熱處理工藝設(shè)計

50CrVA鋼調(diào)速彈簧的

熱解決工藝設(shè)計

1熱解決工藝課程設(shè)計日勺意義

熱解決工藝課程設(shè)計是高等工業(yè)學(xué)校金屬材料_L程專業(yè)一次專業(yè)課設(shè)計練習(xí)，是熱解

決原理與工藝課程R勺最后一種教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：

(1)培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的熱解決課程日勺知識去解決工程問題的能力，并使

其所學(xué)知識得到鞏固和發(fā)展。

(2)學(xué)習(xí)熱解決工藝沒計日勺一般措施、熱解決設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計等。

(3)進行熱解決設(shè)計的基本技能訓(xùn)練，如計算、工藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計資

料、手冊、原則和規(guī)范。

2熱解決課程設(shè)計的任務(wù)

①一般熱解決工藝設(shè)計

②特殊熱解決工藝設(shè)計

③制定熱解決工藝參數(shù)

④選擇熱解決設(shè)備

⑤設(shè)計熱解決工藝所需日勺掛具、裝具或夾具

⑥分析熱解決工序中材料的I組織和性能

⑦填寫工藝卡片

350CrVA調(diào)速彈簧日勺技術(shù)規(guī)定及選材

3.1技術(shù)規(guī)定

5()CrVA鋼噴油泵調(diào)速彈簧技術(shù)規(guī)定如下：

硬度：HRC46?51

3.2零件圖

噴油泵調(diào)速彈簧日勺零件如圖3.1所示。

圖3.1噴油泵調(diào)速彈簧

3.3材料的選擇

3.3.1零件用途

噴油泵調(diào)速彈簧，運用彈簧日勺受力形變和恢復(fù)來調(diào)節(jié)氣門的開合，從而調(diào)節(jié)噴

油泵的噴油速度與噴油量。

3.3.2工作條件

（1）噴油泵調(diào)速彈簧工作時，要承受高應(yīng)力。

（2）噴油泵調(diào)速彈簧要承受高頻率往復(fù)運動。

（3）噴油泵調(diào)速彈簧要在較高的溫度下工作。

3.3.3性能規(guī)定

彈簧的性能規(guī)定為如下幾種方面:

