工程材料第12章模具热处理缺陷
模具热处理的主要缺陷与防止措施PPT(19张)
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16、成功的秘诀在于永不改变既定的目标。若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。幸福不会遗漏任何人，迟早有一天它会找到你。
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17、一个人只要强烈地坚持不懈地追求，他就能达到目的。你在希望中享受到的乐趣，比将来实际享受的乐趣要大得多。
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18、无论是对事还是对人，我们只需要做好自己的本分，不与过多人建立亲密的关系，也不要因为关系亲密便掏心掏肺，切莫交浅言深，应适可而止。
图12-4 Cr12MoV钢凹模
图12-5所示也是增加工艺孔或变不通孔为通孔的实 例，可减小因厚薄不均而增大的开裂敏感性。
图12-5 模具增加工艺孔或变不通孔为通孔
(3)尽可能采用封闭及对称结构 模具形状为开口或不对称结构时，淬火后应力分布不 均匀，极易变形。所以一般易变形的槽形模具，应尽量在淬 火前留筋，淬火后再切除。 图12-6所示的槽形工件，原来淬火后在R处发生变形， 经加筋(图12-6中阴影线部分)后，有效地防止了淬火变形。
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20、没有收拾残局的能力，就别放纵善变的情绪。
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1、不是井里没有水，而是你挖的不够深。不是成功来得慢，而是你努力的不够多。
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14、梦想总是跑在我的前面。努力追寻它们，为了那一瞬间的同步，这就是动人的生命奇迹。
热处理缺陷的金相分析详解
2、淬火软点
淬火软点特征：在经淬火后的零件表面有时会发 现斑点，由于斑点处的硬度较低，称为软点。 产生原因：
1、工件原来的显微组织不均匀。
在淬火前进行预先的正火、球化处理，使组织均匀
产生原因：
较大的拉应力因素。如冷却太强烈、未及时 回火、设计不合理等 材质缺陷。如晶粒粗大、夹杂物缺陷、网状 碳化物、表面脱碳、严重偏析等
1热处理缺陷及分类
热处理缺陷一般按缺陷性质分类，主要包括热 处理裂纹、变形、残留应力、组织不合格、性 能不合格、脆性及其他缺陷七大类 热处理缺陷中最危险的是裂纹 热处理变形是最常见的热处理缺陷 热处理缺陷产生的原因概括起来可分为热处理 前、热处理中、热处理后三方面的原因。
热处理缺陷的金相分析
本节内容及重点
了处理过程中，因工艺不当或操作不 当，常产生一些缺陷。如产生脱碳、晶粒粗 大、软点和变形等缺陷； 严重者如过热、过 烧、裂纹，均可造成零件报废。此外，零件 的几何形状，如截面厚、薄悬殊，冷加工表 面粗糙以及原材料组织中存在疵病，也会在 热处理过程中产生缺陷。
3、过热缺陷
过热特征：表现为组织粗化，使材料冲 击韧性显著降低。 过热产生原因：由于加热温度过高或保 温时间过长，往往会引起晶粒普遍长大，
4、过烧缺陷
表现为除晶粒粗大外，部分晶粒或大部 分晶粒趋于熔化状态。
1、氧化与脱碳
金属材料在空气或其他氧化性气氛中加热时， 其表面即发生氧化作用，并生成氧化层，同时 表面还会减少或完全失去碳分。即氧化与脱碳。 钢在A3以上加热或A1以上加热时，强脱碳形 成柱状晶脱碳；弱脱碳产生粒状晶脱碳。 危害：
热处理缺陷的成因分析及解决方案
热处理缺陷的成因分析及解决方案（图)模具的热处理包含了预备热处理、最终热处理及表面强化处理。
模具热处理中,淬火是常见工序.然而，因种种原因，有时难免会产生淬火裂纹，致使前功尽弃。
通常热处理缺陷是指模具在最终热处理过程中或在以后的工序中以及使用过程中出现的各种缺陷,如淬裂、变形超差、硬度不足、电加工开裂、磨削裂纹、模具的早期破坏等.分析热处理缺陷产生原因，进而采取相应预防措施,具有显著的技术经济效益.⒈纵向裂纹裂纹呈轴向,形状细而长。
当模具完全淬透即无心淬火时，心部转变为比容最大的淬火马氏体，产生切向拉应力，模具钢的含碳量愈高，产生的切向拉应力愈大，当拉应力大于该钢强度极限时导致纵向裂纹形成。
以下因素又加剧了纵向裂纹的产生：（1）钢中含有较多S、P、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质，钢锭轧制时沿轧制方向呈纵向严重偏析分布，易产生应力集中形成纵向淬火裂纹，或原材料轧制后快冷形成的纵向裂纹未加工掉保留在产品中导致最终淬火裂纹扩大形成纵向裂纹；（2）模具尺寸在钢的淬裂敏感尺寸范围内（碳工具钢淬裂危险尺寸为8—15mm，中低合金钢危险尺寸为25-40mm）或选择的淬火冷却介质大大超过该钢的临界淬火冷却速度时均易形成纵向裂纹。
