3Cr2W8V压铸模具热处理工艺设计.docx

1引言22模具钢献22.1模具钢定义22.2模具钢的分类32.3国内外模具钢探讨现状52.3.1国内模具钢现状.5国外模具钢的现状.53热作模具钢相关理论综述63.1 热作模具钢定义63.2 热作模具钢分类63.3 合金元素对钢的影响74关于3CR2W8V钢探讨81.1 3CR2W8V钢研概述81.2 3Cr2W8V钢探讨现状95 .热处理设备及选择115.1 硬度测定设备及选择.125.2 金相分析设备.155.3 热处理工艺方法及选择.166 .热处理工艺制度制定216.1 等温球化退火工艺的制定.216.2 淬火工艺的制定.226.3 回火工艺的制定.247结果及分析257.1 硬度257.2 金相分析287.3 合金元素对3Cr2W8V影响318与相关热处理进行比较329结论37参考文献38致谢401引言现在随着机械制造业的发展，模具工业得到了快速发展，推动了模具钢的发展。汽车、拖拉机、电器、电机、仪器、仪表、电子等行业有60%-80%的零件需用模具加工，现代工业的发展和技术水平的提高在很大程度上取决于模具工业的发展水平。3Cr2W8V钢是目前国内外广泛应用的热模具钢，模具的服役条件极其恶劣，在高温状态承受剧烈磨擦和高冲击力，要求材料具有高的强韧性，抗热疲惫性和耐磨性。3Cr2W8V钢含有较多碳化物形成元素，且铝、鸨均能提高临界点和回火稳定性，因而具有较高的抗热疲惫性和高温机械性能，但常常规热处理工艺处理后的3Cr2W8V钢模具在运用中常常发生早期脆断，降低了模具的运用寿命,给生产带来严峻影响，若能改善3Cr2W8V钢的热处理工艺，使合金元素充分发挥作用，则可有效地提高材料的综合机械性能，满意服役条件的要求，提高模具寿命，因而本课题旨在探讨合金元素和热处理制度对3Cr2W8V钢组织和性能的影响，希望能够得到更好的工艺来满意工业生产中对3Cr2W8V钢的要求，获得更好的力学和机械方面的性能。2模具钢概述2.1模具钢定义模具钢是用来制造冷冲模、热锻模压铸模等模具的钢种。用于加工赤热金属或液态金属，使之凝固成形。模具是机械制造、无线电仪表、电机电器等工业部门中制造零件的主要加工工具。模具的质量干脆影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本、而模具的质量与运用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外，主要受模具材料和热处理的影响。2.2模具钢的分类世界上习惯把模具钢按用途归为三大类（依据模具材料运用的条件）：冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。冷作模具包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷锁模和冷挤压模等。冷作模具钢，按其所制造模具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳合金钢，碳质量分数在080%以上，铭是这类钢的重要合金元素，其质量分数通常不大于5%。但对于一些耐磨性要求很高，淬火后变形很小模具用钢,最高倍质量分数可达13%,并且为了形成大量碳化物，钢中碳质量分数也很高，最高可达2.0%2.3%。冷作模具钢的碳含量较高，其组织大部分属于过共析钢或莱氏体钢。常用的钢类有高碳低合金钢、高碳高倍钢、铭铝钢、中碳铭鸨钏钢等。热作模具分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型，包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。热变形模具在工作中除要承受巨大的机械应力外，还要承受反复受热和冷却的做用，而引起很大的热应力。热作模具钢除应具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外，还应具有良好的高温强度、热疲惫稳定性、导热性和耐蚀性,此外还要求具有较高的淬透性，以保证整个截面具有一样的力学性能。对于压铸模用钢，还应具有表面层经反复受热和冷却不产生裂纹，以及经受液态金属流的冲击和侵蚀的性能。这类钢一般属于中碳合金钢，碳质量分数在0.30%-0.60%,属于亚共析钢，也有一部分钢由于加入较多的合金元素(如鸨、铝、钗等)而成为共析或过共析钢。常用的钢类有铭锦钢、铭银钢、铭鸨钢等。