【摩托车离合器盘古件的热处理工艺设计7200字（论文）】

i目录摩托车离合器盘古件的热处理工艺设计摘要摩托车离合器离合器主要起固定套筒的作用，承受一定载荷。因此其表面精度要求不高，但综合力学性能要求较好，需保证一定的硬度条件下，具有一定的韧性。具体的技术要求：表面脱碳≤0.35mm；退火后金相级别≥5级；HRB88-98。本文根据它的使用情况选择材料35钢。设计其预备热处理工艺为等温球化退火，获得组织球状P+F；最终热处理工艺为调质，获得组织回火S。关键词；盘古件；35钢；等温球化退火；调质；脱碳层。目录摘要 I第1章盘古件工作条件及选材 11.1盘古件的零件图 11.2盘古件的选材 11.335钢原始金相组织与硬度 2第2章盘古件的热处理工艺设计 32.1主要工艺介绍 32.2盘古件退火工艺设计 52.3盘古件调质工艺设计 6第3章盘古件的热处理质量控制 83.1热处理设备选择 83.2盘古件热处理后显微组织的质量控制 93.3盘古件热处理质量检验的质量控制 10第4章结论 15参考文献 16第一章绪论第1章盘古件工作条件及选材1.1盘古件的工作条件离合器盘古件是套筒件，主要起固定的作用，承受一定载荷，如图1-1。需要其硬度达到HRB88~98。因此其表面精度要求不高，但综合力学性能要求较好，需保证一定的硬度条件下，具有一定的韧性。图1-1摩托车离合器安装示意图盘古件的平面零件尺寸图见图1-2所示。总长80.30mm，最大外径45.5±0.3mm，最薄壁厚8.5±0.3mm，最小孔径21mm。图1-2盘古件二维零件尺寸图1.2盘古件的选材根据盘古件的使用性能、工艺性能、经济性来选择材料。由于它属于套筒类件，如图1-2，因此需要综合力学性能较好，根据离合器的受力情况承受一定的力，因此一般选用中碳钢。常用的中碳钢有35钢和45钢。35钢和45钢同为优质碳素钢但是35钢的强硬度比45钢较低，在冷墩时不易产生断裂，价格也相对实惠。由于35钢的强硬度满足盘古件的应用情况，所以本文盘古件选用的材料为35钢。35钢的化学成分见表1-1。35钢是优质碳素钢，有好的塑性和适当的强度。表1SEQ表\*ARABIC\s1135钢的化学成分表成分CSiMnSPCrNiCu质量分数（%）0.32～0.400.17～0.370.50～0.80≤0.035≤0.2535钢的临界转变温度见表1-2。表1-235钢的临界转变温度表钢号临界温度（近似值），（℃）Ac1Ac3Ar3Ar1Ms35#7248027746803801.335钢原始金相组织与硬度FFe3C1.3.135钢热轧后的组织是F+Fe3CFFe3C图1-335钢热轧后的金相组织第七章总结与展望第2章盘古件的热处理工艺设计盘古件的加工工艺：下料→退火→抛丸→磷皂化→伸孔→冲孔→车端面→退火→抛丸→磷皂化→正挤成型→磷皂化→冷精整1→磷皂化→冷精整2→调质→抛丸→外观检查。2.1主要工艺介绍2.1.1.抛丸抛丸的目的：优化表面状态，消除应力集中，提高残余压应力为后续冷加工做准备。在实际操作中，只有工件装载量和抛丸时间是可设定的。经过大量工艺试验后，在所有条件相同情况下，工件装载量与抛丸时间的关系，见表2-1；表2-1工件装载量与抛丸时间的关系装载量/kg80120180200220230抛丸时间/min121827303540本文选择条件如下:工件强度级别8.8级；抛丸机型为转台式抛丸机（见图2-1）；抛丸机最大装载量230kg；钢丸直径，50.3mm，硬度HRC40～50；抛丸电流≥l2A。图2-1转台式抛丸机通过过延长抛丸时间来完成抛丸清理质量。但是延长抛丸时间会增加工件磕碰概率，对表面光洁度要求高的工件是不适宜的，所以无限制增加装载量是不合适的。在上述工艺试验中，选择装载量180~200kg，抛丸时间27~30min是合适的。