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1、热处理原理与工艺课程设计题目：50Si?Mn弹簧钢的热处理工艺设计院 系 ： 专业班级： 学号学 生 XX 指导教师 起止时间：机械工程学院*2014-12-15至2014-12-19.word.zl.课程设计任务及评语院系：机械工程学院 教研室：材料教研室学号*学生XX*专业班级*课程设计题目50Si Mn弹簧钢的热处理工艺设计2课 程 设 计 要 求 与 任 务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述50SiMn弹簧钢的热处理工艺，制2定出热处理工艺路线，完成工艺设计；分析50Si Mn弹簧钢的成分特性；阐述250SiMn弹簧钢淬火、回炽热处理工艺理论根底；阐述各热处理工序中材料的
2、组2织和性能；说明弹簧钢的热处理处理常见缺陷的预防及补救方法；选择设备；给 出所用参考文献。二、课设任务1选定相应的热处理方法；2制定热处理工艺参数；3画出热处理工艺曲线图；4分析各热处理工序中材料的组织和性能；5选择热处理设备三、设计说明书要求设计说明书包括三局部：1概述；2设计内容；3参考文献。工 作 方 案集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论0.5天，设计6天：1概述0.5天，2服役条件与性能要求0.5天，3失效形式、材料的选择0.5天，4构造形状 与热处理工艺性0.5天，5冷热加工工序安排0.5天，6工艺流程图0.5天，7 热处理工艺设计1.5天，8工艺的理论根底、原那么0.5天，0
3、9可能出现的 问题分析及防止措施0.5天，10热处理质量分析0.5天，设计验收1天。指导教师评语及成绩成绩：学生签字：指导教师签字：年月日目录一、概述11.课程设计的目的12.课程设计的任务13.课程设计的题目14. 课程设计的内容及步骤1二、热处理工艺课程设计的内容及要求11、零件的技术要求及选材12、化学特点和性能23、制定热处理工艺路线34、工艺参数35、热处理工艺曲线76、分析各热处理工序中材料的组织和性能77、缺陷分析88、选择热处理设备109、测温仪器和温度控制方式10三、 收获和体会11四、参考文献11.word.zl.第一局部 概述1、课程设计的目的热处理工艺课程设计是高等学校
4、金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原 理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是：1培养学生综合运用所学热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得 到稳固和开展。2）学习热处理工艺设计的一般方法，热处理设备的选用等。3进展热处理设计的根本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手 册、标准和规X。因此，本课程设计要求我们综合运用所学知识来解决生产实践中的热处理工艺制定问 题，包括工艺设计中的细节问题，如设备的选用，夹具的设计等。要求我们设计工艺流程, 这需要查阅大量的文献典籍。如何灵活使用资料、手册，怎样高效查找所需信息，以及手 册的查找规X和标准等，均不是一蹴而就
5、的事情，需要我们在实践中体会并不断地总结， 才能不断进步。2、课程设计的任务根据技术要求，选定相应的热处理方法，制定热处理工艺参数，画出热处理工艺曲线 图，分析各热处理工序中材料的组织和性能，选择热处理设备。3、课程设计的题目50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺第二局部 热处理工艺课程设计的内容及要求1、零件的技术要求及选材热处理态及硬度: HRC42-45变形要求：1%组织： 马氏体+回火托氏体其它：能承受极限载荷10000N，单圈刚度?=1500N/mm,工作极限载荷下 的单圈变 形量?=6mm，许用应力740MPa.弹簧选材的原那么是：首先满足功能要求，其次是强度要求，最后才考虑经济性。碳素
6、弹簧钢是弹簧钢中用途广泛，用量最大的钢类。钢中含0.60%0.90%的碳和0.3% 1.20%的锰，不再添加其它合金元素，使用本钱相对较低。碳素弹簧钢丝经适当的加工或热 处理，可以获得很高的抗拉强度，足够的韧性和良好的疲劳寿命。但碳素钢丝的淬透性低， 抗松弛性能和耐蚀性能差，弹性模量的温度系数较大（高达300Xl0-6/C）,适用于制造截面 较小，工作温度较低（120C）的弹簧。合金弹簧钢一般含0.45%0.70%的碳和一定量的Si, Mn，Cr，V，W及B等合金元素。合 金元素的参加改善弹簧钢的抗松弛性能，提高钢的韧性，同时显著提高钢的淬透性和使用 温度，适用于制造较大截面，较高温度下使用的
7、弹簧。2、50Si Mn 弹簧钢的化学特点和性能要求2由于弹簧是在弹簧 X 围内工作，不允许产生永久变形。弹簧钢应具有优良的综合性 能，如力学性能 （特别是弹性极限、弹性极限、屈强比）、抗弹减性能（即抗弹性减退性能， 又称抗松弛性能）、疲劳性能、淬透性、物理化学性能（耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等）。 为了满足上述性能要求，弹簧钢具有优良的冶金质量（高的纯洁度和均匀性） 、良好的外表 质量（严格控制外表缺陷和脱碳）、准确的外形和尺寸。表一：50Si Mn弹簧钢的成分2钢号CSiMnCrNiPS50Si2Mn0.560.61.502.00.600.90.701.00.350.0400.04040
