毕业设计（论文）60Si2Mn弹簧垫圈热处理工艺设计.doc

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 60Si2Mn弹簧垫圈热处理工艺设计 学生姓名： 学 号： 所在学院： 材料工程学院 专 业： 级材料成型及控制工程班 方 向： 压力加工方向 指导教师： 职 称： 讲 师 2013年 12月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钢棒热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计A钢棒热处理生产工艺，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18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19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 本课程设计了60Si2Mn弹簧垫圈热处理工艺设计。主要包括等温回火和分级淬火、亚温淬火及高温回火、 形变热处理的工艺方法。使用该方法能有效地提高60Si2Mn钢的强韧性和使用寿命。60Si2Mn合金弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢，强度、弹性和淬透性较55Si2Mn稍高，其淬透性，抗回火稳定性和抗松弛稳定性较好，过热敏感性也较小，但脱碳倾向较大，尤其是硅与碳含量较高时，碳易于石墨化，使钢变脆，对热加工工艺和热处理工艺要求较高，处理工艺不当，很容易造成弹簧垫圈的过早失效。为此如何合理的选择冷作弹簧垫圈材料和正确确定热处理方法，以提高弹簧垫圈的使用寿命是生产中最为关心的问题，它直接关系到产品的质量及经济效益。关键词：60Si2Mn钢，等温回火，分级淬火，亚温淬火、高温回火、形变热处理目 录摘 要1、设计任务61.1设计任务61.2设计的技术要求62、设计方案72.1A钢种设计的分析72.1.1工作条件72.1.2失效形式72.1.3性能要求72.2钢种材料83、设计说明93.1加工工艺流程93.2具体热处理工艺94、分析与讨论165、结束语176、热处理工艺卡片18参 考 文 献191、设计任务1.1设计任务60Si2Mn弹簧垫圈热处理工艺设计。1.2设计的技术要求60Si2Mn弹簧钢一般工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧。弹簧垫圈在工艺过程中要承受很大的压力、弯曲力，而且，弹簧垫圈在工作过程中处于一直高强度工作条件因此需要拥有较大的韧性。弹簧垫圈的正常报废一般为受压断裂和变形从而失去工作作用。因此，弹簧垫圈用钢应具有高的硬度、高的耐磨性、足够的强度和韧性、热处理变形小1。60Si2Mn弹簧钢，钢的强度、弹性和淬透性较55Si2Mn稍高，硅和锰提高弹性强度和屈强比，提高淬透性，抗回火稳定性和抗松弛稳定性。60Si2Mn弹簧钢一般制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、板簧也适于制作工作温度在250 以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧。2、设计方案2.160Si2Mn弹簧钢种设计的分析2.1.1工作条件 弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢，如制造各种弹簧，弹簧垫圈，刀具的钢。一般用于250以下环境。60Si2Mn弹簧钢是我国最常用的弹簧垫圈钢之一，由于其具有强度、韧性、弹性和淬透性高等特点，故多用于高负荷、高压力、高寿命的弹簧垫圈。被广泛用来制造生产批量大、韧性要求高、耐磨性要求高、高应力下工作，变负荷的弹性零件。2.1.2失效形式 弹簧垫圈的主要失效形式有过载失效、磨损失效和疲劳失效三种。 过载失效。模具材料本身承载能力不足以抵抗工作载荷作用引起的失效，当材料韧性不足易产生脆断和开裂，当强度不足易产生变形和镦粗失效。弹簧垫圈易产生此类失效。 磨损失效。弹簧垫圈工作部位与螺栓之间的摩擦损耗，使工作部位(接触表面)形状和尺寸发生变化引起的失效。对经常拆装的工作环境此类失效。疲劳失效。弹簧垫圈承受的载荷一般具有一定震动冲击速度和能量反复作用，且承受较大的压力载荷。因此长时间工作会使其形成塑性变形从而失效。2.1.3性能要求弹簧垫圈主要用于螺栓连接的螺母与工件之间。防止震动松动、防止螺栓与工件的摩擦。要求在工作中不易断裂,不易变形，不发生塑性形变。 2.2钢种材料60Si2Mn，执行标准：GB/T 1222-2007。60Si2Mn合金弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢，强度、弹性和淬透性较55Si2Mn稍高。60Si2Mn合金弹簧钢适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、板簧也适于制作工作温度在250 以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧。3、设计说明3.1加工工艺流程 60Si2Mn弹簧垫圈加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 下料成型热处理喷丸包装60Si2Mn属弹簧钢，成分见表1-1。