1、本科毕业论文（20 届）T8 钢冲模热处理研究所在学院专业班级 材料成型及控制工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： T8 钢冲模热处理研究 1课题意义及目标T8 属于碳素工具钢，淬硬型塑料模具用钢一般进行淬火回火工艺。较高硬度和耐磨性，淬火、回火后，有较高的硬度和耐磨性。但热硬度低，抗热变形力，塑性和强度都是较低的。一般作为形状简单，具有高硬度和耐磨性的各种工具钢，如锉刀、刮刀、冲头、锯条、木工加工木材工具等工具 1。目的：通过对
2、 T8 钢常规热处理的研究，利用金属学及热处理的相关知识，研究如何能提高 T8 钢冲模在淬火+低温回火热处理时在特定面的淬火厚度，得出一定的工艺方法。以所学专业知识为基础，以实用为目的，通过热处理工艺进行分析及相关参数的计算，进一步得到 T8 钢的热处理规范，在常规热处理基础上有所创新。总结出熟练掌握热处理，特别是碳素模具钢热处理的规律和方法。 意义：培养综合运用所学基础理论、基本知识、基本技能和专业知识。通过完成课题，强化处理实际问题的能力；掌握基本的设计(科研)方法，受到初步的训练。2主要任务（1）通过对 T8 钢常规热处理的研究，利用金属学及热处理的相关知识，研究如何能提高 T8 钢冲模
3、在淬火+低温回火热处理时在特定面的淬火厚度，得出一定的工艺方法。（2）以所学专业知识为基础，通过热处理工艺进行分析及相关参数的计算，进一步得到 T8 钢的热处理规范，在常规热处理基础上有所创新。总结出碳素模具钢热处理的规律和方法。（3）对 T8 钢热处理工艺性进行科学的分析；必要时通过实验对相关参数进行准确的分析研究。（4）通过查阅相关的热处理资料和研究手册，设计出合理的工艺法案。3主要参考资料1戚正风金属热处理原理M北京：机械工业出版社，1999. 2林吉曙碳钢硬度值的研究J成都纺织高等专科学校学报，2002，19(2)：14-18.3张西鹏 热处理工艺对高速钢硬度的影响J热加工工艺，200
4、7，36(2)：61-634盖全芳不同淬硬钢的回火特性J鲁东大学学报(自然科学版)，2007，23(2)：180-183.5李晓理 热处理工艺对 T8 钢显微组织及硬度的影响J辽宁科技大学学报，2014，37(2)：137-143.6金宝士，宋春梅，张淑琴，等. 热处理工艺对 T8 钢硬度及冲击韧性的影响J佳木斯工学院学报，1994，(12)：2-4.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅文献，了解研究目的意义，完成开题报告2014.12.01-2014.12.202 广泛阅读相关文献，制定实验方案 2014.12.21-2015.03.103 完成热处理实验及组织观察，准备中期检查
5、 2015.03.11-2015.04.20 2015.03.11-2015.04.204 完成力学性能测定及实验结果分析 2015.04.21-2015.05.155 撰写毕业论文，准备答辩 2015.05.16-2015.06.10 2015.05.15-2015.06.05审核人： 年 月 日T8 钢冲模热处理研究摘 要：本文通过对 T8 钢进行研究，分别阐述了冷作模具钢，热作模具钢的特点以及 T8 钢的普通热处理的特点，研究如何通过热处理的方式来使用 T8 钢制造冷冲模具，并达到相应的标准。通过冷作模具钢的要求来选择热处理的方式，进一步研究T8 钢的球化退火和淬火+低温回火热处理，力图
6、达到模具钢所需的硬度值要求。对进行过淬火+不同温度下的低温回火后的锻后 T8 钢试验样品进行硬度值和冲击韧性测试，完成 T8 钢冲模热处理的研究。关键词：T8 钢，冲模，淬火+低温回火处理，热处理Research on T8 Steel Die Heat TreatmentAbstract：Through research on T8 steel, this paper respectively illustrates characteristics of cold work die steel, hot work die steel and normal heat treatment of