2.1.2.磷皂化磷皂化的目的：润滑，冷加工时不损话冲床；防锈。皮膜时间：13min皮膜时间：13minPh：5~7全酸度：38~45表面调整时间：2minPh：8~9温度：40~60℃水洗时间：0.5min温度：室温保持溢流酸洗时间：4minPh：<1温度：室温脱脂时间:15min游离碱度：40~60温度：90~100℃润滑时间：10minPh：8~10温度：75~95℃中和时间：≥1minPh：8~10水洗时间：0.5min温度：室温保持溢流图2-2盘古件磷皂化加工工艺流程图皮膜槽中的游离酸度与全酸度需要严格控制在设计工艺参数内，因此每日需进行采样检测。其具体检测操作步骤如下：1.采用洁净的500ml烧杯，做好防护措施后到皮膜池中取100ml磷酸溶液；2.采样后把样本取回化验室目测其外观并记录；3.将样本冷却至室温后用碱式滴定法进行滴定，分析其游离酸度和全酸度。1）游离酸度滴定步骤：（1）取一支洁净的10ml移液管提取样本洗涤3次；（2）用移液管取10ml样本，将其放入洁净的200ml锥形瓶中，滴入2-3滴甲基橙溶液摇匀；（3）用50ml的碱式滴定管取0.1mol/L的NaOH溶液；（4）进行碱式法滴定：在滴定时不断晃荡锥形瓶使其反应彻底、均匀，滴定时颜色由红色转为橙色为终点，所消耗的NaOH溶液为该磷酸盐溶液的游离酸度。2）全酸度滴定步骤：（1）取一支洁净的10ml移液管提取样本洗涤3次；（2）用移液管取10ml样本，将其放入洁净的200ml锥形瓶中，滴入5-6滴酚酞溶液摇匀；（3）用50ml的碱式滴定管取0.1mol/L的NaOH溶液；（4）进行碱式法滴定：在滴定时不断晃荡锥形瓶使其反应彻底、均匀，滴定时颜色由无色转为红色为终点，所消耗的NaOH溶液为该磷酸盐溶液的全酸度。本文主要针对盘古件的退火和调质进行工艺设计，具体参数见设定见下文。2.2盘古件退火工艺设计盘古件退火的目的:1.降低钢件的硬度，便于切削加工；2.消除残余应力，防止变形和开裂；3.消除缺陷，改善组织，细化晶粒，提高钢的机械性能；4.消除前一道工序（铸造、锻造、冷加工等）所产生的内力，为下道工序最终热处理（调质）做好组织准备。2.2.1盘古件等温退火工艺曲线等温退火工艺曲线见图2-3。754±5754±5随炉加温46500空冷650±5Ar1Ar1Ac1图2-3盘古件等温退火工艺曲线图盘古件退火工艺参数制定：1.等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷，和普通球化退火相比，可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。根据表1-2可知：等温球化退火加热温度：754±10℃；等温球化退火等温温度：650±10℃。2.加热方式工件均匀放置在料框中随炉升温，因为其加热方式可以使工件受热均匀，工件热应力小。3.时间1)加热时间加热时间计算公式为t=a×k×D(2-1)式中t——-加热时间（s）；k——工件装炉条件修正系数，通常取1.0~1.5。本文取1.0；a——加热系数（s/mm）；D——工件有效厚度（mm）。盘古件的加热系数a的选择，见表2-2表2-2碳钢在各种介质中的加热系数钢材每1mm有效厚度的加热时间空气电阻炉盐浴炉碳钢0.9~1.1min25~30min工件的有效厚度D按以下规定考虑：（1）圆柱形工件按直径计算；（2）管形零件（空心圆柱件）：