解决方案：(1）严格原材料入库检查，对有害杂质含量超标钢材不投产；(2）尽量选用真空冶炼，炉外精炼或电渣重熔模具钢材；(3）改进热处理工艺，采用真空加热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热及分级淬火、等温淬火；(4)变无心淬火为有心淬火即不完全淬透，获得强韧性高的下贝氏体组织等措施,大幅度降低拉应力,能有效避免模具纵向开裂和淬火畸变。
⒉横向裂纹裂纹特征是垂直于轴向。
未淬透模具,在淬硬区与未淬硬区过渡部分存在大的拉应力峰值，大型模具快速冷却时易形成大的拉应力峰值，因形成的轴向应力大于切向应力,导致产生横向裂纹。
锻造模块中S、P、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质的横向偏析或模块存在横向显微裂纹，淬火后经扩展形成横向裂纹.解决方案：（1）模块应合理锻造，原材料长度与直径之比即锻造比最好选在2—3之间,锻造采用双十字形变向锻造，经五镦五拔多火锻造，使钢中碳化物和杂质呈细、小,匀分布于钢基体，锻造纤维组织围绕型腔无定向分布，大幅度提高模块横向力学性能，减少和消除应力源；（2）选择理想的冷却速度和冷却介质：在钢的Ms点以上快冷，大于该钢临界淬火冷却速度，钢中过冷奥氏体产生的应力为热应力，表层为压应力，内层为张应力，相互抵消,有效防止热应力裂纹形成，在钢的Ms-Mf之间缓冷,大幅度降低形成淬火马氏体时的组织应力。
热处理常见缺陷
热处理常见缺陷#热处理缺陷在热处理工艺中淬火工序造成的废品率往往较高，这主要是在淬火过程中，同时形成较大的热应力与组织应力，此外，由于材料内在的冶金缺陷、选材不当、错料、设计上的结构工艺性差、冷、热加工过程中形成的缺陷等因素，均容易在淬火、回火工艺中暴露出来，因此对零部件淬火、回火后的缺陷必须进行系统的分折与调査。
淬火缺陷与预防钢件淬火时最常见的缺陷有淬火变形、开裂、氧化、脱碳、硬度不足或不均匀、表面腐蚀、过烧、过热及其他按质量检查标准规定金相组织不合格等。
1.淬火变形与淬火裂纹在实际生产中，应该根据淬火变形与淬火裂纹的形成原因采取有效的预防措施。
(1)尽量做到均匀加热及正确加热工件形状复杂或截面尺寸相差悬殊时，常因加热不均匀而变形。
为此，工件在装炉前，对不需淬硬的孔及截面突变处，应采用石棉绳堵塞或绑扎等办法，以改善其受热条件，对一些薄壁圆环等易变形零件，可设计特定淬火夹具。
这些措施既有利于加热均匀，又有利于冷却均匀。
工件在炉内加热时，应均匀放置，防止单面受热，应放平，避免工件在髙温塑性状态因自重而变形。
对细长零件及袖类零件尽量采用井式炉或盐炉垂直悬挂加热。
限制或降低加热速度，可减少工件截面温差，使加热均匀。
因此对大型锻模、髙速钢及高合金钢工件，以及形状复杂、厚薄不匀、要求变形小的零件，一般都采用预热加热或限制加热速度的措施。
合理选择淬火加热温度，也是减少或防止变形、开裂的关键。
选择下限淬火温度，减少工件与淬火介质的温差，可以降低淬火冷却高温阶段的冷却速度，从而可以减少淬火冷却时的热应力。
另外，也可防止晶粒粗大。
这样可以防止变形开裂。
有时为了调节淬火前后的体积变形量，也可适当提高淬火加热温度。
例如CrWMn、Cr12Mo等高碳合金钢，常利用调整加热温度，改变其马氏体转变点以改变残余奥氏体含量，以调节零件的体积变形。
(2)正确选择冷却方法和冷却介质的基本原则尽可能采用预冷，即在工件淬入淬火介质前，尽可能缓慢地冷却至Ar附近，以减少工件内温差。
模具钢热处理十种组织缺陷分析及对策.
模具钢热处理十种组织缺陷分析及对策王荣滨(南弯工具厂江西330004摘要讨论了模具钢十种热处理组织缺陷及消除方法,可产生明显经济效益和社会效益。
关键词模具钢组织缺陷对策Abstract This paper analyzes ten kinds of microstruture defect of heat treatment moldsteel,and it also gives the relative solutions to avoid defects,which can obviously bringabout the economic benefit.K eyw ords mold steel microstructure defect countermeasures钢的物理性能、化学性能和力学性能决定钢的热处理组织,正常组织赋予钢产品优异性能和高寿命;热处理组织缺陷恶化钢的性能,降低模具产品质量和使用寿命,甚至产生废品和发生事故。
因种种原因,钢热处理主要有十种组织缺陷,分析原因,采取对策,提高模具使用寿命,有显著技术经济效益。
