3.1 原始组织
9SiCr 钢试样的市场供应状态为热轧状态,就相当于9SiCr钢的退火处理。 将该试样在砂轮机和砂纸上进行打磨,根据砂纸粒度的不同从粗到细依次打磨,打磨的时候用力要均匀,换砂纸的标准是试样上的划痕全为一个方向,试样在砂纸上打磨好后,在抛光机上抛光,抛光完成后用4%的硝酸酒精溶液腐蚀,观察组织。所得到的室温金相组织形貌图如图2-1所示。
图2-1 退火态9sicr金相组织图
试样:9sicr钢 ;状态:退火状态;放大倍数:500倍;腐蚀剂:4%硝酸酒精; 组织:粒状珠光体+渗碳体; 硬度:229HBS;
3.2 9SiCr钢的等温淬火
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Accm(过共析钢)以上某一温度,保温一段时间,使之全部或部分奥氏体化,然后以大于临界冷却速度
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的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体(或贝氏体)+残余奥氏体+剩余碳化物,转变的热处理工艺。
钢的淬火是热处理工艺中最重要的也是最普遍的工序。淬火可以大幅度提高钢的强度与硬度,淬火后为了消除淬火钢的残余内应力,得到不同强度、硬度与韧度的配合,需要配以不同温度的回火,所以淬火和回火是不可分割的、紧密联系的两种热处理工艺。
下面主要讨论钢的淬火情况:
淬火温度:9SiCr钢为过共析钢,淬火温度应该为Accm+(50,100?),最终取加热温度为870?。
淬火加热时间:根据淬火加热时间经验公式可得τ=α*κ*D(单位为分钟)。 α为加热系数,试样为碳钢,在800,1000?箱式炉中加热,直径小于50mm,所以α取1.0,1.2。κ为装炉量修正系数,根据装炉量κ取1.0。D为工件的有效厚度,圆柱体试样的有效厚度取工件直径, 所以D取8mm。
综上所述τ=α*κ*D=1.2*1.0*8=9.6分钟?10分钟。
淬火介质:冷却是淬火的关键工序,它关系到淬火质量的好坏,同时冷却也是淬火当中最容易出问题的的一道工序。淬火技术的高低,主要以冷却操作的优劣来体现。
一般的淬火都需要快速冷却。快速冷却是为了防止过冷奥氏体在Ms点以上发生任何分解。根据连续冷却C曲线可知,过冷奥氏体在大约650,400?之间分解最快,因此,只需要在这一温度区间内快冷,而在这以上和以下的温度区间内,并不要求快冷。在Ms点以下反而希望冷却缓慢些,以防止淬火变形和开裂。所以,钢在淬火时,最理想的冷却方式,就是对冷却介质的要求。
根据淬火介质的冷却特性,可分为两大类:第一类、各种水质淬火剂和油质淬火剂;冷却曲线是先慢后快又变慢。第二类、各种低温盐浴、碱浴、金属浴等;当工件淬入这类介质后,由于工件和介质间温差很大,很快达到最高的冷却速度,而随着温差的减小,冷却速度及迅速减小。
由9SiCr钢的性能特征可知:9SiCr钢强度较高,韧性较好;水淬是且有裂纹形成倾向。水淬和油淬相比:油的冷却能力比水小,但有的冷却特性比水好的多。所以最终选择油做淬火介质。
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淬火方式:钢的淬火方式有4种,单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等,选择等温淬火。
将热处理炉加热到870?,把试样放入炉中加热,在170~300?保温30分钟,取出油淬。再对淬完火的试样,经打磨、抛光,并用4%的硝酸酒精腐蚀,观察组织。所得到的室温金相组织形貌图如图2-2所示。
9SiCr钢870?的淬火金相组织 试样:9SiCr钢 状态:870?淬火状态 放大倍数:500倍 冷却介质:油 腐蚀剂:4%硝酸酒精 加热设备:中温箱式电阻炉
组织:下贝氏体+马氏体+残余奥氏体+剩余碳化物 硬度:63~64HRC
说明:白色块状物为马氏体,下贝氏体呈黑色针状或竹叶状 ,伴大块的黑色的为残余奥氏体,及下贝氏体弥散的碳化物。
3.3 9SiCr钢的回火
将淬火后的工件加热到低于(A1)临界温度的某一温度,保温一定时间,然后以适当的冷却方式冷至室温的工艺,即为回火。回火是紧接淬火的一道热处理
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工序。除某些特殊情况外,钢在淬火以后都要进行回火。回火决定着钢在使用状态的组织和性能,因此,回火是很关键的工序。回火不足还可以再次回火,但一旦回火过度,就使前功尽弃,必须重新淬火才可以。
回火过程有:低温回火、中温回火、高温回火,根据9SiCr要得到的组织:粒状(碳化物+回火马氏体+残余奥氏体),所以选择低温回火(180~200?)。
回火温度:低温回火,温度范围为180,200?之间,最终确定200?回火。 回火时间:根据回火保温时间参数表,回火类型为低温回火,加热炉为空气炉,工件有效厚度<25mm,所以最终选择保温时间τ=50分钟。
回火冷却:选择空冷。
将热处理炉加热到200?,把试样放入炉中,保温60分钟,取出空冷。对试样打磨、抛光,并用4%的硝酸酒精腐蚀,观察组织。得金相组织图2—3:
9SiCr钢在200?回火金相组织图 试样:9SiCr钢 状态:200?低温回火 放大倍数:500倍 14
西安工业大学 冷却介质:空气 加热设备:高温电阻炉 腐蚀剂:4%硝酸酒精
组织:粒状(碳化物+回火马氏体+残余奥氏体) 硬度:60HRC
第四章 实验结果分析
实验结果分析主要有:不同热处理方式所得到的组织和失效形式分析。 4.1 金相组织分析
9SiCr钢正常加热温度一般在850~875?,在Ms点170?左右,中温转变比较稳定。因此,可以油冷淬火,也可以分级淬火或等温淬火,以减少淬火变形和开裂,淬火硬度可以达到63~64HRC。如果淬火温度过低,黑区面积大,以隐针板条马氏
2012冷冲压模具选材及热处理工艺方案设计
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