毕业设计（论文）球磨铸铁曲轴热处理工艺设计.doc

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目：球磨铸铁曲轴热处理工艺设计学生姓名： 学 号： 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 级材料成型及控制工程 班 级： 材料成型及控制工程 指 导 教 师： 职称： 讲 师 2013年12月20日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目A钢制造机床B热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计15钢制造机床B热处理生产工艺，主要目的：（1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容：进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。要求：（1）分析生产加工及热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（2）提交设计说明书（或设计报告），35千字，提交设计说明书。3、主要参考文献1 崔明择主编.工程材料及其热处理M. 北京：机械工业出版社，2009.7.2崔忠析主编.金属学与热处理（第二版）M. 北京：机械工业出版社，2007.53王建安. 金属学与热处理M. 北京：机械工业出版社，19804 中国机械工程学会.热处理手册M. 北京：机械工业出版社，2006.75 范逸明.简明金属热处理工手册M.北京：国防工业出版社，2006.34、课程设计工作进度计划第16周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。 第17周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日摘 要 分析了曲轴的失效形式，提出对于大功率高速柴油机，选择合适的材料和适宜的表面强化方法是提高曲轴性能的关键。通过对12缸、四冲程、水冷高速大功率柴油机曲轴材质及调质后各项性能指标的分析，可知通过选用材料为QT850-3，加合适的热处理工艺，可以最大限度地提高高速大功率柴油机曲轴性能。关键词：发动机；曲轴；热处理工艺 目 录摘 要1、设计任务11.1设计任务11.2设计的技术要求12、设计方案22.1 零件的材料作用22.2失效形式22.3性能要求33、设计说明43.1曲轴热处理43.1.1退火处理43.1.2正火处理53.1.3淬火加低温回火53.1.4调质处理加淬火处理54、质量检查85、分析与讨论96、结束语107热处理工艺卡片11参 考 文 献101 设计方案1.1设计任务曲轴是活塞式发动机中的一个重要零件。曲轴和连杆、活塞等一起组成曲柄连杆机构。发动机工作时，活塞向下的推力，经连杆传到曲轴，由曲轴将活塞的往复运到变为曲轴绕其本身轴线的旋转运动，并向外输出功率，经汽车的传动系驱动汽车。曲轴的旋转是发动机的动力源。也是整个机械系统的源。元素CSiMnPsReMgCuSb范围3.70.64.05.00.50.020.20.30.51.2设计的技术要求曲轴的加工工艺就显得尤为的重要，曲轴图样的视图、尺寸、公差和技术要求齐全、正确；我国中吨位卡车的总质量是大于3吨小于8吨的吨位，而中吨位发动机曲轴常采用球墨铸铁。零件选用材料为QT850-3，该材料具有较高的强度、韧性和塑性，切削性能良好；结构工艺性比较好。根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面，上述各表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证。图12 设计任务2.1 零件的作用曲轴是柴油机的一个主要零件。曲轴主要用于作往复运动的机械中。曲轴的旋转是发动机的动力源。也是整个机械系统的源。2.2 失效形式原始的失效形式应该是裂纹，就是加工过程中，锻造，热处理等等工序中因为应力集中等原因造成的裂纹，肉眼很难看出来，通过探伤得出结论；使用当中的失效形式应该包含：磨损（尺寸超差）；断裂（机械故障引起）；弯曲（机械故障引起）。暂时只能想起这么多。2.3 性能要求发动机曲轴的材料性能要求有较高的强度、冲击韧性、耐磨性。一般采用45#钢或40铬锻造，热处理采用调质，就是淬火后高温回火，使材料具有较高的综合机械性能，轴径表面再进行表面淬火，提高表面硬度及耐磨性 3 设计说明31 曲轴的热处理铣钻 在铣钻床上采用专用机床夹具装夹工件进行铣端面钻中，大大提高生产速度，有利于曲轴的大批量生产 。