1奥氏体晶粒粗大钢奥氏体晶粒定为13级,1级最粗,13级最细。
1~3级为粗晶粒,4~6级为中等晶粒,7~9级为细晶粒,10~13级为超细晶粒。
晶粒愈细,钢的强韧性愈佳,淬火易得到隐晶马氏体;晶粒愈粗,钢的强韧性愈差,淬火易得到脆性大的粗马氏体。
实践证明,奥氏体形成后,随着温度升高和长时间保温,奥氏体晶粒急剧长大。
当加热温度一定时,快速加热奥氏体晶粒细小;慢速加热,奥氏体晶粒粗大。
奥氏体晶粒随钢中W、Mo、V元素增加而细化,随钢中C、Mn元素增加而增大。
钢最终淬火前未经预处理,奥氏体晶粒愈粗化,淬火得粗马氏体,强韧性低,脆性大。
仪表跑温,晶粒粗化,降低晶粒之间结合力,恶化力学性能。
对策—合理选择加热温度和保温时间。
加热温度过低,起始晶粒大,相转变缓慢;加热温度过高,起始晶粒细,长大倾向大,得到粗大奥氏体晶粒。
模具热处理的主要缺陷与防止措施
模具热处理的基本原理
将模具加热到一定的温度，并保 持一定的时间，以实现模具材料 的相变和晶粒细化等物理变化。
通过不同的加热、保温和冷却方 式，控制模具材料的组织结构和
性能特征。
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在热处理过程中，需要注意控制 加热速度、保温时间和冷却速度 等参数，以避免模具出现裂纹、
变形和氧化等问题。
02
模具热处理的主要缺 陷
模具热处理的主要 缺陷与防止措施
汇报人： 日期:
目录
• 模具热处理概述 • 模具热处理的主要缺陷 • 防止措施 • 模具热处理的应用实例 • 总结与展望
01
模具热处理概述
模具热处理的目的和意义
提高模具的硬度和强 度，以满足模具的使 用性能要求。
改善模具的加工性能 ，以降低模具的加工 成本。
优化模具的韧性和耐 磨性，以提高模具的 使用寿命。
防止措施
采用合理的材料和热处理工艺，如淬火、回火和表面强化 处理等，提高模具的硬度和耐磨性；同时加强生产过程中 的质量检测，及时发现并处理问题。
实例二：注塑模具的热处理
01
模具类型
注塑模具是一种用于塑料制品成型的模具。
02
热处理要求
注塑模具的热处理需控制模具的硬度和耐腐蚀性，以确保制品的尺寸精
度和表面质量。
4. 通过采取适当的防止措施，可以减少模具在后 续使用中的磨损和损坏，提高模具的耐用性，降 低维修和更换成本。
未来研究与发展的展望
1. 进一步研究和开发新的热 处理技术和工艺，以提高模 具的性能和寿命。
2. 针对不同的模具材料和类 型，研究更合适的热处理工 艺和参数，以获得更好的处 理效果。
3. 进一步探索热处理过程中 的缺陷形成机制和防止措施 ，以减少或消除缺陷的产生 。
模具热处理缺陷及预防
模具热处理缺陷及预防1．模具表面有软点模具热处理后表面有软点，将影响模具的耐磨性、减少模具的使用寿命。
（1）产生原因1）模具在热处理前表面有氧化皮、锈斑及局部脱碳。
2）模具淬火加热后，冷却淬火介质选择不当，淬火介质中杂质过多或老化。
（2）预防措施1）模具热处理前应去除氧化皮、锈斑，在淬火加热时适当保护模具表面，应尽量采用真空电炉、盐浴炉和保护气氛炉中加热。
2）模具淬火加热后冷却时，应选择合适的冷却介质，对长期使用的冷却介质要经常进行过滤，或定期更换。
2．模具热处理前组织不佳模具最终球化组织粗大不均、球化不完善，组织有网状、带状和链状碳化物，这将使模具在淬火后易产生裂纹，造成模具报废。
（1）产生原因1）模具钢材料原始组织存在严重碳化物偏析。
2）锻造工艺不佳，如锻造加热温度过高、变形量小、停锻温度高、锻后冷却速度缓慢等，使锻造组织粗大并有网状、带状及链状碳化物存在，使球化退火时难以消除。
3）球化退火工艺不佳，如退火温度过高或过低，等温退火时间短等，可造成球化退火组织不均或球化不良。
（2）预防措施1）一般应根据模具的工作条件、生产批量及材料本身的强韧化性能，尽量选择品质好的模具钢材料。
2）改进锻造工艺或采用正火预备热处理，来消除原材料中网状和链状碳化物及碳化物的不均匀性。
3）对无法进行锻造的碳化物偏析严重的高碳模具钢可进行固溶细化热处理。
4）对锻造后的模坯制定正确的球化退火工艺规范，可采用调质热处理和快速匀细球化退火工。
5）合理装炉，保证炉内模坯温度的均匀性。
3．模具产生淬火裂纹模具在淬火后产生裂纹是模具热处理过程中的最大缺陷，将使加工好的模具报废，使生产和经济造成很大损失。
（1）产生的原因1）模具材料存在严重的网状碳化物偏析。
2）模具中存在有机械加工或冷塑变形应力。
3）模具热处理操作不当（加热或冷却过快、淬火冷却介质选择不当、冷却温度过低、冷却时间过长等）。
4）模具形状复杂、厚薄不均、带尖角和螺纹孔等，使热应力和组织应力过大。
模具热处理的主要缺陷与防止措施
总结词
模具热处理过程中，由于加热和冷却过 程中与空气中的氧气接触，容易导致模 具氧化和脱碳。
VS
