50CrMn鋼彈簧熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）題 目： 50CrMn鋼彈簧熱處理工藝設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 楊華 學(xué) 號(hào)： 201311102090 所在院(系)： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 2013級(jí)材料成型及控制工程 班 級(jí)： 3班 指 導(dǎo) 教 師： 孫 青 竹 職稱： 副教授 2016年 6 月 20 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50CrMn鋼彈簧熱處理工藝設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)的目的使學(xué)生了解、設(shè)計(jì)50CrMn鋼彈簧熱處理生產(chǎn)工藝，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(wèn)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)熱處理工藝設(shè)計(jì)的一般方法、熱處理設(shè)備選用和

2、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(shuō)明書，說(shuō)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(shuō)明。要求：（1）分析生產(chǎn)加工及熱處理過(guò)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）提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書（或設(shè)計(jì)報(bào)告），3

3、5千字，提交設(shè)計(jì)說(shuō)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(guó)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(guó)防工業(yè)出版社，2006.34、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃第13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14周：撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書，并進(jìn)行修改、完善，提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書。指導(dǎo)教師（簽字）日期年 月 日教研室意見：年

4、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(guò)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(wèn)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；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、

5、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(shuō)明書（論文）質(zhì)量30綜述簡(jiǎn)練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)

6、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(yǔ)指導(dǎo)教師簽名： 年月日摘 要本課設(shè)計(jì)了50CrMn鋼彈簧熱處理工藝。50CrMn鋼是我國(guó)國(guó)標(biāo)中鉻錳彈簧鋼的一種。主要用以制造截面較大的和較重要的汽車板簧和螺旋彈簧。其具有良好的熱加工性能和淬透性，缺點(diǎn)是有回火脆性的傾向，因此熱處理時(shí)注意回火后需快冷。主要的工藝過(guò)程包括預(yù)備熱處理（退火），預(yù)備熱處理淬火（840，油冷），中溫回火（500，水冷），噴丸強(qiáng)化處理。通過(guò)這些工藝過(guò)程進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚砜梢垣@得性能良好的材料并且滿足各項(xiàng)性能的要求。關(guān)鍵詞：50CrMn鋼，完全退火，中溫回火，汽車板簧目 錄摘 要1、設(shè)計(jì)任務(wù)1

7、1.1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 板簧設(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(shuō)明43.1加工工藝流程43.2具體熱處理工藝4預(yù)備熱處理工藝53.2.2淬火及中溫回火熱處理工藝53.2.3噴丸處理63.2.4物理性能74、分析與討論85、結(jié)束語(yǔ)96、熱處理工藝卡片10參 考 文 獻(xiàn)111 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)50CrMn鋼彈簧熱處理工藝設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 50CrMn鋼是我國(guó)國(guó)標(biāo)中鉻錳彈簧鋼的一種1。其具有良好的熱加工性能和淬透性，鉻元素提高了鋼的硬度和回火穩(wěn)定性，脫碳的傾向有減小。缺點(diǎn)是有回火脆性的傾向

8、，因此熱處理時(shí)注意回火后需快冷。是碟形彈簧材料的一種。 50CrMn鋼由于含有1%左右的鉻和錳有較高的淬透性脫碳傾向小缺點(diǎn)是鉻和錳均加重回火脆性的傾向回火后需快冷多用以制造截面較大的和較重要的板簧和螺旋彈簧。2 設(shè)計(jì)方案2.1板簧設(shè)計(jì)的分析2.1.1工作條件50CrMn鋼用于緩沖和吸震，承受很大的交變應(yīng)力和沖擊載荷的作用，需要高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。主要用于中型和重型汽車，汽車板簧是汽車懸架系統(tǒng)中最傳統(tǒng)的彈性元件，在懸架系統(tǒng)中除了起緩沖作用而外，當(dāng)它在汽車縱向安置，并且一端與車架作固定鉸鏈連接時(shí)，即可擔(dān)負(fù)起傳遞所有各向的力和力矩，以及決定車輪運(yùn)動(dòng)的軌跡，起導(dǎo)向的作用。2.1.2失效形式50Cr

9、Mn鋼板簧可能發(fā)生的失效2：過(guò)載斷裂：當(dāng)汽車超載時(shí)，載荷的重量超過(guò)板簧的承載能力，此時(shí)板簧往往發(fā)生永久性塑性變形，當(dāng)工作載荷超過(guò)其所能承受的極限載荷時(shí)，將發(fā)生過(guò)載斷裂。脆性斷裂：汽車長(zhǎng)時(shí)間在北方寒冷空氣下行駛時(shí)，可能因?yàn)榈蜏匕l(fā)生脆性斷裂。疲勞斷裂：由于汽車板簧長(zhǎng)期在交變載荷下工作，則容易發(fā)生疲勞斷裂。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間在惡劣的環(huán)境下行駛時(shí)，可能因金屬發(fā)生腐蝕而出現(xiàn)腐蝕疲勞斷裂。2.1.3性能要求板簧鋼應(yīng)具有優(yōu)良的綜合性能，如力學(xué)性能(特別是彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)。因此所選材質(zhì)應(yīng)具有較高

