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材料工程课程设计报告

第一篇：材料工程课程设计报告目录模具服役条件及失效分析………………………………………………2选材及材料介绍…………………………………………………………3零件加工及热处理……………………………………………………4分析讨论…………………………………………………………………8课程设计心得体会……………………………………………………13参考文献………………………………………………………………14选材及材料介绍为了满足要求也就是说要求硬度，强度和韧性都较好，减少以上失效的发生，延长模具寿命，减低生产成本经综合考虑选用Cr12MoV作为加工该模具的材料。其化学成份为：碳C：1.45～1.70、硅Si：≤0.40、锰Mn：≤0.40、硫S：≤0.030、磷P：≤0.03、铬Cr：11.00～12.50、镍Ni：允许残余含量≤0.25、铜Cu：允许残余含量≤0.30、钒V：0.15～0.30、钼Mo：0.40～0.60其力学性能为：硬度：退火,255～207HB,压痕直径3.8～4.2mm;淬火,≥58HRC。Cr12MoV钢是目前国内广泛使用的冷作模具钢之一也是国际上较广泛采用的模具钢，属莱氏体钢。Cr12MoV钢是一种高碳、高铬的莱氏体钢，具有大量的游离碳化物。在退火状态其碳化物可多达28%，在淬火、回火状态其游离碳化物也多达21%。钢中的Cr大部分形成碳化物，只有极少部分固溶于基体中。Cr12MoV钢中碳化物为M7C3型碳化物，维氏硬度为2100HV，因此其耐磨性较好。冲压性能高，淬透性好。在实际使用该钢制造的冷冲模，如果冲压操作正确，韧性不成为模具的关键，而耐磨性直接决定模具的寿命。Cr12MoV钢属于高耐磨微变形冷作模具钢,其特点是具有高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高抗弯强度,仅次于高速钢,是冷冲裁模、冷镦模等冷作模具的重要材料，由于加入了适量的Mo和V，碳化物不均匀有所改善。Mo能减轻碳化物偏析并提高淬透性，V能细化晶粒。Cr12MoV在300～400℃时仍可保持良好硬度和耐磨性，韧性也高，淬火时体积变化最小。可用来制造形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。其消耗量在冷作模具钢中居于首位.该钢虽然强度、硬度高,耐磨性好,但其韧性较差,对热加工工艺和热处理工艺要求较高,处理工艺不当,很容易造成模具的过早失效。常用于制作那些承受重负荷、生产批量大、形状复杂的冷作模具,如冷冲、压印、冷镦、冷挤压模、冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板等。但该钢的显著缺点是脆性大,常常导致模具的早期失效。模具失效分析表明,热处理因素影响最大,约占50%。因此,如何提高其强韧性,防止模具过早断裂失效,是该钢用户经常遇到且需要解决的问题。经分析该钢种经合理的热处理后可完全满足模具要求，故选用其作为加工该模具的材料。零件加工及热处理通过查看模具生产的技术资料知,该模具的加工工艺路线为：下料→锻造→球化退火→机械加工→淬火+低温回火→平磨→线切割加工→成型组装。锻造：由于Cr12MoV这类材料属于高碳高合金钢，在轧制过程中会产生严重的C偏析，即所谓的网状渗碳体。大家知道，渗碳体硬度高而脆，没有韧性。以前对此类材料的C偏析有严格的级别控制。由于材料存在网状渗碳体，造成在以后的热处理中，会沿着渗碳体网状开裂。因此，材料在制作模具之前必须进行反复的锻打（不只是简单的改变形状），以使网状渗碳体打碎，改善材料性能。Cr12MoV钢锻造加热曲线球化退火：球化退火，以细化组织，减少淬火变形和防止淬火开裂！Cr12MoV属于高碳高铬莱氏体钢。碳化物含量高,且常呈带状或网状不均匀分布,其形状、大小及分布对钢的性能影响很大,尤其大块状尖角碳化物对钢基体的割裂作用较大,往往成为疲劳断裂的策源地。经过改锻,碳化物被击碎,偏析状况得到有效改善,但其形态还不理想,且锻后硬度也偏高。因此Cr12MoV钢锻后常采用球化退火作为预备热处理,以获得均匀、细小的球形碳化物,降低硬度,改善切削加工性能,同时为后续淬火做好组织准备，让奥氏体回复和开始再结晶。Cr12MoV钢形成网状碳化物，而且在最终的淬火、回火过程中仍能保持，这将使其脆性增加而不能使用。球化退火后的组织为索氏良好的硬度，防止变形。真空炉加热可防止工件的氧化和脱碳现象，产品不易腐蚀，加工时可有较小的留量。Cr12MoV钢淬火温度为1000～1040℃,高的温度一方面促进了较小碳化物的完全溶解,另一方面也促进了大块碳化物尖角的局部溶解;而且,溶入基体的碳化物在随后高温回火过程中再度均匀弥散析出,使碳化物的形态、大小及分布得到改善,有利于提高模具的强韧性。性能上σbb提高20%,αk值提高15%。用此工艺处理的Cr12MoV钢模,模刃口件总寿命达较长,寿命提高5倍。失效后取样金相检查,碳化物不均匀度为1级。回