调质球墨铸铁的热处理工艺有正火和高频感应淬火两种。球墨铸铁主要进行奥氏体正火处理，为提高曲轴的力学性能，也可以采用调制或正火后表面淬火处理等工艺，以提高球墨铸铁的韧性和塑性。调质属于预备热处理，调质一般安排在粗车以后半精车之前，其作用主要是使曲轴具有高的综合力学性能，即增加曲轴的强度，提高其传动时抗弯矩变形等能力 经调质(淬火 +高温回火)后其硬度应达到230250HBS要求。3.1.1退火处理若要提高球墨铸铁的韧性可采用退火处理。球墨铸铁在铸造过程中比普通灰口铸铁的白口倾向大，内应力也较大，球墨铸铁件很难得到纯粹的铁素体或珠光体基体。为提高球墨铸铁件的延性或韧性，可将球墨铸铁件重新加热到900950并保温足够时间进行高温退火，再炉冷到600出炉变冷。在此过程中基体中的渗碳体会分解出石墨，奥氏体中会析出石墨，这些石墨集聚于原球状石墨周围，基体则全转换为铁素体，从而提高球墨铸铁的韧性。若铸态组织由（铁素体珠光体）为基体+球状石墨组成，那么只需将球墨铸铁件重新加热到700760的共析温度上下经保温后炉冷至600出炉变冷，就能将珠光体中渗碳体分解转换为铁素体及球状石墨来提高其韧性。 图23.1.2 正火处理若要提高球墨铸铁强度可采用正火处理。球墨铸铁正火的目的是将基体组织转换为细珠光体组织。工艺过程是将基体为铁素体及珠光体的球墨铸铁件重新加热到850900温度，原铁素体及珠光体转换为奥氏体，并有部分球状石墨溶解于奥氏体，经保温后空冷奥氏体转变为细珠光体，从而提高球墨铸铁件的强度。图33.1.3淬火加低温回火处理若要提高球墨铸铁的硬度可采用淬火并低温回火的方法。当球墨铸铁用作轴承等零件时往往需要比较高的硬度,此时可将球墨铸铁件淬火并低温回火处理。具体工艺是：将球墨铸铁件加热到860900的温度，保温让原基体组织全部奥氏体化后再在油或熔盐中冷却实现淬火，后经250350加热保温回火，原基体转换为回火马氏体及残留奥氏体组织，原球状石墨形态不变。处理后的球墨铸铁件具有较高的硬度和一定韧性，同时还保留了石墨的润滑性能。图43.1.4调质处理加淬火处理若要提高球墨铸铁综合力学性能可采用调质处理。当球墨铸铁件用作为轴类件，如柴油机的曲轴、连杆，要求强度高同时韧性较好的综合力学性能，此时可对球墨铸铁件进行调质处理。具体工艺是：将球墨铸铁件加热到860900的温度保温让基体组织奥氏体化，再在油或熔盐中冷却实现淬火,后经500600的高温回火，获得回火索氏体组织（一般尚有少量碎块状的铁素体），原球状石墨形态不变。处理后强度、韧性匹配良好，适应于轴类件的工作条件。若要获得较高强度的球墨铸铁可采用等温淬火处理。球墨铸铁等温淬火处理目的在于让球墨铸铁件的基体组织转换为强韧的下贝氏体组织，强度极限可超过1100MPa，冲击韧度aK32J。处理工艺是：将球墨铸铁件加热到830870温度保温使基体奥氏体化后，投入280350的熔盐中保温，让奥氏体部分转变为下贝氏体，原球状石墨不变，从而获得比较高强度的球墨铸铁。2球墨铸铁表面热处理若要在球墨铸铁件表面获得比较高的硬度而心部仍保持一定韧性可采用表面淬火处理的方法。表面淬火处理方法很多，可以是高频感应加热淬火也可以是火焰加热淬火和激光加热淬火等。具体工艺与整体淬火差不多：将球墨铸铁件表面加热到860900，保温一段时间让表面组织全部奥氏体化后再在油或熔盐中冷却实现表明淬火，然后在250350加热保温回火，以使表面组织转换为回火马氏体及残留奥氏体组织，表面组织中的原球状石墨形态不变。处理后的铸件表面具有较高的硬度，心部仍具有一定的韧性。激光表面热处理除激光加热淬火外，还可在球墨铸铁件表面上实现激光相变硬化、激光冲击硬化等以提高球墨铸铁件的表面硬度。4质量检验 球化级别是球墨铸铁件质量的主要考核指标之一,球墨铸铁的力学性能与石墨球化率有关,球化率的常规测定方法是金相法,不仅费时费力,而且属于破坏性检测,特别是检测结果并不能完全代表每件产品本身的真实状态,因而不能满足现代工业对重要产品进行百分之百无损检测的要求。近年来的研究及实践表明,超声法和振动法是评定球化级别的行之有效的无损检测方法。4.1 超声检测法超声检测技术不仅可用于球墨铸铁内部缺陷的检测,也可用于球墨铸铁球化质量的评定34。球墨铸铁的力学性能与石墨球化率相关,球化率越高,机械性能越好,而且声波传播速度也越高,超声波在无限大固体介质中的纵波声速为:Cl=E(1-󰀁)*(1+󰀁)*(1-2)(1)式中 Cl纵波声速 E介质杨氏弹性模量 介质泊松比 介质密度介质为球墨铸铁时,其泊松比和密度变化很小,对超声速度影响不大,因而影响超声速度的主要是铸件的弹性模量。