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汽车风扇带盘拉深模具复合强化工艺研究

章雪  
【摘要】: 本文分析了汽车风扇带盘拉深模具的工作条件,调查表明它的失效形式主要是磨损、疲劳和变形过量失效,分析认为该类模具应具有表面硬度高、耐磨性好、高强度和良好的强韧性。选用GCr15钢作为实验材料。分析了强韧化机理和渗硼机理,对比研究了常规热处理、循环热处理、高温固溶(不同温度与不同时间)+高温回火+常规淬火低温回火、高温固溶高温回火+等温淬火低温回火四种热处理的碳化物球化效果及其常规淬火低温回火的金相组织与性能;研究了渗硼温度和时间对渗硼层厚度和硬度的影响;提出了拉深模具的复合强化工艺。综合上述实验结果及讨论分析,得出以下结论: (1)GCr15钢试样的渗硼时间为5h时,渗硼温度由750℃逐步增加到950℃时,渗硼层的厚度由34μm增加到82μm,而且渗层的增长速度呈现先慢后快的趋势,尤其当温度增加至900℃时,渗硼层厚度加速增加;同时,随渗硼温度由750℃逐步增加到900℃,渗硼层的硬度由1143HV_(0.1),上升到硬度峰值1223HV_(0.1),到950℃时,又下降到1165HV_(0.1)。 (2)渗硼温度为900℃时,时间由1h逐步增加至5h,渗层厚度由22μm增加到65μm,与此相对应的渗层硬度从1151HV_(0.1)逐渐上升到1223HV_(0.1);渗硼层的厚度随着渗硼时间的增加而增加,渗层厚度增加的速率呈现先快后慢的趋势;渗硼时间延长对于渗层的表层硬度值影响不大。较好的渗硼工艺为900℃渗硼5h。 (3)900℃渗硼5h,在距表面20μm处的硬度为841HV_(0.1),在距表面40μm处的峰值硬度为1221HV_(0.1),在距表面80μm处的硬度下降速率比较大,仅为456HV_(0.1),随着渗层深度的增加,硬度值逐渐下降至基体硬度。 (4)常规球化退火与循环球化退火的组织均为球状珠光体,其中基体存在部分大块的、尖角状的碳化物组织,并且还有少量网状痕迹。840℃油淬+160℃回火的金相组织是回火马氏体+碳化物(保留了球化退火的组织特征)+少量残余奥氏体。 (5)950℃固溶1.5h+700℃回火2h,碳化物球化效果良好。840℃油淬+160℃回火的金相组织是回火隐针状马氏体+细小、圆整、均匀弥散分布的碳化物+少量残余奥氏体,淬火硬度为65HRC,160℃回火的硬度为63HRC,该工艺用于GCr15钢制的拉深模具是可行的。 (6)950℃固溶1.5h+700℃回火+840℃加热280℃等温淬火+160℃回火处理,得到隐晶回火马氏体和贝氏体复相组织,还有少量弥散均匀分布的细小碳化物。等温淬火硬度为63HRC,回火硬度为61HRC,贝氏体为韧性相,马氏体和贝氏体复合组织能够保证高硬度的同时又有一定的韧性,对于工作时受到较大冲击的拉深模具,需要稍大一点的韧性配合时,可用于模具的热处理。 (7)900℃渗硼5h+950℃固溶0.5h+700℃回火2h+840℃油淬+160℃回火1h的复合强化热处理,GCr15钢具有以下特点:渗硼层厚度69μm,硬度值为1225HV_(0.1),心部硬度63HRC,组织为回火隐晶马氏体+呈细小、圆整、均匀弥散分布的碳化物。建议将该复合强化工艺是用于工业生产。


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