畢業(yè)設(shè)計(jì)論文15Cr活塞銷的熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）題 目： 15Cr活塞銷的熱處理工藝設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： X X X 學(xué) 號(hào)： 2011111020XX 所在院(系)： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 2011級(jí)材料成型及控制工程 班 級(jí)： 材料成型及控制工程（1）班 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(shū)題目15Cr活塞銷的熱處理工藝設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)的目的使學(xué)生了解、設(shè)計(jì)15Cr活塞銷的熱處理工藝，融會(huì)貫通相關(guān)專業(yè)課程理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。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)

2、容 ：（1）明確設(shè)計(jì)任務(wù)（包括用途、服役條件及性能要求）（2）繪出熱處理件零件圖（3）給出設(shè)計(jì)方案（4）寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明（5）設(shè)計(jì)質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目（6）設(shè)計(jì)熱處理工藝卡片（7）15Cr活塞銷的熱處理缺陷及預(yù)防或補(bǔ)救措施要求：（1）通過(guò)查找資料充實(shí)、完善各項(xiàng)給定的設(shè)計(jì)內(nèi)容。（2）分析熱處理過(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。（3）提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（報(bào)告），2千字以上。報(bào)告格式請(qǐng)參照“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）”格式。3、主要參考文獻(xiàn)1 夏立芳主編. 金屬熱處理工藝學(xué). 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 20052 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理分會(huì)熱處理工程師手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社2003第一版.3 張玉

3、庭主編熱處理技師手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社2006第一版4 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)熱處理手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社2003第三版.4、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃第十四周：對(duì)給定的題目進(jìn)行認(rèn)真分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，做好原始記錄。第十五周：撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并進(jìn)行修改、完善，提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。指導(dǎo)教師（簽字）孫青竹日期2013年11 月 25 日教研室意見(jiàn)：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受任務(wù)時(shí)間： 年 月 日注：任務(wù)書(shū)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)、

4、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、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

5、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(shū)（論文）質(zhì)量30綜述簡(jiǎn)練完整，有見(jiàn)解；立論正確，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(jiàn)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15Cr活塞銷熱處理工藝設(shè)計(jì)。主要的工藝過(guò)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(guò)程。15Cr鋼是一種常用的低

6、碳合金滲碳鋼，活塞銷在較高溫度下工作，承受很大的周期性沖擊載荷，損壞形式主要是表面磨損和疲勞裂紋。因此要求其具有足夠的強(qiáng)度和剛度，表面應(yīng)耐磨，心部有較好的韌性和較高的疲勞強(qiáng)度。滲碳鋼活塞銷在滲碳后經(jīng)淬火、低溫回火處理。性能要求較高的活塞銷采用二次淬火、回火。對(duì)合金元素含量較高及尺寸穩(wěn)定性要求較高的活塞銷，滲碳淬火后要進(jìn)行深冷處理，活塞銷是連接活塞和連桿小頭，在運(yùn)動(dòng)時(shí)相當(dāng)于雙點(diǎn)支撐梁，在較高工作溫度下承受非對(duì)稱交變載荷和一定的沖擊載荷，其表面長(zhǎng)期在潤(rùn)滑條件差的摩擦條件下工作?；钊N的主要失效方式是表面磨損和疲勞裂紋。關(guān)鍵詞：15Cr鋼，活塞銷,完全退火，滲碳，淬火，低溫回火，目 錄摘 要1、設(shè)計(jì)

7、任務(wù)11.1設(shè)計(jì)任務(wù)11.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求11.3熱處理工件圖12、設(shè)計(jì)方案22.1 活塞銷設(shè)計(jì)的分析22.1.1工作條件2失效形式2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5機(jī)械加工5滲碳工藝53.2.4淬火+低溫回火熱處理工藝6活塞銷的質(zhì)量檢驗(yàn)74、分析與討論84.1缺陷及防治措施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)15Cr活塞銷熱處理工藝設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 15Cr鋼是一種常用的低碳合金滲碳鋼，在滲碳時(shí)可顯著地增加表面含碳量，增大滲碳深度，但在高溫長(zhǎng)時(shí)間滲碳時(shí)有晶粒長(zhǎng)大傾向及形成網(wǎng)狀