塑料模具包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具。塑料模具用钢要求具有肯定的强度、硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性等性能。止匕外，还要求具有良好的工艺性，如热处理形变小、加工性能好、耐蚀性好、研磨和抛光性能好、补焊性能好、粗糙度高、导热性好和工作条件尺寸和形态稳定等。一般状况下，注射成形或挤压成形模具可选用热作模具钢；热固性成形和要求高耐磨、高强度的模具可选用冷作模具钢。(1)塑料模具用钢涵盖广泛，从一般钢材到专用钢才都有。这在塑料模具初期更加明显，如今已日趋正规和高级。特地用钢己自成体系，模具用钢的化学成分和合金工具钢的基本相同，但其冶金质量更高，加工精良，对热处理有利。(2)塑料模具钢性能要求严格，热处理难度大。(3)为避开模具零件在强韧化过程中的变形或其他热处理问题，模具钢以预硬化形式供应市场已较普遍。(3)以石化产品为原料的塑料制品，表现某些程度不同的腐蚀性，所以耐蚀钢应用也较多。(5)协作预硬化钢、非调质钢的应用，易切削性也是塑料模具钢的特点。随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛，塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中，模具的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具目前已向精密化、大型化和多腔化的方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高，塑模钢的性能应依据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。2.3国内外模具钢探讨现状国内模具钢现状目前我国模具用钢广泛，除了工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢）外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，钢种达数十种之多。但常用的只有20余种，而用量最多的是CrI2、Crl2MoVCrWMn>3O2W8V、5CrMnMo.5CrNiMo、45、40Cr等。其中CrI2、Crl2MoV的应用量大面广，但在冶炼、铸造、锻造、热处理等方面存在一系列问题。模具运用寿命较低，特殊是产品结构和应用方面还存在着一些问题。（1）模具钢品种规格少，产品结构不尽合理。模具钢冶金质量不高。（3）模具新材料、热处理新工艺和表面强化新工艺应用偏少5叫国外模具钢的现状随着模具制造业的不断发展。对模具钢从冶金质量、数量、性能上要求不断提高。在国外出现高合金、高质、优化、低级材料强化及扩充材料领域等趋向，模具材料由低级向高级发展，发展的趋向是碳素工具钢-低合金工具钢-高合金工具钢，相继出现一系列新型模具材料，模具标准钢的合金化程度也日趋提高。这些钢的运用性能较好，由于合金工具钢标准比较完善合理，针对性较强，具有肯定的先进性、代表性，在国际上信誉较高,而被世界各国广泛采纳。形成国际上的通用化趋势。此外，国外也不断地研制新钢种。以满意模具工业不断发展的需求。国外相继开发的新型热作模具钢包括：高淬透性特大型锻压模具钢。3热作模具钢相关理论综述3.1 热作模具钢定义热作模具钢用于制造将加热到再结晶温度以上的金属或液态金属制成工件的模具。3.2 热作模具钢分类热作模具钢可分为高韧性热作模具钢和高热强性模具钢。(1)高韧性热作模具钢它又称为锤锻模具钢。此类钢中碳的含量一般在0.5%左右，合金元素总质量分数的3%左右。传统的热锻模具钢由于受淬透性的限制，随着模块截面的增大，要求进一步提高模具材料的淬透性，使模具的心部能够得到较高的匀称性。国内外研发了一系列提高合金含量的高淬透性模具钢，如国产的3Cr2MoWVNi>5Cr2NiMoVSi等钢种。这些钢均是在5CrNiMo钢基础上适当降低含碳量、提高了Cr和M。的含量并加入适量的Si,从而提高了钢的淬透性。一般状况下，这种热作热锻模运用其寿命是5CrNiMo钢热锻模具的1.52倍，经渗氮后其运用寿命可提高到原来的2.5倍以上。高热强性模具钢该类模具钢一般用于热挤压模、压型模、压锻模等模具，由于模具与高温工件长时间接触，使模具本身温度上升，易造成模具型腔堆塌、磨损、表面氧化和热疲惫。因此，要求模具钢有较高的高温强度、硬度和热稳定性、良好的耐磨性和抗氧化性能、较高的抗热疲惫性能和断裂韧度。