20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）題 目：20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： X X 學(xué) 號(hào)： XX 所在院(系)： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 20XX級(jí)材料成型及控制工程 班 級(jí)： 材料成型及控制工程 指 導(dǎo) 教 師： X X X 職稱： 講 師 2013年12月15日攀枝花學(xué)院教務(wù)處制攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)的目的使學(xué)生了解、設(shè)計(jì)20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設(shè)計(jì)，主要目的：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的熱處理課程的知識(shí)去解決工程問題的能力，并使其所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展。（2）學(xué)習(xí)熱處理工

2、藝設(shè)計(jì)的一般方法、熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計(jì)等。（3）進(jìn)行熱處理設(shè)計(jì)的基本技能訓(xùn)練，如計(jì)算、工藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）內(nèi)容：進(jìn)行零件的加工路線中有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工序的設(shè)計(jì)。根據(jù)零件的技術(shù)要求，選定能實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇熱處理設(shè)備，設(shè)計(jì)或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫出設(shè)計(jì)說明書，說明書中要求對(duì)各熱處理工序的工藝參數(shù)的選擇依據(jù)和各熱處理后的顯微組織作出說明。要求：（1）分析生產(chǎn)加工及熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對(duì)這些缺陷提出預(yù)防措施或補(bǔ)救措施。（2

3、）提交設(shè)計(jì)說明書（或設(shè)計(jì)報(bào)告），35千字，提交設(shè)計(jì)說明書。3、主要參考文獻(xiàn)1 崔明擇主編.工程材料及其熱處理M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.7.2崔忠析主編.金屬學(xué)與熱處理（第二版）M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.53王建安. 金屬學(xué)與熱處理M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19804 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì).熱處理手冊(cè)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.75 范逸明.簡(jiǎn)明金屬熱處理工手冊(cè)M.北京：國防工業(yè)出版社，2006.34、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃第16周：對(duì)給定題目進(jìn)行認(rèn)真分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，做好原始記錄。 第17周：撰寫課程設(shè)計(jì)說明書，并進(jìn)行修改、完善，提交設(shè)計(jì)說明書。指導(dǎo)教師（簽

4、字）日期年 月 日教研室意見：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受任務(wù)時(shí)間： 年 月 日注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。課程設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師成績(jī)?cè)u(píng)定表題目名稱評(píng)分項(xiàng)目分值得分評(píng)價(jià)內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項(xiàng)紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研7通過實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實(shí)踐等渠道獲取與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運(yùn)用知識(shí)的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題，能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，得出有價(jià)值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并

5、較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。06設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力，方案的設(shè)計(jì)能力5能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實(shí)驗(yàn)工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計(jì)算及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力；能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計(jì)等。08對(duì)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）10具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計(jì)說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡(jiǎn)練完整，有見解；立論

6、正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語指導(dǎo)教師簽名： 年月日摘 要 本課設(shè)計(jì)了20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設(shè)計(jì)。主要的工藝過程包括鍛造、預(yù)備熱處理（完全退火）、滲碳、淬火+低溫回火等過程。通過各種不同的工藝過程進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚砜梢垣@得各種性能良好的材料并且滿足各項(xiàng)性能的要求。20CrNi2MoA鋼能承受高強(qiáng)度摩擦和載荷，有極高的韌性，可以作為表面強(qiáng)化型的滲碳鋼應(yīng)用于滲碳齒輪、滲碳軸承等零件上；也可以經(jīng)低溫回火后應(yīng)用于諸如挖掘機(jī)斗齒(鎬牙)、農(nóng)用機(jī)械磨損件等要求耐磨損、耐沖擊的零件上 軸承套圈是火車中