10、的強(qiáng)度以及適當(dāng)?shù)捻g性，并且具有較高的彈性極限、較好的彈性減退抗力以及較高的屈強(qiáng)比，為了防止板簧在交變應(yīng)力下發(fā)生疲勞和斷裂，彈簧應(yīng)具有較高的疲勞強(qiáng)度和耐蝕等性能，汽車板簧在工作中反復(fù)承受交變彎曲應(yīng)力，故對(duì)板簧的表面質(zhì)量要求很高，不允許其表面有缺口、裂紋、折疊和斑疤等，表面即使存在微小缺陷和損傷，也會(huì)由此產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成疲勞源，導(dǎo)致板簧早期疲勞斷裂口。有研究指出，斷裂板簧的裂源正好萌生于小坑處，并且小坑處組織為針狀馬氏體，且有淬火裂紋存在。故板簧表面的小坑及裂紋是引起板簧早期疲勞斷裂的根源。為了滿足上述性能要求，板簧鋼應(yīng)具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量(高的純潔度和均勻性)、良好的表面質(zhì)量(嚴(yán)格控制表面缺陷和

11、脫碳)、精確的外形和尺寸。 50CrMn鋼其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度高，耐腐蝕性能好，缺點(diǎn)是有回火脆性的傾向，因此熱處理時(shí)注意回火后需快冷。但強(qiáng)度、硬度較低，鍛造、焊接和冷沖壓性能良好，冷變形塑性高，但切削加工時(shí)不易得到光潔的表面。用于制造截面較大的和較重要的板簧片及螺旋彈簧。50CrMn鋼力學(xué)性能3：抗拉強(qiáng)度 b (MPa)：1300，屈服強(qiáng)度 s (MPa)：1100，斷面收縮率 /（%）：5。2.2鋼種材料50CrMn鋼屬于合金彈簧鋼，S，P雜質(zhì)含量較低，合金彈簧鋼按加入合金元素的不同，大體上可分為錳彈簧鋼和硅錳彈簧鋼。硅鉻、硅鉻釩和硅錳鎢彈簧鋼。鉻釩和鉻錳釩彈簧鋼。硼彈簧鋼及稀土彈簧鋼。其他

12、多原量少的低合金彈簧鋼。50CrMn鋼是我國(guó)國(guó)標(biāo)中鉻錳彈簧鋼的一種。其具有良好的熱加工性能和淬透性。3 設(shè)計(jì)說(shuō)明3.1加工工藝流程50CrMn鋼彈簧熱處理工藝設(shè)計(jì)的熱加工工藝流程經(jīng)過(guò)許多次改進(jìn)形成如下的工藝流程:原始鋼(帶)板鍛造預(yù)備熱處理(退火)機(jī)械加工淬火+中溫回火噴丸強(qiáng)化處理。彈簧用材有鋼和非鐵金屬，大部分是鋼材。原材料狀態(tài)有棒料、絲料、板料和帶料；有些是在熱軋、冷軋、冷拔后進(jìn)行退火、淬火回火或貝氏體等溫淬火狀態(tài)供貨，制成彈簧后再進(jìn)行最終熱處理。50CrMn鋼屬于合金鋼，其成分4如下表3.1.表3.1 50CrMn鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）CMnPSCrNiSi0.460.540.70

13、1.000.0400.0400.901.200.350.170.37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。Cr顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性,但同時(shí)降低塑性和韌性.提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性。3.2具體熱處理50CrMn鋼的熱處理包括初期的鍛造和預(yù)備熱處理，以減少坯料的硬度為方便后面的機(jī)加工，也為后續(xù)噴丸處理、淬火、回火提供優(yōu)良的原始組織。5

14、0CrMn鋼的熱處理工藝分析：50CrMn鋼是合金鋼，對(duì)于板簧這種要求剛強(qiáng)度和高耐磨的特性，那么50CrMn鋼的最重要的就是提高其屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度。通過(guò)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(guò)對(duì)其表面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50CrMn鋼使用時(shí)都需要進(jìn)行軋制和預(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。預(yù)備熱處理工藝退火是將偏離平衡狀態(tài)的金屬坯料或零件加熱至較高溫度