传统的热作模具钢3Cr2w8V,当铸锭较大、铸模温度过高而钢液过热时，钢锭中的元素偏析特殊严峻，共晶碳化物的数量会增多。因此，造成模具脆裂报废的事故也时有发生。由于3Cr2W8V钢存在以上问题，国内依据模具不同用途引进和研发了新的钢种；如引进的4CrSMoSiVl(H13)钢综合性能较好。有良好的冷热疲惫抗力，被广泛应用于低于600C的热挤压模和压铸模。其运用寿命有所提高。3Cr2M03V类钢韧性较好、热强性和热稳定性优于H13钢。国内通过添加适量的W研制胜利3Cr3M03W2V(HMl)钢，在保持该钢较好的强韧性条件下提高了其热稳定性。通过降低Mo和V的含量加入1%Ni和0.15%又研制了4Cr3M02VNiN6钢(HD)提高了钢的室温柔高温韧性、热稳定性，在700时仍可保持40HRC的硬度。3.3 合金元素对钢的影响(1)合金元素对加热时相转变的影响对奥氏体形成速度的影响：Cr.Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳的亲合力大，形成难溶于奥氏体的合金碳化物，显著减慢奥氏体形成速度；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；AkSi、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。对奥氏体晶粒大小的影响：大多数合金元素都有阻挡奥氏体晶粒长大的作用，但影响程度不同。剧烈阻碍晶粒长大的元素有：V、Ti.Nb>Zr等；中等阻碍晶粒长大的元素有：W、Mn.Cr等；对晶粒长大影响不大的元素有：Si、Ni、CU等；促进晶粒长大的元素：Mn,P等。（2）合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响除C。外，几乎全部合金元素都增大过冷奥氏体的稳定性，推迟珠光体类型组织的转变，使C曲线右移，即提高钢的淬透性。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn>Cr.Ni.Si、B等。必需指出，加入的合金元素，只有完全溶于奥氏体时，才能提高淬透性。假如未完全溶解，则碳化物会成为珠光体的核心，反而降低钢的淬透性。另外，两种或多种合金元素的同时加入（如，铭镒钢、铭银钢等），比单个元素对淬透性的影响要强得多。除Co、Al外，多数合金元素都使Ms和Mf点下降。其作用大小的次序是：MnCr、Ni、Mo、W、Sio其中Mn的作用最强，Si事实上无影响。MS和Mf点的下降，使淬火后钢中残余奥氏体量增多。残余奥氏体量过多时，可进行冷处理（冷至Mf点以下），以使其转变为马氏体，或进行多次回火，这时残余奥氏体因析出合金碳化物会使Ms、Mf点上升，并在冷却过程中转变为马氏体或贝氏体（即发生所谓二次淬火）。4关于3Cr2W8V钢探讨1.1 3Cr2W8V钢斫概述3Cr2W8V钢是目前国内外广泛应用的热模具钢，模具的服役条件极其恶劣，在高温状态承受剧烈磨擦和高冲击力，要求材料具有高的强韧性，抗热疲惫性和耐磨性，3Cr2W8V钢含有较多碳化物形成元素，且铭、鸨均能提高临界点和回火稳定性，因而具有较高的抗热疲惫性和高温机械性能，但常常规热处理工艺处理的3Cr2W8V钢模具在运用中常常发生早期脆断，降低了模具的运用寿命，给生产带来严峻影响，若能改善3Cr2W8V钢的热处理工艺，使合金元素充分发挥作用,则可有效地提高材料的综合机械性能,满意服役条件的要求,提高模具寿命。化学成分3Cr2W8V钢的化学成分示于表4.1。表4.13Cr2W8V钢的化学成分w%CCrWVSiMnPS0.30-0.400.2-0.50.40.40.030.03(2)临界温度3Cr2W8V钢的临界温度示于表4.2。表4.23Cr2W8V钢的临界温度临界温度AclAc3Arl温度(近似值)820-8301100790/4.23Cr2W8V钢探讨现状3Cr2W8V钢是一种老牌号高热强性热作模具钢，被广泛应用于压铸模、热挤压模、热锻模等，具有良好的锻造工艺性能、机械加工工艺性能及热处理工艺性能13151。3Cr2W8V钢是目前国内外广泛应用的热模具钢，模具的服役条件极其恶劣，在高温状态承受剧烈磨擦和高冲击力，要求材料具有高的强韧性，抗热疲惫性和耐磨性I。3Cr2W8V钢属于过共析钢，它主要用于制造高温下受高应力、受冲击负荷小的各种模具。由于它含有多种易形成碳化物的Cr.W、V等合金元素，故在高温下具有较高的强度和硬度以及良好的淬透性。