金属材料综合课程设计化学热处理

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金属材料综合课程设计化学热处理

J I A N G S U U N I V E R S I T Y

金属材料综合课程设计

汽车变速箱齿轮热处理工艺

所属学院:材料学院

专业班级:金属1002

姓名:陈浩

学号:3100702039

20XX年6月27日

1、零件图

2、零件服役条件

齿轮是机械设备及汽车中的重要零件,变速箱齿轮为汽车、拖拉机等发动机的重要部件,用于改变发动机曲轴和传动轴的速度比。故齿面在较高的载荷(冲击载荷和交变载荷等)下工作,因此磨损快。在工作过程中,通过齿面的接触传递动力,两齿面在相对运动过程中.既有滚动也有滑动,存在较大的压应力和摩擦力.经常换挡使齿端部受到冲击。要求变速箱齿轮具有高的抗弯强度、接触疲劳强度和良好的耐磨性,心部有足够的强度和冲击韧性。齿轮在传递力及改变速度的运动过程中啮合齿面之间既有滚动,又有滑动r而且

齿面还受到脉动或交变弯曲应力的作用. 在变速器中,齿轮可改变传动比,扩大驱动轮转矩和转速的变化范围,以适应经常变化的行驶条件,同时使发动机在有利的工况下工作。差速器中,通过车桥齿轮增加扭矩,并调节左右轮的转速。全部发动机的动力均通过齿轮传给车轴,推动汽车运动。所以汽车齿轮的受力较大,受冲击频繁,其耐磨性、疲劳强度、冲击韧性等均要求比机床齿轮高。同时于汽车行驶状况随路况随机变化,因而汽车齿轮的工作状况非常复杂。

服役条件

汽车齿轮的工作条件比机床要繁重得多,它们经常在较高的载荷下工作,磨损亦较大。

在汽车运行中于齿根受着突然变载的冲击载荷以及周期变动的弯曲载荷。

会造成轮齿的脆性断裂或弯曲疲劳破坏.

(3)轮齿的工作面承受着较大的压应力及摩擦力,会造成麻点、接触疲劳破坏及深层剥落,于经常换档,齿的端部经常受到冲击,也会造成轮齿的端部破坏。因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面的要求均比机床齿轮高.

3、所需性能

汽车变速齿轮工作条件比机床齿轮差,特别是主传动系统中的齿轮,受力较大,受冲击较频繁,因此对材料要求较

高。于弯曲与接触应力都很大,所以重要齿轮都需渗碳、淬火处理,以提高耐磨性和疲劳抗力。为保证心部有足够的强度及韧性,材料的淬透性要求较高,心部硬度应在35~45HRC 之间。另外,汽车生产批量大,因此选钢材时,在满足力学性能的前提下对工艺性能必须予以足够重视。汽车齿轮工作时,啮合齿面间既有滚动,又有滑动,轮齿根部还受到脉动或交变弯曲的作用。在此而引起的各种应力的作用下,齿轮经常发生失效的情况。根据工作条件的不同,汽车齿轮的失效形式主要是齿面磨损和断齿。图是四种主要的失效形式。

a 轮齿根部弯曲疲劳断裂

b 齿面严重磨损、齿厚变小

c 齿面剥落

d 轮齿冲击断裂

美国的一个关于齿轮失效形式及原因的统计资料的结果表明,疲劳断裂占失效齿轮总数的三分之一以上,居首位;其次是表面损伤。总的来说,断裂是齿轮失效的主要形式。齿轮在传递动力及改变速度的运行过程中,周期的受到弯曲应力,接触应力以及摩擦力的作用。齿面和齿根在上述应力的作用下导致齿面剥落

或轮齿折断而失效。因此,改善材料的冶金质量和通过热处理强韧化技术以提高齿轮的弯曲程度,接触疲劳强度及耐磨性,从而达到提高齿轮寿命的目的。对齿轮材料的性能要求是:

(1) 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度(抗疲劳点蚀),除材料本身性能外,还可依靠齿轮的表面强化处理来实现;

(2) 齿面具有较高的硬度和耐磨性,以防止粘着磨损和磨粒磨损。耐磨性的提高,主要依靠表面硬度和降低摩擦因数来实现;

(3) 齿轮心部具有足够的强度和韧性,以提高齿轮的承载能力。

此外,还要求齿轮具有高的传动精度,材料具有较好的切削加工及热处理工艺性等,例如热处理变形小,或变形有一定规律等。

4、选择材料

制造齿轮常用的钢有20Cr、20CrMnMo、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi。 20Cr

与15Cr钢相比,有较高的强度及淬透性,在油中临界淬透直径达4 ~22mm,在水中临界淬透直径达11~40mm,但韧性较差,此钢渗碳时仍有晶粒长大倾向,降温直接淬火对冲击韧性影响较大,所以渗碳后需二次淬火以提高零件心部韧性,无回火脆性;钢的冷应变塑性高,可在冷状态下拉丝;可切削性在高温正火或调质状态下良好,但退火后较差;20Cr为珠光体,焊接性较好,焊后一般不需热处理,但厚度大于15mm的零件在焊前需预热到100~150℃,焊后也可不进行回火热处理。 20CrMnMo

20CrMnMo是高强度的高级渗碳钢。强度高于15CrMnMo,塑性及韧性稍低,淬透性及力学性能比20CrMnTi高,淬火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度。渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性能,但磨削时易产生裂纹。焊接性不好,适于电阻焊接,焊前需预热,焊后需回火处理。切削加工性和热加工性良好。

常用于制造高硬度、高强度、高韧性的较大重要渗碳件,如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮轴、齿轮、销轴,还可代替12Cr2Ni4使用。

