轴的回火方法是A、高温回火B、中温回火C、低温回火正确答案：A3.用于科研的铝称为A、工业高纯铝B、高纯铝C、工业纯铝正确答案：B4.加热后转化或熔化，冷却后硬化成型，且这一过程可反复进行的工程塑料为A、复合材料B、热塑性工程塑料C、热固性工程塑料正确答案：B5.主要用于碳素工具钢制造的容易开裂的，比较小的工件的淬火方法是A、分级淬火B、单液淬火C、双介质淬火正确答案：C6.可制作车刀，铣刀，钻头等，不能进行切削加工的硬质合金是A、M类硬质合金B、P类硬质合金C、K类硬质合金正确答案：A7.用于制造法兰、齿轮以及化工管道、医疗器械的工程塑料是A、ISOB、GBC、ISS正确答案：B8.力学性能不如马氏体不锈钢，塑性不及奥氏体不锈钢，多用于受力不大的耐酸结构件和抗氧化钢使用的是A、奥氏体不锈钢B、铁素体不锈钢C、马氏体不锈钢正确答案：B9.YW1表示A、M类硬质合金B、P类硬质合金C、K类硬质合金正确答案：A10.YG8表示A、P类硬质合金B、M类硬质合金C、K类硬质合金正确答案：C11.广泛用于重要的受力构件，应该采取的回火是A、低温回火B、中温回火C、高温回火正确答案：C12.用于刀具、量具冷冲模以及其他要求高硬度，高耐磨性零件的回火方法是A、中温回火B、低温回火C、高温回火正确答案：B13.9SiCr属于A、合金结构钢B、合金工具钢正确答案：B14.用于制作各种家用不锈钢厨具、餐具的不锈钢是A、奥氏体不锈钢B、铁素体不锈钢C、马氏体不锈钢正确答案：B15.直板手机壳属于A、热固性塑料B、复合材料C、热塑性塑料正确答案：A16.下列哪个不是硬质合金的特点？A、韧性好B、耐磨性好C、硬度高、红硬性高正确答案：A17.广泛用于制造桥梁、车辆、压力容器等的钢是A、低合金高强度结构钢B、合金结构钢C、合金工具钢正确答案：A18.用做铝合金的原料、特殊化学器械的是哪种铝？A、工业纯铝B、工业高纯铝C、高纯铝正确答案：B19.下列哪个不是合金元素在钢中的作用？A、细化晶粒B、强化铁素体，使钢的塑性、韧性下降C、降低钢的回火稳定性正确答案：C20.38CrMoAl钢是属于合金( )。

工程材料作业（4）答案1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。

奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。

多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。

但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。

Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。

而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。

阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。

（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。

碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。

强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。

回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。

合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。

因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。

使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。