详细描述
模具氧化和脱碳会影响其表面质量和耐磨 性。氧化和脱碳的原因可能包括加热和冷 却速度过快、温度过高或过低、保护气氛 不足等。为了防止氧化和脱碳，需要控制 加热和冷却速度，并采用适当的温度和时 间，同时采用保护气氛或真空热处理技术 。
03
防止措施
变形防止措施
控制加热速度
采用合理的加热速度，避免模具局部过热，减少变形 。
均匀加热
确保模具各部分受热均匀，避免因温度梯度引起的变 形。
合理选择冷却方式
采用适当的冷却方式，如分级淬火、预冷淬火等，以 减少变形。
开裂防止措施
合理选择材料
选择具有适当强度和韧性的材料，以减少开裂 的可能性。
残余应力过大
总结词
模具热处理过程中，由于加热和冷却不均匀 或组织转变不充分，容易导致模具残余应力 过大。
详细描述
模具残余应力过大会影响其尺寸精度和稳定 性，进而影响产品质量。残余应力过大的原 因可能包括加热或冷却速度过快、温度过高 或过低、组织转变不充分等。为了防止残余 应力过大，需要控制加热和冷却速度，并采 用适当的温度和时间，同时对模具进行充分 的回火处理。
模具热处理的主要缺陷与防 止措施
汇报人： 2023-12-21
目录
• 模具热处理概述 • 模具热处理的主要缺陷 • 防止措施 • 实际应用案例分析
01
模具热处理概述
模具热处理的目的和意义
提高模具的硬度和耐磨性
通过热处理，模具的表面硬度可以提高，从而提高其耐磨性和使用 寿命。
改善模具的韧性
适当的热处理可以改善模具的韧性，使其在承受冲击和振动时不易 开裂或崩坏。
Cr12钢模具的热处理工艺
Cr12钢模具的热处理工艺【摘要】Cr12钢作为冷冲压模具中的一种材料，硬度和耐磨性都较好，但是它的冲击韧性比较低，容易裂开，这就不适合生产应用。
加工生产成本的高低直接与模具的使用寿命密切相关，而模具寿命的长短则受到热处理工艺的影响。
而将Cr12钢经过真空热处理后，它的残余应力会缩小，同时韧性和硬度都提高。
在后续的加工过程中，也会减小其变形量，提高了力学性能。
本文以Cr12钢为例介绍冷冲压模具的淬火、回火等多种热处理工艺及其对材料性能改善、使用寿命延长等所起的作用。
【关键词】Cr12钢；冷冲压模具；淬火1.引言Cr12模具钢是一种常见的合金工具钢，它的生产标准按照国标GB/T 1299-2000进行。
Cr12钢的淬透性好，而且变形量较小，正是由于这些优点，所以在目前的冷作模具生产中Cr12钢被当作广泛使用的材料。
但是也有的工厂在使用Cr12钢的过程中会发生失效现象，比如出现脆断、崩刃等现象，而这时将其进行热处理加工后，发现性能得到极大改善，也减少了这些不良状况的发生。
过去很多冷冲压模具制造成本高，性能较差，而且寿命较短，这些因素都最终影响了最终的产品质量。
这是由于Cr12模具钢中含有较多的残余碳化物，导致有些截面不平整、不均匀，再加上普通的淬火、回火等热处理过程不能很好的保证材料的韧性，所以最终导致了上述的脆断、崩刃等现象。
在有的文献中采用过去盐浴炉加热或箱式炉加热进行热处理效果欠佳，如果使用真空热处理保持无氧化、无脱碳等氛围，可以极大地改善力学性能、冲击强度和抗弯韧性。
本文从淬火、回火等热处理的角度出发，研究其对Cr12模具钢韧性和寿命的改善。
2.Cr12冷冲压模具钢的介绍2.1 冷冲压模具的分类过去，很多模具在生产过程中使用电火花加工工艺，或者在成型过程中使用的打磨、切削等工艺，有时不能保证材料的表面硬度、耐磨性等。
所以要选用淬透性高的模具钢材料，才能提高表面硬度和耐磨性，从而延长材料的使用寿命。
工程材料及成形工艺思考题 Word 文档 (2)
第一章材料的力学行为和性能思考题1.解释下列力学性能指标。
(1) HB (2) HRC (3) HV2.解释下列名词。
（1）蠕变（2）低应力脆断（3）疲劳（4）断裂韧度3.下列工件应采用何种硬度试验方法来测定其硬度？（1）锉刀（2）黄铜轴套（3）供应状态的各种碳钢钢材（4）硬质合金刀片（5）耐磨工件的表面硬化层4.下列硬度表示方法是否正确，为什么？(1)HBW250~300 (2)5~10HRC (3)HRC70~75 (4)HV800~850 (5)800~850H5.比较铸铁与低碳钢拉伸应力-应变曲线的不同，并分析其原因。
6.一根两端固定的低碳钢丝，承受拉应力为20Mpa，当温度从30摄氏度突然下降到10摄氏度时，钢丝内新产生的应力为多少？7.现有原始直径为10mm圆形长、短试样各一根，经拉伸试验测得的伸长率均为25%，求两试样拉断后的标距长度。
两试样中哪一根塑性好？为什么？8.甲乙丙丁四种材料的硬度分别为45HRC、90HRB、800HV、240HBW,试比较这四种材料硬度的高低。
第二章材料的结构思考题1.为何单晶体具有各向异性？而多晶体在一般情况下却显示各向同性？2.解释下列基本概念；晶体与非晶体；晶体的各向异性；同素异晶转变；位错；晶界；固溶体；金属化合物。