18Cr2Ni4WA

18Cr2Ni4WA属于高强度中合金渗碳钢。要使C化物及奥氏体含量不超标可采用渗碳后高温回火900~920℃渗碳,600~650回火,深冷处理,油淬后的硬度也就是48左右,想要达到HRC58-63,必须要进行表面渗碳。

18Cr2Ni4WA钢常用合金渗碳钢,强度,韧性高,淬透性良好,也可在不渗碳而调质的情况下使用,一般用做截面较大,载荷较高且韧性良好,缺口敏感性低的重要零件。20CrMnTi

20CrMnTi是渗碳钢,渗碳钢通常为含碳量为%-%的低碳钢。是中淬透性渗碳钢中Cr Mn Ti 钢,其淬透性较高,在保证淬透情况下,具有较高的强度和韧性,特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的

加工性,加工变形微小,抗疲劳性能相当好。特性及适用

范围:

是性能良好的渗碳钢,淬透性较高,经渗碳淬火后具

有硬而耐磨的表面与坚韧的心部,具有较高的低温冲击韧性,焊接性中等,正火后可切削性良好。用于制造截面<30mm

的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件,如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。

是18CrMnTi的代用钢,广泛用作渗碳零件,在汽车.拖

拉机工业用于截面在30mm以下,承受高速.中或重负荷以及

受冲击.摩擦的重要渗碳零件,如齿轮.轴.齿圈.齿轮轴.滑

动轴承的主轴.十字头.爪形离合器.蜗杆等。

20CrMnTi钢始锻温度1200℃,终锻温度900℃,锻造后

直尺寸100mm以下堆积冷却,直径尺寸100mm以上缓慢冷却。化学成份

表1 20CrMnTi钢成分及含量化学成分 20CrMnTi

C ~ Si ~ Mn ~ Cr ~ S P Ti Cu/Ni ≤≤≤ ~ 表2 20CrMnTi钢的临界点

Ac3 Ar1 Ar3 825 650 730 Ac1 740 化学元素作用 Ms 330 ⑴ 20CrMnTi钢中加入Cr、Mn元素,主要是提高钢的淬

透性。

⑵ 20CrMnTi钢中加入Ti元素主要是为了细化晶粒。

⑶ 20CrMnTi钢淬火加热时,Cr、Mn、Si元素完全固溶

于奥氏体中,提高钢的淬透性。Ti元素以碳化TiC形式钉扎于奥氏体晶界,阻止奥氏体晶粒的长大。⑷ 20CrMnTi钢淬火后,Cr、Mn、Si元素固溶强化基体组织,并改善基体组织的回火稳定性。

⑸ 20CrMnTi钢低温回火时,部分Cr、Mn元素从基体组织中扩散到析出的渗碳体Fe3C中,形成合金渗碳体3C,改善其硬度。合金渗碳体3C与碳化物TiC同基体组织一起共同作用,使钢产生较高的强度、硬度与耐磨性,同时保持良好的韧性。

⑹ 20CrMnTi钢渗碳或碳氮共渗后碳层均匀,加工和热处理工艺性能优良,不易出现过热,渗碳后可直接淬火,淬火变形小。

⑺ 20CrMnTi钢正火后切削加工性能优良,相对加工性能为75%,表面粗糙度低。⑻于Cr、Mn元素的加入,20CrMnTi 钢易出现回火脆性,故回火温度须严格控制,一般控制在180~200℃范围内。

Ti是强化铁素体的元素,它对钢的机械性能的影响取决于Ti在钢中存在的形态,也取决于Ti、c含量的比率。20CrMnTi钢中含有微量的钛(0 06 ~ 0.12%),其淬火温度一般在86O~900℃,避免了碳化钛过多地溶于奥氏体,与不舍Ti的钢相比,其强度将有所提高,同时不影响钢的担性和韧性。于具有细化晶粒的作用,Ti虽然在一定程度上

提高钢的强度,但对钢的韧性,特别是低温冲击韧性,不一定有所改善,因为固溶于铁素体中的的脆化作用,会抵消因晶粒细化时对冲击韧性所起的有利作用。Ti可减低20CrMnTi钢在200~400℃回火脆性,例如加Ti的钢比不加Ti的钢,回火脆性有明显改善,而且以加入Ti+B的钢效果最为显著。对于汽车来说,于其使用条件复杂,采用调质钢高频淬火不能保证要求,所以选用渗碳钢来作重要齿轮较为合适。影响汽车渗碳齿轮失效和齿轮疲劳强度的因素主要有心部硬度、有效层深度、渗层和心部的金相组织、表面硬度和表层残余应力分布等。根据汽车齿轮渗碳要求,选用低碳合金钢作为汽车齿轮材料最为理想。实践证明,20CrMnTi 钢具有较高的力学性能,在渗碳、淬火、低温回火后,表面硬度可达58~62HRC,心部硬度30~45HRC,正火态切削加工工艺性和热处理工艺性均较好。为提高齿轮的耐用性,渗碳、淬火、回火后,还可采用喷丸处理,增大表面压应力。

5、热处理工艺

传统的齿轮材料的工艺路线:下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火及

低温回火→喷丸→磨削加工。

虽然传统工艺已经比较完善,但部分中间过程已不再适合现代化的大批量生产要求。当前的技术要求齿坯在热处理后能获得均匀的组织和硬度,以保证获得良好的切削加工性

能及稳定的淬火变形规律。因此有必要对传统工艺进行改进,以获得质量良好的产品。正火

将工件加热至Ac3以上30~50℃,保温一段时间后,从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于细化晶粒,消除组织缺陷,以获得珠光体+少量铁素体组织。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快,因而正火组织要比退火组织更细一些,其机械性能也有所提高。另外,正火炉外冷却不占用设备,生产率较高,因此生产中尽可能采用正火来代替退火。正火的目的