8、碳化物的傾向；對(duì)形狀簡(jiǎn)單、要求不高的零件，滲碳后可直接降溫淬火，但熱處理后變形較大，又有回火脆性，鋼的淬透性較15號(hào)碳鋼高，在油中臨界淬透直徑為215mm，在水中臨界淬透直徑為629mm。此外，鋼的冷變形塑形高，焊接性良好，在退火狀態(tài)下可切削性甚好。由于它的含碳量低(在0.12-0.16%之間)所以，硬度比較低。因此，為滿足其在制造活塞銷的壽命要求，應(yīng)提高其硬度?；钊N在較高溫度下工作，承受很大的周期性沖擊載荷，損壞形式主要是表面磨損和疲勞裂紋。因此要求其具有足夠的強(qiáng)度和剛度，表面應(yīng)耐磨，心部有較好的韌性和較高的疲勞強(qiáng)度。1活塞銷對(duì)滲碳及熱處理的要求較高，外圓表面硬度要求HRC55-62，滲碳

9、層厚一般控制在范圍內(nèi)，心部和內(nèi)孔表面硬度要求嚴(yán)格控制在HRC38以下。這種工藝要求的依據(jù)就是基于傳統(tǒng)理論的分析，外表面淬硬是為適應(yīng)脈動(dòng)單向最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在外表面的分布情況，而心部和內(nèi)孔壁面不得滲碳的要求是用來(lái)滿足抗沖擊性能的。2 在15Cr鋼進(jìn)行熱處理時(shí)，即去應(yīng)力退火，滲碳，淬火和回火時(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。 1.3 熱處理工件圖 圖1 活塞銷工件圖2 設(shè)計(jì)方案2.1活塞銷設(shè)計(jì)的分析工作條件活塞銷在高溫下承受很大周期性沖擊載荷，并且潤(rùn)滑條件也比較差，因此，要求強(qiáng)度高耐沖擊且表面耐磨損。為減小活塞銷本身的往復(fù)慣性力，還要求重量盡量輕。失效形式活塞銷的主要失效形式

10、是表面磨損和疲勞斷裂。表面磨損?；钊N在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，承受較大的交變載荷，它與活塞銷座孔和連桿襯套間的配合處產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生磨損。磨損后配合間隙增大，從而使配合件間出現(xiàn)不正常的敲擊聲，加速零件的磨損疲勞斷裂。主要是活塞銷與銷孔和襯套配合間隙過(guò)大，在交變沖擊力作用下，活塞銷疲勞折斷或者活塞銷質(zhì)量差。性能要求 活塞銷的制造尺寸、公差、材質(zhì)在設(shè)計(jì)上是非常嚴(yán)格的。原廠發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的活塞銷形式大都使用半浮式設(shè)計(jì)，也就是活塞銷固定在連桿小端是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，而在活塞兩側(cè)的銷孑L內(nèi)，銷子是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的。如果活塞已經(jīng)升級(jí)為鍛造活塞，這時(shí)的活塞銷幾乎全都需要采用全浮式的設(shè)計(jì)，即銷子相對(duì)于連桿小頭、相對(duì)于活塞座孔都是可以

11、轉(zhuǎn)動(dòng)的。全浮式和半浮式在結(jié)構(gòu)上的差別只是裝配上的公差配合不同。因此，在裝配全浮式活塞銷時(shí)，一定要仔細(xì)測(cè)量活塞銷孔和連桿小端的尺寸與配合公差。如果連桿小端的間隙比活塞孔間隙大時(shí)，受負(fù)荷后，活塞部分因緊度的差別可能會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，唯一能轉(zhuǎn)動(dòng)的部分只剩下連桿小端，接著就會(huì)發(fā)生活塞銷和連桿小端異常的磨損，甚至?xí)幸赖默F(xiàn)象產(chǎn)生，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)將造成致命性的損害。515Cr鋼其塑性、韌性高，但強(qiáng)度、硬度高，鍛造、焊接和冷沖壓性能不良，冷變形塑性高，但切削加工時(shí)不易得到光潔的表面。用于制造受力不大、韌性要求高的零件和滲碳件，緊固件和沖模鍛件以及不經(jīng)熱處理的低負(fù)荷零件。15Cr鋼力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度 b (MPa)：7