CSiMnSPCrNiCu0.560.601.502.000.600.900.0350.0350.350.350.25表3-1 60Si2Mn的化学成分(质量分数，%)成分分析：C的含量属于中碳钢，目的是提高弹性极限和屈服极限。Si和Mn是弹簧钢中经常应用的合金元素。目的是提高淬透性，强化铁素体（固溶强化），提高钢的耐回火性。Si还可以提高屈服强化，但含硅量高时有石墨化倾向，加热时使钢易于脱碳；Mn增大钢的过热倾向。Cr是碳化物形成元素，它可以防止钢的过热和脱碳，提高淬透性，并保证刚在高温下仍有较高的弹性极限和屈服极限。3.2具体热处理工艺60Si2Mn属弹簧钢的热处理包括淬火和回火为产品提供优良的原始组织。60Si2Mn弹簧钢的热处理工艺分析：在淬火加热时，为了防止氧化和脱碳，应尽量采用快速加热，最好是在盐炉和带有保护性气氛的炉中进行，淬火后尽快回火，以防延迟断裂。对含Si弹簧钢来说，回火的温度一般为400-450，其组织为回火托氏体。此时马氏体以充分分解，分解出的渗碳体以细小颗粒状分布在相基体上；相的回复过程也以充分进行，开始多边化，但亚结构尚未长大；钢中的残留奥氏体已经分解，内应力已大幅下降。钢的弹性极限打到最高值。弹簧钢也可以采用等温淬火，使钢在恒温下转变为贝氏体，可提高钢的韧性和多冲强度。如果在等温淬火后再进行等温温度作补充回火，则进一步提高钢的比例极限和延迟断裂抗力。弹簧的表面质量对使用寿命影响较大，表面微笑的缺陷如脱碳、裂纹、夹杂、斑痕等，均可使钢的疲劳强度降低，因此弹簧热处理后还要用喷丸处理来进行表面强化，使表面层产生残留压应力，提高其疲劳强度。60Si2Mn在经过喷丸处理后，使用寿命提高了5-6倍。3.2.1淬火处理采用箱式电炉加热，加入木炭恒温一段时间，使木炭与炉中的氧气发生反应生成CO2或CO气体。减少工件处理过程中氧化脱碳趋势；在工件淬火时涂刷202防氧化脱碳涂料，使工件在淬火过程中氧气与工作表面隔离，进一步减少工件的氧化和脱碳。然后对弹簧垫圈进行淬火。其温度控制在840，左右偏差不超过10。时间控制在35-40分钟。然后进行油冷。期间应快速加热到预定温度以更好的防止氧化。其加工温度时间如图1-1。图 3-1 淬火温度时间图3.2.2 回火处理工艺回火采用箱式电炉加热。温度保持在380，左右不超过10。时间为1.5小时。期间要注意在淬火完成后要尽可能快的进行回火处理，以防止延迟断裂。其加工温度时间图为3-2。图 3-2 回火温度时间图牌号热处理温度力学性能硬度HRC60Si2Mn淬火回火b/MPaa/MPa5()()52840380127511175254、分析与讨论60Si2Mn 钢在淬火加热时，容易被氧化脱碳，因此应尽量采用快速加热，最好是在盐炉和带有保护性气氛的炉中进行，淬火后尽快回火，以防延迟断裂。弹簧的表面质量对使用寿命影响较大，表面微笑的缺陷如脱碳、裂纹、夹杂、斑痕等，均可使钢的疲劳强度降低，因此弹簧热处理后还要用喷丸处理来进行表面强化，使表面层产生残留压应力，提高其疲劳强度。60Si2Mn在经过喷丸处理后，使用寿命提高了5-6倍。对于60Si2Mn 钢在不同的回火温度下其硬度会有所不同。如在200下为60HRC而在500时为43HRC，600时则为33HRC。但是对于弹簧垫圈不仅仅对硬度有较高的要求而且对韧性与弹性也有较高的要求。因此对于回火温度的掌控尤为重要。对含Si弹簧钢来说，回火的温度一般为400-450，其组织为回火托氏体。此时马氏体以充分分解，分解出的渗碳体以细小颗粒状分布在相基体上；相的回复过程也以充分进行，开始多边化，但亚结构尚未长大；钢中的残留奥氏体已经分解，内应力已大幅下降。钢的弹性极限达到最高值。5、结束语 60Si2Mn弹簧垫圈加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 下料成型热处理喷丸包装。在热处理过程，不同处理得到不同的组织形态，保证下一步有效地进行。60Si2Mn钢是我国最常用的弹簧钢之一。由于其具有强度、韧性、弹性和淬透性高等特点，故多用于高负荷、高压力、高寿命的弹簧垫圈。被广泛用来制造生产批量大、韧性要求高、耐磨性要求高、高应力下工作，变负荷的弹性零件。目前导致弹簧垫圈损坏的因素很多，但主要的还是热处理工艺不尽合理而造成的而对于60Si2Mn这种硅碳、高锰钢，碳化物的不均匀度及合理的热处理工艺是影响弹簧垫圈使用寿命的决定因素，这对于高负荷高震动的工作环境尤为突出。为此，改善60Si2Mn钢中碳化物的分布，采用合理的热处理工艺是提高弹簧垫圈使用寿命的关键措施。 6、热处理工艺卡片零件名称：60Si2Mn弹簧垫圈热处理工艺卡处理要求：下料、成型、淬火、回火、喷丸、包装热处理技术要求：恰当控制温度和时间硬度：大于等于52HRC 材料：60Si2Mn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/3淬火箱式电阻炉1-8403min38min38mjn油常温尽量提高加热速度4回火箱式电阻炉1-380-1.5h1.5h油常温更该日期更改单号更改标准更改者参 考 文 献1 张扬，宫心勇，赵宏敏. 天津理工学院学报, 2003, (1). 2 孙凯南，水冰编译J, 北京市：机械工业出版社, 1955.：266-2733 中国机械工程学会热处理学会热处理手册第二卷M.北京：机械工业出版社，2003：345-3544 卢俊平,陆浩. 中国铁道学会提速机车车辆材料工艺学术研讨会, 1999.5 崔忠圻,覃耀春金属学与热处理M北京：机械工业出版社,2007：345-347.6 刘云旭，金属热处理原理【M】.北京：机械工业出版社，19807 百度百科