细化晶粒,消除组织缺陷。以获得珠光体+少量铁素体组织,并使加工硬度适中,有利于切削

去除材料的内应力。

降低材料的硬度。这样是为了接下来的加工做准备。和退火差不多的作用,只是为了提高效率,降低成本。正火设备

选用RX3箱式电炉参数见表3

表3 RX3-30-9箱式电炉

正火温度

20CrMnTi钢Ac3约为825℃,为促使奥氏体均匀化,增大过冷奥氏体的稳定性,选择的加热温度在930℃~950℃。

加热方法

采用到温加热的方法,是指当炉温加热到指定的温度时,再将工件装进热处理炉进行加热,这样做的原因是避免金属组织出现不需要的相转变,加热速度快,节约时间,便于小批量生产。加热介质加热介质为空气保温时间保温时间:230min

选定的依据:加热时间可按下列公式进行计算:t=a*K*D,式中t为加热时间,K为反应装炉时的修正系数,D 为工件有效厚度,公式可计算出 t=a*K*D=**163≈230min 冷却方式及冷却介质采用出炉空冷,冷却介质为空气正火工艺曲线如图所示

图1 正火处理工艺曲线

渗碳工艺渗碳目的

心部保持良好韧性的同时,表层获得高的强度,硬度与耐磨性渗碳温度

气体渗碳加热900~920℃,以~/h计保温时间加热温度不超过

920℃,以避免晶粒长不大。渗碳设备

选用RQ3-60-9D型井式气体渗碳炉炉参数见表4

表4 RQ3-60-9D型井式气体渗碳炉

说明:炉温均匀,介质流动性好,加热速度,温度均匀,工件变形小,加热质量好,利于提高产品质量,炉膛容积有效利用率高,产量大,耗电量少,可节省电能与筑炉材料,

电极寿命长,减少停炉时间,适用于中,小型工件或批量生产。加热方法

采用到温加热的方法,是指当炉温加热到指定的温度时,再将工件装进热处理炉进行加热,这样做的原因是避免金属组织出现不需要的相转变,加热速度快,节约时间,便于批量生产。装炉方法

筐装,10/次,垂直放入渗碳炉中,齿轮一个一个叠放,要注意每垛之间齿轮的轮齿不要接触,避免齿渗不上碳。渗碳温度

渗碳温度选定为920±10℃

渗碳温度在Ac3以上,考虑碳在钢中的扩散速度等因素,目前在生产上广泛采用的温度为910~930℃。随着渗碳程度的升高,碳在钢中的扩散系数呈指数上升,渗碳速度很快,但渗碳温度过高会造成晶粒粗大,工件畸变增大,设备寿命降低等负面效应,渗层厚度为~~,可以选取t=920℃。渗碳介质渗碳介质:煤油

渗碳煤油在不同温度下的分解产物及含量见表5

表5渗碳煤油在不同温度下的分解产物及含量

参数见表6

表6

渗碳工艺

装炉后排气,滴油量35~65滴/分钟,保温时间160~180

滴/分钟,一小时后查看式样,渗层厚度达到时滴油量为140~160滴 /分钟,渗层达到要求后降温到850±10℃预冷30分钟,为淬火做准备。渗碳工艺曲线渗碳工艺曲线图见图2

图2 渗碳工艺曲线

渗碳后的组织表面:碳化物+珠光体+铁素体心部:珠光体+铁素体

淬火

把钢加热到Ac3或Ac1以上,保温一定时间,以大于临界冷却速度的冷速冷却,从而获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。组织:主要为M、B或M+B的混合物

目的:提高零件的硬度、强度和耐磨性;如刃具、量具、模具等;获得良好的综合力学性能;如各种机器零件;改善钢的物理和化学性能;如用高碳钢和磁钢制的永久磁铁、不锈钢和耐热钢。

为正确进行淬火,必须考虑以下三个因素:淬火加热温度,保温时间和冷却速度

1)淬火加热温度 820~850

2)保温时间淬火加热时间实际上是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留所需时间的总和。

3)冷却速度应大于临界冷速,以保证获得马氏体组织,在这个前提下又应尽量缓慢冷却,以减小内应力,防止

变形和开裂。

为了保证淬火效果,应选用适当的冷却介质。淬火冷却速度太快,奥氏体向马氏体转变剧烈、积收体缩,引起很大的内应力,容易造成齿轮的变形和开裂,于20CrMnTi是合金钢,淬透性较好,故选择油冷减小冷却速度,防止淬火造成齿轮变形或开裂。时也能获得马氏同体组织,达到较高的硬度。钢的加热温度一般可根据Fe-Fe3C相图选择,亚共析钢淬火加热温度选择Ac3以上30℃~50℃,过共析钢淬火加热温度选择Ac1以上30℃~50℃。根据渗碳后齿轮的表层含碳量的分布状况及实践经验从900℃预冷到820℃左右进行油冷可以得到好的效果。加热温度过高或保温时间过长,会引起奥氏体的晶粒粗大引起过热或晶界氧化并部分熔化的过烧现象。过热时奥氏体的晶粒粗大不仅降低齿轮力学性能, 也容易引起齿轮的变形和开裂。过烧后的工件只能报废。加热温度过低、保温时间不足会引起硬度不足。故可选择900℃温度渗碳,预冷8 2 0℃左右油冷淬火。淬火冷却速度太快,奥氏体向马氏体组织转变剧烈、体积收缩,引起很大的内应力,容易造成齿轮的变形和开裂,于20CrMnTi是合金钢,淬透性较好,故选择油冷减小冷却速度,防止淬火造成齿轮变形或开裂。同时也能获得马氏体组织,达到较高的硬度。

