畢業(yè)設計論文65Mn彈簧墊圈的熱處理工藝設計

1、攀枝花學院學生課程設計（論文）題 目：65Mn彈簧墊圈的熱處理工藝設計學生姓名： 學 號： 所在院(系)： 材料工程學院 專 業(yè)： 20XX級材料成型及控制工程 班 級： 材料成型及控制工程 指 導 教 師： X X X 職稱： 講 師 2013年11月25日攀枝花學院教務處制攀枝花學院本科學生課程設計任務書題目65Mn彈簧墊圈的熱處理工藝設計1、課程設計的目的使學生了解、設計65Mn彈簧墊圈的熱處理工藝，融會貫通相關專業(yè)課程理論知識，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、分析問題和解決問題的能力。2、課程設計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）內(nèi)容 ：（1）明確設計任務（包括用途、服役條件

2、及性能要求）（2）繪出熱處理件零件圖（3）給出設計方案（4）寫出設計說明（5）設計質(zhì)量檢驗項目（6）設計熱處理工藝卡片（7）65Mn彈簧墊圈的熱處理缺陷及預防或補救措施要求：（1）通過查找資料充實、完善各項給定的設計內(nèi)容。（2）分析熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對這些缺陷提出預防措施或補救措施。（3）提交設計說明書（報告），2千字以上。報告格式請參照“畢業(yè)論文（設計）”格式。3、主要參考文獻1 夏立芳主編. 金屬熱處理工藝學. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 20052 中國機械工程學會熱處理分會熱處理工程師手冊機械工業(yè)出版社2003第一版.3 張玉庭主編熱處理技師手冊機械工業(yè)出版社2006

3、第一版4 中國機械工程學會熱處理學會熱處理手冊機械工業(yè)出版社2003第三版.4、課程設計工作進度計劃第十四周：對給定的題目進行認真分析，查閱相關文獻資料，做好原始記錄。第十五周：撰寫課程設計說明書，并進行修改、完善，提交設計說明書。指導教師（簽字）孫青竹日期2013年11 月 25 日教研室意見：年 月 日學生（簽字）： 接受任務時間： 年 月 日注：任務書由指導教師填寫。課程設計（論文）指導教師成績評定表題目名稱評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學習態(tài)度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學工作態(tài)度。02科學實踐、調(diào)研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與課程設計

4、有關的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運用知識的能力10能運用所學知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應用文獻的能力5能獨立查閱相關文獻和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設計（實驗）能力，方案的設計能力5能正確設計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應用能力5具有較強的數(shù)據(jù)運算與處理能力；能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設計等。08對計算或?qū)嶒灲Y(jié)果的分析

5、能力（綜合分析能力、技術經(jīng)濟分析能力）10具有較強的數(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、設計（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設計說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學。11創(chuàng)新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。成績指導教師評語指導教師簽名： 年月日摘 要 本課設計了65Mn彈簧墊圈熱處理工藝設計。主要的工藝過程包括下料、沖孔、冷壓成型、熱處理定型等過程。通過各種不同的工藝過程進行恰當?shù)奶幚砜梢垣@得各種性能良好的材料并且滿足各項性能的要

6、求。65Mn波浪形彈簧墊圈原有的回火工藝加以改，采用不同的工藝對其進行熱處理，并作壓縮試驗檢測彈性性能，比較、分析各種工藝熱處理后彈簧墊圈壓縮試驗的結(jié)果，起結(jié)果表明彈簧墊圈最佳熱處理工藝為260低溫回火。 預備熱處理采用去應力退火，為增加其耐磨性最終熱處理采用等溫淬火+低溫回火。關鍵詞：65Mn，彈簧墊圈，低溫回火目 錄摘 要1、設計任務11.1設計任務11.2設計的技術要求12、熱處理零件圖23、設計方案3 3.1彈簧墊圈設計的分析3 3.2鋼種材料44、設計說明5 4.1加工工藝流程5 4.2具體熱處理工藝55、質(zhì)量檢驗項目96、分析與討論10 6.165Mn彈簧墊圈熱處理缺陷及產(chǎn)生原因1