但该种钢的韧性、塑性稍差，在生产中很易产生裂纹，致使模具寿命大幅度降低口。3Cr2W8V钢含有较多碳化物形成元素且铭鸨均能提高临界点和回火稳定性，因而具有较高的抗热疲惫性和高温机械性，但常常规热处理工艺处理的3Cr2W8V钢模具在运用中常常发生早期脆断,降低了模具的运用寿命,给生产带来严峻影响“明隋少华，宋天革，赵洪运在3G2W8V模具钢预处理工艺的改进中提到，(1)对3Cr2W8V钢采纳快速预冷退火工艺，可以提高球化速度，使球化时间缩短到传统退火工艺的1/6o(2)经快速预冷退火处理的3Cr2W8V钢，淬火后组织中碳化物颗粒分布也更加细小匀称，淬火硬度也要高于采纳传统退火工艺处理后的淬火硬度”叫廖嘉琪，江韶光在高温淬火对3Cr2W8V钢组织性能的影响中提到3Cr2W8V钢高温淬火使碳化物充分溶解，合金元素的作用进一步发挥,使材料强度和热稳定性提高3。赵岩在热处理工艺对3Cr2W8V钢组织和性能的影响中提到，(l)3Cr2W8V钢经等温球化退火可获得球状或点状的珠光体组织。同时碳化物的形态也得到明显改善，呈细小的颗粒状在基体上弥散分布。(2)等温球化退火后1070°C淬火的组织由马氏体、未溶碳化物和残余奥氏体组成°3Cr2W8V钢淬火后的硬度可达48HRC。(3)随回火温度的上升,由于二次硬化及碳化物类型的转变，3Cr2W8V钢的硬度和韧性呈现出了相反的改变趋势，即硬度先升后降，而韧性先降后升。因此，等温球化退火、1070C淬火后再680C左右进行两次回火能够使3Cr2W8V模具钢保持足够的硬度和韧性，有利于延长模具寿命)5 .热处理设备及选择常用的热处理加热设备按能源分为燃料加热设备和电加热设备；按工作温度可分为高温炉OlOOOoC).中温炉(650°C-1000°C)和低温炉(W650C)。生产上常用的加热设备有电阻炉、浴炉、气体渗碳炉、高频感应加热设备等。炉型的选择应依据不同的工艺要求及工件的类型来确定。热处理设备的选择要从设备经济性、牢靠性、配套性、平安性、平安性以及工厂的实际状况等来选择，本试验结合实际状况选择热处理电阻炉。热处理电阻炉是以电为能源的，通过炉内电热元件将电能转化为热能而加热工件的炉子，是一种造价相对便宜的炉子，以降低成本。结合试验室现有设备以及从节约能源的角度考虑，最终选择SX2-2.5-12作为退火、回火的加热设备，详细参数见下表5.2；选择SX2-10-13作为淬火的加热设备，详细参数见下表5.3。表5.2SX2-2.512参数型号炉膛尺寸mm额定功率kw额定温度/SX2-2.5-12200×120×802.51200表5.3SX2-10-13参数型号炉膛尺寸mm额定功率kw额定温度/SX2-10-13250×150×100613005.1硬度测定设备及选择所谓硬度，就是材料反抗更硬物压入其表面的实力。依据试验方法和适应范围的不同，硬度单位可分为布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度、显微维氏硬度等很多种，不同的单位有不同的测试方法，适用于不同特性的材料或场合。在这里主要介绍几种有关金属硬度的测试方法。(1)金属洛氏硬度测试原理将压头(金刚石圆锥、钢球或硬质合金球)分两个步骤压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，测量在初试验力下的残余压痕深度h,依据h值及常数N和S计算洛氏硬度。术语及定义洛氏硬度=N-hS初始试验力试验时预加载试验力。主试验力使测量样品产生残余压痕的加载。总试验力初始试验力加上主试验力。测试程序洛氏硬度应选择在较小的温度改变范围内进行，因为温度改变可能会对试验结果有影响。所以试验一般规定在10-35。C的室温进行。试样应平稳地放置在钢性支承物上，并使压头轴线与试样表面垂直。避开试样产生位移。使压头与试样表面接触，在无冲击和振动的状况下施加试验力，初试验力保持不应超过3秒。将测在不小于1秒且不大于8秒的时间内，从初试验力增加到总试验力，并保持4秒±2秒，然后卸除主试验力，保持初试验力，经过短暂稳定后，进行读数。为了读数精确，在试验过程中，硬度计应避开受到任何冲击和振动。在多处取值时，两相邻压痕中心间距离至少应为压痕直径的4倍，但不得小于2mmo任一压痕中心距试样边缘距离至少应为压痕直径的2.5倍，但不得小于Immo(2)金属布氏硬度测试原理对肯定直径的硬质合金球施加试验力压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕的直径。