低温回火

将淬火后的钢在A1以下温度加热、保温并以适当速度冷却低温消除淬火应力,稳定组织,减少残余奥氏体的数量,达到所需要的性能。低温回火时,工件表面马氏体中过饱和碳原子以碳化物的形式逐步析出,马氏体晶格畸变程度减弱,内应力有所降低。此时的回火组织马氏体和碳化物组成,称为回火马氏体。虽然马氏体的分解使α- F e中碳的过饱和程度降低,钢的硬度相应下降,但析出的碳化物又对基体起强化作用,部分的残余奥氏体分解为回火马氏体,所以钢仍保持很高的硬度和耐磨性。同时芯部为原始组织淬火加低温回火所得到的低碳回火马氏体+残余奥氏体+铁素体,具有较好的任性。

淬火后的钢组织是马氏体及少量残余奥氏体,它们都是不稳定的组织,有向稳定组织转变的趋势,同时淬火时产生内应力。为了减小或消除淬火内应力, 稳定组织和尺寸,获得所需的力学性能,实践证明重载齿轮选择在200℃进行4小时低温回火工艺较好。低温回火时马氏体中过饱和碳原子以碳化物的形式逐步析出, 马氏体晶格畸变程度减弱,内应力有所降低。此时的回火组织马氏体和碳化物组成, 称为回火马氏体。虽然马氏体的分解使α-Fe中碳的过饱和程度降低,钢的硬度相应下降,但析出的碳化物又对基体起强化作用, 部分的残余奥氏体分解为回火马氏体, 所以钢仍保持很高的硬度和耐磨性和一定的韧性。回火的过程中要注意防止低

温回火脆性,防止低温回火脆性可采取下列措施:(1)减少P、N等杂质,可以减轻回火脆性;

(2)不在300℃左右范围内回火,避开低温回火脆性区。

(3)添加元素si,可使£碳化物变稳定,抑制渗碳体的析出和成长,使脆化区向高温一侧移动。

6、热处理卡片

7、车间平面示意图

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金属材料综合课程设计

汽车变速箱齿轮热处理工艺

所属学院:材料学院

专业班级:金属1002

姓名:陈浩

学号:3100702039

20XX年6月27日

1、零件图

2、零件服役条件

齿轮是机械设备及汽车中的重要零件,变速箱齿轮为汽车、拖拉机等发动机的重要部件,用于改变发动机曲轴和传动轴的速度比。故齿面在较高的载荷(冲击载荷和交变载荷等)下工作,因此磨损快。在工作过程中,通过齿面的接触传

递动力,两齿面在相对运动过程中.既有滚动也有滑动,存在较大的压应力和摩擦力.经常换挡使齿端部受到冲击。要求变速箱齿轮具有高的抗弯强度、接触疲劳强度和良好的耐磨性,心部有足够的强度和冲击韧性。齿轮在传递力及改变速度的运动过程中啮合齿面之间既有滚动,又有滑动r而且齿面还受到脉动或交变弯曲应力的作用. 在变速器中,齿轮可改变传动比,扩大驱动轮转矩和转速的变化范围,以适应经常变化的行驶条件,同时使发动机在有利的工况下工作。差速器中,通过车桥齿轮增加扭矩,并调节左右轮的转速。全部发动机的动力均通过齿轮传给车轴,推动汽车运动。所以汽车齿轮的受力较大,受冲击频繁,其耐磨性、疲劳强度、冲击韧性等均要求比机床齿轮高。同时于汽车行驶状况随路况随机变化,因而汽车齿轮的工作状况非常复杂。

服役条件

汽车齿轮的工作条件比机床要繁重得多,它们经常在较高的载荷下工作,磨损亦较大。

在汽车运行中于齿根受着突然变载的冲击载荷以及周期变动的弯曲载荷。

会造成轮齿的脆性断裂或弯曲疲劳破坏.

(3)轮齿的工作面承受着较大的压应力及摩擦力,会造成麻点、接触疲劳破坏及深层剥落,于经常换档,齿的端部经常受到冲击,也会造成轮齿的端部破坏。因此在耐磨性、

疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面的要求均比机床齿轮高.

3、所需性能

汽车变速齿轮工作条件比机床齿轮差,特别是主传动系统中的齿轮,受力较大,受冲击较频繁,因此对材料要求较高。于弯曲与接触应力都很大,所以重要齿轮都需渗碳、淬火处理,以提高耐磨性和疲劳抗力。为保证心部有足够的强度及韧性,材料的淬透性要求较高,心部硬度应在35~45HRC 之间。另外,汽车生产批量大,因此选钢材时,在满足力学性能的前提下对工艺性能必须予以足够重视。汽车齿轮工作时,啮合齿面间既有滚动,又有滑动,轮齿根部还受到脉动或交变弯曲的作用。在此而引起的各种应力的作用下,齿轮经常发生失效的情况。根据工作条件的不同,汽车齿轮的失效形式主要是齿面磨损和断齿。图是四种主要的失效形式。

a 轮齿根部弯曲疲劳断裂

b 齿面严重磨损、齿厚变小

c 齿面剥落

d 轮齿冲击断裂

美国的一个关于齿轮失效形式及原因的统计资料的结果表明,疲劳断裂占失效齿轮总数的三分之一以上,居首位;其次是表面损伤。总的来说,断裂是齿轮失效的主要形式。齿轮在传递动力及改变速度的运行过程中,周期的受到弯曲应力,接触应力以及摩擦力的作用。齿面和齿根在上述应力