12、35，屈服強(qiáng)度 s (MPa)：490，伸長(zhǎng)率 5/（%）：11。2.2鋼種材料 15Cr鋼是一種常用的低碳合金滲碳鋼，在滲碳時(shí)可顯著地增加表面含碳量，增大滲碳深度，但在高溫長(zhǎng)時(shí)間滲碳時(shí)有晶粒長(zhǎng)大傾向及形成網(wǎng)狀碳化物的傾向；對(duì)形狀簡(jiǎn)單、要求不高的零件，滲碳后可直接降溫淬火，但熱處理后變形較大，又有回火脆性，鋼的淬透性較15號(hào)碳鋼高，在油中臨界淬透直徑為215mm，在水中臨界淬透直徑為629mm。此外，鋼的冷變形塑形高，焊接性良好，在退火狀態(tài)下可切削性甚好。3 設(shè)計(jì)說(shuō)明3.1加工工藝流程15Cr活塞銷熱處理工藝設(shè)計(jì)A鋼屬于低碳鋼，其成分6如下表1表1 A鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）CMnPSCr

13、SiNi其他0.120.180.400.700.0350.0350.701.000.170.37一一成分分析：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(s/b),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具體熱處理大量生產(chǎn)的活塞銷

14、均為冷擠壓或溫?cái)D壓成形后進(jìn)行滲碳，產(chǎn)量較小時(shí)則可采用棒料或管料經(jīng)機(jī)加工后進(jìn)行滲碳。 冷擠壓活塞銷坯料需經(jīng)退火，使其硬度降至140HBS，提高塑性，為擠壓工藝作準(zhǔn)備，15Cr鋼退火見(jiàn)預(yù)備熱處理工藝。退火后尚需磷化處理，以減少擠壓成形時(shí)所需的擠壓力和提高擠壓模具的壽命。滲碳鋼活塞銷在滲碳后經(jīng)淬火、低溫回火處理。性能要求較高的活塞銷采用二次淬火、回火。對(duì)合金元素含量較高及尺寸穩(wěn)定性要求較高的活塞銷，滲碳淬火后要進(jìn)行深冷處理，以減少滲層中殘留奧氏體。15Cr鋼見(jiàn)滲碳工藝。活塞銷滲碳淬火后的表層組織為細(xì)針狀馬氏體，不允許有粗的或連續(xù)游離碳化物網(wǎng)心部為板條馬氏體加鐵素體。同一銷的表面硬度差不超過(guò)3HRC，

15、心部硬度為2425HRC。7圖2 15Cr鋼完全退火工藝曲線 920950 890 時(shí)間/min 120 150300 0180 煤油/滴·min 220 120280 5060 甲醇/滴·min 0 0 2030圖3 15Cr鋼的滲碳工藝曲線圖4低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(kāi)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

16、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(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。10檢驗(yàn)項(xiàng)目檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)要求滲碳層深度/mm 硬度（HRC）組織JB/NQ54.1TB1461表面心部滲碳層心部過(guò)公析層加共析層加1/2過(guò)渡層過(guò)共析層加共析層加過(guò)渡層不同部位至少測(cè)三點(diǎn)，取平均值距活塞銷兩端20mm之內(nèi)橫向截取，觀察整個(gè)截面觀察磁力探傷在兩平面間壓碎或用v形槽按產(chǎn)品圖樣要求按產(chǎn)品圖樣要求，按產(chǎn)品圖樣要求，同一銷的工作面硬度差不大于3HRC

17、細(xì)針狀馬氏體，不允許有粗塊狀或連續(xù)網(wǎng)狀碳化物板條馬氏體和鐵素體，不允許大塊鐵素體無(wú)裂紋、銹蝕、麻點(diǎn)、黑斑、刻痕、尖角、毛刺、氧化皮無(wú)裂紋，注意退磁表面質(zhì)量 探傷壓碎試驗(yàn)表2 A鋼制造機(jī)床B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，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(guò)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。15Cr活塞銷常見(jiàn)缺陷及補(bǔ)救措施見(jiàn)表3 11缺陷名稱產(chǎn)生原因預(yù)防及補(bǔ)救措施滲碳濃度過(guò)高，表面層有粗塊狀或網(wǎng)狀碳化物，淬火后滲層中殘留奧氏體級(jí)