7、0 6.2預防或補救措施107、結(jié)束語118、熱處理工藝卡片12參 考 文 獻131 設計任務1.1設計任務 65Mn彈簧墊圈的熱處理工藝設計1.2設計的用途及技術要求 65Mn鋼強度.硬度.彈性和淬透性均比一般鋼材要好的多。具有過熱敏感性和回火脆性傾向，水淬有形成裂紋傾向。退火態(tài)可切削性尚可，冷變形塑性低，焊接性差，表面脫碳傾向比硅鋼小，這些作為彈簧墊圈是很好的先決條件。該鋼強度較高，淬透性較大，脫碳傾向小，但有過熱敏感性，易出現(xiàn)淬火裂紋，并有回火淬性，65Mn彈簧墊圈的失效形式主要是斷裂。在退火狀態(tài)下切削加工性尚好，焊接性好，冷變形塑性低，帶材可進行一般彎曲成型加工。 65Mn彈簧鋼易過熱

8、，注意加熱溫度和保溫時間。建議加熱820度，適當保溫。回火溫度：320度時間要充分。硬度：4548HRC使用性能較好。鹽浴NaCl:BaCl=3:7左右即可加熱溫度820，時間30秒/mm（mm指零件有效厚度），油冷?；鼗饻囟?80，空氣爐時間2小時，硝鹽爐時間30分鐘（只供參考，具體溫度及時間看技術要求而定）熱處理規(guī)范：淬火830±20,油冷;回火540±50(特殊需要時,±30)。金相組織：屈氏體?？估瓘姸?b (MPa)：980(100)屈服強度 s (MPa)：784(80)伸長率 10 (%)：8斷面收縮率 (%)：30硬度：熱軋,302HB;冷拉+熱處

9、理，321HB2 熱處理零件圖3 設計方案3.1彈簧墊圈設計的分析工作條件由于是制造彈簧墊圈，因此其工作環(huán)境為受力較大的地方，其目的是為了分擔共建所承受螺母的應力，所以彈簧墊圈一般耐磨性和硬度要求很高。失效形式由于彈簧的服役條件的復雜性和苛刻性，其失效形式有多種多樣，主要有斷裂失效和應力松弛（變形）失效兩大類。在斷裂失效中又可分為脆性斷裂和塑性斷裂，其中突發(fā)性的脆性斷裂的危害性最大。在斷裂失效中又可分為脆性斷裂、疲勞斷裂、應力腐蝕斷裂及疲勞腐蝕斷裂。此外還有氫脆、鎘脆及黑脆等。其中疲勞斷裂約占其斷裂失效形式的80%到90%。在生產(chǎn)實踐中可依據(jù)起斷口特征來判斷其斷裂方式，可根據(jù)其受力條件來找到斷

10、裂源，分析其斷裂的擴展速率。應力松弛（變形）失效是彈簧墊圈在工作過程中普遍存在的現(xiàn)象，但一般不被重視，而它對那些執(zhí)行控制性元件中則是影響產(chǎn)品效率、靈敏度及可靠性的關鍵性零件。彈簧墊圈的早期失效對鋼材的浪費相當嚴重、造成直接和間接的經(jīng)濟損失巨大。所以彈簧墊圈的失效分析和預防是一項重要的技術任務。性能要求 彈簧墊圈質(zhì)量的好壞應包括彈簧材料、幾何尺寸、尺寸精度和表面質(zhì)量等，其中對彈簧材料的性能要求是其重點具體內(nèi)容如下。A.力學性能方面 由于彈簧墊圈是在彈性范圍內(nèi)工作，不允許產(chǎn)生永久性變形。彈性好壞可以用應變能或彈性比功表示，根據(jù)應力應變曲線可知，彈性應變能（比功）與材料的彈性極限的平方成正比，與彈性

11、模量成反比。要求彈性應變能或比功較大，也就是要求彈簧墊圈材料有良好的微塑性變形抗力，即彈性極限、屈服極限和屈強比要高，所以彈簧鋼一般屬于高強度或超高強度鋼。彈簧墊圈材料的種類和熱處理工藝對上述性能影響很大。相對而言，它們對鋼材的彈性模量的影響較小。為延長其使用壽命，它的第二相指點勻、細、圓、顯微組織均勻、不耗脆性馬氏體等。B.理化性能方面 彈簧墊圈的工作情況很復雜，有些是在高溫下長期工作的，因此要求其有良好的耐熱性，即有高的蠕變極限、蠕變速率較小和較低的應力松弛率。相反有些是在低溫地帶工作則要求材料要有較高的低溫沖擊韌度、低溫的脆性轉(zhuǎn)化溫度，以免發(fā)生冷脆。 在腐蝕介質(zhì)中工作的彈簧墊圈，其表層金