的作用下导致齿面剥落

或轮齿折断而失效。因此,改善材料的冶金质量和通过热处理强韧化技术以提高齿轮的弯曲程度,接触疲劳强度及耐磨性,从而达到提高齿轮寿命的目的。对齿轮材料的性能要求是:

(1) 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度(抗疲劳点蚀),除材料本身性能外,还可依靠齿轮的表面强化处理来实现;

(2) 齿面具有较高的硬度和耐磨性,以防止粘着磨损和磨粒磨损。耐磨性的提高,主要依靠表面硬度和降低摩擦因数来实现;

(3) 齿轮心部具有足够的强度和韧性,以提高齿轮的承载能力。

此外,还要求齿轮具有高的传动精度,材料具有较好的切削加工及热处理工艺性等,例如热处理变形小,或变形有一定规律等。

4、选择材料

制造齿轮常用的钢有20Cr、20CrMnMo、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi。 20Cr

与15Cr钢相比,有较高的强度及淬透性,在油中临界淬透直径达4 ~22mm,在水中临界淬透直径达11~40mm,但韧性较差,此钢渗碳时仍有晶粒长大倾向,降温直接淬火对冲击韧性影响较大,所以渗碳后需二次淬火以提高零件心

部韧性,无回火脆性;钢的冷应变塑性高,可在冷状态下拉丝;可切削性在高温正火或调质状态下良好,但退火后较差;20Cr为珠光体,焊接性较好,焊后一般不需热处理,但厚度大于15mm的零件在焊前需预热到100~150℃,焊后也可不进行回火热处理。 20CrMnMo

20CrMnMo是高强度的高级渗碳钢。强度高于15CrMnMo,塑性及韧性稍低,淬透性及力学性能比20CrMnTi高,淬火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度。渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性能,但磨削时易产生裂纹。焊接性不好,适于电阻焊接,焊前需预热,焊后需回火处理。切削加工性和热加工性良好。

常用于制造高硬度、高强度、高韧性的较大重要渗碳件,如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮轴、齿轮、销轴,还可代替12Cr2Ni4使用。

热处理工艺课程设计

热处理工艺课程设计 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】

热处理工艺课程设计高速高载齿轮的热处理工艺 姓名:成** 学号:******* 学院:扬州大学机械工程学院 专业:材料成型及控制工程 设计指导老师:黄新

前言 热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能,充分发挥材料的潜力,提高工件的使用寿命。本课程设计是在《材料科学基础》﹑《金属热处理工艺学》﹑《失效分析》﹑《金属力学性能》等课程学习的基础上开设的,是理论与实践相结合的重要教学环节。通过该课程设计,可使学生在综合运用所学专业基础理论和专业知识能力方面得到训练,学会独立分析问题和解决问题的方法,提高工程意识和工程设计能力。 热处理工艺是整个机械加工过程种的一个重要环节,它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度,满足设计时所要求的多种性能指标,热处理工艺制定的合理与否,有着至关重要的作用。 现代工业的飞速发展对机械零部件﹑工模具等提出的要求愈来愈高。热处理不仅对锻造机械加工的顺利进行和保证加工效果起着重要作用,而且在改善或消除加工后缺陷,提高工件的使用寿命等方面起着重要作用。为获得理想的组织与性能,保证零件在生产过程中的质量稳定性和使用寿命,就必须从工件的特点﹑要求和技术条件,认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能失效形式,正确选择材料;再根据生产规模﹑现场条件﹑热处理设备提出几种可行的热处理方案,最后根据其经济性﹑方便性﹑质量稳定性和便于管理﹑降低成本等因素,确定出一种最佳方案。

金属材料学基础试题及答案

金属材料的基本知识综合测试 一、判断题(正确的填√,错误的填×) 1、导热性好的金属散热也好,可用来制造散热器等零件。() 2、一般,金属材料导热性比非金属材料差。() 3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。() 4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。() 5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。() 6、δ、ψ值越大,表示材料的塑性越好。() 7、维氏硬度测试手续较繁,不宜用于成批生产的常规检验。() 8、布氏硬度不能测试很硬的工件。() 9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同,两种硬度没有换算关系。() 10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。 11、在F、D一定时,布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关,直径愈小,硬度值愈大。() 12、材料硬度越高,耐磨性越好,抵抗局部变形的能力也越强。() 13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。() 14、20钢比T12钢的含碳量高。() 15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性,焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。() 16、金属材料愈硬愈好切削加工。() 17、含碳量大于0.60%的钢为高碳钢,合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。() 18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。() 19、一般来说低碳钢的锻压性最好,中碳钢次之,高碳钢最差。() 20、布氏硬度的代号为HV,而洛氏硬度的代号为HR。() 21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。() 22、某工人加工时,测量金属工件合格,交检验员后发现尺寸变动,其原因可能是金属材料有弹性变形。() 二、选择题 1、下列性能不属于金属材料物理性能的是()。 A、熔点 B、热膨胀性 C、耐腐蚀性 D、磁性 2、下列材料导电性最好的是()。 A、铜 B、铝 C、铁烙合金 D、银 3、下列材料导热性最好的是()。 A、银 B、塑料 C、铜 D、铝 4、铸造性能最好的是()。 A、铸铁 B、灰口铸铁 C、铸造铝合金 D、铸造铝合金 5、锻压性最好的是()。

箱式电阻炉(材料热处理课程设计说明书)

化学与材料工程学院 材料热处理课程设计说明书 学生姓名: 专业:金属材料工程 学号: 班级:材料金属 指导老师:刘

目录 一、设计任务书 (3) 二、工艺设计 (3) 1.型的选择 (3) 2.炉膛尺寸的确定 (3) 3.炉子砌砖设计 (4) 4.中温箱式电阻炉功率的计算 (4) 5.电热元件 (5) 6.电热元件的设计计算 (5) 三、工艺流程图和设备装置图 (7) 四、进度安排 (9) 五、总结与体会 (9)