当高度/壁厚≤1.5，以高度计算；当高度/壁厚≥1.5，以1.5壁厚计算；当内径/外径>7时，按实心圆柱体计算。由图1-1盘古件二维零件尺寸图可知盘古件壁厚约7.25mm，高度为80.3mm。所以高度/壁厚=80.3/7.25=11<15(2-2)盘古件的有效厚度D=80.3mm。t=a×k×D=0.9×1.0×80.3=72.72s(2-3)根据表2-3RJ2-40-9井式热处理炉参数可知所用热处理炉最大装炉量为350kg，单个料中365g，一炉一次料框装工件量约500个，加热时间:T（加热时间）=（72.72×500）/3600=10h(2-4)2)保温、等温时间等温球化退火是将钢加热至Ac1以上20~30°C，保温2-4小时，再冷到Ar1以下20°C左右等温4-6小时。根据装炉量和工件大小选择保温时间4h，等温时间6h。4.冷却方式随炉冷却至500℃空冷。因为随炉冷却其组织均匀性好，组织稳定，提高炉子使用率。2.3盘古件调质工艺设计调质是为了得到强度、塑性都比较好的综合机械性能。调质件大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的作用，有的表面还具有摩擦，要求有一定的耐磨性。2.3.1调质处理工艺曲线调质处理工艺曲线见图2-2。2.672.675到温入炉850±5600±5水冷AcAc3图2-2调质处理工艺曲线盘古件调质工艺参数制定：调质：淬火+高温回火，以获得回火S。淬火温度：根据表1-3可知亚共析钢为Ac3+30~50℃，因此温度为850±10℃。回火温度：600±10℃高温回火。淬火保温时间：根据装炉量、含碳量、工件尺寸、加热速度等确定淬火保温时间。本文根据生产经验确定保温时间t=а×D(2-5)式中t——加热时间（s）；a——加热系数（s/mm）；D——工件有效厚度（mm）。由表2-2碳钢在各种介质中的加热系数可知a取0.9；由算式2-2可知盘古件的有效厚度D=80.3mm。t=a×D=0.9×80.3=72.27s(2-6)最终可得淬火保温时间5h。回火保温时间：由于回火温度选择600±10℃，其回火保温时间见表2-3，表2-3中高温回火（250~650℃）保温时间参考表有效厚度/mm<2525~5050~7575~100100~125125~150保温时间盐浴炉20~3030~4545~6075~9090~120120~150空气炉40~6070~90100~120150~180180~210210~240工件的有效厚度=80.3mm，采用空气电阻炉进行加热选择保温时间为160min，即2.67h。

第3章盘古件的热处理质量控制热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的，而且，只要选材合适，热处理得当，就能使机械零件和工模具的使用寿命成倍、甚至十几倍的提高，实现“搞好热处理，零件一顶几”的目标，收到事半功倍的效果。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。因此热处理的质量控制显得极其重要。本文主要针对盘古件热处理后显微组织的质量控制、热处理质量检验的质量控制。3.1热处理设备选择3.1.1退火、回火设备退火、回火选用RJ2-40-9井式热处理炉，RJ2-40-9井式炉参数见表3-1；表3-1RJ2-40-9井式热处理炉参数型号额定功率/KW额定电压/V相数额定温度/℃炉膛尺寸（直径mm）*（深度mm）额定温度时有关数据空炉损耗功率/KW空炉升温时间/h最大装载量/kgRJ2-40-9403803950Φ600*800≤9≤2.5350井式炉的优点：1.使用井式炉来进行加工可以严格的控制工件的方向，产品质量高，使用方便；2.问题小，生产操作方便。3.1.2淬火设备淬火选用RX3-15-9箱式电阻炉，RX3-15-9箱式电阻炉参数见表3-2；表3-2RX3-15-9箱式电阻炉参数型号功率/KW电压/V相数最高工作温度/℃炉膛尺寸(长/mm)×（宽/mm）×（高/mm）炉温850℃时的指标空炉损耗功率/KW空炉升温时间/h最大装载量/kgRX3-15-9153801950600×300×25052.580中温箱式电阻炉炉衬薄，重量轻，炉衬蓄热量与热损失减少，降低炉子空载功率并缩短升温时间。