布氏硬度与试验力除以压痕表面积的商成正比。压痕被看作是具有肯定半径的球形，其半径是压头球直径的二分之一。术语及定义试验力试验时所用的负载。压痕平均直径两相互垂直方向测量的压痕直径的算术平均值。球直径压头中硬质合金球的直径。测试程序一般试验在10-35C的室温进行即可，假如有对温度要求严格的试验（视材料对温度的敏感性），试验温度应为23±5。试验力的选择应保证压痕直径在0.24D-0.6D之间。试验力一压头球直径的平方的比率（1.02F/D2比值）应依据材料和硬度值选择。为了保证在尽可能大的有代表性的试样区域试验,应尽可能选取大直径的压头；当试样尺寸允许时，应优先运用直径为Iomm的球压头进行试验。使压头与试样表面垂干脆触，垂直于试验面施加试验力，加力过程中不应有冲击和振动，直至将试验力施加至规定值。试验力保持时间为10-15秒。对特殊材料，试验力保持时间可以延长，但误差应在±2秒。任一压痕中心距试样边缘距离，至少为压痕平均直径的2.5倍。相邻压痕中心间的距离至少为压痕直径的3倍。应在两相互垂直方向测量压痕直径，用两个读数的平均值计算布氏硬度。（或按GB/T231.4查得布氏硬度值）布氏硬度试验范围上限不大于650HBWo（3）金属维氏硬度测试原理将顶部两相对面具有规定角度的正四棱锥体金刚石压头用试验力压入试样表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度。维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得的商，压痕被视为具有正方形基面并与压头角度相同的志向形态。术语及定义试验力一一试验时所用的负载。压痕对角线-一卸载后，压头在被测样品表面留下的方形或菱形压痕的对角线。压头夹角-压头顶部两相对面的夹角。测试程序试验一般在1035°C的室温进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23oC±5oCo依据试样厚度和硬度选择试验力。使压头与试样表面垂干脆触,垂直于试验面施加试验力,加力过程中不应有冲击和振动,直至将试验力施加至规定值。试验力保持时间为10-15秒。对特殊材料,试验力保持时间可以延长，直至试样不再发生塑性变形，但误差应在±2秒。应测量压痕两条对角线长度，用其算术平均值或通过查表得到硬度值。放大系统应能将对角线放大到视场的25%-75%°考虑各种测试方法的应用范围，最终我们选用金属洛氏硬度的测试方法，该硬度计型号为HR-150A,详细参数见表5.4。表5.4洛氏硬度计主要技术规格型号测量范围/HRC试验力/N硬度辨别率/HRHR-150A20-70588.4、980.7、0.5HR14715.2金相分析设备金相组织：金属材料的内部结构，只有在显微镜下才能视察到。在显微镜下看到的内部组织结构称为显微组织或金相组织。钢材常见的金相组织有：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体等。金相显微镜是将光学显微镜技术、光电转换技术、计算机图像处理技术完备地结合在一起而开发研制成的高科技产品，可以在计算机上很便利地视察金相图像，从而对金相图谱进行分析，评级等以及对图片进行输出、打印。用入射照明来视察金属试样表面(金相组织)的显微镜。我们选择AxioImagerAlm对不同状态下的3Cr2W8V钢金相图谱分析，该显微镜详细参数见表5.5。表5.5AxioImagerA1m参数型号仪器放大倍数目镜放大倍数物镜放大倍数AxioImager12.5x-600X10X、16X、5X、10X、20X、50X、Alm25X100X5.3热处理工艺方法及选择(1)预选热处理选择正火正火通常是把钢加热到临界温度Ac3或ACm线以上，保温一段时间，然后进行空冷。正火目的是在于使晶粒细化和碳化物分布匀称化。正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。用于中碳钢，可代替调质处理作为最终热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。用于大型锻件，可作为最终热处理，从而避开淬火时较大的开裂倾向。用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。过共析钢球化退火前进行一次正火，可消退网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。