训练1 QT600-3球墨铸铁拉伸模的氮化处理1. 1.拉伸模的应用
机械零件和人们生活的日用品中有大量是采用薄板经拉伸成形技术制造的,如大批量生产的各种汽车外壳、气缸盖罩壳、家用电器的金属罩壳、日常生活使用的面盆、厨房用品等。用于拉伸的材料,通常有低碳钢薄板、不锈钢薄板、铝材薄板等。
2.球墨铸铁拉伸模的优点
采用球墨铸铁作为拉伸模材料具有以下优点:
1)拉伸模工况不承受冲击和剪切作用,而是依靠凸模的挤压,使薄板在凹模与凸模的合模间隙中成形,所以板材在拉伸成形过程中,材料和模具的受力都是舒缓的。
2)一副拉伸模(含凹模和凸模)的用材与被拉伸的薄板材料质量相比,模具需使用大量材料,尤其是深度大的大型拉伸凸模体积庞大,如采用大块模具钢而发挥作用的仅是模具的表面层,大量的模具钢被浪费,会造成模具材料成本很高。
3)采用球墨铸铁制作拉伸模,可用于精度要求不高的零件,模具铸坯和机械加工性能好。
4)采用钢模进行拉伸经常会出现粘模问题,在实际使用中往往也会由于耐磨性不够而失效。造成粘模的原因除材料因素外,还与其热处理状态和表面加工方法有关。而减小摩擦阻力可以有效地解决粘模问题。球墨铸铁的抗拉强度,特别是屈服强度和屈强比都高于碳钢,再加上有石墨的储油和润滑作用,因此无论是干摩擦还是半干摩擦时,其耐磨性都优于碳钢。尤其是当珠光体呈细片状、石墨细小且均匀分布时,其耐磨性和减摩性最好。
因此,采用QT600-3球墨铸铁材料,再配合氮碳共渗的表面强化方法,可使其表面硬度大于或等于500HV,渗层深度可达到0.25~0.35mm,可大大提高使用寿命。
球墨铸铁拉伸模的加工工艺路线及热处理方法
(1)加工工艺路线 铸造毛坯→清砂→正火→去应力退火(回火)→机械加工→试模→气体氮碳共渗→投入使用。
(2)热处理方法 预备热处理为正火,然后进行机械加工到尺寸,最后进行气体氮碳共渗后即可投入使用。
1)正火:正火的目的是使铸态基体的混合组织转变为珠光体基体,从而提高强度和耐磨性。
正火设备使用箱式电阻炉,温度为900~920℃,保温1~3h,视零件的壁厚情况,决定冷却方式,如薄壁件可采用空冷;对于含硅量较高的壁厚件可采用风冷甚至喷雾冷却。正火后应能获得体积分数大于80%以上的细片状珠光体,硬度达到240~300HBW,这样就可保证有较高的强度、硬度、耐磨性和最好的减摩性。
由于正火后铸件内有较大的内应力,因此,一般在正火后都要进行一次消除内应力的退火(常称为回火),加热温度为500~550℃,保温2~3h,然后出炉空冷,以减小模具以后的变形。
2)气体氮碳共渗:球墨铸铁中的石墨有良好的润滑作用,经气体氮碳共渗后,由于球墨不参予氮碳共渗过程,氮不溶入球墨内部而仅在球墨的外围和零件的表面与铁作用形成白亮色的碳氮化合物—ε相。这样模具表面的硬度就能达到550~750HV,摩擦因数也可减小,耐磨性则可提高6倍左右(见表3-4)。
表3-4 耐磨性对比试验
|
材 料 |
热处理工艺 |
摩擦因数 |
磨损后减重/mg |
QT600-3 |
正火 |
0.05 |
0.48 |
QT600-3 |
正火+气体氮碳共渗 |
0.04 |
0.08 |
由于球墨铸铁中含硅量较高,气体氮碳共渗速度较慢,所以采用将尿素直接放入炉内并且通氨的方法,在550~570℃,保温5~6h,出炉油冷。氮碳共渗后变形很小,可以不用任何加工就可投入使用。
综上所述,如果模具未经正火,则球墨铸铁在铸态下的珠光体量只有30%~50%,(体积分数),由于铁素体较多,强度和耐磨性均较珠光体基体差。如经正火后不进行氮碳共渗,则表面硬度低,且抗咬合性能差。所以,应采用正火+气体氮碳共渗处理为最佳。
训练2 20CrMnTi钢锥齿轮的渗碳、淬火1. 1.零件外形及热处理技术要求
锥齿轮外形如图3-7所示,所用材料为20CrMnTi钢,其热处理技术要求为:齿轮整体渗碳,渗碳层有效深度为1.0~1.4mm,齿面硬度为58~64HRC,心部硬度为33~48HRC,金相组为碳化物1~4级,马氏体及残留奥氏体1~4级,热处理后内孔圆度误差小于或等于0.03mm、底面平面度误差小于或等于0.08mm。
2.选择渗碳设备及工件装夹要求
为了提高渗碳的生产效率,可采用RJJ-75滴注式井式渗碳炉。由于工件需要进行整体渗碳,并尽可能防止畸变,可将锥齿轮用铁丝进行绑扎(三点绑扎)并串成一串,注意保持齿轮端面水平,即齿轮的轴线呈铅垂状。
1.渗碳、淬火
(1)装炉排气 将工件装入炉内,此时炉温应降至800℃左右。在升温阶段,因为甲醇的分解速度快,利于排气,故应采用甲醇作为冲淡介质进行排气。当温度升至900℃时,改为滴注煤油。
(2)气体渗碳 将炉温升至(930±10)℃进行强渗碳,此时保持煤油的滴速为60~80滴/min,保温5.5~6h,即可完成强渗阶段。
(3)随炉降温淬火 当强渗阶段结束后,将煤油的滴速降至20~30滴/min(也可改滴甲醇),随即关闭电源,使工件随炉降温至(820±10)℃,保温30~40min,即可打开炉门,直接淬入油中冷却。
(4)冷处理(按需要进行) 淬火后,为了减少工件中残留奥氏体数量,防止工件在使用中继续发生组织转变以增加额外的畸变,待工件冷至室温后可将其放入低温箱中,在-60℃以下进行冷处理,保温时间为2~3h,然后让工件恢复至室温。
(5)低温回火 工件进行低温回火可选用井式回火炉,回火温度可控制在(180±20)℃的范围内,回火时间可根据装炉量控制在3~4h。
2.清理
经过热处理的工件表面会有一层氧化膜,不便进行热处理质量检验,可对工件进行吹砂处理,吹砂的压力应控制在2atm以内,吹砂后应尽快检验并按有关规定进行油封。
3.质量检验
1)经过渗碳、淬火、冷处理和回火的工件,应从每批(炉)的工件中抽取一件进行去应力回火[在电阻炉中加热(400±20)℃,保温1h,空冷],然后将工件剖开进行检查:渗碳层深度为1.0~1.4mm,碳化物级别为1~4级,马氏体及残留奥氏体级别为1~4级。
2)按10%的比例抽取工件检查渗碳层表面硬度为58~64HRC。
3)剖开一只工件,检查心部硬度为33~48HRC。
4)对100%工件检查内孔圆度误差应小于或等于0.03mm,底面平面度误差应小于或等于0.08mm。