15、，保持一定的時(shí)間后通常以相當(dāng)緩慢的速度冷卻，以得到接近于平衡狀態(tài)組織的各種工藝方法。退火的目的是：a消除鋼錠的成分偏析，使成分均勻化。b消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷。c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。d細(xì)化晶粒，均勻組織，為后續(xù)熱處理做組織準(zhǔn)備。e消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，以防止變形與開裂5。 1180Ac3Ac1圖3.2 50CrMn鋼完全退火工藝曲線加熱溫度：1180；加熱速度：小于200/h；保溫時(shí)間：2min/mm83.2.2淬火及中溫回火熱處理工藝6淬火淬火是將鋼加熱至臨界溫度點(diǎn)Ac3或Ac1以上一定的度，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工

16、藝叫做淬火。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獲得各種需要的性能。鋼的理想淬火冷卻曲線如圖3.37所示 Ac3 Ac1 A AP AB Ms圖3.3中溫回火回火是將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，經(jīng)過(guò)保溫，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s方法冷卻至室溫的熱處理操作。其目的在于： a.減少或消除淬火應(yīng)力，保證相應(yīng)的組織轉(zhuǎn)變。 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

17、引起工件尺寸和形狀的改變。通過(guò)回火，可以促使這些組織轉(zhuǎn)變。達(dá)到較穩(wěn)定狀態(tài)，以便在以后的使用過(guò)程中不發(fā)生變形8。淬、回火規(guī)范如表3.4 7。表3.4 50CrMn鋼淬和回火規(guī)范表淬火回火加熱溫度/冷卻介質(zhì)硬度/（HRC）加熱溫度/冷卻介質(zhì)硬度840860油>58400550水備注：適用范圍為截面較大的和較重要的板簧片及螺旋彈簧具體熱處理工藝曲線7： 溫度t/8402min/mm油冷5002min/mm水冷 室溫時(shí)間min圖3.5 淬火及回火熱處理工藝曲線3.2.3噴丸處理5噴丸處理是一種表面強(qiáng)化技術(shù)，經(jīng)噴丸處理后，不僅可以減輕或消除彈簧表面缺陷（如小裂紋、凹凸缺口及脫碳等）的有害作用，而且

18、可使彈簧表層產(chǎn)生加工硬化和殘余壓應(yīng)力，從而有效提高彈簧的疲勞壽命。對(duì)彈簧進(jìn)行噴丸處理所用的彈丸一般有硬鋼絲切斷丸、鑄鐵丸、鑄鋼丸及有及玻璃丸等。板簧通常僅對(duì)其凹面噴丸，經(jīng)過(guò)噴丸處理后的板簧，其使用壽命大大提高。3.2.4物理性能經(jīng)過(guò)上述熱處理后50CrMn鋼的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、耐腐蝕性能都有較大的提高，抗疲勞能力也有所提高。4 分析與討論50CrMn彈簧鋼熱處理工藝設(shè)計(jì)已經(jīng)在前面展示，單就其性能以及熱處理的過(guò)程想必是沒(méi)多大問(wèn)題，若放入實(shí)際生產(chǎn)中有很多不可預(yù)知的問(wèn)題，因此，就可能存在的缺陷進(jìn)行分析，見表4.18 表4.1 50CrMn鋼淬火時(shí)常見缺陷及防止措施缺陷名稱對(duì)彈簧性能影響防止措施脫碳

19、降低使用壽命采用鹽浴爐或控制氣氛加熱爐加熱采用快速加熱工藝過(guò)熱脆性增加嚴(yán)格控制成型及淬火加入溫度加強(qiáng)淬火時(shí)的金相檢驗(yàn)開裂脆性增加，嚴(yán)重降低使用壽命控制淬火加熱溫度 淬水時(shí)冷到 250300,取出油冷及時(shí)回火并快速冷卻5 結(jié)束語(yǔ) 這次50CrMn彈簧鋼熱處理工藝設(shè)計(jì)，主要的工藝過(guò)程包括預(yù)備熱處理（退火），預(yù)備熱處理淬火（840，油冷），中溫回火（500，水冷），噴丸強(qiáng)化處理。讓我大致了解了50CrMn彈簧鋼熱處理工藝流程，以及如何控制工藝流程并了解到彈簧鋼的種類。討論了在熱處理工藝流程中可能存在的缺陷，以及預(yù)防和處理相應(yīng)的缺陷。50CrMn鋼具有良好的熱加工性能和淬透性，鉻元素提高了鋼的硬度和回火穩(wěn)定性，脫碳的傾向有減小用于緩沖和吸震，50CrMn需要承受很大的交變應(yīng)力和沖擊載荷的作用，需要高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。其有回火脆性的傾向，因此熱處理時(shí)注意回火后需快冷。6 熱處理工藝卡片零件名稱： 板