退火退火是将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持肯定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺。退火目的是降低硬度，改善切削加工性；消退残余应力，稳定尺寸,削减变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消退组织缺陷。退火工艺分类依据钢的化学成分和退火目的的不同，退火工艺种类很多。其中按加热温度可分为两大类：一是临界温度（ACl或Ac3）以上的退火，称为“相变重结晶退火”，包括完全退火、不完全退火、晶粒粗化退火、扩散退火和球化退火等；二是加热到临界温度（ACl或Ac3）以下的退火,称为“低温退火”，包括软化退火、再结晶退火和去应力退火等。下面介绍几种常用的退火工艺完全退火：将亚共析钢加热至Ac3以上20-30C,保温足够时间奥氏体化后，随炉缓慢冷却，从而得到接近平衡的组织，这种热处理工艺称为完全退火。完全退火只适用于亚共析钢，不宜用于过共析钢，过共析钢缓冷后会析出网状二次渗碳体。使钢的强度、塑性和韧性大大降低。不完全退火：不完全退火又叫不完全重结晶退火，是将钢加热到Acl与Ac3或ACl与ACm之间某一温度，保温后缓慢冷却下来，使钢组织发生不完全重结晶。不完全退火可用于亚共析钢也可用于共析钢。不完全退火的目的与完全退火相同，都是通过相变重结晶来细化晶粒，改善组织，去除应力,改善切削性能，只是由于重结晶不完全而程度稍差，但却能节约时间，降低费用，提高生产率。球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。将钢加热到ACl以上20-30C,保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上匀称分布的球状或颗粒状碳化物的组织。球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些须要改善冷塑性变形（如冲压、冷徽等）的亚共析钢有时也可采纳球化退火。球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是一般球化退火和等温球化退火。一般球化退火是将钢加热到ACl以上20-30°C,保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500C左右出炉空冷。等温球化退火是与一般球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Arl的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至500左右出炉空冷。和一般球化退火相比，等温球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织匀称，并能严格地限制退火后的硬度。结合3Cr2W8V钢的实际特点，对正火和退火的优缺点以及适用范围进行比较，发觉正火和退火都能满意试验要求，但是为了试验的精确性，并且退火能够细化晶粒，消退内应力，最终我们选择退火作为预选热处理，在退火详细工艺的选择过程中，等温球化退火不仅适用于3Cr2W8V钢，并且球化组织匀称，并能严格地限制退火后的硬度。时间短，生产效率高。综上所述，最终选择等温球化退火作为预选热处理。(2)最终热处理的选择淬火将钢件加热到奥氏体化温度并保持肯定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，如马氏体、贝氏体和奥氏体等的热处理工艺。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后协作以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲惫强度以及韧性等，从而满意各种机械零件和工具的不同运用要求。也可以通过淬火满意某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。常用的淬火方法有单液淬火法、中断淬火法(双淬火介质淬火法)、分级淬火法、等温淬火法。单液淬火法，把已加热到淬火温度的工件淬入一种淬火介质，使其完全冷却。它是最简洁的淬火方法，常用于形态简洁的碳钢和合金钢工件，优点是操作简洁，易于实现机械化，应用广泛。