3.2盘古件热处理后显微组织的质量控制3.2.1设备选择倒置显微镜的金相样件制作方便于正置的显微镜，更实用于生产上，节约时间，因此采用GMM-200系列倒置金相显微镜。该系列倒置金相显微镜配置长距平场消色差物镜、大视野目镜，图像清晰、衬度好。3.2.2盘古件热处理后的显微组织盘古件等温球化退火后的显微组织用4%硝酸酒精溶液浸蚀，见图3-1a）盘古件预备热处理组织为球状P+F；盘古件调质后的显微组织用4%硝酸酒精溶液浸蚀，见图3-1b）盘古件最终热处理组织为回火S。a）b）图3-1盘古件热处理后500X显微组织a）等温球化退火；b）调质3.3盘古件热处理质量检验的质量控制在井式炉的最上层的内外圈上各取一个样件，分别标记为1号件和2号件。3.3.1盘古件的硬度检验从井式热处理炉中由外向内，每层各取2个退火后的盘古件进行硬度检测。

硬度检测设备：HBRVU-187.5型布洛维光学硬度计见图3-2。图3-2HBRVU-187.5型布洛维光学硬度计盘古件的加工流程中有3种退火状态，分别是下料毛坯态、伸孔态、正挤压态。其中毛坯态和伸孔态只需将工件表面车掉2mm后打磨平整，在端面取3个平均分布的点。见图3-3。图3-3实验打硬度状态分布点取退火后的2个盘古件试样进行硬度检测，其硬度值见表4-1。表3-3盘古件退火态第一层硬度检测记录表硬度点（HRB）样件编号12317071782697274取调质后的2个盘古件试样进行硬度检测，其硬度值见表4-2。表3-4盘古件调质后样件硬度检测记录表硬度点（HRB）样件编号12318590982889193从表3-3盘古件退火态第一层硬度检测记录表中可得1号中的3号点硬度略高、2号件中的1号点硬度略低可能产生的原因:工件金相组织成分分布不均匀，珠光体球化不够充分导致局部区域产生片状珠光体。

中高碳钢退火的重要目的之一是降低硬度，便于切削加工，因而对退火后的硬度有一定要求。但是如果退火时加热温度过高，冷却速度过快，特别是对合金元素含量较高、过冷奥氏体稳定的钢，就会出现索氏体、托氏体甚至贝氏体、马氏体组织，因而硬度高于规定的范围。为了获得所需硬度，应重新进行退火。补救方法：1.硬度偏高的工件，观察其内部金相组织，可在合理的工艺规范下，重新进行一次正火或退火。2.严格工艺规范防止加热温度过高或过低。3.3.2盘古件脱碳层检测1.盘古件脱碳层要求：≤0.35mm。 2.脱碳过程其化学方程式如下:2Fe3C+O2＝6Fe+2CO(3-1)Fe3C+2H2＝3Fe+CH4(3-2)Fe3C+H2O＝3Fe+CO+H2(3-3)Fe3C+CO2＝3Fe+2CO(3-4)这些反应是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使钢脱碳，而甲烷和一氧化碳则使钢增碳。脱碳是扩散作用的结果，脱碳时一方面是氧向钢内扩散；另一方面钢中的碳向外扩散。从最后的结果看，脱碳层只在脱碳速度超过氧化速度时才能形成。当氧化速度很大时，可以不发生明显的脱碳现象，即脱碳层产生后铁即被氧化而成氧化铁皮。因此，在氧化作用相对较弱的气氛中，可以形成较深的脱碳层。3.脱碳层对零件性能的影响1）对于需要淬火的钢，脱碳使其表层的含碳量降低，淬火后不能发生马氏体转变，或转变不完全，结果得不到所要求的硬度。2）轴承钢表面脱碳后会造成淬火软点，使用时易发生接触疲劳损坏；高速工具钢表面脱碳会使红硬性下降。3）由于脱碳使钢的疲劳强度降低，导致零件在使用中过早地发生疲劳损坏。