3.试述高分子链的结合力、分子链结构、聚集态结构对高聚物的性能的影响。
4.何为高分子材料的老化？如何防止？5.试计算面心立方晶格的致密度。
6.说明结晶对高聚物性能的影响。
第三章1.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？2.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒的大小？3.如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：（1）.金属模浇注与砂模浇注；（2）.高温浇注宇与低温浇注；（3）.铸成薄件与铸成厚件；（4）.浇注时采用振动和不振动。
4.二元匀晶相图、共晶相图与合金的力学性能和工艺性能之间存在什么关系？5.画出Fe-Fe3C相图，指出图中各点及线的意义，并标出个相区的相组成物和组织组成物。
机械工程材料课后习题答案 (2)
1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。
如晶界和亚晶界。
亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。
亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。
单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度，硬度升高的现象叫做固溶强化原因：晶格畸变过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：①冷却速度越大，则过冷度也越大。
②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。
《模具材料预热处理》课程标准
《模具材料与热处理》课程标准课程名称：模具材料与热处理课程代码：0813017总学时数：48（理论课学时数：40 实践课学时数：8）学分数：适用专业：模具设计与制造一、课程的性质1、专业必修课；2、理论课+实践课。
二、课程定位本课程是模具设计与制造专业的一门专业核心基础课，它是《机械基础》、《模具制造工艺学》、《塑料成型工艺与模具设计》等专业课程学习的基础，同时，这么课程又能培养学生正确加工产品，合理使用和维护模具设备，进一步学习机械类相近专业的职业能力，为学生的可持续发展奠定了良好的基础，高职学生在学习这门课时，一方面为学其他专业课打基础，另一方面必须符合职业的工作需要，强调学以致用，这对学生的职业能力培养和职业素养养成起了主要的支撑和明显促进作用。
三、课程设计思路整个课程根据教学内容将所有的知识点融入具体的课题中去教学。
四、课程基本目标1、知识目标：（1）理解金属材料的分类和力学性能指标；（2）掌握铁碳合金的基本知识和相图分析；（3）掌握常用热处理的基本概念、目的和应用；（4）掌握金属材料的牌号、性能和用途；（5）掌握常用模具材料的成分、性能、热处理特点和选用；（6）能根据需要正确选材与制定热处理工艺。
2、职业技能目标：（1）学会使用相关仪器设备对材料进行测定，并能处理相关数据；（2）能够分析铁碳合金相图以及相应的结晶过程；（3）能够识别金属材料的牌号，了解材料性能；（4）具有对典型机械零件进行合理选材、合理选择毛坯种类以及安排热处理工序的能力。
3、职业素质养成目标：使学生具备从事模具热处理相关工作所必备的素质、知识与技能。
培养学生理论联系实际，严谨踏实、实事求是的科学态度和科学作风，具备较强的动手能力、分析解决问题能力及创新能力，树立全面质量管理意识，以及团队合作精神，为后续的专业职业能力培养打下扎实基础。
培养学生良好的职业道德和吃苦耐劳的精神。
4、职业技能证书考核要求：通过本课程的学习学生可以热处理工的职业资格等级考试。
热处理工艺缺陷
零件淬火后出现变形、开裂，热处理工艺不当是重要因素：如加热温度过 高造成奥氏体晶粒粗大，合金钢加热速度快造成热应力加大，加热时工件 氧化、脱碳严重，冷却介质选择不当，工件入冷却介质的方式不对等诸因 素都会导致工件变形甚至开裂。 在正常的淬火工艺下：材质本身及前序冷热加工。诸如钢材内在夹杂物含 量、化学成份、异常组织等超过标准要求，淬火之前工件表面存在裂纹、 有深的加工刀痕，以及零件形状分布不合理等因素都会导致淬火过程中零 件变形甚至开裂。
某汽车齿轮采用20CrMnTi钢制造，其 制造工艺如下： 下料 → 锻造成圆饼→ 退火 → 粗车并铣 齿成型 → 精铣齿轮 → 渗碳淬火低温回 火 → 研磨 → 入库。
本章小结
钢的奥氏体化 奥氏体的形成 钢加热时如何得到细小的奥氏体晶粒 连续冷却和等温冷却 马氏体 预备热处理和最终热处理 钢的整体热处理：退火、正火、淬火、回火、调质 淬硬性与淬透性 钢的表面热处理：表面淬火、化学热处理、其它表面强 化工艺 热处理在加工顺序中的位置 热处理的工艺缺陷与零件结构
