【正文】 大、中型塑料模具。 對(duì)比上述兩種材料，綜合考慮各方面因素，可以優(yōu)先選擇 20Cr 作為膠質(zhì)木模的加工材料。用于心部強(qiáng)度要求較高和表面承受磨損、 尺寸較大的、或形狀較復(fù)雜而負(fù)荷不大的滲碳零件，如齒輪、齒輪軸、凸輪、活塞銷、蝸桿等。 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。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。該鋼使用于制造中、小型塑料模具。對(duì)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。碳含量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。在碳素鋼中加入 %以上時(shí)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。但是，錳量增高，鋼的抗腐蝕能力減弱，焊接性能降低。如果鋼中 含硅量超過 ～ %,硅就算合金元素。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入 ～ %的硅，強(qiáng)度可提高 15～ 20%。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。 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(shí)降低塑性和韌性。 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。 304 不銹鋼管 硫（ S）：硫在通常情況下也是有害元素。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。在鋼中加入 %的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。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。 退火方法：退火的一個(gè)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。 滲碳溫度一般在 900~920℃ ，保溫時(shí) 間為 5~10h。 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?；鼗饻囟仍礁撸@些力學(xué)性能變化越大。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。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。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。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(shí)間，然后緩慢冷卻下來。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。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。此時(shí)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(shí)也降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，改善被切削性。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(shí)間，使合金轉(zhuǎn)變中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)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。 保溫時(shí)間 6~8h，爐冷至 200℃ 出爐空冷，退火后硬度小于 140HRC。常用的滲碳工藝是氣體滲碳。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。 表 4 強(qiáng)滲時(shí)間、擴(kuò)散時(shí)間及滲碳層深度 氣體滲碳通常在井式滲碳爐中進(jìn)行，甲醇作為稀釋劑，煤油具有價(jià)格低廉，滲碳能力強(qiáng)的特點(diǎn)，因而選煤油作為滲碳劑。 要求的滲層深度/mm 不同溫度下的強(qiáng)滲時(shí)間 強(qiáng)滲后的滲層深度/mm 擴(kuò) 散時(shí)間 /h 擴(kuò)散后的滲層深度 /mm （ 920177。10)/℃ (940177。 滲碳是通常溫度控制為 900~920℃ ，對(duì)于煤油 甲醇滴注式滲碳工藝通常滲碳溫度為 920~940℃ （ 930177。 根據(jù)技術(shù)條件要求，全脫碳層深度為 ~，取排氣時(shí)間 1h，表 4 滲碳時(shí)間、深度的相關(guān)參數(shù)所示，在要求的滲層深度為 ~，滲碳溫度為（ 930177。 圖 2 煤油 甲醇滴注式滲碳工藝曲線圖 查資料得 20Cr 的臨界點(diǎn)如下表 5 所示： 表 5 20Cr 臨界點(diǎn) 鋼號(hào) Ac1 Ac3 Ar1 Ms 20Cr 766 815 702 799 920177。 10℃ 160180℃ 溫度 /℃ 煤油 /滴 min 甲醇 /滴 /min 時(shí)間 /h 10℃ 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 11 頁 共 25 頁 根據(jù)淬火定義，實(shí)現(xiàn)淬火過程的必要條件是加熱溫度必須高于臨界點(diǎn)以上（亞共析鋼 Ac3，過共析鋼 Ac1），以獲得奧氏體組織。另外偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，表面氧化減少，而且能提高工作效率。 淬火加執(zhí)時(shí)間，應(yīng)包括工件整個(gè)截面加熱到預(yù)定淬火溫度，并使之該溫度下完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所齋的時(shí)向。k 工件的有效厚度為 50mm，加熱系數(shù) α和裝爐修正系數(shù) k 分別見表 6 和表 7。 表 6 常用鋼的加熱系數(shù)（ min/mm） 工件材料 直徑 /mm ＜ 600℃ 氣體介質(zhì)爐中預(yù)熱 750850℃ 鹽浴爐中加熱或預(yù)熱 800900℃ 氣體介質(zhì)爐中加熱 11001300℃ 鹽浴爐中加熱 碳素鋼 ≤50 ＞ 50 低合金鋼 ≤50 ＞ 50 高合金鋼高速鋼 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 12 頁 共 25 頁 表 7 工件裝爐修正系數(shù) 工件裝爐位置 裝爐系數(shù) K 工件裝爐位置 裝爐系數(shù) K 1 1 1 2 4 0 . 5 d 0 . 5 d 2 d 1 d 2 d 對(duì)于形狀復(fù)雜，要求畸變形小，或用合金鋼制造的大型鑄鍛件，必須控制加熱速度以保證減小淬火畸變及開裂傾向，一般采用預(yù)熱加熱。 (若工件直徑比較大，中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 13 頁 共 25 頁 形狀較復(fù)雜，則需要選用預(yù)熱加熱，一般以 3070℃ /h 速度升溫到一定溫度，保溫一段時(shí)間，再以 50100℃ /h 迅速升溫。因?yàn)?20Cr 淬透性低，故應(yīng)先在空氣中預(yù)冷到 750℃ 左右，再轉(zhuǎn)入 80100℃ 的熱油中冷卻，停留 1012min 后空冷。 回火保溫時(shí)間 回火時(shí)間一般從工件入爐后升溫至回火溫度是開始計(jì)算，一般為 13h， 可參考經(jīng)驗(yàn)公式加以確定： t=K+AD 式中： T——回火時(shí)間（ min）、 K——回火時(shí)間基數(shù)、 A——回火時(shí)間系數(shù)、 D——工件有效厚度（ mm） 。 表 8 低溫回火保溫時(shí)間參數(shù) 有效厚度（ mm） ＜ 25 25~50 50~75 75~100 100~125 125~150 保溫時(shí)間（ min） 30~60 60~120 120~180 180~240 240~270 270~300 回火溫度及冷卻介質(zhì) 20Cr 是滲碳型模具鋼，綜合實(shí)際操作性和經(jīng)濟(jì)性，回火即可達(dá)到技術(shù)要求。 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 第 14 頁 共 25 頁 （ 1）低溫回火（ 150～ 250℃ ），組織是回火馬氏體，和淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強(qiáng)度和良好耐磨性，又適當(dāng)提高了韌性。 （ 2）中溫回火 （ 350～ 500℃ ），組織為回火