7、重要的承受載荷的零件。其在輪轂中起到固定連接其他部件的作用，并且在火車運(yùn)動(dòng)過程中起到緩沖的作用，降低主要工作部件承受的載荷，減少其損耗。關(guān)鍵詞：20CrNi2MoA鋼，完全退火，低溫回火，火車軸承套圈目 錄摘 要1、設(shè)計(jì)任務(wù)11.1設(shè)計(jì)任務(wù)11.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求12、設(shè)計(jì)方案22.1 變速箱設(shè)計(jì)的分析22.1.1工作條件22.1.2失效形式22.1.3性能要求22.2鋼種材料33、設(shè)計(jì)說明43.1加工工藝流程43.2具體熱處理工藝43.2.1預(yù)備熱處理工藝53.2.2機(jī)械加工53.2.3滲碳工藝53.2.4淬火+低溫回火熱處理工藝64、分析與討論85、結(jié)束語96、熱處理工藝卡片10參 考 文

8、獻(xiàn)111 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設(shè)計(jì)。1.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求20CrNi2MoA 是一種滲透鋼材料，它具有20CrNi2MoA，能承受高強(qiáng)載荷。它的化學(xué)成分為碳 C ：0.170.23 硅 Si：0.170.37 錳 Mn：0.600.95 硫 S ：允許殘余含量0.035 磷 P ：允許殘余含量0.035 鉻 Cr：0.400.70 鎳 Ni：0.350.75 銅 Cu：允許殘余含量0.030 鉬 Mo：0.200.30由于火車軸承套圈長(zhǎng)期處于高強(qiáng)載荷，摩擦下，易疲勞。其主要失效形式為疲勞磨損。因此應(yīng)提高其硬度，韌性，和接觸面光滑度。 在20CrNi

9、2MoA鋼進(jìn)行熱處理時(shí)，即去應(yīng)力退火，淬火和高溫回火時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照卡片所列出的時(shí)間進(jìn)行保溫以及其它操作的要求。2 設(shè)計(jì)方案2.1火車軸承套圈設(shè)計(jì)的分析2.1.1工作條件由于是火車零件，因此其工作環(huán)境較為惡劣。零件長(zhǎng)期處于高強(qiáng)摩擦和重載荷下。2.1.2失效形式火車軸承套圈的失效形式主要是接觸疲勞磨損，除此之外還存在斷裂、點(diǎn)蝕表面疲勞磨損發(fā)生在零件的表層或亞表層，是由工作時(shí)表面受到的多變的接觸壓力及切應(yīng)力反復(fù)作用應(yīng)起的。在這些力的作用下，表面發(fā)生微量塑變，進(jìn)而導(dǎo)致加工硬化，塑性降低。在缺陷部位的應(yīng)力集中作用下產(chǎn)生裂紋源，在表層擴(kuò)展累積，最終導(dǎo)致表面無知脫落2.1.3性能要求a.高的淬硬性和足夠的淬透

10、性，以保證表面有均勻的、高的硬度，從而保證其耐磨性。b.高的接觸疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，以保證其有長(zhǎng)的使用壽命。c.高的彈性極限和沖擊韌度，以減少變形和偶然沖擊破壞。d.要有足夠的尺寸穩(wěn)定性，以保證在使用中不發(fā)生尺寸變化。e.一定的抗蝕性，以便抵抗大氣和潤滑油的化學(xué)腐蝕。f.良好的工藝性，以保證大量生產(chǎn)的需要。g.對(duì)于在特殊條件下工作的軸承零件要求能耐高溫和高的耐腐蝕性。20CrNi2MoA鋼力學(xué)性能：淬火加熱溫度（）：850；冷卻劑：油 回火加熱溫度（）：200；冷卻劑：空 【力學(xué)性能】 抗拉強(qiáng)度 ：≥980(100) 屈服強(qiáng)度 ：≥785(80) 伸長(zhǎng)率 5 ()：≥9 斷面

11、收縮率 ()：≥40 沖擊功 ：≥47 沖擊韌性值 (J/cm2)：≥59(6)布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高溫回火狀態(tài)）：197。2.2鋼種材料20CrNi2MoA鋼可以作為表面強(qiáng)化型的滲碳鋼應(yīng)用于滲碳齒輪、滲碳軸承等零件上；也可以經(jīng)低溫回火后應(yīng)用于諸如挖掘機(jī)斗齒(鎬牙)、農(nóng)用機(jī)械磨損件等要求耐磨損、耐沖擊的零件上。類似的鋼種還有20、15Mn、20Cr2Ni4A、G20CrMoA3 設(shè)計(jì)說明3.1加工工藝流程20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設(shè)計(jì)的熱加工工藝流程經(jīng)過許多次改進(jìn)形成如下的工藝流程: 備料鍛造正火等溫球化退火機(jī)加工淬火低溫回火磨削加工。