热处理工艺缺陷与零件结构
一、热处理工艺缺陷及其防止措施 钢热处理后的缺陷常有硬度不高、硬度分布不均匀、变形与开 裂等。
1、硬度不足或出现软点
淬火后零件硬度偏低和出现软点的主要原因是： （1）亚共析钢加热温度低或保温时间不充分，淬火组织中有残留铁素体；
（2）加热过程中钢件表面发生氧化、脱碳，淬火后局部生成非马氏体组织；
（2）防止淬火工艺过程零件变形、开裂的措施：
a）正确选材和合理设计。对于形状复杂、截面变化大的零件，应选用淬 透性好的钢材，以便采用较缓和的淬火冷却方式。在零件结构设计中，应 注意热处理结构工艺性。
b）淬火前进行相应的退火或正火，以细化晶粒并使组织均匀化，减少淬 火内应力。 c）严格控制淬火加热温度，防止过热缺陷，同时也可减少淬火时的热应 力。 d）采用适当的冷却方法，如双液淬火、马氏体分级淬火或贝氏体等温淬 火等。淬火时尽可能使零件均匀冷却，对厚薄不均匀的零件，应先将厚大 部分淬入介质中。薄件、细长杆和复杂件，可采用夹具或专用淬火压床控 制淬火时的变形。 e）淬火后应立即回火，以消除应力，降低工件的脆性。
模具钢材热处理时缺陷的防范
１ 、淬火 温度 过低 ，主要 是 由于工 艺设 置温度 不
当 、控 温 系统误 差 、装 炉或 进入 冷 却槽 方 法不 当等 原 因造 成 ，应该 修正 工艺 温度 ，检修 校核 控温 系统 ， 装 炉 时 ，工 件 间 隔合 理摆 放 均 匀 ，分 散人 槽 ，禁 止 堆 积 或成捆 入槽 冷却 。 ２ 、淬 火温 度过 高 ，这 是 由工 艺设 置温 度不 当或 控 温 系 统误 差 造成 ，应 当修 正 工艺 温 度 ，检 修校 核
状 变化） 是一项 非 常 困难 的工作 ，在 许多 情况 下 ，不
得 不依 靠经 验 加 以解 决 。这 是 因为 不 仅钢 种 和模 具 形 状对 热 处理 变 形有 影 响 ，不 当 的碳 化物 分 布 状态
及 锻造 和 热处 理 方法 同样会 引起 或 加 剧 ，而 且在 热
３ 、脱 碳 ，主 要 由过 热 （ 过 烧） 或 、空 气炉 无保 护 加 热 、机 加余 量 小 ，锻 造 或 预备 热处 理 残 留脱碳 层 等 因素 造成 ，预 防措施 为可控 气 氛加热 ，盐浴 加热 ，
度 、流量 及 超温 过 载 微机 测 量 、控 制 、调 节 和 报警
２）风 口各 套 与风 口组 合砖 之 间缝 隙 。由于风 口 套 为铜 件 ，热膨 胀 系 数 大 。高 炉 投 入生 产 后 ，受 温 度影 响 ，风 口套 及组合 砖 均会 膨胀 ，为 了保 护设 备 ， 消 除热 应 力 ，风 口套 与 组合 砖 之 间需 要 充 填 缓 冲泥 浆 ，施 工 过 程 的 细节 控 制不 好 ，就会 成 为 高 炉煤 气
ｌ＝ 铁 口区域 的煤气 泄漏 主要 集 中在 ２个部 位 ，一 ｜Ｕ ＝
是铁 口框 与 炉壳 之 间 的联 接 部 位 ；另 一 个 是铁 口通
工程材料与成形技术基础第十二章机械零件失效分析与表面处理
（4） 蠕变断裂失效 在高温下工作的零件，当蠕变变形量超过 一定范围时，零件内部产生裂纹而很快断裂。 环境破断失效 在负载条件下，由于环境因素（例如腐蚀介质 的影响，往往出现低应力下的延迟断裂使零件失效。
三、表面损伤失效
1.磨损失效 金属表面状态和尺寸改变的现象称为磨损。 2.腐蚀失效 零件暴露于活性介质环境中并与环境介质间 发生化学和电化学作用，导致失效。 3.表面疲劳失效 相互接触的两个运动表面，在工作过程中承 受交变接触应力的作用而导致表面层材料发生 疲劳而脱落，造成零件失效.
第二节 材料的表面处理
一、表面处理的意义
二、表面处理的方法与分类:表面热处理、气 相沉积、热喷涂、堆焊、喷焊、激光处理、喷 丸、滚压、氧化处理、电镀、化学镀、热侵度、 磷化、涂装等。
三、表面预处理 一般指脱脂、除锈 热喷涂、堆焊与喷焊、气相沉积、激光 处理.
四、零件失效分析的一般方法
一般分析程序是： 1.调查研究 一是调查失效现场；二是调查 背景材料，收集原始材料和数据。 2.残骸收集和分析 目的是确定首先破坏件 及其失效源。 3.实验分析 （1） 无损检测
（2） 断口分析 断口分析分为宏观分析和微观分析两种。断 口宏观分析系指用肉眼、放大镜或低倍光学显 微镜来研究断口特征的一种方法。通过宏观分 析初步确定断裂性质，断裂源，载荷情况。 断口微观分析大多采用电子显微镜，其分辨 率和景深都高于光学显微镜，能深入观察断口 微观细节、断裂性质，便于研究裂纹形成和扩 展机理。
（3） 化学成分分析 （4） 金相分析 这种方法来分析裂纹的 走向、性质、判定材料组织、工艺状态， 检查可能导致失效的组织缺陷。 （5） 力学性能分析 (6)其它试验方法 采用试验性应力测定 方法.