12、屬與腐蝕介質(zhì)發(fā)生化學貨電化學反應，彈簧墊圈表層巨匠被腐蝕，易造成腐蝕脆性斷裂。特別是在交變應力作用下，材料的疲勞極限將顯著降低，彈簧墊圈更易發(fā)生腐蝕疲勞斷裂失效。所以必須具備良好的耐腐蝕能力。在高強度工作中，彈簧墊圈更易磨損消耗，所以要有更強的耐磨能力。C.工藝性能方面 對于要求淬火而其截面尺寸較大的彈簧墊圈，其鋼材應有相應的淬透性、較小的過熱敏感性和表面脫碳傾向小，才能保證彈簧墊圈表里組織和性能的均勻性，在冷、熱成形時要求材料有足夠的塑性和良好的耐磨、抗壓性能。3.2鋼種材料 65Mn鋼具有較高的硬度,淬透性好,脫碳傾向少,價格低廉,切削性好等優(yōu)點,但它有過熱敏感性,易產(chǎn)生淬火裂紋,并有回火

13、脆性。在65Mn中，錳大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體強化，一部分錳也溶于Fe3C中，形成合金滲碳體，錳還能增加珠光體相對量，并使它變細，從而提高鋼的強度。錳能與S化合成為MnS，以減輕S的有害作用錳鋼具有過熱傾向。65Mn鋼屬于高碳鋼，加上Mn與Si的聯(lián)合作用，使其碳當量達0.8%以上。這就使65Mn鋼具有極大的淬硬傾向，焊接性極差。4 設計說明4.1加工工藝流程65Mn彈簧墊圈的熱處理工藝設計的熱加工工藝流程經(jīng)過許多次改進形成如下的工藝流程: 下料鍛造預備熱處理(完全退火)機械加工淬火+低溫回火平磨組裝。65Mn鋼屬于高碳鋼，其成分1如下表1.表3.1 A鋼的化學成分（質(zhì)量分

14、數(shù)，%）CMnPSCrNiCuSi0.620.700.901.200.0350.0350.250.300.250.170.37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度，經(jīng)固溶處理后有良好的韌性，當受到?jīng)_擊而變形時，表面層將因變形而強化，具有高的耐磨性；同時又是碳化物形成元素，進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度。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈服比(s/b),以及疲勞強度和疲勞比(-1/b)等。 硅能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。4.2

15、具體熱處理工藝65Mn鋼的熱處理包括初期的鍛造和預先熱處理，以減少坯料的硬度為方便后面的機加工，也為后續(xù)淬火、回火提供優(yōu)良的原始組織。65Mn鋼的熱處理工藝分析：第一、由于65Mn鋼的含碳量較高，對于墊圈這種要求高強度和高耐磨的特性，那么65Mn鋼的最重要的就是具有高硬度，需要調(diào)高其耐磨性。第二、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于車床的磨損。第三、滲碳是通過對其表面更加的硬度能夠更大程度的提升，保證質(zhì)量。第四、為了碎化、細化共晶碳化物，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，細化碳化物的粒度，一般65Mn鋼使用時都需要進行鍛造和

16、預先熱處理, 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。預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，保持一定的時間后通常以相當緩慢的速度冷卻，以得到接近于平衡狀態(tài)組織的各種工藝方法。圖1是65Mn鋼的退貨工藝曲線。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.細化晶粒，均勻組織，為后續(xù)熱處理做組織準備。E.消除鋼中的內(nèi)應力，以防止變形與開裂。 T=830 t=120min圖1 65Mn鋼退火工藝曲線機械加工由于我們專業(yè)并不怎么涉及機加工方面的知識，因此此

17、處只能說明其在車床上進行加工。滲碳工藝滲碳是將工件放入滲碳氣氛中，并在900950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度和較高的韌性。固體滲碳工藝如圖2所示。 900950 T 800850 h圖2 65Mn鋼的滲碳工藝曲線淬火+低溫回火熱處理工藝A.淬火淬火是將鋼加熱至臨界溫度點Ac3或Ac1以上一定的溫度，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

