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1、辽 宁 工 业 大 学 工艺 课程设计（论文）题目： 40Cr连杆正火-调质热处理工艺设计 院（系）：材料科学与工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：材料科学与工程学院 教研室：材料科学与工程教研室学 号学生姓名专业班级课程设计（论 文）题 目40Cr连杆正火调质热处理工艺设计课程设计（论文）要求与任务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行零件的服役条件与失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺设计。阐述40Cr连杆正火调质热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述连杆热处理质量检验项目、
2、内容及要求；阐明连杆热处理常见缺陷的预防及补救方法；给出所用参考文献。二、课设任务1.主动连杆材料的选择（要求在满足零件使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺性，合理选择材料）；2.给出40Cr的C曲线；3.给出40Cr连杆冷热加工工艺流程图；4.制定40Cr连杆正火调质热处理工艺。三、设计说明书要求设计说明书包括三部分：1）概述；2）工艺设计；3）热处理工艺卡；4）参考文献。设计说明书结构见工艺设计模板。工作计划集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论1.5天，设计7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）结构形状与热处理工艺性0.5天，5）冷热
3、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2天，8）工艺的理论基础、原则0.5天，9）设计工夹具0.5天，10）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，11）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 日攀枝花学院课 程 设 计 说 明 书（论 文） 目 录1连杆热处理工艺概述12 连杆的热处理工艺设计22.1连杆的服役条件和失效形式22.2 连杆技术要求及示意图22.3连杆材料选择32.4 40Cr的化学成分42.5 40Cr的C曲线42.5 连杆的加工工艺流程图52.6 40Cr连杆的正火、调质热处理工艺52.7
4、40Cr连杆的正火、调质热处理工艺理论72.8 40Cr连杆热处理的设备、仪表和工夹具选择82.9 40Cr连杆的热处理质量检验项目、内容及要求112.10 40Cr连杆的热处理常见缺陷的预防及补救方法123 热处理工艺卡133.1 40Cr连杆正火工艺卡133.2 40Cr连杆淬火工艺卡143.1 40Cr连杆回火工艺卡154 参考文献16I1连杆热处理工艺概述汽车连杆是发动机中一个重要的连接零件，在工作时它承受冲击性的、周期变化的拉应力和装配时的预应力，要求它具有足够的强度、冲击韧性和抗疲劳性能。40Cr屈服强度及淬透性均比40钢高，临界淬透直径:油中约为15-40 mm, 水中约为 28
5、-60 mm。断面尺寸在50mm时， 油淬无自由铁素体析，故有较高的疲劳强度，当含水碳量下限时，经淬火和回火后，除能获得较高的强度外，还有良好的韧性，水淬时，形状复杂的零件容易形成开裂，在450-680mm回火时，有第二类回火脆性倾向，但可随着截面尺寸的减少而减弱，白点敏感性较大，所以锻后宜缓冷，冷变塑性中等，冷顶锻前最予以球化处理，正火或调质后，可削性很好，正火后可削性也较好。2 连杆的热处理工艺设计2.1连杆的服役条件和失效形式2.1.1 服役条件（1）连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动合理的杆件。在发动机工作过程中，连杆要承受膨胀气体的作用，还要承受纵向和横向的惯性力。在一
6、个复杂的应力状态下工作。它既收交变的拉压应力，又受弯曲应力。因此连杆负载种类为疲劳冲击。（2）连杆受到的应力状态主要受拉应力和压应力。2.1.2 失效形式连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。2.2 连杆技术要求及示意图2.2.1技术要求具有良好的综合力学性能，即高的强度，良好的塑性和韧性。（1）在力学方面，钢材经调质处理后，性能应能达到零件要求的性能指标。根据大多数调质件对力学性能要求来看，其性能指标在如下范围内。b ： 600-1200MPas ： 320-800M
7、Pas /b ： 50-60% ： 10-20% ： 40-50%布氏硬度： 170-320HB（2）在工艺性能方面，除应具有良好的锻造性和切削加工性以外，最重要的是淬透性，以尽量提高钢件的淬透性。2.2.2 连杆示意图图1为汽车连杆零件示意图。图1 汽车连杆示意图2.3连杆材料选择连杆的工作条件要求连杆具有较强的强度和抗疲劳性能，又要求具有足够的钢性和韧性。连杆加工工艺中其材料一般采取45钢，40Cr或40MnB等调质钢，合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏感。所以，在连杆外形，过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能到达零件的工艺分析。钢
