50CrMn钢弹簧热处理工艺设计

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 50CrMn 钢弹簧热处理工艺设计 学生姓名： 杨华 学 号： 201311102090 所在院(系 )： 材料工程学院 专 业： 2013 级材料成型及控制工程 班 级： 3 班 指 导 教 师： 孙 青 竹 职称： 副教授 2016 年 6 月 20 日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题 目 50CrMn 钢弹簧热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计 50CrMn 钢弹簧热处理生产工艺，主要目的：（1）培养学生综合运用所学的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巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容：进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。要求：（1）分析生产加工及热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（2）提交设计说明书（或设计报告），35 千字，提交设计说明书。3、主要参考文献1 崔明择主编.工程材料及其热处理M. 北京：机械工业出版社， 2009.7.2崔忠析主编.金属学与热处理（第二版）M. 北京：机械工业出版社， 2007.53王建安. 金属学与热处理M. 北京：机械工业出版社， 19804 中国机械工程学会.热处理手册M. 北京：机械工业出版社， 2006.75 范逸明.简明金属热处理工手册M.北京：国防工业出版社， 2006.34、课程设计工作进度计划第 13 周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。第 14 周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字） 日期 年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目 分值 得分 评价内涵01 学习态度 6 遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02 科学实践、调研 7 通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。工作表现20% 03 课题工作量 7 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。04 综合运用知识的能力 10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05 应用文献的能力 5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06 设计（实验）能力，方案的设计能力 5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07 计算及计算机应用能力 5 具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。能力水平35%08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10 具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5 符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10 设计说明书（论文）质量 30 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。成果质量45% 11 创新 10 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年 月 日攀枝花学院本科课程设计（论文） 摘要摘 要本课设计了 50CrMn 钢弹簧热处理工艺。5 0CrMn 钢 是 我 国 国 标 中 铬 锰 弹簧 钢 的 一 种 。 主 要 用以制造截面较大的和较重要的汽车板簧和螺旋弹簧。其 具有 良 好 的 热 加 工 性 能 和 淬 透 性 ， 缺 点 是 有 回 火 脆 性 的 倾 向 ， 因 此 热 处 理 时 注意 回 火 后 需 快 冷 。 主要的工艺过程包括预备热处理（退火），预备热处理淬火（840，油冷），中温回火（500，水冷），喷丸强化处理。通过这些工艺过程进行恰当的处理可以获得性能良好的材料并且满足各项性能的要求。关键词：50CrMn 钢，完全退火，中温回火，汽车板簧攀枝花学院本科课程设计（论文） 目录目 录摘 要.1、设计任务.11.1 设计任务.11.2 设计的技术要求.12、设计方案.22.1 板簧设计的分析.22.1.1 工作条件.22.1.2 失效形式.22.1.3 性能要求.22.2 钢种材料.33、设计说明.43.1 加工工艺流程.43.2 具体热处理工艺.43.2.1 预备热处理工艺.53.2.2 淬火及中温回火热处理工艺.53.2.3 喷丸处理.63.2.4 物理性能.74、分析与讨论.85、结束语.96、热处理工艺卡片.10参 考 文 献.11攀枝花学院本科课程设计（论文） 1 设计任务11 设计任务1.1 设计任务50CrMn 钢弹簧热处理工艺设计1.2 设计的技术要求50CrMn 钢是我国国标中铬锰弹簧钢的一种 1。其具有良好的热加工性能和淬透性，铬元素提高了钢的硬度和回火稳定性，脱碳的倾向有减小。缺点是有回火脆性的倾向，因此热处理时注意回火后需快冷。是碟形弹簧材料的一种。50CrMn 钢由于含有 1%左右的铬和锰有较高的淬透性 脱碳倾向小缺点是铬和锰均加重回火脆性的倾向回火后需快冷多用以制造截面较大的和较重要的板簧和螺旋弹簧。攀枝花学院本科课程设计（论文） 2 设计方案22 设计方案2.1 板簧设计的分析2.1.1 工作条件50CrMn 钢 用 于 缓 冲 和 吸 震 ， 承 受 很 大 的 交 变 应 力 和 冲 击 载 荷 的 作 用 ，需 要 高 的 屈 服 强 度 和 疲 劳 强 度 。 