热处理工艺课程设计

钢的热处理工艺说明书 学生姓名                    设计目    活塞杆Ⅱ        指导教师                    系 主 任                    完成日期      年 月 日 目录 一 目的 ————————————————————3 二 设计任务—————————————————— 3 三 设计内容和步骤——————————————— 3 （1）零部件简图，钢种和技术要求——————— 3 （2）工作条件，破坏方式，性能要求—————— 4 （3）零部件用钢的分析—————————————4 四 热处理工艺及参数的论述———————————9 五 选择加热设备————————————————18 六 工装图——————————————————— 19 七 工序质量检验项目、方法———————— 20 八 缺陷及其分析————————————————20 九 参考文献 ————————————————— 22 一、目的 1. 深入了解热处理课程的基本理论 2. 初步学会制定零部件的热处理工艺 3. 了解与本设计有关的新技术,新工艺 4. 设计尽量采用最新技术成就,并注意和具体实践相结合,是设计具有一定的先进性和实践性. 二、设计任务 1. 编写设计说明书 2. 编制工序施工卡片 3. 绘制必要的工装图 三、设计内容和步骤 3.1零部件简图、钢种和技术要求 1.简图 2.钢种: 35CrMo 3.技术要求： （1）调质处理HB217~269； （2）直径80外表面镀铬； （3）直径42表面高频处理，硬度HRC55~57； 3.2零部件的工作条件、破坏方式和性能要求的分析 （1）零部件的工作条件 活塞杆是支持活塞做功的连接部件，大部分应用在油缸、气缸运动执行部件中，是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。 （2）零部件的主要破坏方式 1）断裂  活塞杆断裂部位在活塞杆与十字头锁紧螺母旋合处的最末2~ 3 道螺纹的根部。该处螺纹系锻造成形后采用滚压加工, 螺纹直径为M95。活塞杆运行时间为2. 5 年。活塞杆在工作过程中主要承受交变的拉压载荷作用。 2）磨损  颗粒污染为活塞杆损坏最快的因素之一，虽然在导向套上装有防尘圈及密封件等，但也难免将尘埃、污物带入液压系统，引发活塞杆的磨损。 3）腐蚀  活塞杆在工作过程中活塞杆裸露在外直接和环境相接触，很易引发氧化，从而降低其使用寿命。 ( 3 )零部件性能要求 1.具有高的接触疲劳极限； 2.具有高的抗弯强度； 3.具有高的耐磨性； 4.具有足够的冲击韧性； 5.具有高的传递精度和最小的工作响音. 3.3零部件用钢的分析 1.相关钢种化学成分的作用 （1）35CrMo 表1.  35CrMo的化学成分 C Si Mn Cr Mo P,S Ni Cu 0.32～0.40 0.17～0.37 0.40～0.70 0.80～1.10 0.15～0.25 ≤0.035 ≤0.30 ≤0.30                 化学成分作用： A. 碳（C）的影响 从铁碳平衡图中，我们能清楚的看到，钢随着含碳量的增加，钢的基本组织不同，而且在加热与冷却时，组织转变的温度也不相同。纯铁在加热与冷却过程中，仅发生晶格的变化（同素异形转变）。所以热处理时其机械性能几乎不发生影响。但是随着含碳量的增加，热处理将发生显著地作用。如亚共析钢随着含金量的增高，淬火后强度、硬度都有显著提高；同时含碳量的多少也确定了钢的热处理工艺。 B. 铬（Cr）的影响 铬为碳化物形成元素。它能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性；阻止晶粒长大，增加钢的淬透性，降低钢的临界冷却速度。因而，使钢在热处理时，退火、正火、淬火的加热温度与所提高。并使它在油中便能淬硬。但他降低了钢的马氏体点，因而增加了钢残余奥氏体量。使钢的奥氏体不稳定区域变为700-500℃和400-250℃。提高了钢的硬度和强度，增加了钢在高温回火时强度降低的抗力。 C. 钼（Mo）的影响 提高钢的淬透性，热强性，有二次硬化的作用，能降低回火脆性。 D. 硅（Si）的影响 Si能升高Ac1和Ac3点，从而使热处理时的退火、正火、淬火的加热温度增高。能增加奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，增加钢的淬透性很多，故能使Si合金钢在油中淬硬。对钢的马氏体区域有什么影响，增加残余奥氏体数量不多。对钢的强度、硬度增加不多，但却增加了钢的回火脆性和过热与脱碳的敏感性。 E. 锰（Mn）的影响 Mn为碳化物形成元素。他降低钢的Ac1和Ac3而使钢在热处理时的温度有所降低。增加奥氏体的稳定性，降低钢的临界冷却速度，同时增加钢的淬透性，但它使残余奥氏体量增加。可以减少钢在淬火时的变形和增加钢的强度和硬度。使钢的回火脆性与晶粒长大的作用增大。 F. 硫（S）的影响 硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。              G. 铜(Cu)和镍(Ni)的影响 铜在合金钢中，使钢的Ac3下降，即使热处理的加热度降低；铜还能增加钢的淬透性和增加钢的强度。Ni能强化铁素体，降低钢的Ac1和Ac3点，从而使热处理时的退火、正火、淬火的加热温度有所降低。 2. 相关钢种的热处理工艺性能分析 （1）35CrMo 热处理基本参数 临界温度 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms 温度/℃ 755 800 695 750 370             A.