汽车发动机活塞销的选材与热处理工艺课程设计

与热处理工艺课程设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN下1尺寸图服役条件与性能分析 活塞销（英文名称：Pin），是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。为了减轻重量，活塞销一般用优质合金钢制造，并作成空心。塞销的结构形状很简单，基本上是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大；两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，所以接近于等强度梁，但锥孔加工较难。本次设计选用内孔为原形的活塞销。(1)作用(2)承受较大的。形：于承受周期性的力，其和重。（1）于此适如活塞销弯形，能活塞销；（2）有的冲击（3）有较高的强度。活塞销:活塞销部，度为 2mm，心部组过，有。度584C，一个活塞销上的度≤3。③活塞销心部度为 40。显微细针马氏允许少布细粒状化物针续网布游离化物存针低碳马氏体及铁素体。mmmmmm%~3≥≤403~4≥≥4~6≥≥≤356~8~≤338~10~≥>10~-选材材料一般为低钢或低合金钢，如2015Cr20Cr等。淬硬，再经精磨抛光等精加工。这样既提高了硬耐磨性，又保证有较高强冲击韧性。（1）20钢为低钢，由于含量低，淬透性差，强低，即使以后，强仍然不高，只适应于耐磨载荷小冲击轻微强低小工件，如轴套链条小水阀等。（2）15Cr 是一种常用低合金钢，在时可显著地增加含碳量，增大深，但在高温长时间时有晶粒长大倾向及形成网状化物倾向形状不高件，后可温淬，但后形较大，又有性。（3）20Cr15Cr钢，有较高强及淬透性，在淬透22mm11m晶粒长大倾向，温淬冲击韧性较大，以后淬以提高件韧性，性。(3)20CrMnTi是钢，钢常为含量为%%低钢。用，是淬透性钢，淬透性较高，在保证淬透，有较高强韧性，是有较高低温冲击韧性。20CrMnTi硬化处20CrCSiMnCSiMnCr～～～～r∆Gα,也阻止了时化物核长大，所提高淬透；化物M3C型长大提高回火稳；Cr化物稳不易长大细化晶化物；Cr高力高提高材Mnn铁其固溶效果非常明显Mnγ奥氏转曲线右移奥氏A1颗长大大；Mn晶界上大回火。硅Si利铁组织中不化物固溶于高A1了时晶大阻不C曲线右移Ms点提高过冷奥氏稳从淬火临界冷却速提高淬透阻化物集阻碍回火时消除畸从了回火稳a再结晶回火显著320Cr临界度号Ac1Ac3Ar1Ar3Ms20Cr765℃836℃702℃799℃390℃零件的加工路线制定 活塞销的制造工艺路线有多种，主要分为三个类别：（1）挤压成形：棒料→退火→磷化→冷挤压→渗碳→淬火→回火→精加工→成品。（2）钻削加工成形：棒料→粗车外圆→渗碳→钻内孔→淬火→回火→精加工→成品。（3）管料制造：棒料→热轧管→粗车外圆→渗碳→淬火→回火→精加工→成品。大量生产的活塞销均为冷挤压或温挤压成形，产量较少的活塞销则采用钻削加工成形或管料制造。冷挤压成形具有以下特点：①挤压零件尺寸准确表面光洁 ②节约原材料：冷挤压件材料利用率通常可以达到 80%以上。如解放牌汽车活塞销动切削加工材料利用率为%，而用冷挤压时材料利用率提高到92%。③生产率高④冷挤压件强度高、刚性好而重量轻。本次设计采用冷挤压成形渗碳处理。具体工艺路线：棒料→软化退火→磷化→冷挤压→渗碳→淬火→回火→精加工→成品。具体工艺 软化退火棒料在冷挤压的退火的：度，提高性，为冷挤压工艺准。（1）本次设计采用退火工艺退火：件或材加热A3以上30~50，温定时的热处理工艺。“在加热和过程中的内部部进行了相变重结晶。退火主要用于亚共析铸件、锻和热轧等退火随炉缓冷的冷度30/h。在实际生产中，为了提高生产效率，随炉冷却500可冷。20CrAc3836℃，完全Ac3860℃.升速度查处理手册可得合金<100℃2min/mm38-2/2=,*2=13mi考虑到尺寸小，多个同时保，所以保30min。设备选择处理电阻炉是以电源，通炉电元将电转而加炉子，是一种造价相对便宜炉子，以成本箱式电阻炉可用于正回。本次RX3-15-9箱式电阻炉，15kw，作950600*300*250mmg。炉式炉，2所：2炉式活塞销,8568kg所以，一次炉0式保，防止脱，须炉滴入甲醇另外，证生产效，当随炉冷至 600℃时，出炉坑冷，坑冷时也通入放式控制气氛保护防止脱表4具艺参数860℃30min<100℃/hRX3-15-9型中箱式电阻炉3的工艺曲线图渗碳处理主要是渗碳、渗氮、碳氮共渗。渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，900--950摄氏的单相奥氏体区，保足够后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。(含碳量小于%)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬﹐以得到高的表面硬﹑高的耐磨性和疲劳强﹐并保持心部有低碳钢淬后的强韧性﹐使工件能承。