球墨铸铁的弹性模量与球化级别直接相关,当碳当量一定时,声速决定于石墨的相对比例,即球化率的大小。根据国家标准(GB9441-1988),球墨铸铁球化级别被分为6级,球化级别与球化率的关系见表1。表1 球墨铸铁球化级别与球化率的对应关系球化分级1级2级3级4级5级6级球化率%9590<9580<9070<8060<70<60参照球墨铸铁超声声速测定方法(JB/Z265-1986),测定一组珠光体含量在80%90%、厚度为27mm的球铁试样,试样相对面平行度3°,测量仪器采用超声声速测量仪,工作频率15MHz,仪器分辨率0.01󰀁s,不稳定度0.2%,测量非线性0.2%,测得的球化率与超声声速的关系如图1所示。实际上,也可以通过超声声速直接与铸件抗拉强度建立关系,因为球化率与抗拉强度的回归方程为线性关系,而球化率与超声声速又有线性关系。这样直接测试出的超声声速与抗拉强度的关系如图2所示。图5图6需要指出的是,球墨铸铁的强度、硬度和塑性等机械性能,主要取决于基体组织,下贝氏体或回火马氏体球墨铸铁的强度高,其次是上贝氏体、索氏体、球光体、铁索体球墨铸铁,要想建立超声声速与强度之间的关系,应该是在同一基体组织的情况下建立才是比较准确的,只有在同一基体组织下,石墨球化率高低才对球墨铸铁机械性能起着主要的影响作用。5分析与讨论球墨铸铁热处理工艺设计已经在前面展示，单就其性能以及热处理的过程想必是没多大问题，若放入实际生产中有很多不可预知的问题，因此，不能纸上谈兵须得到工厂或者实验室中反复的通过实验数据进行分析，然后在得出最重要的结论用于实践中，从而在生产中减低成本、提高效率并且减少工时，降低能源消耗。6 结束语通过本次的课程设计，我感触良深。对于中吨位卡车曲轴的加工工艺，我们仅学习了课本的一些理论知识，对这课题毫无头绪，无从下手。没办法，只能一步一步来。从翻看课本到上网找资料再到图书馆借书，几经波折下来，也只是了解了个大概过程。最后在询问老师和同学的帮助下，艰难的完成了本次课程设计。虽然也有很多事参考一些模板的，但我还是学到了很多知识，锻炼了自己的动手能力和发现问题、解决问题的能力，受益匪浅。经过一个星期的设计，我基本掌握一些技能：能综合运用所学基本理论进行分析零部件的受力情况，确定零件的使用材料；根据零件材料、结构和大小选择毛坯零件的制造方法；对每种确定好的加工方法，根据零件的结构，制定每种加工方法的加工顺序的安排；根据前面确定好的工序，制定每一工序的具体内容，包括加工工艺参数，定位夹紧方式、定位基准等；工艺装备包括机床、焊机、注塑机、热处理设备等；确定需要使用的工具、夹具、模具等。 总而言之，这一个星期真的不容易，甚至有过一晚上熬夜做这课程设计，但我相信一份耕耘一份收获。这也是对我理论知识的一份考卷，也是对我动手能力的考验。我也认识到了实践才是检验真理的唯一标准。进一步提高自身的分析和解决实际工程问题的能力，为后续课程的学习及今后从事职业岗位工程技术工作打下较坚实的基础。7 热处理工艺卡片零件名称：曲轴热处理工艺卡处理要求： 下料、锻造、预备热处理正火、淬火+高温回火、平磨、组装热处理技术要求：恰当控制温度和时间硬度：230250HBS材料： QT850-3工序号名称设 备工具装 料工 艺 规 范冷 却备 注工具数量一工具装数量/件温度/加热时间保温时/h间合计介质温度/1退火处理900950-炉冷2正火800900空冷3淬火8609001h1-22-3h油4调质处理860900油5高温回火5006002h3-5空冷6789更该日期更改单号更改标准更改者2013年 12 月 日参 考 文 献1 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20052 中国机械工程学会热处理分会热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.3 张玉庭主编热处理技师手册机械工业出版社2006第一版 4 吴晓峰,马坤.模具钢应用的主要问题与热处理研究进展J.2009,35(9):55-62.5 樊新民.热处理工实用技术手册（第2版）M.江苏,江苏科学技术出版社,2010,1.6 王忠诚,齐宝森,李杨等.典型零件热处理技术M.北京,化学工业出版社.2010,7.7 崔中圻,谭耀春.金属学与热处理（第2版）M.北京,机械工业出版社.2012,1.8 林约利,程芝苏.简明金属热处理手册（第二版）M.上海,上海科技出版社.2003,3.9 中国机械工程学会热处理学会热处理手册机械工业出版社2003第三版 10刘国钧，陈绍业，王凤翥图书馆目录第1版北京：高等教育出版社，195711 金属热处理手册（第三版