淬透性：淬透性随淬火温度的提高而增加，因为温度升高，奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高。但是如果温度过高，奥氏体晶粒过于粗大淬火后会产生开裂或变形。 B.淬硬性：淬硬性表示钢淬火时的硬化能力。它主要与钢的含碳量有关，更确切的是说是它取决于淬火后马氏体中的含碳量，马氏体中的含碳量越高钢的淬硬性越高。 C.变形倾向：淬火后变形分两种：翘曲变形和体积变形，翘曲变形主要是加热时工件在炉内放置不当或淬火前后没有定形处理或冷却不均匀做造成的，另一方面淬火前后组织不一样引起体积变形，淬火前一般为珠光体组织，淬火后为马氏体组织，由于两种组织的比容不同，淬火前后讲引起体积变化，从而产生变形，但这种变形只按比例使工件胀缩而不改变形状。 3. 钢材的组织性能（硬度、强度、耐磨性、塑韧性等）与各种热处理工艺的关系 35CrMo钢的强度高，韧性好，具有高的持久强度和蠕变强度，低温冲性中等，焊接性不好（焊接前需预热至150~400度，焊接后需热处理以消除应力），淬透性良好，无过热倾向，淬火变形小，有第一类回火脆性，一般在调质处理后使用，也可在高 中频感应淬火或淬火及低中温回火后使用。 35CrMo钢可用于制造各种机器中承受冲击，弯扭，高载荷的重要零件，如轧钢机人字齿轮、曲轴、锤杆、连杆、紧固件，汽轮发动机主轴、车轴，发动机传动零件，大型电动机轴，石油机械中的穿孔器，工作温度低于400度的锅炉用螺栓，工作温度低于510度的螺母，化工机械中高压无缝的厚壁导管（工作温度450~500度，无腐蚀介质）等，还可代替40CrNi钢制造承受高载荷的传动轴、汽轮发动机转子、大载面齿轮、支承轴（直径小于500mm)等。 表1  35CrMo的等温转变曲线 表2  35CrMo的连续冷却转变图 表3   35CrMo的淬透性曲线 。  表4  35CrMo的临界温度及常规热处理工艺参数 牌 号 临界温度/℃ 退火 正 火 Ac1 Ac3 Ms 温度 /℃ 冷却 /℃ 硬度 HBW 温度 /℃ 冷却 /℃ 硬度 HBW Ar1 Ar3 Mf 35CrMo 755 800 371 820~ 840 炉冷 ≤229 830~ 880 空冷 241~ 286 695 750 --                     续表4 淬 火 回 火 温度 /℃ 淬火介质 硬度 HRC 不同温度回火后的硬度值HRC 150℃ 200℃ 300℃ 400℃ 500℃ 550℃ 600℃ 650℃ 850 油 ＞55 55 53 51 43 34 32 28 24                       （四）热处理工艺及工艺参数的论述 4.1 零件的加工工艺路线及其简单论证 下料→锻造→正火→机械加工→调质（淬火→回火）→高频处理→镀铬→检验→成品 论证：首先正火目的在于均匀化学成分，达到改善机械性能及工艺性能，消除或减少内应力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。接着发挥结构钢优越的机械性能，常将结构钢调质，这样就能得到需要的耐热性和高温强度。但耐磨性差，需进行高频处理，还需表面镀鉻. 4.2 锻造工艺曲线 活塞杆的毛坯经过锻造后获得基本的形状。锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，已获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。活塞杆是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。其加工质量的好坏直接影响整个产品的寿命和可靠性。查阅《热处理工艺数据手册》可以找出35CrMo钢的锻造工的加热温度、始锻温度冷却方式，如下表2所示。 表5 35CrMo 钢的锻造工艺图表 项目 Ac1(Ar1) Ac3(Ar3) 加热温度/℃ 始锻温度 终锻温度 钢坯 755℃(695℃) 800℃(750℃) 920~940℃ 1180℃ 900℃             4.3预备热处理工艺方案、工艺参数及其论证 35CrMo 正火 840±10℃ 3h 空冷 淬火 850±10℃ 0.5h 油冷 回火 575±10℃ 1.5h 油冷 高频处理 2.5KHZ 1S 镀铬 0.2mm 去氢后镀3h     论证：活塞杆是支持活塞做功的连接部件，大部分应用在油缸、气缸运动执行部件中，是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。由于柱塞跳动过大、长时间的柱塞运动与填料之间的频繁摩擦、往复运动的交变应力等导致活塞杆的失效形式有断裂、磨损和疲劳。 活塞杆常用材料为35、45、38Cr等钢材，粗加工后要调质处理，硬度可达230~285HBS,但耐磨性差，需进行高频淬火，必要时还需表面镀鉻，并对镀鉻层进行抛光，存在裂纹多、硬化硬度低、冲击韧性差等问题。通过对经典35CrMo钢热处理工艺的分析，更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。 根据活塞杆的工作条件，失效形式及性能要求，本设计选择的活塞杆材料为35CrMo钢；在设计正火-调质-回火加高温回火热处理工艺中，本设计借鉴了《热处理工程师手册》，《钢的热处理》等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的35CrMo钢满足热作模具钢的质量要求。通过对经典35CrMo钢热处理工艺的分析，更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。