汽车连杆的热处理工艺设计模板.doc

热处理工艺设计热处理工艺设计 说明书说明书 设计题目设计题目轿车连杆轿车连杆40Cr的热处理的热处理 学学 院院材料科学与工程材料科学与工程 年年 级级20082008 级级 专专 业业 金属材料工程金属材料工程 学生姓名学生姓名杨健杨健 学学 号号0807024220.0807024220. 指导教师指导教师秦湘阁秦湘阁 教授教授 佳木斯大学 目目 录录 1 1 设计任务设计任务.1 1.1 设计任务.1 1.2 设计的技术要求.1 2 热处理件零件图热处理件零件图.2 3 设计设计说明说明.3 3.1 服役条件.3 3.2 失效形式.3 3.3 连杆的性能特点及材料选择.3 3.4 调质钢 40CR的化学成分.3 3.4.1 含碳量.3 3.4.2 合金元素.4 3.5 热处理工艺说明.4 3.5.1 预备热处理.4 3.5.2 调质处理.4 4 设计设计方案方案.5 4.1 正火.5 4.2 调质处理.5 5 质量检验质量检验.7 6 热处理工艺卡片热处理工艺卡片.9 参参 考考 文文 献献.10 1 1 设计任务设计任务 1.1 设计任务设计任务 (1).培养学生综合运用所学的热处理知识去解决工程问题的能力，并使其所学的知识得 到巩固和发展。 (2).学习热处理工艺设计的一般方法、零件热处理的工艺流程、热处理设备的选用、 装夹具设计、资料手册的查用、规范标准等，还有工艺设计中的细节问题。 (3).进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图的绘制和学习使用设计资料、 手册、标准和规范。 (4).学习制定热处理工艺的基本方法和处理操作，了解热处理工艺对组织性能的影响。 (5).重点设计连杆的热处理工艺流程。 1.2 设计的技术要求设计的技术要求 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 ： 6001200MPa s ： 320800MPa s /b : 5060% : 1020% ： 4050% 布氏硬度：170320HB （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 热处理件零件图热处理件零件图 3 设计说明设计说明 3.1 服役条件服役条件 （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 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。 3.2 失效形式失效形式 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在连杆的三个 高应力区域。 3.3 连杆的性能特点及材料选择连杆的性能特点及材料选择 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，轿车连杆可选用 40Cr 合金钢。 3.4 调质钢调质钢 40Cr 的化学成分的化学成分 （1）碳含量：中碳 Wc：0.250.5%，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。 3.5 热处理工艺说明热处理工艺说明 （1）预备热处理 调质钢经加加工后，必须经过热处理来降低硬度，便于切削加工，消除热加工 造成的组织缺陷，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做准备，对于 40Cr 钢，可用正 火或退火。 正火：指将钢材或钢件加热到 或 （钢的上临界点温度）以上，3050 保 持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳 钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织 准备等。 （2）调质处理 淬火后加高温回火的热处理的方法，高温回火是指在 500-650之间进行回火， 调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度，塑性和韧性都较好，具有 良好的机械性能。 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。 钢的回火指钢件经淬硬后，再加热到 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。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。 4 设计方案设计方案 在工艺路线中，预备热处理采用正火（或退火）改善锻造组织，细化晶粒，调 整硬度，便于切削加工；为淬火做好准备。调质工艺采用 850加热，油淬，得到马氏 体组织；然后在 620回火空冷。 1.1 正火正火 正火为调质处理做准备，图一为正火的工艺曲线图。 将工件放入箱式正火炉中进行正火工艺。加热温度：Ac3+（3050），由此确 定加热温度为 850；保温时间：120min；冷却方式：空冷。 1.2 调质处理调质处理 （1）淬火工艺的制定 图 2 为淬火工艺曲线图。 工件进入调质线进行工艺处理，淬火加热温度：Ac3+（3050），由此确定加 热温度为 850，保温时间：80min，冷却方式：油冷。 （2）回火的制定 下图为淬火加高温回火工艺曲线。高温回火温度为 500650，可选用加热温度为 620；保温时间为 60min；空冷。 5 质量检验质量检验 (1)显微组织的检验 正火是加热保温后在空气中冷却，真空冷却比炉冷快，珠光体转变温度低，因此， 正火后因为珠光体及可能出现的魏氏组织，40Cr 正火后的组织如下图 5. 调质处理其室温组织为回火索氏体，组织见图 6. 图 6 40Cr 调质后的组织 按技术要求及标准进行检查淬硬层的显微组织：残留奥氏体数目，有无反常组织， 心部组织是否粗大及铁素体是否超出技术要求等。 （2）外观形检查 检查工件表面有无腐蚀或氧化皮。不得有裂纹及碰伤，表面不得有锈蚀。 （3）工件变形检查 根据图样技术要求检查工件的挠曲变形，尺寸及几何形状的变化。 （4）淬硬层深度检查 感应加热淬火后应检查淬硬层深度，42CrMo 淬硬层深度应在 8mm 左右。 （5）硬度检查 在淬火后检查包括淬硬层表面及心部硬度，一般洛氏硬度 HRC 标尺测量。 40Cr 钢在调质，感应淬火，低温回火后，表面硬度可达 HRC50 以上，心部硬 度可达 35-45。 2 热处理工艺卡片热处理工艺卡片 佳木斯大学制 处理要求：调质处理，使其 达到技术要求 热处理工艺卡 零件名称：40Cr 连杆 材料：40Cr 40Cr 连杆的热处理工艺设计 热处理技术要求： 工 序 号 名 称设 备工 具 装 料 工 艺 规 范冷 却备 注 工具 数量 工具 装数 量/ 件 温度() 加热时间 (min) 合计介 质 温度 () 1正火箱式电 阻炉 11 850 120空 气 常温 2淬火调质线11 850 80油常温 3回火调质线11 620 60空 气 常温 设计者日期审校日期 杨健11.12.11 参 考 文 献 1 刘国钧，陈绍业，王凤翥图书馆目录第 1 版北京：高等教育出版社，1957 2 傅承义，陈运泰，祁贵中地球物理学基础北京：科学出版社，1985, 447 3 华罗庚，王元论一致分布与近似分析中国科学，1973, 4: 339-357 4 张筑生微分半动力系统的不变集研究：博士学位论文，北京：数学系统学研究所，