7、T8 steel, and studies how to apply T8 steel to manufacture cold punching die by heat treatment and achieve the corresponding standard. According to the requirements of cold work die steel, it fatherly studies the spheroidizing annealing and quenching + low tempering heat treatment, so as to meet the
8、 requirement of die steel. It has a test of hardness value and impact toughness on the T8 steel sample forged by quenching + low tempering under different temperatures, so as to complete the research on T8 steel die heat treatment.Keywords: T8 Steel, Die, Quenching + Low Tempering Treatment, Heat Tr
9、eatment第 I 页 共 I 页目 录1 前言 .11.1 T8 钢的简介 .11.2 模具钢的具体要求 .22 热处理简介 .52.1 热处理的类型 .62.1.1 热处理工艺及规范 .82.1.2 热处理的三要素 .102.1.3 铁碳合金相图 .112.2 T8 钢的常规热处理及其特点 .162.2.1 T8 模具钢的性能要求 .182.2.2 T8 模具钢的热处理规程 .192.3 本章小结 .193 T8 钢冲模热处理实验 .203.1 实验方案 .203.2 实验数据与结果 .224 结 论 .23参考文献 .24致谢 .2511 前言1.1 T8钢的简介钢的冶炼可以从古代追溯
10、至今，它具有十分古老的历史。在中国，最早的炼金术师便是第一代从事金属热处理的人。他们偶然间发明了火药，并且极大地推动了社会的大跨步发展，在人类的发展史添上了浓厚的一笔。金属热处理的发展在现代史中尤为重要。钢以其极高的强度、良好的性能成为人类最青睐并且使用最多的材料之一，它是建筑，制造和生产，运输等等人类日常生活中必不可少的成分。在现代社会，钢扮演了现代社会物质基础的重要角色。T8 钢是一种常见的高碳钢，碳含量一般大于 0.7%，这赋予了 T8 硬而脆的特点；T8 钢是一种常见的工具钢，且 T8 钢属于碳素工具钢，一般适用于制造横截面积（断面）大，和磨削类的工具；也部分地适用于淬硬型(钢在淬火时
11、，硬度值上升较大)塑料模具用钢。T8 钢由于含碳量较多所表现出的高硬度和耐磨性，体现在了它作为工具钢时，具有很优良的性能。按照使用方向分类是一种优质的碳素工具钢；按照其成分分类，是一种高碳的碳素合金钢；化学成分含Si：0.35%；Mn：0.40%；P0.035%；S0.030%，按照冶金质量分类是一种优质的冶炼钢；淬火回火后有较高的硬度、耐磨性，但受热后不稳定，钢的热硬性较低（在较高温度下，仍能保持较高硬度的性能，也称作红硬性），容易发生热形变。好的一面是它的淬透层深度大，容易进行淬透和渗透工艺。材料的塑性及材料强度（材料强度和结构强度统称强度）较低。T8 钢概述及其一般用途：T8 钢在加热过
12、程中容易因过热引发材料裂解，在加热过程中，金属热变形较大。并且因为 T8 钢本身的的金属塑性、金属的强度都相对较低，不适合于模具钢的制造。但 T8 钢淬透性好，且通过热处理会获得更高的硬度和较好的耐磨性。因为高含碳量，高的硬度和优秀的耐磨性，它可用于制造截面（断面）大的工具，和需要一定的硬度来与工件直接接触，进行成型工艺的工具；用于制造承受一定冲击力并且要求耐磨性较高，淬透性好的刃口工具，如锉刀、刮刀、冲头、锯条、木工加工木材工具等工具。21.2 模具钢的具体要求热作模具钢的一般性能要求：(1)硬度：无论是热作模具还是冷作磨具，它们在工作时受力状态是比较复杂的因此需要材料有一定的硬度。冷作模具
13、的硬度一般在 58HRC 以上，而热作模具，尤其是要求比较高的抗热疲劳性能的模具，通常硬度在 45HRC 左右。对于普通经常使用的塑料模具来说，一般硬度要求在 35HRC 左右。并且硬度值也不是越高越好，高的硬度值代表着较高的脆性和较低的韧度，在模具生产中是极其不利的。（2）高强度与高韧性：零件在成形时，模具承载着非常巨大的负荷，如冲击、扭曲还有一定的压力等。尤其是高速冲压、高速精密锻造和金属液态成形等技术以及金属一次成形技术的发展，模具承受着更加剧大的负荷，往往由于钢材的屈服强度和韧度不够，造成模具的型腔边缘或模具内部局部塌陷、刃口崩刃或断裂而造成早期失效，带来非常大的损失。因此模具热处理后
