毕业设计（论文）41Mn2SiRE拖拉机履带板热处理工艺设计.doc

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 41Mn2SiRE拖拉机履带板热处理工艺设计 学生姓名： X X 学 号： XXXXXXXXXX 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 20XX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： X X X 职称： 讲 师 2012年12月28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41Mn2SiRE拖拉机履带板热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解41Mn2SiRE拖拉机履带板热处理工艺设计，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 履带板是拖拉机中数量最大的易损件，拖拉机主要是在露天条件下工作，直接与土壤、砂石接 触。由于履带板受到一定的冲击、拉伸、挤压和弯曲等应力作用，在使用过程中极易造成磨损过 量、变形等失效，因此，要求拖拉机用履带板具有高的强度，良好的韧性和耐磨性。拉机履带板41Mn2SiRE低合金奥贝钢的热处理工艺、力学性能和耐磨性,试验结果表明,该材料性能稳定在b1100MPa,()=789,HRC44,aK(Jcm2)88,综合力学性能好,将该材料用于拖拉机履带板,经耕作实践,使用寿命为原材料ZGMn13钢的169倍。关键词：易损件 韧性 耐磨性 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 拖拉机履设计的分析22.1.1工作条件22.1.2失效形式22.1.3性能要求22.2钢种材料33、设计说明43.1加工工艺流程43.2具体热处理工艺43.2.1预备热处理工艺53.2.2机械加工53.2.3渗碳工艺53.2.4淬火+低温回火热处理工艺64、分析与讨论85、结束语9参 考 文 献101 设计任务1.1设计任务 41Mn2SiRE拖拉机履带板热处理工艺设计1.2设计的技术要求耐磨钢是指具有高耐磨性质的钢种，广义也包括结构钢、工具钢、滚动轴承钢等。在各种耐磨材料小，高锰钢是具有特殊性能的耐磨钢。它在高压力和冲击负荷下能产生强烈的加工硬化，因而具有耐磨性，高猛钢属于奥氏体钢，所以具有优良的韧性。因此，高猛钢广泛用来制造在磨料磨损、高压力和冲击条件下的零件，如坦克和矿山拖拉机履带板、破碎机领板、挖掘机铲齿以及铁路线和电车线道叉等耐磨件。41Mn2SiRE钢经850淬火，400至450回火后,硬度为HRC8-45,具有较高耐磨性,其热轧状态和45钢相比,强度提高40%,耐磨性提高50%,冲击韧性亦有提高,可用以制造大型履带式拖拉机履带板. 2 设计方案2.1拖拉机履设计的分析2.1.1工作条件传动过程中，履带板与齿轮的契合部位由于扭曲，履带板会受到很大的弯曲应变力作用。 拖拉机前进时，履带板与履带销和齿轮之间会有滚动和滑动的接触，会受到很大的摩擦力作用。 在田间工作时，由于外面环境多水或者沙粒，使得履带板长期受到水的腐蚀和沙粒的侵压和磨损。2.1.2失效形式疲劳断裂：履带板销孔由于受到很大应变力作用且工作时间持续时间长，会使得销孔发生疲劳断裂  板面磨损：由于各种摩擦力的作用，履带板面板和销孔均会发生严重的磨损。  在有水的环境下工作时，水中某些物质可能与履带板材料形成原电池，发生化学反应从而腐蚀履带板，造成履带板硬度降低从而断裂。2.1.3性能要求拖拉机的履带在运动过程中,要承受压应力和冲击载荷的作用,其表面受到石块等硬物的作用,其损坏形式表现为磨损和节销断裂,因此要求履带有搞的耐磨性、足够的强度和较高的冲击韧性等。 因此，拖拉机履带板具有高的强度和韧性；高的硬度和耐磨性；难以发生化学腐蚀作用，好的表面处理技术。2.2钢种材料铸造高含金钢铸造高合金钢中的合金元素含量在10以上，大量合金元素加入后，使钢常温下的组织发生了很大的变化，并赋予了一些特殊的物理性能。如含Mnl3的高锰钢，常温下的组织为单一的奥氏体，具有很高的耐磨性；含Crl8、Ni9的不锈钢常温下的组织也是单一的奥氏体，却具有很高的耐蚀性；含Cr28的耐热钢常温下的组织为单一的铁素体，具有很高的抗氧化性及热强性。 