18、圖3所示 Ac3 Ac1 A AP AB Ms圖3B.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)應力。工件淬火后存在著很大的內(nèi)應力和脆性，若不及時回火，零件會產(chǎn)生變形或開裂。b.得到對工件所要求的力學性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，為了了獲得對工件要求的性能，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。達到較穩(wěn)定狀態(tài)，以便

19、在以后的使用過程中不發(fā)生變形?；鼗鹨?guī)范如表1。 表1 65Mn鋼回火規(guī)范表  方案    淬火溫度 / 回 火用 途 加熱溫度/ 介質(zhì)硬度HRC       830   消除應力   去除應力，降低硬度去除應力，降低硬度540 油 6163   5759  5557           6061 6061  6162物理性能經(jīng)過上述各種熱處理后65Mn鋼的韌性、硬度、耐磨性都有了很大的提升。 5 質(zhì)量檢驗項目 彈簧墊

20、圈在加熱和冷卻過程中，應當彼此有適當?shù)拈g距，疊壓后要用夾具壓緊回火，確保形變量符合要求；對于彈簧鋼而言，為防止回火脆性的發(fā)生，在中溫回火后應水冷。為了避免或減少彈簧墊圈在箱式電爐加熱時的氧化脫碳現(xiàn)象，以防淬火軟點的出現(xiàn)，應在表面刷上或浸泡涂料。提高彈簧墊圈的耐磨性的途徑是提高硬度，但事實上當硬度超過60HRC，彈簧墊圈的內(nèi)應力增大，造成微觀裂紋，因此抗疲勞斷裂的能力降低，勢必在彈簧墊圈在工作受到?jīng)_擊時，使墊圈破碎，因此要嚴格控制回火后的硬度，確保在要求的范圍內(nèi)。盡管彈簧墊圈的硬度范圍在4860HRC,在同一件產(chǎn)品上的硬度差應小于5HRC，否則將造成零件的硬度不均和變形的增大。工件在爐內(nèi)加熱時，

21、應均勻放置，防止單面受熱，應放平，避免工件在高溫塑形狀態(tài)因自重而變形。6 分析與討論6.1 65Mn彈簧墊圈熱處理缺陷及產(chǎn)生原因硬度不足：加熱溫度偏高或保溫時間過長氧化與脫碳：加熱處于空氣中，易氧化脫碳熱處理裂紋：熱處理工藝不當或人工操作失誤脆性：由于過熱敏感性和回火脆性，不及時回火、保溫盒冷卻造成。“氫脆”即消弱了晶體之間結(jié)合力產(chǎn)生內(nèi)應力。網(wǎng)狀碳化物：在緩慢冷卻中先共析碳化物沿奧氏體晶格網(wǎng)狀析出，講題元件塑性、韌性，產(chǎn)生脆性。6.2 預防或補救措施合理控制加熱溫度和保溫時間，而且在淬火后要對應對進行檢查，防止出現(xiàn)回火硬度。而改箱式電阻爐為網(wǎng)帶爐可以較好的解決這一問題?？刂萍訜釡囟韧瑫r采用滴入

22、丙烷控制爐內(nèi)氣氛等措施?？刂坪帽貢r間，直接油淬，清洗后及時回火。規(guī)范鍍層工藝流程重新進行退火7 結(jié)束語 這次65Mn彈簧墊圈熱處理工藝設計的完成，讓我不僅通過自己的努力大致了解了65Mn鋼彈簧墊圈的制作流程，還學會了把自己書本上學到的知識運用到實際物體上去。65Mn彈簧墊圈是用語螺母等與元件之間的減壓及減少兩者之間摩擦所用，所以65Mn鋼必須具有強的硬度和高的耐磨性。前段時間在沒有認真學習金屬學時，我覺得這個課程設計很難很難，但現(xiàn)在經(jīng)過我對金屬學的充分認識，我重新把這套支撐輥的設計完成了一遍，也從中發(fā)現(xiàn)了很多原作者的問題，使我從中吸取了精華部分。金屬學都是理論上的成型工藝，在實際生產(chǎn)中肯定還有許多細節(jié)問題需要我們?nèi)ソ鉀Q和改進。在這次的課程設計中，發(fā)揮出了自己單獨設計65Mn彈簧墊圈熱處理工藝設計能力和綜合運用書本知識，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，尤其是熱處理加工工藝，是自己很有成就感。同時各科相關的課