12、20CrNi2MoA鋼化學(xué)成分為碳 C ：0.170.23 硅 Si：0.170.37 錳 ：0.600.95 硫 S ：允許殘余含量0.035 磷 P ：允許殘余含量0.035 鉻 Cr：0.400.70 鎳 Ni：0.350.75 銅 Cu：允許殘余含量0.030 鉬 Mo：0.200.30成分分析：Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑。它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。Mn和Fe形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度，經(jīng)固溶處理后有良好的韌性，當(dāng)受到?jīng)_擊而變形時(shí)，表面層將因變形而強(qiáng)化，具有高的耐磨性；同時(shí)又是碳化物形成元素，進(jìn)入滲碳體中取代一部分鐵原子。Si能

13、溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比,以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比(-1/b)等。 硅能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。3.2具體熱處理20CrNi2MoA鋼的熱處理包括初期的鍛造和預(yù)先熱處理，以減少坯料的硬度為方便后面的機(jī)加工，也為后續(xù)滲碳、淬火、回火提供優(yōu)良的原始組織。20CrNi2MoA的熱處理工藝分析：由于20CrNi2MoA鋼的含碳量較低，對(duì)于齒輪這種要求剛強(qiáng)度和高耐磨的特性，那么20CrNi2MoA鋼的最重要的就是提高其硬度和耐磨性。通過鍛造和隨后的退火，形成硬度較低的原始坯料，為后續(xù)的切削加工提供有利的方便和減少對(duì)于車床的磨損。滲碳是通過對(duì)其表面

14、更加的硬度能夠更大程度的提升，保證質(zhì)量。為了碎化、細(xì)化共晶碳化物，把粗大的枝晶狀共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均勻性，細(xì)化碳化物的粒度，一般20CrNi2MoA鋼使用時(shí)都需要進(jìn)行鍛造和預(yù)先熱處理, 以減少碳化物的不均勻分布, 為后續(xù)淬火、回火提供優(yōu)良的原始組織4。3.2.1預(yù)備熱處理工藝鋼的退火指將鋼加熱到一定溫度并保溫一段時(shí)間，然后使它慢慢冷卻的過程。鋼的退火是將鋼加熱到發(fā)生相變或部分相變的溫度，經(jīng)過保溫后緩慢冷卻的熱處理方法。退火的目的是為了消除組織缺陷，改善組織使成分均勻化以及細(xì)化晶粒，提高鋼的力學(xué)性能，減少殘余應(yīng)力；同時(shí)可降低硬度，提高塑性和韌性，改善切削加工性能。所以退火既為了消除

15、和改善前道工序遺留的組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力，又為后續(xù)工序作好準(zhǔn)備，故退火是屬于半成品熱處理，又稱預(yù)先熱處理3.2.2滲碳工藝滲碳是將工件放入滲碳?xì)夥罩校⒃?00950的溫度下加熱、保溫，使其表面層增碳的一種工藝操作。滲碳的目的在于使工件在繼續(xù)經(jīng)過相應(yīng)熱處理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部任保持一定的強(qiáng)度和較高的任性。固體滲碳工藝如圖3.36所示。圖2 鋼的滲碳工藝曲線3.2.4淬火+低溫回火熱處理工藝淬火將鋼加熱到Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過共析鋼)以上（3050）某一溫度，保持一定時(shí)間，然后在水或油中快速冷卻的操作工藝稱為淬火。其目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體，然后配以不同溫度回火