18、別過(guò)高等 滲碳爐氣氛碳勢(shì)過(guò)高 強(qiáng)滲后擴(kuò)散時(shí)間不夠或擴(kuò)散溫度過(guò)低 應(yīng)控制爐氣氛碳勢(shì)合適 改進(jìn)擴(kuò)散工藝：900920擴(kuò)散以消除過(guò)多的碳化物 在860880長(zhǎng)時(shí)間加熱后淬火以消除碳化物網(wǎng) 采用深冷處理或二次淬火消除過(guò)量的殘留奧氏體滲碳層濃度過(guò)低 滲碳時(shí)爐氣氛碳勢(shì)過(guò)低 爐氣氛循環(huán)不良 零件裝爐量過(guò)大 嚴(yán)格控制爐氣氛碳勢(shì) 改進(jìn)爐氣氛循環(huán)系統(tǒng) 減少裝爐量，保證零件間間隙合適，避免堆放 層深未超上限者允許補(bǔ)滲滲碳層深度不合格 滲碳溫度控制不當(dāng) 滲碳時(shí)間控制不當(dāng) 健全溫度控制管理體系并認(rèn)真實(shí)施 嚴(yán)格控制滲碳時(shí)間 滲碳層深度偏淺時(shí)允許補(bǔ)滲滲碳層深度不均勻 零件表面附有臟污、物或積灰 裝爐不當(dāng)，零件表面相互擠碰滲

19、碳前應(yīng)清理裝爐要合理擺放層深未超上限者允許降低滲碳溫度補(bǔ)滲表面脫碳 滲碳后在空氣中冷卻時(shí)，冷卻速度過(guò)慢 重新加熱淬火時(shí)爐氣氛碳勢(shì)過(guò)低或鹽浴脫氧不良 空冷時(shí)避免零件密集堆放 滲碳后在保護(hù)氣氛中冷卻 放在帶水套的冷卻井中冷卻 鹽浴及時(shí)脫氧 脫碳層深度在磨削余量范圍者允許通過(guò)，否則報(bào)廢材料裂紋原材料缺陷報(bào)廢表35 結(jié)束語(yǔ) 這次15Cr 鋼制造活塞銷熱處理工藝設(shè)計(jì)的完成，讓我不僅通過(guò)自己的努力大致了解了15Cr鋼制造機(jī)床變速箱齒的制作流程，還學(xué)會(huì)了把自己書(shū)本上學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際物體上去。15Cr活塞銷是裝在活塞裙部的圓形銷子，所以15Cr鋼必須具有強(qiáng)的硬度和高的耐磨性和耐腐蝕性。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)讓我感覺(jué)到了自己的不足，由于金屬學(xué)課程沒(méi)有認(rèn)真的學(xué)習(xí)，加上自己對(duì)論文的格式不太了解。所以做這次課程設(shè)計(jì)感覺(jué)非常的困難。這次拿到的課題是15Cr活塞銷的熱處理工藝，通過(guò)自己大量的查閱資料書(shū)籍，讓我了解了許多的鋼種，并且對(duì)熱處理也了解了很多的知識(shí)，自己更加深刻的學(xué)習(xí)了正火、退貨、滲碳、淬火、回火的工藝。通過(guò)自己的努力做完了這次課程設(shè)計(jì)讓我體會(huì)到了學(xué)以致用，并且體驗(yàn)到了自己成功的喜悅。也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，在以后的學(xué)習(xí)生活中加以彌補(bǔ)。6 熱處理工藝卡片 12零件名稱： 活塞銷熱處理工藝卡處理要求： 熱處理技術(shù)要求：恰當(dāng)控制溫度和時(shí)間外表面硬度HRC5562 內(nèi)孔表面硬度HRC38材料：15Cr工