力學(xué)性能：由于彈簧是在彈性范疇內(nèi)工作，不容許有永久變形。規(guī)定彈簧材

料有良好的微塑性變形能力，即彈性極限、屈服極限和屈強比要高。

理化性能方面：噴油泵調(diào)速彈簧的工況很復(fù)雜，要在較高的溫度下長期工作,

因此規(guī)定彈簧材料有良好的耐熱性，即有高H勺蠕變極限、蠕變速率較小和較低的

應(yīng)力松弛率。

，藝性能方面：尺寸較小的彈簧熱解決時變形大、難以校正和保證彈簧產(chǎn)品

質(zhì)量，宜選用已強化的彈簧材料，冷成型后不經(jīng)淬火、回火，只須進行低溫退

火。這樣更能保證大批量小彈簧口勺產(chǎn)品質(zhì)量和成本低廉。

3.3.4材料選擇

選用50CrVA鋼熱軋彈簧鋼絲卷制。由于50CrVA鋼中具有格可以提高淬透性并

且可減少便引起過熱H勺敏感性，格熔于馀素體中使彈性極限提高。饑可以細化組

織，減少過熱敏感性，提高鋼的強度和沖擊韌性。可用作特別重要日勺承受高應(yīng)力

的多種尺寸日勺螺旋弗簧，也可也用作在300°C如下工作的I重要彈簧，如多種閥

門彈簧，噴油嘴彈簧。

3.3.550CrVA鋼化學(xué)成分及合金元素作用

表3.150CrVA鋼的化學(xué)成分⑴(GB/T3077-1990)3/%

CSiMnCrVNiPS

0.44-0.540.17~0.370.50-0.800.80-1.100.10-0.20<0.35WO.035WO030

50CrVA鋼的化學(xué)成分示于表3.1

化學(xué)元素作用：

①C:保證形成碳化物所需要口勺碳和保證淬火馬氏體可以獲得的硬度

②Cr:提高鋼日勺淬透性并有二次硬化作用，是剛在高溫時仍具高強度和高硬

度，增長鋼日勺耐磨性，增高鋼的淬火溫度。

③Si:能提高鋼日勺淬透性和抗回火性，對鋼日勺綜合機械性能，還能增高淬

火溫度，阻礙碳元素溶于鋼中。

④Mn：能增長鋼的強度和硬度,有脫氧及脫硫的功能（形成MnS）,避免熱

脆，故Mn能改善鋼的鍛造性和韌性，可增進剛的硬化深度，減少鋼的下臨界點,

增長奧氏體冷卻時的過冷度，細化珠光體組織以改善機械性能。

⑤V：可以細化組織，減少過熱敏感性，提高鋼日勺強度和沖擊韌性。

3.3.650CrVA鋼熱解決臨界轉(zhuǎn)變溫度

50CrVA鋼熱解決日勺臨界轉(zhuǎn)變溫度見表3.2

表3.250CrVA鋼臨界轉(zhuǎn)變溫度⑵

臨界溫度（近似值）（匕）

鋼號

AcAC3Ari

50CrV740810688

3.3.650CrVA鋼日勺淬透性曲線

相同淬火硬度的棒科直徑/mm硬度部位淬火

97表面

28517497122147170距中心3R/4水淬

183141516171819199中心

204664768697表面

1325415161718191102距中心3R/4油淬

51525364351617169中心

H65

25

20

0369121518212427303336394245

至水微常物瞞/mm

圖3.250CrVA鋼日勺淬透性曲線

3.450CrVA鋼調(diào)速彈簧加工制造工藝流程

50CrVA鋼調(diào)速彈簧加二制造工藝流程如下:

鋼材檢查f回旋與調(diào)節(jié)f淬火f清洗f中溫回火f校正f檢查f法蘭

450CrVA調(diào)速彈簧的熱解決工藝

4.150CrVA鋼的淬火工藝

4.1.1淬火目的

淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體組織，然后配合以不

同溫度日勺回火，提高彈簧的強度和彈性，獲得所需的力學(xué)性能。

4.1.2熱解決設(shè)備

選用RDM系列埋入式鹽浴爐，鹽浴爐參數(shù)見表4.1。

闡明：鹽浴爐合用于中小型工件加熱。加熱速度快，溫度均勻，中性介質(zhì),

不易氧化、脫碳；爐口敞開，便于吊掛，工件變形小。

裝爐方式：40件/爐，用專用夾具，懸掛入爐。

表4.1RDM-100-13埋入式鹽浴爐⑶

電源工作空間尺寸（mmX

型號額定功率額定溫度

相數(shù)電壓nun)

RMD-100-13100(KW)3380(V)1300℃450X350X560

4.1.3淬火溫度

淬火溫度：860±10℃

根據(jù)：加熱溫度t=Ac3+30?50℃,

t=810+50=860℃故取860±10℃。

4.1.4加熱方式

鹽浴爐加熱，溫度均勻，加熱速度快。

4.1.5加熱介質(zhì)

加熱介質(zhì)：50%NaCI+50%BaCI2

4.1.6保溫時間

保溫時間：5min

選定的根據(jù)：加熱時間可按下列公式進行計算：t二aXKXD,式中t為加熱時間

(min),K為反映裝爐時日勺修正系數(shù)，可根據(jù)表4.3可得K取1.4,a為加熱系

數(shù)min/mm,加熱系數(shù)a可根據(jù)鋼種與加熱介質(zhì)、加熱溫度，參數(shù)按照表4.2選用,

D為工件有效厚度(mm)可得廿aXKXD=0.75X1.4X3.2=3.36mino考慮到夾具

的隨爐加熱，因此，

取保溫時間5min

表4.2工件加熱系數(shù)a⑷

鋼號退火、正火(箱式爐)____________________幽_______________

箱式爐鹽爐

碳鋼0.7?0.8min/mm0.7~0.8min/mm20?30s/mm

合金鋼0.9?1.Omin/mm0.9?1.Omin/mm30?45s/mm

高合金鋼1.0^1.5min/mm預(yù)熱Imin/mm預(yù)熱30s/mm

加熱45s/mm加熱16s/mm

高速鋼2?3uin/mm2?2.5miri/mm預(yù)熱15?30s/nur

加熱8?12s/mm

表4.3工件裝爐修正系數(shù)K

工件裝爐方式修壬系數(shù)