16、獲得各種需要的性能。鋼的淬火是熱處理工藝中最重要、也是用途最廣泛的工序低溫回火回火是將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，經(jīng)過保溫，然后以一定的冷卻方法冷至室溫的熱處理操作。其目的在于：a.降低脆性，消除內(nèi)應(yīng)力。工件淬火后存在著很大的內(nèi)應(yīng)力和脆性，若不及時(shí)回火，零件會(huì)產(chǎn)生變形或開裂。b.得到對(duì)工件所要求的力學(xué)性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，為了了獲得對(duì)工件要求的性能，可以用回火溫度調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的塑性、強(qiáng)度和硬度。c.穩(wěn)定工件尺寸。淬火后的組織是馬氏體和殘余奧氏體，這兩種組織都是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地逐漸地發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，因而引起工件尺寸和形狀的改變。通過回火，可以促使這些組織轉(zhuǎn)變。達(dá)到

17、較穩(wěn)定狀態(tài)，以便在以后的使用過程中不發(fā)生變形8。淬火，回火工藝曲線如圖圖3 淬火，回火工藝曲線回火規(guī)范如表3.2 9。 表3.5 20CrNi2MoA回火規(guī)范表 方案 淬火溫度 / 回 火用 途 加熱溫度/ 介質(zhì)硬度HRC 10201040 消除應(yīng)力 去除應(yīng)力，降低硬度去除應(yīng)力，降低硬度150170 200275 400425 油或硝鹽 6163 5759 5557 11151130 去除應(yīng)力及形成二次硬化 去除應(yīng)力及形成二次硬化 去除應(yīng)力及形成二次硬化 510520多次回火 -78冷處理加510520一次回火 -78冷處理加一次510520回火，再-78冷處理 6061 6061 61623

18、.2.5物理性能經(jīng)過上述各種熱處理后20CrNi2MoA鋼的韌性、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提升。4 分析與討論 20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設(shè)計(jì)已經(jīng)在前面展示，單就其性能以及熱處理的過程想必是沒多大問題，若放入實(shí)際生產(chǎn)中有很多不可預(yù)知的問題，因此，不能紙上談兵須得到工廠或者實(shí)驗(yàn)室中反復(fù)的通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后在得出最重要的結(jié)論用于實(shí)踐中，從而在生產(chǎn)中減低成本、提高效率并且減少工時(shí)，降低能源消耗。5 結(jié)束語 20CrNi2MoA鋼制造火車軸承套圈熱處理工藝設(shè)計(jì)終于完成了，我這設(shè)計(jì)過程中大致了解了火車軸承套圈制作的工藝流程，并從中明白了軸承套圈在火車運(yùn)動(dòng)過程中起到的重要作用

19、，并對(duì)金屬熱處理過程有了更深刻的認(rèn)識(shí)。說實(shí)話，在前段時(shí)間上金屬學(xué)理論知識(shí)課時(shí)不太認(rèn)真，許多知識(shí)都模模糊糊是懂非懂，當(dāng)?shù)弥瓿蛇@個(gè)課程設(shè)計(jì)時(shí)，非?？鄲?，不這道怎么下手，但現(xiàn)在經(jīng)過我詳細(xì)查閱資料，終于對(duì)金屬學(xué)有了充分認(rèn)識(shí)，找到了入手點(diǎn)后，一切變得簡(jiǎn)單了。經(jīng)過長(zhǎng)久的努力終于完成了這個(gè)課設(shè)。這次課設(shè)對(duì)格式的要求很嚴(yán)格，字體大小，數(shù)字分號(hào)，表格圖片的編輯，都做了嚴(yán)格的規(guī)定。原本我不太理解，覺得太麻煩，過于約束，還浪費(fèi)時(shí)間，現(xiàn)在想來這正是一種理科生應(yīng)該有的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。在未來的工作中，作為工科出身的我們，必須避免因馬虎，取巧而造成的事故，只有在任何事情上做到謹(jǐn)小慎微，嚴(yán)格規(guī)范，才能減少錯(cuò)誤的發(fā)生。最后感謝導(dǎo)師的指導(dǎo)，和學(xué)校的安排，相信這次課設(shè)經(jīng)歷能為我們今后的人生留下寶貴財(cái)富。6 熱處理工藝卡片零件名稱：火車軸承套圈熱處理工藝卡處理要求： 下料、鍛造、預(yù)備