一、设计任务书 为某厂设计一台热处理电阻炉,其技术条件如下: 1)用途:中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火及退火处理,处理对象为 中小型零件,无定型产品,处理批量为多种,小批量。 2)生产率:160 kg/h 3)工作温度:最高使用温度950℃ 4)生产特点:周期式成批装料,长时间连续生产。 二、工艺设计 1.炉型的选择 根据设计的具体要求和生产特点,进行综合技术经济分析。决定选用箱式电阻炉,不通保护气体,炉子最高温度为950℃。属中温箱式电阻炉。 2.炉膛尺寸的确定 (1)查表,箱式电阻炉单位炉底面积生产率P 0 ,取P =100[kg/(m2·h)] (2)炉底面积采用加热能力指标法计算,F 效= P P0 =125 100 =1.25 m2 炉底有效面积炉底总面积=F 有效 F 总 = 0.75 - 0.85,取上限,0.85,炉底总面积: 1.25 F 总 = 0.85 F 总 = 1.5625 m2 炉底板宽度 B =1 2F 总 =1 2 ?1.5625 =0.88 m 炉底板长度 L =2F 总 =2?1.5625 =1.77 m (3).炉膛高度的确定炉膛高度H与宽度B之比H B =0.52– 0.9,取0.7 高度H = 0.628 m (4).炉膛有效尺寸(可装工件) L 效×B 效 ×H 效 =1.77m × 0.88m × 0.628m (5).炉膛尺寸 宽 B =B 效 +2×(0.1-0.15)取0.1 B=0.88+2×0.1=1.08 m

课程设计退火炉温度控制系统资料讲解

课程设计退火炉温度 控制系统

课程设计设计题目:退火炉温度控制系统 学院: 专业: 班级: 姓名: 学号: 指导老师: 日期:

摘要 退火炉是金属热处理中的重要设备,它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间,然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。温度是退火炉的主要被控变量,是保证其产品质量的一个重要因素。退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。 本文以AT89C51单片机为控制核心,采用模块化的设计方案,包括硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括温度检测模块,按键模块,执行模块,LED显示模块,单片机最小系统。本设计要求采用电热丝加热,通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中,与系统给定值比较,从而对退火炉的温度进行控制,通过按键输入控制信号,三位LED显示炉温。最后设计出最少拍无纹波控制器,通过MATLAB仿真检验是否有纹波。

目录 第1章绪论 (3) 1.1设计背景与算法 (3) 第2章课程设计的方案 (5) 2.1概述 (5) 2.2系统组成总体结构 (5) 第3章程序设计与程序清单 (7) 3.1单片机最小系统设计 (7) 3.1.1单片机选择 (7) 3.1.2时钟电路设计 (8) 3.1.3复位电路设计 (9) 3.2程序清单与电路图 (11) 3.3温度控制电路 (17) 第4章控制算法 (18) 4.1程序框图 (18) 4.2算法设计 (19) 第5章课程设计总结................................................ - 22 -

16Mn钢(热处理课程设计)

目录 第一章金属热处理课程设计简介 (1) 一、课程设计的任务与性质 (1) 二、课程设计的目的 (1) 三、设计内容与基本要求 (1) 四、设计步骤 (2) 第二章材料16Mn基本参数 (2) 一、16Mn材料简介 (2) 二、16Mn材料的性能及用途 (3) 三、16Mn材料化学成分 (3) 四、16Mn物理力学性能 (3) 第三章热处理工艺设计 (4) 一、16Mn热处理概述 (4) 二、16Mn热处理 (4) 三、基本参数确定 (9) 第四章 16Mn钢热处理分析 (10) 一、16Mn钢热处理后组织分析 (10) 二、16Mn钢热处理后材料性能检测 (13) 第五章设计与心得体会 (17) 参考文献 (19)

第一章金属热处理课程设计简介 一、课程设计的任务与性质 《金属热处理原理与工艺》课程是一门重要的专业课程,金属材料热处理工艺设计及实验操作是一种重要的教学环节,通过金属材料热处理工艺金相组织分析、性能检测等实验,可以培养学生掌握热处理实验方法、原理及相关设备,运用热处理的基本原理和一般规律对实验结果进行分析讨论,有助于强化学生解决问题、分析问题的能力。 二、课程设计的目的 1、课程设计属于《金属热处理原理与工艺》课程的延续,通过设计实践,进一步学习掌握金属热处理工艺设计的一般规律和方法。 2、培养综合运用金属学、材料性能学、金属工艺学、金属材料热处理及结构工艺等相关知识,进行工程设计的能力。 3.培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 4.提高技术总结及编制技术文件的能力。 5.是金属材料工程专业毕业设计教学环节实施的技术准备。 三、设计内容与基本要求 设计内容:完成合金结构钢(16Mn)的热处理工艺设计,包括工艺方法、路线、参数的确定,热处理设备及操作,金相组织分析,材料性能检测等。 基本要求: 1.课程设计必须独立的进行,每人必须完成不同的某一种钢材热处理工艺设计,能够较清楚地表达所采用热处理工艺的基本原理和一般规律。 2.合理地确定工艺方法、路线、参数,合理选择热处理设备并正确操作。 3.正确利用TTT、CCT图等设计工具,认真进行方案分析。 4.正确运用现代材料性能检测手段,进行金相组织分析和材料性能检测等。 5.课程设计说明书力求用工程术语,文字通顺简练,字迹工整,图表清晰。 四、设计步骤 方案确定: 1.根据零件服役条件合理选择材料及提出技术要求。