模具热处理常见缺陷及其解决方案
模具热处理常见缺陷及其解决方案一、球化组织不良组织中出现网状、带状和链状碳化物。
这多半同锻造工艺不佳或球化退火不良有关。
措施为：改进锻造工艺；采用正确的正火工艺以消除不合格碳化物二、过热、过烧或淬火后晶粒粗大球化退火不良；淬火温度高或保温时间长；工件与电极或加热体距离过近；以及截面变化大厚薄悬殊造成局部过热或过烧。
措施为：采用正确的退火工艺：严格控制淬火工艺参数；定期校验和校对热电偶、仪表；工件与电极和加三、硬度低或不均匀热体有足够的距离等。
原始组织中碳化物偏析严重或球化不良；模具表面有残留的脱碳层或淬火后有脱碳；工件的截面大，淬透性差；淬火温度高，残余奥氏体增加；或淬火温度低，加热时间短，相变不充分；冷却速度快，工件取出冷却介质的温度过高，造成冷却不均匀；回火不充分，或回火温度高，存在非马氏体组织等。
措施：保证获得良好预备热处理组织；严格脱氧或加以保护，确保表面不脱碳和无氧化皮；采用淬透性良好的冷却介质；制订合理的热处理淬火工艺参数；选用合理的冷却介质或控制操作方法；充分回火处理和按要求防止非马氏体组织的出现。
四、脱碳盐浴未脱氧或脱氧不彻底；工、夹具向盐浴中带入铁锈等；在箱式炉内加热不良或未进行保护。
措施为：对于盐浴应定期脱氧和化验，严格控制炉内氧化钡等氧化物的含量；尽可能控净工件和夹具上黏附的盐浴，对夹具进行抛丸或喷砂处理；采用保护措施。
五、裂纹钢中有严重的网状、带状、链条碳化物，或存在显微裂纹；存在大的机械加工应力或塑性变形大；热处理操作不当（含加热速度快、冷却速度过急、冷却时提出介质的温度过低等）；淬火时过热或过烧；工件形状复杂，厚薄不均，热应力或组织应力过大；两次淬火中间未进行退火处理；回火不及时或回火不足；热处理后磨削加工不当；电火花加工层存在大的拉应力和大量的显微裂纹。
措施为：改进锻造工艺或进行正确的球化退火正火处理；机加工后进行去应力退火处理；严格执行正确的热处理工艺和作方法；防止局部的过热或过烧；采取保护措施或预冷措施；淬火后及时和充分回火；按要求确定正确的加工磨削量；热处理前加工掉硬化层。
工程材料第12章 材料及毛坯选择
第12章 零件材料与毛坯的选择
12.1 机械零件的失效
12.2 零件的选材原则与步骤 12.3 典型零件的选材 12.4 零件毛坯的选择 知识窗——材料与热加工的发展
学习指导
自测习题
第12章 零件材料与毛坯的选择
12.1 机械零件的失效
1. 失效
一般机械零件或构件的失效包括以下几种情况：
虑零件的工作环境。环境因素会与零件的力学状态综合作用，
提出更为复杂的性能要求。最后还应充分考虑材料的某些特殊 要求。
第12章 零件材料与毛坯的选择 (1) 受力状况：分析零件的受力类型(如静载、动载、冲击 或循环载荷等)，零件所受载荷大小以及分布特点(如均布载荷或集中载
温，判断错误，主观臆断、责任心不强，不进行定期维护、检
修，管理混乱等引起的失效。
第12章 零件材料与毛坯的选择 3. 零件的工作条件和失效分析 1) 分析零件的工作条件 首先应判断零件在工作中所受载荷的性质和大小，计算载 荷引起的应力分布。载荷的性质是决定材料使用性能的主要依 据之一，计算应力是确定材料使用性能的数量依据。其次，考
按失效的性质可将失效分为变形失效、断裂失效、磨损失
效和腐蚀失效。零件或构件的失效可以是单一过程现象，也可 以是组合过程现象。图12-1列举了热锻模和冷镦模常出现的失 效形式及部位。
第12章 零件材料与毛坯的选择
图12-1 模具失效形式及部位
第12章 零件材料与毛坯的选择 (1) 变形失效：包括弹性变形失效、塑性变形失效、蠕变 变形失效等。 (2) 断裂失效：包括韧性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳 断裂失效、蠕变断裂失效等。 (3) 磨损失效：包括粘着磨损失效、磨料磨损失效、接触 疲劳磨损、冲击磨损失效、微动磨损失效、气蚀失效等。 (4) 腐蚀失效：包括均匀腐蚀和局部腐蚀失效(点蚀、晶间
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12．1 模具热处理的主要缺陷
12．1．1 模具热处理内应力
12．1．2 模具的热处理变形
12．1．3 模具的热处理裂纹
12．2 减小模具热处理变形与控制模具热处理开裂的措施
12．2．1 合理设计并正确选材
12．2．2 合理按排工艺流程
12．2．3 合理进行锻造和预先热处理
图12-4 Cr12MoV钢凹模
图12-5所示也是增加工艺孔或变不通孔为通孔的实 例，可减小因厚薄不均而增大的开裂敏感性。
图12-5 模具增加工艺孔或变不通孔为通孔
(3)尽可能采用封闭及对称结构 模具形状为开口或不对称结构时，淬火后应力分布不 均匀，极易变形。所以一般易变形的槽形模具，应尽量在淬 火前留筋，淬火后再切除。 图12-6所示的槽形工件，原来淬火后在R处发生变形， 经加筋(图12-6中阴影线部分)后，有效地防止了淬火变形。
12.1.1 模具热处理内应力 1.热应力 2.组织应力
12.1.2 模具的热处理变形 1.模具热处理变形的形式 2.模具热处理变形的趋向 （1）由热应力引起的变形趋向 （2）由组织应力引起的变形趋向 （3）由组织转变引起的变形趋向
