【正文】 0℃ ，空冷。 20Cr 鋼比相同含碳量的碳素鋼的強(qiáng)度和淬透性都明顯的高；油淬到班馬氏體硬度的淬透度為φ20~23mm。這種鋼淬火低溫回火后具有良好的綜合力學(xué)性能，低溫沖擊韌性良好，回火脆性不明顯。滲碳是鋼的晶粒有長大傾向，所以要求二次淬火以提高心部韌 性，不宜降溫淬火。當(dāng)正火硬度為 HB170~217 時相對切削加工性約為 65％，焊接性中等，焊前應(yīng)預(yù)熱到 100~150℃ ，冷變形是塑性中等。該鋼使用于制造中、小型塑料模具。為了提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要進(jìn)行滲碳處理，然后再進(jìn)行淬火和低溫回火，從而保證模具表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韌性。對于使用壽命不很高的模具，也可以直接進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 碳（ C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑形和沖擊性降低，當(dāng)碳含量＞ %時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金鋼 結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過 %。碳含量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。 中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 6 頁 共 25 頁 錳（ Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳 ～%。在碳素鋼中加入 %以上時就算 “錳鋼 ”，較一般的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能。含錳 11～ 14%的鋼有極高的耐磨性。但是，錳量增高，鋼的抗腐蝕能力減弱，焊接性能降低。 硅（ Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有 ～ %的硅。如果鋼中 含硅量超過 ～ %,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入 ～ %的硅，強(qiáng)度可提高 15～ 20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅 1－ 4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。 鉻（ Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。 磷（ P）：在一般 情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于 %，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。 304 不銹鋼管 硫（ S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于 %，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于 %。在鋼中加入 %的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。 4. 確定加工路線 塑料模具熱處理包括預(yù)備熱處理和最終熱處理。要求處理后模具材料有 適中的工作硬度易于加工；有足夠的強(qiáng)度和韌性；較小的淬火變形量，型腔表面容易拋光；及一定的耐蝕性和耐熱性。根據(jù) 20Cr 材料性能以及加工要求，可初步確定其加工路線為：備料 → 鍛造 → 退火 → 粗加工（留加工余量 10mm） → 滲碳 → 淬火 → 回火 →中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 7 頁 共 25 頁 精加工 5. 熱處理工藝方法選擇 退火目的：作為預(yù)先熱處理的步驟，退火可以使經(jīng)過鑄造、鍛軋或切削加工的材料或工件軟件，改善塑性和韌性，使化學(xué)成分均勻化，去除殘余應(yīng)力，或得到預(yù)期的物理性能。 退火方法：退火的一個最主要工藝參數(shù)是最高加熱溫度（退火溫度），大多數(shù)合金的退火 加熱溫度的選擇是以該合金系的相圖為基礎(chǔ)的，如碳素鋼以鐵碳平衡圖為基礎(chǔ)。各種鋼（包括碳素鋼及合金鋼）的退火溫度，視具體退火目的的不同而在各種鋼種的 Ac3以上、 Ac1以上或以下的某一溫度。各種非鐵合金的退火溫度則在該合金的固相線溫度以下、固溶度線溫度以上或以下的某一溫度。 滲碳 滲碳型塑料模具用鋼的熱處理對滲碳層的要求，一般滲碳層厚度 ~，滲碳層的含碳量為 ％ ~％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為佳；滲層不允許有粗大的未溶碳化物，網(wǎng)狀碳化物，晶界內(nèi)氧化等缺陷。 滲碳溫度一般在 900~920℃ ，保溫時 間為 5~10h。 