缺点是在水中淬火应力大，工件简洁变形开裂；在油中淬火，冷却速度小，淬透直径小，大型工件不易淬透。中断淬火法（双淬火介质淬火法），把加热到淬火温度的工件，先在冷却实力较强的淬火介质中冷却至接近Ms点，然后转入慢冷的淬火介质中冷却至室温，以达到在不同淬火冷却温度区间，有比较志向的淬火冷却速度。可用于形态困难、截面不匀称的工件淬火。双液淬火的缺点是难以驾驭双液转换的时刻，转换过早简洁淬不硬，转换过迟又简洁淬裂。分级淬火法，把工件由奥氏体化温度淬入高于该种钢马氏体起先转变温度的淬火介质中，在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后缓慢冷至室温，发生马氏体转变。分级冷却的目的，是为了使工件内外温度较为匀称，同时进行马氏体转变，可以大大减小淬火应力，防止变形开裂。等温淬火法，工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织，这种淬火方法称为等温淬火。等温淬火用于中碳以上的钢，目的是为了获得下贝氏体，以提高强度、硬度、韧性和耐磨性。低碳钢一般不采纳等温淬火。回火回火是工件淬硬后加热到Acl以下的某一温度，保温肯定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。依据回火温度的不同，分为低温回火、中温回火、高温回火三种。低温回火(150-250°C),组织是回火马氏体，和淬火马氏体相比，回火马氏体既保持了钢的高硬度、高强度和良好耐磨性，又适当提高了韧性。主要用于高碳钢，合金工具钢制造的刃具、量具、模具及滚动轴承，渗碳、碳氮共渗和表面淬火件等。中温回火(350-500oC),组织为回火屈氏体，对于一般碳钢和低合金钢，中温回火相当于回火的第三温度区，此时碳化物起先聚集，基体起先回复，淬火应力基本消退。工件具有高的弹性极限，有良好的塑性和韧性，主用于弹性件及模具处理。高温回火(500-650oC),组织为回火索氏体，淬火和随后的高温回火称为调质处理，经调质处理后，钢具有优良的综合机械性能。因此，高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢，用来制作汽车、拖拉机、机床等承受较大载荷的结构零件，如曲轴、连杆、螺栓、机床主轴及齿轮等重要的机器零件。由于3Cr2W8V钢在高温状态下运用，因而采纳高温回火比较符合实际状况。6 .热处理工艺制度制定6.1 等温球化退火工艺的制定等温球化退火温度，将共析钢或过共析钢加热到Acl÷(20-30oC),保温适当时间，然后冷却到略低于Acl以下的温度，等温保持一段时间，然后再炉冷或空冷，因而，第一步将试样加热到温度840-860C；其次步将试样加热到温度760-770°Co等温球化退火保温时间，保温时间与钢的化学成分、工件形态、尺寸、炉子类型、装炉量等多种因素有关，一般按每毫米厚度保温1.5-2.5min估算。考虑到3Cr2W8V中的合金元素形成高熔点碳化物，第一步保温时间60min；其次步保温时间60min等温球化退火的冷却方式一般采纳随炉冷却。时间min图6.1等温球化退火6.2 淬火工艺的制定淬火加热规范的确定(1)加热温度，过共析钢淬火加热温度为ACl或Ac3+3O-5O°C,为了测定出最适合的淬火温度，查阅相关书籍后，确定先测定1100,然后视察100(TC和1200,来确定是否在IlO(TC处形成硬度峰值。(2)淬火加热时间，应包括工件整个截面加热到预定淬火温度，并使之在该温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分匀称化所需的时间。常用阅历公式为：=kD式中加热时间，min；a加热时间系数，min/mm；k装炉量修正系数；D工件有效厚度，mmo对于圆柱形工件的有效厚度，一般按工件直径计算，因而工件有效厚度为14mm。对于3Cr2W8V钢,a=1.5,k=l,则=1.5ll4=21min,考虑到透热之后，还须要一段组织转变时间，因而我选择20-4Omin的保温时间。(3)加热速度，对于形态困难，要求畸变形小，或用合金钢制造的大型铸锻件，必需限制加热速度以保证减小淬火畸变及开裂倾向，一般采纳预热加热。对于形态简洁的中、低碳钢直径小于100mm的中低合金结构钢可干脆到温入炉加热。淬火冷却方法淬火介质的选择，首先应按工件所采纳的材料及其淬透层深度的要求来选择，凡是淬火烈度大于按淬透层深度所要求的淬火烈度的淬火介质都可采纳；但是从淬火应力变形开裂的角度考虑，淬火介质的淬火烈度越低越好。