12.1.3 模具热处理裂纹 1.模具热处理裂纹的种类 此外，热处理裂纹还可根据其存在部位和深度分为以下三类: （1）深裂纹 （2）细微表面裂纹 （3）内部裂纹
图12-2 模具采用过渡圆角与过渡圆锥
图12-3所示为凹模的合理壁厚。
图12-3 凹模的合理壁厚
（2）适当增加工艺孔 对于有些实在无法保证截面均匀及对称的模具，应在 不影响使用性能的前提下，变不通孔为通孔，或者适当 增加一些工艺孔。
图12-4（a）所示为一型腔狭窄的凹模，淬火后会产生 如虚线所示的变形。如设计时能增加两个工艺孔，如图124（b）所示，则减小了淬火过程中截面的温差，降低了热 应力，使变形情况有了明显的改善。
形成软点的原因大致有: ①原材料缺陷:如钢中存在大块铁素体或带状组织。 ②欠热:因加热温度太低或保温时间不足，使奥氏体成 分不均匀，或亚共析钢中铁素体未全部溶入奥氏体。 ③冷却不均:模具在淬火介质中搅动不充分、淬火加热 时堆放在一起、模具表面有氧化皮等污物附着以及淬火介质 中混有肥皂、油污等，都会造成模具冷却不均匀，使局部小 区域发生高温转变而形成软点。 ④表面脱碳:模具表面局部脱碳或渗碳后表面存在低碳 浓度区，也会形成软点。
图12-6 槽形工件淬火前加筋
(4)采用组合式结构
如图12-7所示为一大 型凹模，若采用整体式结 构，不但热处理有困难， 而且淬火后型腔各处收缩 不一致，甚至会引起刃口 凹凸和平面扭曲，且在以 后的加工中难以补救。因 此，可采用组合式结构， 按图12-7中虚线分为四块， 经热处理后再拼装成型并 磨削再配合。这不仅使热 处理简化，而且解决了变 形问题。
图12-9 半圆形模具
图12-10 成型模
12.2.3 合理进行锻造和预先热处理
1.合理进行锻造 实践证明，合理进行锻造是减小热处理变形、 保证模具有较高寿命的关键。对合金钢如CrWMn， Cr12，Cr12MoV钢,尤其重要。这类钢能实现低变形 的前提是经充分锻造，使钢内部碳化物偏析程度达 到最小。 2.预先热处理 模具变形与开裂不仅与淬火过程中产生的应力 有关，而且与淬火前的原始组织和残余内应力有关 。因此，必须对模具毛坯进行必要的预先热处理。
12．2．4 采用合理的热处理工艺
12．3 模具热处理的其它缺陷及预防补救措施
12．3．1 氧化与脱碳
12．3．2 欠热、过热和过烧
12．3．3 淬火硬度不足与软点
12．3．4 回火缺陷
目录
12.1 模具热处理的主要缺陷
通常热处理缺陷是指模具在最终热处理 过程中或在以后的工序中以及使用过程中 出现的各种缺陷，如淬裂、变形超差、硬 度不足、电加工开裂、磨削裂纹、模具的 早期破坏等。其中最主要的是模具在热处 理过程中的变形和开裂。
形状比较简单的模具及实体的冲头，一般情况下不会产生淬火裂纹。 而尖角、截面厚度急变处及厚薄不均的地方则极易产生淬火裂纹，如 图12-1所示。
图12-1 模具淬火裂纹部位
12.2 减小模具热处理变形与控制模具热 处理开裂的措施
12.2.1 合理设计并正确选材 1.合理设计 (1)尽量避免尖角和厚薄相差悬殊的截面 应避免厚薄悬殊的截面、薄边及尖角。在模具的厚薄交 界处应平滑过渡。这样能有效降低模具截面的温差，减小热 应力，同时也可减小截面上组织转变的不同时性，减小组织 应力。 图12-2所示为模具采用过渡圆角与过渡圆锥。
12.2.4 采用合理的热处理工艺
为了减少及预防工件淬火变形，除了合理 设计工件、合理选材、合理制定热处理技术要 求及工件毛坯正确进行热加工(铸、锻、焊)和 预先热处理外，更为重要的是在热处理方面必 须注意以下问题。
①合理选择加热温度: ②合理进行加热: ③正确选择冷却方式和冷却介质: ④正确掌握淬火操作方法:
12.3 模具热处理的其他缺陷及预防补救
措施
模具热处理常见的缺陷除了变形与开裂外，还有氧化与 脱碳、欠热、过热和过烧、淬火硬度不足与软点、回火缺陷 和表面腐蚀等。
12.3.1 氧化与脱碳 1.氧化 2.脱碳 12.3.2 欠热、过热和过烧 1.欠热 2.过热 3.过烧 12.3.3 淬火硬度不足与软点 1.硬度不足 2.软点 模具上硬度不足的小区域称为软点。软点往往是工件磨 损或疲劳损坏的中心，因此重要工件上不允许存在软点。
2.模具的热处理裂纹与内应力
模具热处理裂纹通常是在内应力（拉应力）作用下表现出来的一 种脆性破坏状态。淬火时，易在模具表面附近产生非常大的拉应力， 故最易产生裂纹。但在淬硬层浅的情况下（如各种表面硬化），表面 附近常形成压应力，就不易产生裂纹。由于模具大部分是用高碳钢制 作的，因此要特别注意防止产生热处理裂纹。
图12-7 大型凹模
2.正确选材
图12-8所示为一 电子元件冲模，原用 T10A钢，水淬油冷变 形较大且易开裂，碱 浴淬火型腔又不易淬 硬，现改用9Mn2V钢 或CrWMn钢，淬火硬 度和变形都能符合要 求。
图12-8 电子元件冲模
12.2.2 合理安排工艺流程
1.合理安排工艺流程 图12-9所示是一半圆形模具，由于形状不对称，淬火时会产生显著的 扭曲变形。如在淬火前加工成整体的圆环，等热处理后再用锯片砂轮将 其切成两件，则不但降低成本，还可以减少变形。 2.根据特点预留加工余量 图12-10所示为一45钢的成型模，热处理后内孔会趋向胀大，故机械 加工时应预先留出负公差，使热处理后符合设计要求。