淬火的目的是為了消除滲碳層的晶粒，并獲得細(xì)針狀或隱晶狀馬氏體和粒狀碳化物組織，從而使工件具有高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。 回火（低溫回火），在最終淬火后進(jìn)行，其目的是為了減少或者消除滲碳層中的殘余奧氏體，并是滲碳層中的淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，以提高鋼的韌性，保持淬火馬氏體的高硬度和高耐磨性，降低淬火應(yīng)力和脆性。一般鋼鐵回火時，硬度和強(qiáng)度下降，塑性提高?；鼗饻囟仍礁?，這些力學(xué)性能變化越大。 中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 8 頁 共 25 頁 6. 制定熱處理工藝制度 （退火） 將金屬加熱到一定溫度， 保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻（通常是緩慢冷卻，有時是控制冷卻 )的一種 金屬熱處理 工藝。退火工藝隨目的不同而又多種，如重結(jié)晶退火、等溫退火、均勻化退火、球化退火、再結(jié)晶退火等等。 重結(jié)晶退火：應(yīng)用于平衡加熱和冷卻時有固態(tài)相變 (重結(jié)晶 )發(fā)生的合金。其退火溫度為各該合金的 相變溫度 區(qū)間以上或以內(nèi)的某一溫度。加熱和冷卻都是緩慢的。合金于加熱和冷卻過程中各發(fā)生一次相變重結(jié)晶，故稱為重結(jié)晶退火，常被簡稱為退火。 這種退火方法，相當(dāng)普遍地應(yīng)用于鋼。鋼的重結(jié)晶退火工藝是：緩慢加熱到Ac3（亞共析鋼）或 Ac1（共析鋼或過共析鋼）以上 30～ 50℃ ，保持適當(dāng)時間，然后緩慢冷卻下來。通過加熱過程中發(fā)生的 珠光體 （或者還有先共析的 鐵素體 或 滲碳體）轉(zhuǎn)變?yōu)?奧氏體 （第一回相變重結(jié)晶）以及冷卻過程中發(fā)生的與此相反的第二回相變重結(jié)晶，形成晶粒較細(xì)、片層較厚、組織均勻的珠光體 (或者還有 先共析鐵素體 或滲碳體 )。退火溫度在 Ac3以上（亞共析鋼）使鋼發(fā)生完全的重結(jié)晶者，稱為完全退火，退火溫度在 Ac1與 Ac3之間 (亞共析鋼 )或 Ac1與 Acm 之間（過共析鋼），使鋼發(fā)生部分的重結(jié)晶者，稱為不完全退火。前者主要用于亞共析鋼的 鑄件 、鍛軋件、焊件，以消除組織缺陷（如魏氏組織、帶狀組織等），使組織變細(xì)和變均勻，以提高鋼件的塑性和韌性。后者主要用于中碳和 高碳鋼 及低合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛軋件。此種鍛、軋件若鍛、軋后的 冷卻速度 較大時，形成的珠光體較細(xì)、硬度較高；若停鍛、停軋溫度過低，鋼件中還有大的 內(nèi)應(yīng)力 。此時可用不完全退火代替完全退火，使珠光體發(fā)生重結(jié)晶，晶粒變細(xì)，同時也降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，改善被切削性。 重結(jié)晶退火也用于非鐵合金，例如 鈦合金 于加熱和冷卻時發(fā)生 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 ，低溫為 α相 (密排六方結(jié)構(gòu) )，高溫為 β相（體心立方結(jié)構(gòu)），其中間是 “α+β”兩相區(qū)，即相變溫度區(qū)間。為了得到接近平衡的室溫穩(wěn)定組織和細(xì)化晶粒，也進(jìn)行重結(jié)晶退火，即緩慢加熱到高于相變溫度區(qū)間不多的溫度，保溫適當(dāng)時間，使合金轉(zhuǎn)變中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 9 頁 共 25 頁 為 β相的細(xì)小晶粒；然后緩慢冷卻下來，使 β相再轉(zhuǎn)變?yōu)?α相或 α+β兩相的細(xì)小晶粒。 查工藝手冊得 20Cr 的 Ac3為 838℃， 20Cr 屬于亞共析鋼，所以其完全退火的溫度是 Ac3+30~50℃，即為 868~888℃ ， 基本與工藝手冊 860~880℃相符。 保溫時間 6~8h，爐冷至 200℃ 出爐空冷，退火后硬度小于 140HRC。 表 4 塑料模具用鋼的退火工藝 鋼號 加熱 等溫 冷卻方式 退火后硬度（ HBS） 溫度 /℃ 時間 /h 溫度 /℃ 時間 /h 10,20 890~910 4~6 爐冷至 200℃出爐空冷 ≤ 134 15Cr， 20Cr 860~880 6~8 爐冷至 200℃出爐空冷 ≤ 140 40， 40Cr 820~840 ＞ 2 爐冷至 500℃出爐空冷 ≤ 168 滲碳工藝有氣體滲碳固體滲碳和液體滲碳。常用的滲碳工藝是氣體滲碳。氣體滲碳工藝生產(chǎn)率高，勞動條件好，比較容易控制滲碳過程，滲碳質(zhì)量好，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。氣體滲碳使工件在氣體介質(zhì)中進(jìn)行碳的滲入過程的方法。氣體滲碳具有加熱時間段，可在滲碳后直接淬火，可以通過控制氣氛，來獲得一定的碳度的滲碳層等優(yōu)點(diǎn)。 表 4 強(qiáng)滲時間、擴(kuò)散時間及滲碳層深度