//e/////

1.0

//////////////

2.0

///////////////////

1.4

/////////////?////////////1.3

巍,

1.7

4.1.7冷卻方式

由于50CrVA鋼淬透性較好，冷卻速度越大，則淬火內(nèi)應(yīng)力越大，淬火變形

也越大，工件容易變形開裂。使用冷卻較為緩和的淬火介質(zhì)，其熱應(yīng)力就相對較

小。因此選擇油冷。

4.1.8淬火萬式

80°C油冷，選用2號一般淬火油油淬

2號一般淬火油的冷卻能力見表4.4

由于零件尺寸較小，油淬可以達到淬火臨界冷卻速度，并且油淬操作簡樸，經(jīng)

濟，易于操作；淬火過程中Ms點已經(jīng)進入對流階段，低溫區(qū)冷卻能力遠小于水,

可以減少工件應(yīng)力的產(chǎn)生，減少由于內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生日勺變形和開裂。

表4.42號一般淬火油的冷卻能力⑸

冷卻介質(zhì)特性溫度特性時間800?400℃冷卻/s800?300℃冷卻/s

2號一般淬火油6332.253.154.55

4.1.9淬火后組織

馬氏體+殘存奧氏體

4.1.10淬火后硬度

淬火后組織為馬氏體+殘存奧氏體，具有較高的硬度，硬度可達50?56HRC,

通過回火解決后可以滿足零件的性能規(guī)定。

4.1.11淬火工藝曲線

淬火工藝曲線見圖4.1

溫

度860±10C

C、

5min

汩冷

時間t

H4.1淬火工藝曲線

4.250CrVA日勺中溫回火工藝

4.2.1回火目的

中溫回火，使鋼獲得最高的彈性極限。

4.2.2熱解決設(shè)備

選用RX3系列950℃箱式電阻爐，電阻爐參數(shù)見表4.50

闡明：合用于中，小型工件成批量生產(chǎn)?？蛇M行退火，淬火和高溫及低溫回

火等熱解決操作。新型構(gòu)造爐襯保溫性好，爐襯變薄，重量減輕，有效日勺減少了

爐襯時散熱和蓄熱損失，減少了空載功率，縮短了空爐升溫時間。

裝爐方式：200件/爐，用專用夾具夾緊，用裝具分層擺放

表4.5RX3-30-9Q950℃箱式電阻爐⑥

電源工作空間尺寸（mmX

型號額定功率額定溫度

相數(shù)電壓nun）

RX3-30-9Q30(KW)3380(V)950℃760X360X310

4.2.3回火溫度

2000

1800

1600

1400-

1200-

1000-

800

600

400

圖4.250CrVA材料力學(xué)性能于回火溫度關(guān)系曲線

回火溫度：480±10℃o

中溫回火使鋼獲得最高的彈性極限，鋼的彈性極限往往在回火溫度為

200?400℃之間時浮現(xiàn)極大值。在350?500℃范疇內(nèi)的中溫回火就是運用這一

特性，碳素彈簧鋼的I回火取此溫度范疇的I下限，合金彈簧鋼日勺回火取此溫度范

疇日勺上限，由于合金元素提高了鋼區(qū)I回火抗力。根據(jù)50CrVA材料力學(xué)性能于回

火溫度關(guān)系曲線，為保證材料符合力學(xué)性能規(guī)定選擇溫度范疇為400?500℃。

因此回火溫度取480±10℃

4.2.4加熱方式

用空氣電阻爐采用到溫加熱方式，可以減少工件加熱時間，回火后硬度下降

較小

4.2.5加熱介質(zhì)

加熱介質(zhì)：空氣

4.2.6保溫時間

根據(jù)表4.6保溫時間約為35而必由于考慮到隨爐加熱的夾具和裝具，故選

定保溫時間為60mino

保溫時間:60min

根據(jù)：參見表4.6

表46硅鎰和錯鈾彈簧鋼在回火溫度為40c?520°C時日勺保溫口寸間⑶

材料直徑/mmW1010?1515?2020?2525?42

保溫時間/min25?3530?3540?4550?6070?90

4.2.7冷卻方式

出爐空冷。

4.2.8回火組織

回火屈氏體+很少量殘存奧氏體

4.2.9硬度

硬度46?51HRC

4.2.10回火工藝曲線

回火工藝曲線見圖4.2

溫

度

、

t

t

時間

曲線

工藝

2回火

圖4.

線

工藝曲

熱解決

總?cè)丈?/p>

4.3

4.3

見圖

曲線

工藝

決總

熱解

回火

中溫

淬火

線

藝曲

總工

解決

3熱

圖4.

檢查

工藝的

熱解決

4.4

設(shè)備

1實驗

4.4.