14、应具有相应较高的硬度和韧度。（3）耐磨性：热成型过程中，该材料对模具型腔的内表面的相对运动和腔内部的热压力共同影响，造成了模具的内表面的磨损。因此，模具的尺寸精度，形状和表面粗糙度发生了改变而破坏。磨损的触发的条件很多，过程也非常复杂，除了影响模具的外界条件（空气，温度，湿度等）外在因素外,影响因素还有很多，比如采用钢材的化学成分（内部杂质）的内部结构不均匀性、组织结构状态的不同（晶胞的排列方式）、材料的力学性能等等内在因素。（4）疲劳性：因为模具的反复机械冲击和热冲击应力下工作的周期性，这种力称为交变热应力，在热模具工作过程中，交变热应力将更明显地导致模具热裂受应力和温度的影响而引起裂纹，引
15、发疲劳磨损和破坏。在模具的破坏中，往往是在型腔内表面形成浅而细的裂纹，裂纹的迅速传播和扩展导致模具失效。同时钢存在着不同的的化学成分，例如：磷(P)、硅(Si)、锰(Mn)、铝(Al)、铜(Cu)和稀土元素等等。这些化学成分不均匀也会导致疲劳强度降低。还有金属在冶炼过程中造成的的冶金缺陷，常见的冶金缺陷一般有裂纹、结疤、表面局部重叠、气泡、中心疏松、夹杂物等等。比如非金属夹杂物的存在，使钢中出现气孔，孔隙和含气腔，微裂纹，从而降低钢的疲劳强度，在模具工作环境中产生了交变应力。在这些交变应力作用下，首先从产生于此类易于破坏的区域的冶金缺陷开始，产生疲劳失效。疲劳失效继续发展成为疲劳裂纹，最终导致
16、损坏。（5）粘着性：3模具零件的表面由于金属原子之间存在着共用原子与单相扩散的作用，接触处会产生原子的相互作用。往往会使得被加工金属与加工工具之间互相接触，使金属产生粘着和粘附。主要体现在一些剪切、切削这类带有纵向载荷的工具和冲压工具的表面会更多的产生粘附或翘曲结痂现象，这会影响刃口的锋利程度。另一方面由于局部组织中化学成分，晶格组织结构横向或者竖向的拉伸改变，会使部分刃口崩裂，还会使粘附在刃口上的金属脱落，掉落在模具内腔中参与下一次制作，进一步划伤模具，使工件表面产生划痕和残缺。因此需要良好的抗粘着性来解决类似问题。（6）抛光和蚀刻性：塑料模具因为其产品的成本极低、制作方便快捷、回收利用简易
17、的特点，应用越发广泛。但是也存在这些缺点，比如其表面粗糙度值很低，会频繁与模具摩擦，影响到模具的寿命和生产效率。产品的质量也无法保证，而且塑料由于其本身化学成分的特点，因此具有一定的腐蚀性，会对模具产生化学破坏。另一方面塑料制品需要较高的表面光洁度，因此好的模具钢应该具有一定的抗腐蚀和抛光性能。冷作模具钢的性能要求：相对于热作模具钢，冷作模具钢对高热态金属的性能无太多要求，更多的需要选用的钢材的硬度、耐磨性好。因此一般冷作模具钢一般需要有较高的含碳量来获得足够的硬度。为了增加淬透性，提高钢材耐磨性。一般也需要较高的合金元素的含量。冷作模具钢制造模具的范围一般包括冲裁模具（落料冲孔模，冲孔，切边
18、模，剪切）、冷挤压模和冷镦模、压弯模、拉伸模及拉丝模等。模具（冷作）在工作时由于被加工材料的硬度极高，很难让其产生屈服。模具的工作部分便会受到很多复杂的负载，如压力，弯曲力，周期性的冲击力和摩擦力。因此，冷作模具的损坏原因一般是磨损损坏。也有因金属强度原因如断裂、崩力和变形而前期失效的。高硬度、高耐磨性的模具是冷作模具钢最基本的要求，同时也需要高的抗弯强度和足够的韧性，以此来保证模具在冲压工艺中以免损坏，另一方面由于模具的加工工艺和其本身所具有的复杂的形状。而且摩擦面积大磨损大并且修复起来非常困难，出现磨损问题一般只能报废，因此要求具有更高的耐磨性。且模具工作时承受冲压力大而且形状复杂的模具，在其边缘部分易于产生应力集中引起边缘破坏，所以要求具有较高的韧性和特定面的高韧度；冲压模具一般尺寸大、形状复杂所以要求具有较好的淬透性、不易变形和材料开裂。总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面（材料本身在常温下的力学性能）的要求要较高一些在4高热环境下硬度变化的性能上很少有要求或基本上不需要严格的要求（因为是冷成型无需加热），对应于一些合适的冷模钢的形成，例如 Crl2、Cr12Mo1V1、9CrWMn等，在此不一一赘述这些钢的特点。图1.1冷作模具钢 图1.2热作模具钢
