40Cr连杆正火-调质热处理工艺设计

辽宁工业大学

工艺课程设计（论文）

题目：40Cr连杆正火-调质热处理工艺设计

院（系）：材料科学与工程学院

专业班级：材料103

学号：100208091

学生姓名：董国建

指导教师：商剑

起止时间：2013-7-1~2013-7-12

课程设计（论文）任务及评语

1连杆热处理工艺概述 (1)

2 连杆的热处理工艺设计 (2)

2.1连杆的服役条件和失效形式 (2)

2.2 连杆技术要求及示意图 (2)

2.3连杆材料选择 (3)

2.4 40Cr的化学成分 (4)

2.5 40Cr的C曲线 (4)

2.5 连杆的加工工艺流程图 (5)

2.6 40Cr连杆的正火、调质热处理工艺 (5)

2.7 40Cr连杆的正火、调质热处理工艺理论 (7)

2.8 40Cr连杆热处理的设备、仪表和工夹具选择 (8)

2.9 40Cr连杆的热处理质量检验项目、内容及要求 (11)

2.10 40Cr连杆的热处理常见缺陷的预防及补救方法 (12)

3 热处理工艺卡 (13)

3.1 40Cr连杆正火工艺卡 (13)

3.2 40Cr连杆淬火工艺卡 (14)

3.1 40Cr连杆回火工艺卡 (15)

4 参考文献 (16)

1连杆热处理工艺概述

汽车连杆是发动机中一个重要的连接零件，在工作时它承受冲击性的、周期变化的拉应力和装配时的预应力，要求它具有足够的强度、冲击韧性和抗疲劳性能。40Cr屈服强度及淬透性均比40钢高，临界淬透直径:油中约为15-40 mm, 水中约为28-60 mm。断面尺寸在＜50mm时，油淬无自由铁素体析，故有较高的疲劳强度，当含水碳量下限时，经淬火和回火后，除能获得较高的强度外，还有良好的韧性，水淬时，形状复杂的零件容易形成开裂，在450-680mm回火时，有第二类回火脆性倾向，但可随着截面尺寸的减少而减弱，白点敏感性较大，所以锻后宜缓冷，冷变塑性中等，冷顶锻前最予以球化处理，正火或调质后，可削性很好，正火后可削性也较好。

2 连杆的热处理工艺设计

2.1连杆的服役条件和失效形式

2.1.1 服役条件

（1）连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动合理的杆件。在发动机工作过程中，连杆要承受膨胀气体的作用，还要承受纵向和横向的惯性力。在一个复杂的应力状态下工作。它既收交变的拉压应力，又受弯曲应力。因此连杆负载种类为疲劳冲击。

（2）连杆受到的应力状态主要受拉应力和压应力。

2.1.2 失效形式

连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。

2.2 连杆技术要求及示意图

2.2.1技术要求

具有良好的综合力学性能，即高的强度，良好的塑性和韧性。

（1）在力学方面，钢材经调质处理后，性能应能达到零件要求的性能指标。根据大多数调质件对力学性能要求来看，其性能指标在如下范围内。

σb：600-1200MPa

σs：320-800MPa

σs /σb：50-60%

δ ：10-20%

Ψ ：40-50%

布氏硬度：170-320HB

（2）在工艺性能方面，除应具有良好的锻造性和切削加工性以外，最重要的是淬透性，以尽量提高钢件的淬透性。

2.2.2 连杆示意图

图1为汽车连杆零件示意图。

图1 汽车连杆示意图

2.3连杆材料选择

连杆的工作条件要求连杆具有较强的强度和抗疲劳性能，又要求具有足够的钢性和韧性。连杆加工工艺中其材料一般采取45钢，40Cr或40MnB等调质钢，合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏感。所以，在连杆外形，过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能到达零件的工艺分析。

钢的性能决定于钢的组织，而钢的组织又与其淬透性有直接关系。实践证明，完全淬透适当回火后，钢具有最好的综合力学性能。当零件完全淬透时，不论碳钢或合金钢，要回火到相同硬度，其抗拉强度、屈服强度和疲劳强度也基本相同。对于调质钢来讲，加入合金元素主要是为了提高钢件的淬透性，因此常加入合金元素有Mn，Si，Cr，Mo，B等提高钢的强度和韧性，增加淬透性。

因此，连杆可选用40Cr合金钢。

2.4 40Cr的化学成分

（1）碳含量：中碳Wc：0.25-0.5%，保证处理后具有足够的强度，良好的塑性和韧性。碳含量太低，强度硬度不足；太高，塑性，韧性降低；为到达两者兼顾，取中碳范围。一般碳素调质钢的淬透性低，含量偏上限；合金调质钢淬透性好，随着合金元素增加，含碳量趋于下限。

（2）合金元素：主加Cr，Ni，Mn，Si，Al等，提高淬透性，调质处理后有良好的综合力学性能；辅加W，Mo元素，防止高温回火脆性，细化晶粒，提高回火稳定性。加入放置第二类回火稳定的元素：含Ni，Cr，Mn的合金调质钢，高温回火慢冷是以长生第二类回火脆性。在钢中加入Mo，W可以防止第二类回火脆性，其适合含量约为0.15%-0.30%Mo或0.8%-1.2的W。

2.5 40Cr的C曲线

图2是40Cr的C曲线。

图2 40Cr的C曲线

2.5 连杆的加工工艺流程图

连杆加工工艺流程图如图3所示。

图3 连杆加工工艺流程图

2.6 40Cr连杆的正火、调质热处理工艺

制造调质钢40Cr连杆采用的热处理工艺包括预备热处理的正火和最终热处理的调质处理。

2.6.1 锻造工艺规范

查阅《热处理工艺规范数据手册》可以找出40Cr钢工艺的加热温度、始锻温度冷却方式，本设计具体的锻造工艺参数如表1所示。

表1 40Cr锻造工艺规范

项目加热温度/℃开始温度/℃终止温度/℃冷却

钢锭850-8701250-1350 835-870 缓冷

钢坯800-820 1200-1300 835-840 缓冷

2.6.2正火工艺曲线

正火为调质处理做准备，将工件放入箱式正火炉中进行正火。加热温度Ac3+（30-50）℃。而40Cr材料的Ac3是820℃由此确定加热温度为850-870℃。确定保温时间为120min，冷却方式为空冷。图4为正火的工艺曲线图。