計。

硬度

F洛式

HR-

①

間:

持時

力保

實驗

0℃：

錐12

石圓

：金剛

類型

壓頭

00N；

：15

驗力

：實

參數(shù)

重要

6-99s,可設(shè)立；測試硬度范疇20-70HRC。

②金相顯微鏡

4.4.2檢查操作

①硬度的檢查：選用三點用金剛石壓頭進行硬度測試，取三次測量

的平均值。

②金相組織檢查：試樣制備：選用試樣橫截面切取，夾具夾持進行拋光，50%

鹽酸水溶液加熱70℃左右進行腐蝕，用20%酒精進行清洗，再吹干。試樣觀測：

在金相顯微鏡下進行觀測試樣的金相組織，為回火屈氏體組織，符合工件熱解

決組織規(guī)定。

5熱解決工序中材料日勺組織及性能

5.1淬火工藝材料中的組織及性能

(1)正常加熱冷去1：工件加熱到860℃后珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，保溫時組

織不變，晶粒細化，田爐油冷至室溫時得到馬氏體+殘存奧氏體，具有較高的硬

度。

(2)加熱溫度局限性時，加熱后組織為奧氏體+鐵素體，室溫后組織為馬氏

體+鐵素體，硬度局限性，塑性大。

(3)加熱溫度過高時：加熱后組織為(粗大)奧氏體，室溫后組織為(粗大)馬

氏體，脆性太大，易斷裂。

(4)冷卻速度過大時，組織為馬氏體，由于晶粒不均勻，性能較差，容易開裂

和變形。

⑸冷卻速度局限性時，組織為馬氏體+貝氏體。硬度和強度不高，塑性較大。

5.2回火工藝材料中的J組織及性能

(1)正常加熱冷卻：加熱溫度為時，則加熱后組織為馬氏體，回火保溫足夠

時間后組織為回火屈氏體，彈性性能很大提高，硬度和強度適中。

(2)加熱溫度局限性時，加熱后組織為馬氏體+碳化物(大量)，室溫后組織為

回火馬氏體。硬度偏高。

(3)加熱溫度過高時，得到由鐵素體和彌散分布于其中日勺細粒狀滲碳體構(gòu)成的

回火索氏體組織?；鼗鹚魇象w的塑性和韌性比較高，彈性局限性。

6常見缺陷及避免措施

50CrVA彈簧鋼熱解決營見缺陷及避免措施參照表6.1⑸

注：

1.操作規(guī)定嚴格執(zhí)行熱解決操作規(guī)范

2.熱解決嚴格按照工藝執(zhí)行

3.其他缺陷產(chǎn)生因素另行分析

表6.150CrVA彈簧鋼熱解決常見缺陷及避免措施

常見缺陷產(chǎn)生因素避免措施

1嚴格執(zhí)行工藝，控制好淬火溫度

1淬火溫度過高，殘留奧氏體和保溫時間

硬度局限性，彈性低過多2.鹽浴爐要充足及時脫氧，或采

2淬火加熱表面脫碳用保護氛圍、真空熱解決

2.鹽浴爐要充足及時脫氧，或采用

保護氛圍、真空熱解決

1.產(chǎn)生回火脆1用迅速冷卻消除回火脆

脆性大

2.過熱2.嚴格控制淬火溫度和保溫時間

1.用專用夾具進行定型回火

1?內(nèi)應(yīng)力大

變形2.延長回火時間

2.殘存奧氏體過多

3多次回火

1.淬火加熱速度過快

1.嚴格執(zhí)行熱解決工藝，嚴格控制

2.冷卻過快，淬火介質(zhì)K當

加熱溫度和保溫時間，使用合適淬

淬火開裂3.加熱溫度過高，保溫時間過

火介質(zhì)

長

3.加熱溫度過高，保溫時間過長

1.原材料脫碳超標1.嚴格原材料復(fù)檢

表面脫碳或元素貧化

2.淬火加熱的鹽浴脫氧不充足2.鹽浴爐充足及時脫氧

1.鹽浴爐及時充足脫氧

1.鹽浴爐脫氧不良，或帶硝鹽

2.及時清理殘鹽

表面腐蝕2.沒有及時清理殘鹽

3.零件熱解決前表面清洗干凈

3.零件表面不干凈

4.熱解決后及時鈍化和烘干

7.彈簧淬火及回火熱解決夾具和裝具

7.1