4）零件上不加工的部分（黑皮部分）脱碳层全部保留在零件上，这将使性能下降。而零件的加工面上脱碳层的深度如在机械加工余量范围内，可以在加工时切削掉；但如超过加工余量范围，脱碳层将部分保留下来，使性能下降。有时因为锻造工艺不当，脱碳层局部堆积，机械加工时将不能完全去掉而保留在零件上，引起性能不均，严重时造成零件报废。4.影响钢脱碳的因素1)钢料的化学成分对脱碳的影响钢料的化学成分对脱碳有很大影响。钢中含碳量愈高脱碳倾向愈大W、Al、Si、Co等元素都使钢脱碳倾向增加；而Cr、Mn等元素能阻止钢脱碳。2)加热温度的影响随着加热温度的提高，脱碳层的深度不断增加。一般低于1000℃时，钢表面的氧化皮阻碍碳的扩散，脱碳比氧化慢，但随着温度升高，一方面氧化皮形成速度增加；另一方面氧化皮下碳的扩散速度也加快，此时氧化皮失去保护能力，达到某一温度后脱碳反而比氧化快。3）保温时间和加热次数的影响加热时间越长，加热火次愈多，脱碳层愈深，但脱碳层并不与时间成正比增加。例如高速钢的脱碳层在1000℃加热0.5h，深度达0.4mm；加热4h达1.0mm；加热12h后达1.2mm。4）炉内气氛对脱碳的影响在加热过程中，由于燃料成分，燃烧条件及温度不同，使燃烧产物中含有不同的气体，因而构成不同的炉内气氛，有氧化性的也有还原性的。他们对钢的作用是不同的。氧化性气氛引起钢的氧化与脱碳，其中脱碳能力最强的介质是H2O（汽），其次是CO2与O2，最后是H2；而有些气氛则使钢增碳，如CO和CH4。炉内空气过剩系数α大小对脱碳也有重要的影响：当α过小时、燃烧产物中出现H2，在潮湿的氢气内的脱碳速度随着含水量的增加而增大。因此，在煤气无氧化加热炉中加热，当炉气中含H2O较多时，也要引起脱碳；当α过大时，由于形成的氧化皮多，阻碍着碳的扩散，故可减小脱碳层的深度。在中性介质中加热时，可使脱碳最少。5.防止脱碳的对策1)工件加热时，尽可能地降低加热温度及在高温下的停留时间；合理地选择加热速度以缩短加热的总时间；2)造成及控制适当的加热气氛，使呈现中性或采用保护性气体加热，为此可采用特殊发计的加热炉（在脱氧良好的盐浴炉中加热，要比普通箱式炉中加热的脱碳倾向为小）；3)热压力加工过程中，如果因为一些偶然因素使生产中断，应降低炉温以待生产恢复，如停顿时间很长，则应将坯料从炉内取出或随炉降温；4)进行冷变形时尽可能地减少中间退火的次数及降低中间退火的温度，或者用软化回火代替高温退火。进行中间退火或软化回火时，加热应在保护介质中进行；5)高温加热时，钢的表面利用覆盖物及涂料保护以防止氧化和脱碳；6)正确的操作及增大工件的加工余量，以使脱碳层在加工时能完全去掉。6.脱碳检验主要步骤1)取样(需要有代表性)取样方法：纵向取样见图3-4。样件样件图3-4盘古件取样部位示意图图3-4中的阴影部分为所选观察面，因此将此观察面切割下来后需要将两端在砂轮上磨平再用100目的砂纸打磨平整。2)镶嵌镶嵌方法：热压法热压法：以热固体性酚醛树脂为镶嵌材料，把树脂与试样装于模具中在压力机上加热至135~170℃，待树脂融化后在17~29MPa的压力下固化5~12min即成。选用的镶嵌机如图3-5所示。图3-5MC004-XQ-2B型金相试样镶嵌机3.3.3盘古件脱碳金相组织盘古件的1号件脱碳0.30mm、2号件脱碳0.42mm，其脱碳组织图片如图3-6。a）b）图3-6盘古件脱碳组织a）1号件；b）2号件3.3.4盘古件硬度及脱碳层深度分析由表3-3盘古件退火态第一层硬度检测记录表和图3-6盘古件脱碳组织可以看出一般处于外圈的盘古件的硬度较低于内圈的盘古件。

可能产生原因：1.炉温不均匀；2.工件上有水汽。

第4章结论摩托车单向离合器装置中盘古件的加工工艺流程：下料→退火→抛丸→磷皂化→伸孔→冲孔→退火→倒角→抛丸→磷皂化→正挤成型→磷皂化