8、的性能决定于钢的组织，而钢的组织又与其淬透性有直接关系。实践证明，完全淬透适当回火后，钢具有最好的综合力学性能。当零件完全淬透时，不论碳钢或合金钢，要回火到相同硬度，其抗拉强度、屈服强度和疲劳强度也基本相同。对于调质钢来讲，加入合金元素主要是为了提高钢件的淬透性，因此常加入合金元素有Mn，Si，Cr，Mo，B等提高钢的强度和韧性，增加淬透性。因此，连杆可选用40Cr合金钢。2.4 40Cr的化学成分（1）碳含量：中碳Wc：0.25-0.5%，保证处理后具有足够的强度，良好的塑性和韧性。碳含量太低，强度硬度不足；太高，塑性，韧性降低；为到达两者兼顾，取中碳范围。一般碳素调质钢的淬透性低，含量偏上
9、限；合金调质钢淬透性好，随着合金元素增加，含碳量趋于下限。（2）合金元素：主加Cr，Ni，Mn，Si，Al等，提高淬透性，调质处理后有良好的综合力学性能；辅加W，Mo元素，防止高温回火脆性，细化晶粒，提高回火稳定性。加入放置第二类回火稳定的元素：含Ni，Cr，Mn的合金调质钢，高温回火慢冷是以长生第二类回火脆性。在钢中加入Mo，W可以防止第二类回火脆性，其适合含量约为0.15%-0.30%Mo或0.8%-1.2的W。2.5 40Cr的C曲线图2是40Cr的C曲线。图2 40Cr的C曲线2.5 连杆的加工工艺流程图连杆加工工艺流程图如图3所示。精加工喷丸调质正火下料锻造图3 连杆加工工艺流程图2
10、.6 40Cr连杆的正火、调质热处理工艺制造调质钢40Cr连杆采用的热处理工艺包括预备热处理的正火和最终热处理的调质处理。2.6.1 锻造工艺规范查阅热处理工艺规范数据手册可以找出40Cr钢工艺的加热温度、始锻温度冷却方式，本设计具体的锻造工艺参数如表1所示。表1 40Cr锻造工艺规范项目加热温度/开始温度/终止温度/冷 却钢锭850-8701250-1350835-870缓冷钢坯800-8201200-1300835-840缓冷2.6.2正火工艺曲线正火为调质处理做准备，将工件放入箱式正火炉中进行正火。加热温度Ac3+（30-50）。而40Cr材料的Ac3是820由此确定加热温度为850-8
11、70。确定保温时间为120min，冷却方式为空冷。图4为正火的工艺曲线图。850-870120min空冷时间/min温度/图4 正火的工艺曲线图2.6.3调质工艺曲线（1） 淬火工艺的制定 工件进入调质线进行工艺处理，淬火加热温度Ac3+（30-50），而40Cr材料的Ac3是820，由此确定加热温度为850-870，确定保温时间80min，冷却方式为油冷。图5为淬火工艺曲线图。 850-87080min油冷时间/min温度/图5 为淬火工艺曲线图（2） 回火的制定高温回火温度为500-650，确定保温时间为60min；冷却方式为空冷。图6为高温回火工艺曲线。空冷时间/min温度/500-65
12、060min图6 高温回火工艺曲线2.7 40Cr连杆的正火、调质热处理工艺理论2.7.1 正火工艺原理正火是指将钢材或钢件加热到 Ac3或Accm以上30-50 ，保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。钢件在Ac3线以上正火处理，正火的目的是细化晶粒，减少组织中的带状程度并调整好硬度以便机械加工，经过正火后的钢材具有等轴状的细晶粒，对珠光体钢也可以800左右进行一次退火以代替正火，可得到同样的效果，既细化晶粒，同时又改善了切削加工性。正火的方法是将工件加热到一定温度下，保温后，在空气中冷却。正火的目的与退火相似，由于在空气中冷却，冷却速度稍大，正火后得到的组织比退火的更细硬度也高
13、一些。与退火相比，正火生产周期短、生产率高，所以应尽量用正火替代退火 2.7.2调质工艺原理1、淬火钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。 淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织。40Cr工件淬火后应采用油冷，40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小。2、高温回火钢的回火指钢件经淬硬后，再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
14、常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。 40Cr的调质处理须高温回火，得到回火索氏体，具有良好综合机械性能。2.7.3喷丸喷丸强化是提高连杆抗疲劳性能的有效方法，该技术在国外早已得到广泛的应用，国内一些军工企业和先进厂家也得到逐步采用，这种工艺方法设备简单，工艺易行，推广代价不高，通过对毛坯（甚至成品）表面施压，达到消除零件的浅表缺陷，构筑表面强化层，保存表面无应力状态，从而达到进一步挖掘材料的强度潜力，延长零件使用寿命的显著效益。连杆锻件应进行强化喷丸，可以使材料表层产生剧烈的塑性变形，晶体点阵发生畸变，形成高密度的位错缠结，从而使表层强化。2.8 40Cr连杆热处理的设备、仪表和工夹具选择2.8.1设备1、设备的选择汽车半轴是细长的工件，在吊挂状态下加热可防止工件产生的变形、弯曲，所以采用井式电阻炉来加热工件。正火用炉：箱式电阻炉箱式电阻炉在热处理车间应用得最多，适用于中小型零件的热处