主 要 用 于 中 型 和 重 型 汽 车 ， 汽 车 板 簧 是 汽 车悬 架 系 统 中 最 传 统 的 弹 性 元 件 ， 在 悬 架 系 统 中 除 了 起 缓 冲 作 用 而 外 ， 当 它 在汽 车 纵 向 安 置 ， 并 且 一 端 与 车 架 作 固 定 铰 链 连 接 时 ， 即 可 担 负 起 传 递 所 有 各向 的 力 和 力 矩 ， 以 及 决 定 车 轮 运 动 的 轨 迹 ， 起 导 向 的 作 用 。2.1.2 失效形式50CrMn 钢板簧可能发生的失效 2：过载断裂：当汽车超载时，载荷的重量超过板簧的承载能力，此时板簧往往发生永久性塑性变形，当工作载荷超过其所能承受的极限载荷时，将发生过载断裂。脆性断裂：汽车长时间在北方寒冷空气下行驶时，可能因为低温发生脆性断裂。疲劳断裂：由于汽车板簧长期在交变载荷下工作，则容易发生疲劳断裂。当长时间在恶劣的环境下行驶时，可能因金属发生腐蚀而出现腐蚀疲劳断裂。2.1.3 性能要求板簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、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)。因此所选材质应具有较高的强度以及适当的韧性，并且具有较高的弹性极限、较好的弹性减退抗力以及较高的屈强比，为了防止板簧在交变应力下发生疲劳和断裂，弹簧应具有较高的疲劳强度和耐蚀等性能，汽车板簧在工作中反复承受交变弯曲应力，故对板簧的表面质量要求很高，不允许其表面有缺口、裂纹、折叠和斑疤等，表面即使存在微小缺陷和损伤，也会由此产生应力集中，形成疲劳源，导致板簧早期疲劳断裂口。有研究指出，断裂板簧的裂源正好萌生于小坑处，并且小坑处组织为针状马氏体，且有淬火裂纹存在。故板簧表面的小坑及裂纹是引起板簧早期疲劳断裂的根源。攀枝花学院本科课程设计（论文） 2 设计方案3为了满足上述性能要求，板簧钢应具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性) 、良好的表面质量( 严格控制表面缺陷和脱碳)、精确的外形和尺寸。 50CrMn 钢 其 抗 拉 强 度 、 屈 服 强 度 高 ， 耐 腐 蚀 性 能 好 ， 缺点是有回火脆性的倾向，因此热处理时注意回火后需快冷。但 强 度 、 硬 度 较 低 ， 锻 造 、 焊 接和 冷 冲 压 性 能 良 好 ， 冷 变 形 塑 性 高 ， 但 切 削 加 工 时 不 易 得 到 光 洁 的 表 面 。 用于 制 造 截 面 较 大 的 和 较 重 要 的 板 簧 片 及 螺 旋 弹 簧 。50CrMn 钢 力 学 性 能 3： 抗 拉 强 度 b (MPa)： 1300， 屈 服 强 度 s (MPa)： 1100， 断 面 收 缩 率 /（ %） ： 5。2.2 钢种材料50CrMn 钢 属 于 合 金 弹 簧 钢 ， S， P 杂 质 含 量 较 低 ， 合 金 弹 簧 钢 按 加 入合 金 元 素 的 不 同 ， 大 体 上 可 分 为 锰 弹 簧 钢 和 硅 锰 弹 簧 钢 。 硅 铬 、 硅 铬钒 和 硅 锰 钨 弹 簧 钢 。 铬 钒 和 铬 锰 钒 弹 簧 钢 。 硼 弹 簧 钢 及 稀 土 弹 簧 钢 。其 他 多 原 量 少 的 低 合 金 弹 簧 钢 。 50CrMn 钢是我国国标中铬锰弹簧钢的一种。其具有良好的热加工性能和淬透性。攀枝花学院本科课程设计（论文） 3 设计说明43 设计说明3.1 加工工艺流程50CrMn 钢弹簧热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程:原始钢(带)板锻造预备热处理(退火 )机械加工淬火+中温回火喷丸强化处理。弹簧用材有钢和非铁金属，大部分是钢材。原材料状态有棒料、丝料、板料和带料；有些是在热轧、冷轧、冷拔后进行退火、淬火回火或贝氏体等温淬火状态供货，制成弹簧后再进行最终热处理。50CrMn 钢属于合金钢，其成分 4如下表 3.1.表 3.1 50CrMn 钢的化学成分（质量分数， %）C Mn P S Cr Ni Si0.46 0.54 0.70 1.00 0.040 0.040 0.90 1.20 0.35 0.17 0.37成分分析：M n 是 良 好 的 脱 氧 剂 和 脱 硫 剂 。 它 能 消 除 或 减 弱 由 于 硫 所 引 起的 钢 的 热 脆 性 ， 从 而 改 善 钢 的 热 加 工 性 能 。 Mn 和 Fe 形 成 固 溶 体 ， 提 高 钢中 铁 素 体 和 奥 氏 体 的 硬 度 和 强 度 ， 经 固 溶 处 理 后 有 良 好 的 韧 性 ， 当 受 到 冲 击而 变 形 时 ， 表 面 层 将 因 变 形 而 强 化 ， 具 有 高 的 耐 磨 性 ； 同 时 又 是 碳 化 物 形 成元 素 ， 进 入 渗 碳 体 中 取 代 一 部 分 铁 原 子 。Cr 显 著 提 高 强 度 、 硬 度 和 耐 磨 性 ,但 同 时 降 低 塑 性 和 韧 性 .提 高 钢 的 抗氧 化 性 和 耐 腐 蚀 性 。3.2 具 体 热 处 理50CrMn 钢的热处理包括初期的锻造和预备热处理，以减少坯料的硬度为方便后面的机加工，也为后续喷丸处理、淬火、回火提供优良的原始组织。50CrMn 钢的热处理工艺分析：50CrMn 钢是合金钢，对于板簧这种要求刚强度和高耐磨的特性，那么50CrMn 钢的最重要的就是提高其屈服强度和疲劳强度以及抗拉强度。通过锻造和随后的退火，形成硬度较低的原始坯料，为后续的切削加工提供有利的方便和减少对于车床的磨损。渗碳是通过对其表面更加的硬度能够更大程度的提升，保证质量。为了碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度，一般 50CrMn 钢使用时都需要进行轧制和预先热处理, 以减少碳化物的不均匀分布, 为后续淬火、回火提供优良的原始组织 4。攀枝花学院本科课程设计（论文） 3 设计说明53.2.1 预备热处理工艺退火是将偏离平衡状态的金属坯料或零件加热至较高温度，保持一定的时间后通常以相当缓慢的速度冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法。退火的目的是：a 消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。b 消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷。c 降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。d 细化晶粒，均匀组织