渗碳工艺用于﹑和的件﹐﹑﹑。渗氮：一，使活性氮原子渗入到工件表面的一种处理方法。渗氮件具有高的表面硬耐磨性，高的疲劳强和耐性，工件变小。是渗氮工艺的，成高，渗氮层（一般左），性高，能承高的接和，能足活的要求。碳氮共渗：是指在奥氏体状态下，同时将碳、氮两种元素渗入工件表面层，并以渗碳为主的化学热处理工艺。目的是在保持工件内部具有较高韧性的条件下，得到高硬度、高强度的表面层，以提高工件的耐磨性和疲劳性能。活塞销主要是要求表面强度，考虑到工艺复杂和经济因素。本次不需要选择碳氮共渗。（1）渗碳方法的比较①固体渗碳法：优点：(a)设备便宜，操作简单，不需要高技术。(b)加热用热源，可用电气、瓦斯、燃料油。（c）大小工件均匀，尤其对大型或需原渗碳层者有利。（d）适合多种。（a）。（b）（c）不，作多。（a）（b）均（c）（d）。（a）（b）理。（c）有、气或。（d）处理，表面不，。（e）以渗碳，有。气体渗碳法（a）(b)的度，的。(d)可以(e)工(f)用面(g)，劳条件好点：（a）设备。（b）处理时本高。（）需要。合以种渗碳方法的优点，和活塞销的性能要求，本次渗碳选用气体渗碳的“滴注式可气氛渗碳法。滴注式可气氛渗碳法是目前常用的渗碳方法，即渗碳炉同时滴入两种体，一的气体碳势，作为稀释气体；另一产生的气体碳势较高，作为富化气，通过改变两种液体的比例，可使工件表面含碳量控制在所要求的范围内。（2）渗剂选择滴注式气体渗碳的渗碳剂一般为甲醇，煤油、丙酮等，作为渗碳剂的有机溶剂，要求其单位液体加热分解后的产气量高，碳氧比大，碳当量小，产生炭黑少，气氛中的CO和 H2的含量稳定，安全性好。下表列出了几种常用作渗碳剂的几种有机溶剂的碳当量、碳氧比。表5常用的有机液体的碳氧比和碳当量名称分子式碳当量碳氧比产气量（m-1）用途甲醇CH3OH641稀释剂乙醇C2H5OH462渗碳剂异丙酮C3H7OH303_强渗碳剂乙酸乙酯CH3COOC2H5442_渗碳剂煤油C16H34()—强渗碳剂的进行，渗碳度碳度等。使用，可炭黑少，渗，碳势于，渗碳量高的好。用甲醇—煤油混液作为渗碳滴注剂，其中甲醇是稀释剂，煤油是渗碳剂。（3）渗剂用量查手册940℃时的渗碳各阶段渗剂用量如下表格：渗碳过程排期强渗期扩散期煤油180d/min220d/min渗碳过程排期强渗期扩散期煤油180d/min220d/min50-60d/min0020-30d/min/mm//mm/℃950±10940±10940±10930±10Ac392010℃随着升高数呈指数上升加快但过高会造成晶粒粗大工件畸变增大备寿命降低负面效应。最终决定选择940940奥氏体晶粒长大获细小奥氏体晶粒淬火后获细小马氏体组。。/mm/h定有/mm/h选择:。过定件：8油-滴注式体工艺过程气 渗～1.2mm～1.6mm≥1h 2h≥1h2h3h工艺5h,其2h,2h。备RQ列井式即井式膛结构加密封罐成专周期作业氮氮共均匀升快好 3-35-925k953*300*600g均匀介质流动性好热均匀工变形小热质量好利于提可节省电能与筑炉材料电极寿命长减小停间。子装量这中可通过悬挂的方装20Cr钢的工艺曲线420Cr钢的工艺曲线的形了的高为了提高工的性的回工艺。(1)20Cr钢为亚共析钢热择Ac330℃～50℃而20Cr的A3为836择 880(2)间根据经验公τ=α·k·D中 τ—— 热间mi； —— 系min/mm；—— 修正——mm。α——780℃-900℃≤50mmk——Dτ=α·k·D=*2*=40min(3)J240--940k380V3950φ600*800mm量350kg通N2(4)冷却20Cr刚性较好冷却速越大则内力越大变形也越大这样容易变形开裂而损坏所以该使较缓和介质其力就较小择使油冷由于零是非大，比较小油以达临界冷却速并且油经济操简单20#机油。9具min 冷却介质88040 油冷J240--9N25Ac11020Cr℃15020030040062615243200℃为金效厚之11空气炉效厚/mm≤2520-4040-6060-8080-100/mm30-6060-9090-120120-150150-180效厚为但考虑多个同因此70min。备X3-15-6w6500g量退相同。℃min℃min备质量检验

图 6回火工艺曲线图工艺参数工艺参数20070空冷RX3-15-6低温电阻炉（1）活塞销渗碳的质量检验项目、方法与要求如下表所示：检验项目检验方法检验要求检验项目检验方法检验要求渗碳层深度/mm过共析层加共析层加1/2过渡层按产品图样要求硬度表面不同部位至少取三点，取平均值按产品图样要求，同一销的（组心部渗碳层工作面硬度差不大于 细针状马氏体织距活塞销两端 20mm之内横向截取，观察整个截面心部板条状马氏体和铁素体表面质量观察无裂纹、锈蚀、麻点、黑斑裂痕、尖角、毛刺等探伤磁力探伤无裂纹，注意退磁（2）常见缺陷及预防①深层过浅生原因主是热时间短势原因造成。应针对具体原因采取防止。深层过浅可采取渗予以。②渗层过深产生的原因主要是加热温度高，时间长，炉内的碳势高等原因造成的。应③渗层深度不均匀产生这种缺陷主炉温不均匀，炉内碳势不均匀，或工件表面不净方主改善炉内