综合这两方面的要求，选择淬火介质的第一个原则应是在满意工件淬透层深度要求的前提下，选择淬火烈度最低的淬火介质。考虑到3Cr2W8V钢淬透性比较好，故应采纳油淬。冷却方法的选择，考虑试验所用试样形态简洁，尺寸较小，淬火过程易比较简洁，故选用单液淬火法。;时间min图6.2不同温度进行淬火6.3 回火工艺的制定(1)回火温度的确定：依据零件要求，调质后的硬度为HRC>46-50,查表6.1选择回火温度为550、600、650°Co表6.13Cr2W8V钢调质硬度钢号回火/HRC70035-403Cr2W8V64040-4554045-50(2)回火时间的确定：回火时间一般从工件入炉后炉温升至回火温度时起先计算，由于工件的有效厚度是14mm,炉膛面积较大，工件之间不会相互干扰，故我选择保温时间为40min°表6.2中、高温回火保温时间参数表有效厚度mm<2525-5050-7575-100100-125125-150盐炉保温时空气20-3030-4545-6075-9090-120120-150间min炉40-6070-90100-120150-180180-210210-240回火后的冷却：回火后工件在油中冷却。；时间min图6.3不同温度进行回火7结果及分析7.1硬度表7.13Cr2W8V钢等温球化退火硬度钢号等温球化退火/°CHRC平均值3Cr2W8V第一步840-860其次步760-7701214.511.51212.5表7.23Cr2W8V钢淬火硬度钢号淬火/HRC平均值100060.562.560.560.5613Cr2W8V110064.563.563.562.563.51200565858.55757.375表7.33Cr2W8V钢回火硬度钢号回火/HRC平均值55058.559605959.1253Cr2W8V6005556555555.2565053.552.5525252.5等温球化退火硬度图采集点图7.1等温球化退火硬度图淬火硬度趋势图图7.2淬火硬度趋势图回火硬度趋势图图7.3回火硬度趋势图(1)由上表7.1知道，经过等温球化退火工艺处理的3Cr2W8V钢硬度平均值为12.5HRC图7.1给出了较为直观的表述，基本上等温球化退火后的硬度在12.5HRC上下波动,此时的3Cr2W8V钢还是比较软，这主要是由于此时组织为珠光体和碳化物所导致,特殊是珠光体硬度不是很高，因而等温球化退火后的3G2W8V钢比较软。(2)由上表7.2知道，在等温球化退火的基础上，对3Cr2W8V钢分别进行100O、Il(MrC、1200°C的淬火，在UO(Te处3Cr2W8V钢的硬度达到最大值，平均值为63.5HRC,我们通过图7.2可以直观的视察到，随着淬火温度的不断提高，3Cr2W8V钢的硬度也随之上升，到达IlOOC时，硬度值达到最大，接着上升温度，3Cr2W8V钢的硬度起先呈现下降的趋势。这主要是由于3Cr2W8V钢中含有的合金元素熔点较高，形成的碳化物不易溶解，当淬火温度达到IIo(TC时，碳化物溶解,淬火时奥氏体大量转化为马氏体，因此硬度比较高，在1200C时，虽然碳化物完全溶解有利于马氏体相变，但由于温度过高，导致奥氏体组织过大，因此马氏体组织粗大，硬度随之下降。(2)由上表7.3知道，经过IlO(TC淬火工艺处理的3Cr2W8V钢，在不同的回火温度下，硬度出现了明显的改变，可见3Cr2W8V钢是对温度比较敏感的一类钢材，通过图7.3,我们简洁得出如下结论，随着回火温度的不断提高，3Cr2W8V钢的硬度相应的出现下降，但是该结论仅限于550-650C这一温度范围，因为我们还须要考虑二次硬化现象的出现，分析550-650C温度范围内硬度的改变，主要是由于温度越高，马氏体的分解越多，因而硬度也就随之下降了。7.2金相分析图7.4等温球化退火500X图7.5100(TC淬火500X图7.6I100e淬火500X图7.71200°C淬火500X图7.8550回火500X图7.9600°C回火500X图7.10650回火500X分析:配制的侵蚀剂为硝酸酒精溶液，硝酸浓度为5%,下面分别对3Cr2W8V在退火、淬火和回火阶段的金相图进行分析。图7.4处理状况：840-860°C保温60min后，冷却到760-770°C保温60min,随炉冷却。组织说明：铁素体基体上弥散分布粒状或球状渗碳体，即得到点状珠光体和少量碳化物。由于材料中含有大量的珠光体。其性能介于铁素体和渗碳体之间，硬度适中，故等温球化退火状态的3Cr2W8V钢硬度不是很高。(2)图7.5图7.6图7.7材料名称：3Cr2W8V侵蚀剂：