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摘要：以40Cr为具体对象，通过试验工作研究中碳钢在淬火和回火后的冷挤压变形行为。分析了变形程度的影响（10%−50%），模具锥角（90˚−120˚），淬火和回火后的硬度（HRC21−29）和成形载荷的润滑条件。结果表明，挤压件的内部没有中央破裂和微裂纹、并且成型质量良好。双高峰现象产生在试样的前端部分；双峰指数随变形程度增大而增大，较大变形能避免双峰现象。变形程度是最重要的影响因素，润滑条件几乎没有影响，这就意着在淬火和回火后，磷化膜加上肥皂的步骤仍然是一种合适的润滑方式。通过对变形前后的显微结构，初始晶粒是在挤出方向拉长，这一特征在试件的前端更为明显。49012
毕业论文关键词：中碳钢；淬火和回火；冷挤压；变形行为；微观组织
1 引言
40Cr(AISI 5140或41Cr4)是一种中碳钢。这种类型的料在淬火及回火处理后具有良好的综合性能和适当的强度、塑性和韧性，该种材料总是用于生产各种类型的汽车零件，如轮、轴、转向节等等。锻造是对这些汽车零部件进行成形加工的一个重要方法。要研究热锻和热锻成形性能，我们通过热加工实验对ASIS 5140在650℃到850℃的温锻温度范围内的流动应力变化规律进行系统地分析，以及通过在850℃，950℃和1050℃的进行扭转测试的方法调查41Cr4钢的热加工反应。为了提高冷成型性能，在冷锻中通常使用退火处理。
为获得良好的力学性能，约2/3的中碳钢锻件在实际锻造过程中需要进行淬火和回火处理，然而热处理过程往往会造成过度、不受控制的变形。锻件尺寸精度受锻件在淬火、回火过程中受变形影响，不合格的零件往往会在冷锻过程中产生。为了克服这个缺点，通过对中碳钢冷挤压变形行为（如40Cr）淬火、回火后的实验研究，为将来汽车冷锻件网状成形打下基础。
2 实验
2.1 工件和模具
工件的材料是40Cr。为了避免了热处理过程中引起的失真，切坯必须先经过淬火调与回火质。淬火和回火处理方法包括在真空炉中加热到850℃和水淬，然后在不同温度回火，也就是在580℃、600℃和630℃，并且在冷却至室温之前在这些温度下保持120分钟；最后得到不同硬度的坯料。经过测量，加工后得到的是35毫米外径的圆柱形工件并且它的高度与直径的比值为1׃1。如图1所示，润滑膜是通过磷酸锌涂层和皂洗工艺沉积在工件表面。图2所示的是研究中使用的正向挤压模具。图中，冲头的材料为Cr12MoV，凸模套材料为40Cr。采用组合模具，双层模在微小变形条件下使用，三层模则在变形较大的情况下应用（如εF = 50%），模芯材料是高速钢W6Mo5Cr4V2。实验条件可以通过改变模具的核心来改变。
磷化和皂洗工艺后的工件
正向挤压模示意图
2.2 实验方案和方法
如果超过2个水平被使用的话则可以确定工艺参数的非线性行为。为了减少实验次数，采用水平正交试验设计方法对实验方案进行了设计。对参数从三个水平进行了分析，如表1所示。在这个实验中，四个影响参数被认为是重要的，即，参数1—变形程度；参数2—凹模锥角；参数3—淬火和回火后硬度；参数4—润滑条件。表1描述了各参数与其对应的水平。每个参数的水平是由现有的经验结论以及现有的条件所决定的。试验中，对反应变量进行了分析。观察是否出现中心爆裂现象。考虑最可能出现中心爆裂的变形范围是变形程度较小的区间，由于此时参与塑性变形的材料较少，塑性变形区较小，中心材料在挤压变形过程中为两压一拉的应力状态，对塑性较差的材料易出现内裂纹，因此，取变形程度20%、30%、40%，同时考察凹模锥角、材料硬度和润滑条件3个因素（每个因素各取3个水平）对中碳钢调质后冷挤压件质量的影响。通过正交试验，可以有效减少试验次数，对工艺影响因素进行综合分析，找到可能产生中心爆裂的挤压工艺条件。H表示为淬火和回火后的钢坯的平均硬度，H = HRC21表示低水平的硬度；H = HRC25意着中等硬度，H = HRC29意着高水平的硬度。润滑条件A是磷化膜加肥皂处理（P-S处理），润滑条件B是与猪油涂层结合的P-S处理，润滑条件C是猪油和MoS2涂层与P-S处理的结合。此外，在凹模锥角˚α= 120的情况下，也安排了另外5个不同变形程度的挤压试验（如10%，15%，25%，35%，50%）。因此，在这项研究中展示了在14个不同的条件下进行的挤压实验。负载−行程曲线是通过挤压试验过程中的成形载荷测量系统记录的，此外，金属流动曲线，内部形成缺陷以及微观结构也同时进行了研究。根据正交挤压实验结果，对最大挤压载荷的影响最大的是变形程度，其次是凹模锥角，再次是材料的硬度变化，而该组试验中的3种润滑方式的变化对最大载荷 的影响则可忽略。说明在冷挤压过程中磷、皂化润滑起主要作用，而猪油和 MoS2 在冷挤压过程中起的润滑作用不大。