8、00、C:每种合金元素形成碳化物时都要有一定数量的碳与之化合，含碳量低会使局部合金 元素失去析出硬化的时机；含碳量过高，多余的碳会和铁形成化合物或其他稳定性差的碳 化物，从而降低钢的可加工性及韧性。、W:钨是提高高速钢回火稳定性和耐热性的主 要元素。在马氏体中，钨原子和碳原子的结合力很大，提高了马氏体在受热时的分解稳定 性，使钢在高达550600C时仍能保持高的硬度。钨的碳化物在高温加热时有力的起到阻 止晶粒长大的作用。高速钢淬火后在560C回火时，碳化物析出并作均匀弥散分布；钢中 剩余奥氏体在回火后冷却时转为马氏体，将产生二次硬化作用。这些都能进一步提高钢的 耐磨性和切削性能。、Cr:铬可提
9、高钢的淬透性和回火稳定性，促进W、V等碳化物的 析出硬化。V:钒也是提高高速钢回火稳定性和耐热性的元素。钒的碳化物硬度高，晶粒 细，有较强的抗集聚能力，随着钒含量增加，钢的耐磨性大幅度提高，但可磨削性显著降 低，增加了刃磨困难。为此钒的含量一般不超过3% 。 、 Si :有助于提高钢的耐热性和热 硬性，但韧性较差。(5) 、Al:铝的作用和钴相似，并有容易形成致密氧化膜而起着防止沾刀的作用。(6) 、S、N:参加少量的硫，可以得到易切削的高速钢；参加少量的氮，可以增加钢的红硬 性，提高刀具的切削性能。3、制定热处理工艺路线原材料检查前期预处理下料剪断料头锻扁加热卷绕成型 淬火淬火介质为油中温回
10、火带芯棒初步检验整形去应力退火 带芯棒检验喷砂立定处理断面加工检验外表防腐处理4、工艺参数加热温度:钢:小于 A1高合金钢：600750C加热速度：100150C/h冷却速度：50100C/h1正火碳钢及低合金钢：550650C铸铁：500550C保温时间：35min/mm正火是将钢加热到Ac或AC 以上3050C并保温一定时间，然后出炉在空气中冷却的热3cm处理工艺。与完全退火相比，二者的加热温度及保温时间一样，但正火冷却速度较快，转变温度较低，发生伪共析转变。正火工艺参数示意图如下m 一汁）工艺曲线2淬火加中温回火将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬
11、火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710C 的某一适当温度进展长时间的保温，再进展冷却，这种工艺称为回火。3淬火加热方式及加热温度确实定原那么淬火一般是最终热处理工序。因此，应采用保护气氛加热或盐炉加热。只有一些毛坯 或棒料的调质处理（淬火、高温回火）可以在普通空气介质中加热。因为调质处理后尚须机 械切削加工，可以除去外表氧化、脱碳等加热缺陷。但是随着少、无切削加工的开展、调 质处理后仅是一些切削加工量很小的精加工，因而也要求无氧化，脱碳加热。淬火加热一般是热炉装料。但对工件尺寸较大，几何形状复杂的高合金钢制工件，应该根 据生产批量的大小，采用预热炉（
12、周期作业）预热，或分区（连续炉）加热等方式进展加热。 1：淬火加热温度： 淬火加热温度，主要根据钢的相变点来确定。对亚共析钢，一般选用淬火加热温度为 Ac3+3050C）,过共析钢那么为Ac1 + （3050C）。之所以这样确定，因为对亚共析钢来说， 假设加热温度低于Ac3，那么加热状态为奥氏体与铁素体二相组成，淬火冷却后铁素体保 存下来，使得零件淬火后硬度不均匀，强度和硬度降低。比Ac3点高3050C的目的是为 了使工件心部在规定加热时间内保证到达Ac3点以上的温度，铁素体能完全溶解于奥氏体 中，奥氏体成分比拟均匀，而奥氏体晶粒又不致于粗大。对过共析钢来说，淬火加热温度 在Ac1Ac3之间时
13、，加热状态为细小奥氏体晶粒和未溶解碳化物，淬火后得到隐晶马氏 体和均匀分布的球状碳物。这种组织不仅有高的强度和硬度、高的耐磨性，而且也有较好 的韧性。如果淬火加热温度过高，碳化物溶解，奥氏体晶粒长大，淬火后得到片状马氏体 （孪晶马氐体），其显微裂纹增加，脆性增大，淬火开裂倾向也增大。由于碳化物的溶解， 奥氏体中含碳量增加，淬火后剩余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低。高于 Ac1 点 3050C的目的和亚共析钢类似，是为了保证工件内各局部温度均高于Ac1o2：注意：确定淬火加热温度时，尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却 介质和冷却方式等因素。在工件尺寸大、加热速度快的情况下，淬
14、火温度可选得高一些。因为工件大，传热慢，容 易加热缺乏，使淬火后得不到全部马氏体或淬硬层减薄。加热速度快，工件温差大，也容 易出现加热缺乏。另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较高加热温度。在这种情 况下，淬火温度可取Ac+(5080C),对细晶粒钢有时取Ac+100C。对于形状较复杂，容33易变形开裂的工件，加热速度较慢，淬火温度取下限。 考虑原始组织时，如先共析铁素体比拟大，或珠光体片间距较大，为了加速奥氏体均匀化 过程，淬火温度取得高一些。对过共析钢为了加速合金碳化物的溶解，以及合金元素的均 匀化，也应采取较高的淬火温度。例如高速钢的Ac 1点为820840C，淬火加热温度高达 1280C。考虑选用淬火介质和冷却方式时，在选用冷却速度较低的淬火介质和淬火方法的情况下， 为了增加过冷奥氏体的稳定性，防止由于冷却速度较低而使工件在淬火时发生珠光体型转 变，常取稍高的淬火加热温度。二、淬火加热时间确实定原那么淬火加热时间应包括工件整个截面加热到预定淬火温度，并使之在该温度下完成组织转 变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需的时间。因此，淬火加热时间包括升温和保温两 段时间。在实际生产中，只有大型工件或装炉量很多情况下，才把升温时间和保温时间分 别进展考虑。一般情况下把升温和保温两段时间通称为淬火加热时间。当把升温时间和保