铸造高锰钢的化学成分通常，高锰钢的含碳量为0915，含锰量为110140，其铸态组织为奥氏体+少量碳化物。3 设计说明3.1加工工艺流程 碳是造成淬火开裂的主要元素，随着碳含量的增加，固相线温度相对降低，因而马氏体中铁原子间结合力降低，相应弹性模量亦是降低的，随弹性模量的降低，钢的断裂强度值也随之降低。另随马氏体中含碳量增加，位错亚结构逐渐变为孪晶亚结构。上述两点都将降低钢的断裂强度，增加淬裂敏感性。钢中碳、锰均显著的降低Ms点，随碳、锰含量的增加，淬裂倾向增大。而钢中硼能有效地提高淬透性，使C曲线右移，但不降低Ms点，因而硼对钢的淬裂敏感性影响不大。35MnTiB较之40SiMn2，降低了使淬裂倾向增大的碳、锰含量，使履带钢的淬裂敏感性大大降低。同时添加硼以增加钢的淬透性。这可能是35MnTiB在使用中较40SiMn2履带板钢不易断裂的主要原因。磨料磨损过程中材料去除主要有两种机制，即由塑性变形机制引起的去除过程和断裂机制引起的去除过程。塑性变形机制过程中，材料磨损的体积与材料硬度成反比，即硬度高，则磨损量小。断裂机制引起的去除过程则与断裂韧性和硬度有关。不论是塑性变形机制为主引起的材料去除过程，还是断裂机制为主引起的材料去除过程，两种材料的去除过程往往交替产生，相互作用，材料的磨损往往是塑性变形机制和断裂机制综合作用的结果。履带板钢硬度较高，但远不如沙子、石块的硬度。当履带板钢与这些材料相磨时，可将履带板钢看成塑性材料。所以履带钢的磨料磨损应以塑性变形机制引起的去除为主，断裂机制引起的去除为辅。影响履带板用钢的耐磨性，最终应归因于钢的硬度，其次为断裂韧性。那么不同钢的化学成分在同样的组织(回火索氏体)，力学性能和硬度相差不大的情况下，钢的磨损应该相差不大，履带钢工地试验结果(表5)也证明了这一点，35MnTiB经400 回火与40SiMn2经550 回火的履带板钢，在各种工况下相比，磨损量相差不大。35MnTiB钢采用120 t转炉冶炼，经吹氩搅拌后浇注成9.42 t钢锭。钢锭均热后，用1150初轧机轧制成210 mm×280 mm方坯，钢坯经缓冷后再进行加热，用950800850型材轧机轧制成履带钢。 炼钢吹氩铸锭钢锭均热开坯钢坯缓冷钢坯加热轧制216履带板热锯检查入库。 成品履带板下料成560 mm，装入RJX759型箱式热处理炉内进行调质处理。调质工艺为：淬火温度860 ，淬火保温时间60 min，淬火介质为水，回火温度400 ，回火保温时间120 min，水冷。经调质后的履带板按图6部位分别截取筋部冲击样，板部冲击样及板部拉力样。末端淬火样采用210 mm×280 mm坯料，锻成25 mm圆棒加工而成。 履带板钢为调质状态下使用，故钢的调质工艺非常重要。由于大多数履带板生产厂家的加热设备均为箱式炉，每次淬火的履带板件数较多，为了保证淬火后的履带板组织为马氏体，将35MnTiB钢的淬火温度定为860 。860 水淬，不同回火温度下得到的力学性能见图7。当回火温度在350 左右时，35MnTiB钢有一回火脆性区域。因此履带钢的回火温度应高于380 ，选择400 左右回火时，综合力学性能优良，aKV(5)高于50 J，b高于1 150 MPa。3.2.1预备热处理工艺退火是将偏离平衡状态的金属坯料或零件加热至较高温度，保持一定的时间后通常以相当缓慢的速度冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法。退火的目的是：a消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。b消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷。c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。d细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做组织准备。e消除钢中的内应力，以防止变形与开裂5。Ac3Ac1图3.2 A钢完全退火工艺曲线加热温度：Ac3+3050；加热速度：小于200/h；保温时间：2min/mm83.2.2机械加工由于我们专业并不怎么涉及机加工方面的知识，因此此处只能说明其在车床上进行加工。3.2.3渗碳工艺渗碳是将工件放入渗碳气氛中，并在900950的温度下加热、保温，使其表面层增碳的一种工艺操作。渗碳的目的在于使工件在继续经过相应热处理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部任保持一定的强度和较高的任性。固体渗碳工艺如图3.36所示。 900950 T 800850 h图3.3 A钢的渗碳工艺曲线3.2.4淬火+低温回火热处理工艺淬火淬火是将钢加热至临界温度点Ac3或Ac1以上一定的度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。其目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能。钢的理想淬火冷却曲线如图3.47所示 Ac3 Ac1 A AP AB Ms图3.4低温回火回火是将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理操作。其目的在于：a.降低脆性，消除内应力。工件淬火后存在着很大的内应力和脆性，若不及时回火，零件会产生变形或开裂。b.得到对工件所要求的力学性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，为了了获得对工件要求的性能，可以用回火温度调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性、强度和硬度。c.稳定工件尺寸。淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，这两种组织都是不稳定的，会自发地逐渐地发生组织转变，因而引起工件尺寸和形状的改变。通过回火，可以促使这些组织转变。达到较稳定状态，以便在以后的使用过程中不发生变形8。回火规范如表3.2 9。 表3.5 A回火规范表  方案    淬火温度 / 回 火用 途 加热温度/ 介质硬度HRC       10201040   消除应力   去除应力，降低硬度去除应力，降低硬度150170 200275   400425 油或硝盐      6163   5759  5557           11151130 去除应力及形成二次硬化 去除应力及形成二次硬化 去除应力及形成二次硬化 510520多次回火   -78冷处理加510520一次回火 -78冷处理加一次510520回火，再-78冷处理     6061 6061  61623.2.5物理性能 经过各种热处理之后41Mn2SiRE钢的承受压应力和冲击载荷、强度和韧性、高的硬度和耐磨性、耐腐蚀性得到大大提高。4 分析与讨论 41Mn2SiRE钢的耐磨性、抗高强度冲压以及耐腐蚀性是制造履带板的良好材料，这样能够延长拖拉机履带板的使用寿命，是资源得到最大利益化，然而这个设计可能缺乏必要的实践和大量的实验和原材料进行论证。因此，我们必须通过专门的讨论和分析来确定这个设计的合理和实用价值！5 结束语 41Mn2SiRE钢必须具有强的硬度和高的耐磨性。前段时间在没有认真学习金属学时，我觉得这个课程设计很难很难，但现在经过我对金属学的充分认识，我重新把这套支撑辊的设计完成了一遍，也从中发现了很多原作者的问题，使我从中吸取了精华部分。金属学都是理论上的成型工艺，在实际生产中肯定还有许多细节问题需要我们去解决和改进。在这次的课程设计中，发挥出了自己单独设计41Mn2SiRE钢制造机床热处理工艺设计能力和综合运用书本知识，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，尤其是热处理加工工艺，是自己很有成就感。同时各科相关的课程都有了全面的复习与运用，独立思考的能力也有所提高，更为重要的是：在这次41Mn2SiRE钢制造机床热处理工艺设计中，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，进而加以弥补 。 参 考 文 献1 百度百科2 黎正科.机床变速箱的结构特性分析J.2009,53 张熹, 崔京玉, 章军.浅析齿轮钢及热处理工艺对汽车用齿轮性能的影响J.北京,首钢技术研究.2009,10.4 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