金属材料学考精彩试题库

第一章钢中的合金元素 1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种? 答:开启γ相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素 扩展γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素 封闭γ相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素 缩小γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响,请举例说明这种影响的作用 答:合金元素对α-Fe、γ-Fe、和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有很大影响 A、奥氏体(γ)稳定化元素 这些合金元素使A3温度下降,A4温度上升,即扩大了γ相区,它包括了以下两种情况:(1)开启γ相区的元素:镍、锰、钴属于此类合金元素 (2)扩展γ相区元素:碳、氮、铜属于此类合金元素 B、铁素体(α)稳定化元素 (1)封闭γ相区的元素:钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅 (2)缩小γ相区的元素:硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 3、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响? 答: 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度 扩大γ相区元素:降低了A3,降低了A1 缩小γ相区元素:升高了A3,升高了A1 2、改变了共析体的含量 所有的元素都降低共析体含量 第二章合金的相组成 1、什么元素可与γ-Fe形成固溶体,为什么? 答:镍可与γ-Fe形成无限固溶体 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是: 1、溶质与溶剂的点阵相同 2、原子尺寸因素(形成无限固溶体时,两者之差不大于8%) 3、组元的电子结构(即组元在周期表中的相对位置) 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么?举例说明 答:组元在间隙固溶体中的溶解度取决于: 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构 例如:碳、氮在钢中的溶解度,由于氮原子小,所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素 答:铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素;形成最稳定的MC型碳化物 钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素 锰、铁、铬是弱碳化物形成元素

汽车发动机活塞销的选材与热处理工艺课程设计讲课讲稿

汽车发动机活塞销的选材与热处理工艺课 程设计

1 汽车发动机活塞销的零件图如下 图1 汽车发动机活塞销零件尺寸图

2 服役条件与性能分析 活塞销(英文名称:Piston Pin),是装在活塞裙部的圆柱形销子,它的中部穿过连杆小头孔,用来连接活塞和连杆,把活塞承受的气体作用力传给连杆。为了减轻重量,活塞销一般用优质合金钢制造,并作成空心。塞销的结构形状很简单,基本上是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易,但活塞销的质量较大;两段截锥形孔的活塞销质量较小,且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大,所以接近于等强度梁,但锥孔加工较难。本次设计选用内孔为原形的活塞销。 服役条件:(1)高温条件下承受周期性强烈冲击和弯曲、剪切作用 (2)销表面承受较大的摩擦磨损。 失效形式:由于承受周期性的应力,使其发生疲劳断裂和表面严重磨损。 性能要求:(1)活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷,且由于活塞销在销孔内摆动角度不大,难以形成润滑油膜,因此润滑条件较差。为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性,质量尽可能小,销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量。在一般情况下,活塞销的刚度尤为重要,如果活塞销发生弯曲变形,可能使活塞销座损坏;(2)具有足够的冲击韧性;(3)具有较高的疲劳强度。 3 技术要求 活塞销技术要求: ①活塞销全部表面渗碳,渗碳层深度为0.8 ~ 1.2mm,渗碳层至心部组织应均匀过渡,不得有骤然转变。 ②表面硬度58 ~ 64 HRC,同一个活塞销上的硬度差应≤3 HRC。 ③活塞销心部硬度为24 ~ 40 HRC。

箱式电阻炉课程设计

一、设计任务书 题目:设计一台中温箱式热处理电阻炉; 生产能力:160 kg/h ; 生产要求:无定型产品,小批量多品种,周期式成批装料,长时间连续生产; 要求:完整的设计计算书一份和炉子总图一张。 二、炉型的选择 根据生产特点,拟选用中温箱式热处理电阻炉,最高使用温度650℃,不通保护气氛。 三、确定炉体结构及尺寸 1.炉底面积的确定 因无定型产品,故不能用实际排料法确定炉底面积,只能用加热能力指标法。已知生产率p 为160 kg/h ,按照教材表5-1选择箱式炉用于退火和回火时的单位面积生产率p 0为 100 kg/(m 2﹒h ),故可求得炉底有效面积: F 1=P P 0=160100 =1.6m 2 由于有效面积与炉底总面积存在关系式F 1F ?=0.60~0.85,取系数上限,得炉底实际面积: F = F 10.85=1.6 0.85 =1.88m 2 2.炉底长度和宽度的确定 由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便,取L B ?=2,因此,可求得: L =√F 0.5?=√1.880.5?=1.94m B =L 2?=1.942?=0.97 m 根据标准砖尺寸,为便于砌砖,取L =1.970 m ,B =0.978 m ,如总图所示。 3.炉膛高度的确定 按照统计资料,炉膛高度H 与宽度B 之比H B ?通常在0.5~0.9之间,根据炉子工作条件,取H B ?=0.654m 。 因此,确定炉膛尺寸如下: 长 L =(230+2)×8+(230×1 2+2)=1970 m 宽 B =(120+2)×4+(65+2)×2+(40+2)×3+(113+2)×2=978mm 高 H =(65+2)×9+37=640 mm 为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞,应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间,确定工作室有效尺寸为: L 效=1700 mm B 效=700 mm H 效=500 mm 4.炉衬材料及厚度的确定 由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似,采用相同炉衬结构,即113mm QN ?0.8轻质粘土砖,+80 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝纤维毡,+113mm B 级硅藻土砖。 炉顶采用113 mmQN ?1.0轻质粘土砖,+80 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝纤维毡,+115 mm 膨胀珍珠岩 。 炉底采用三层QN ?1.0轻质粘土砖(67×3)mm ,+50 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝

热处理原理与工艺课程设计

* * 大学 热处理原理与工艺课程设计 题目: 50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺设计 院(系):机械工程学院 专业班级:** 学号:******* 学生姓名:** 指导教师:** 起止时间:2014-12-15至2014-12-19

课程设计任务及评语 院(系):机械工程学院教研室:材料教研室 学号******* 学生姓名** 专业班级*** 课程设计题目50Si 2 Mn弹簧钢的热处理工艺设计 课程设计要求与任务一、课设要求 熟悉设计题目,查阅相关文献资料,概述50Si 2 Mn弹簧钢的热处理工艺,制 定出热处理工艺路线,完成工艺设计;分析50Si 2 Mn弹簧钢的成分特性;阐述 50Si 2 Mn弹簧钢淬火、回火热处理工艺理论基础;阐述各热处理工序中材料的组织和性能;阐明弹簧钢的热处理处理常见缺陷的预防及补救方法;选择设备;给出所用参考文献。 二、课设任务 1.选定相应的热处理方法; 2.制定热处理工艺参数; 3.画出热处理工艺曲线图; 4分析各热处理工序中材料的组织和性能; 5.选择热处理设备 三、设计说明书要求 设计说明书包括三部分:1)概述;2)设计内容;3)参考文献。 工作计划 集中学习0.5天,资料查阅与学习,讨论0.5天,设计6天:1)概述0.5天,2)服役条件与性能要求0.5天,3)失效形式、材料的选择0.5天,4)结构形状与热处理工艺性0.5天,5)冷热加工工序安排0.5天,6)工艺流程图0.5天,7)热处理工艺设计1.5天,8)工艺的理论基础、原则0.5天, 09)可能出现的问题分析及防止措施0.5天,10)热处理质量分析0.5天,设计验收1天。 指 导 教 师 评 语 及 成 绩成绩:学生签字:指导教师签字: 年月日

课程设计论文热处理工艺设计

目录 第一章 热处理工设计目的 (1) 第二章 课程设计任务 (1) 第三章 热处理工艺设计方法 (1) 3.1 设计任务 (1) 3.2 设计方案 (2) 3.2.1 12CrNi3叶片泵轴的设计的分析 (2) 3.2.2 钢种材料 (2) 3.3设计说明 (3) 3.3.1 加工工艺流程 (3)

3.3.2 具体热处理工艺 (4) 3.4分析讨论 (11) 第四章 结束语 (13) 参考文献 (14)

12CrNi3叶片泵轴的热处理工艺设计 一. 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习,是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是: (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。 二. 课程设计的任务 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。 三. 热处理工艺设计的方法 1. 设计任务 12CrNi3叶片泵轴零件图如图3.1

图3.1 12CrNi3叶片泵轴 2、设计方案 2.1.工作条件 叶片泵是由转子、定子、叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。叶片泵的结构紧凑,零件加工精度要求高。叶片泵转子旋转时,叶片在离心力和压力油的作用下,尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积,先由小到大吸油再由大到小排油,叶片旋转一周时,完成两次吸油与排油。泵轴在工作时承受扭转和弯曲疲劳,在花键和颈轴处收磨损。因此,要求轴有高的强度,良好的韧性及耐磨性。 2.1.1失效形式 叶片泵轴的主要失效形式是疲劳断裂,在花键和轴颈处可能发生工作面的磨损、咬伤,甚至是咬裂。 2.1.2性能要求 根据泵轴的受力情况和失效分析可知 ,叶片泵轴主要是要求轴具有高的强度,良好的韧性及耐磨性,以保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。 2.2钢种材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢,比12CrNi2A钢有更高的淬透性,因此,可以用于制造比12CrNi2A钢截面稍大的零件。该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能,钢的低温韧性好,缺口敏感性小,切削加工性能良好,当硬度为HB260~320时,相对切削加工性为60%~70%。另外,钢退火后硬度低、塑性好,因此,既可以采用切削加工方法制造模具,也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性,模具成型后需要进行渗碳处理,然后再进行淬火和低温回火,从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性,该钢适宜制造大、中型塑料模具。12CrNi3高级渗碳钢的淬透性较高 ,退火困难。由于不渗碳表面未经镀铜防渗 ,因此渗碳后进行低温回火 , 降低硬度 , 便于切去不渗碳表

热处理箱式电阻炉课程设计

热处理箱式电阻炉课程设计 一、设计任务 1、炉型:箱式炉 2、设计要求:(1)生产率或一次装炉量:100kg/h (2)零件尺寸:长、宽、高尺寸最大不超过150mm (3)零件材料:中、低碳钢、低合金钢及工具钢 (4)零件热处理工艺:淬火加热 3、任务分析: (1)生产率或一次装炉量为100kg/h ,属小型炉; (2)生产长、宽、高尺寸最大不超过150mm 的零件,选择箱式炉合理; (3)淬火加热工艺表明所设计的箱式炉属于中温范畴。 二、电阻炉的炉体结构设计 1、炉型选择:由于所生产的零件尺寸较小,都不大于150mm ,且品种较多,热处理 工艺为淬火加热,具体品种的淬透性不同,工艺有所差别,故采用周期作业中温箱式热处理炉进行设计。(额定温度为950℃) 2、炉膛设计 (1)典型零件的选定 参照设计任务的要求,选用40Cr 钢齿轮模拟设计 ①齿轮参数:分度圆mm d 128= 齿顶圆mm d a 136= 齿数32=z 模数 4=m 齿宽mm b 70= 全齿高mm h 9= 齿根圆mm d f 118= 齿轮孔径mm d 40=孔 ②设定工艺曲线: 加热时间 t=a ×k ×D (a :加热系数,k :工件装炉条件修正系数,D :工件 《热处理手册》第四版第二卷,机械工业出版p55 工艺周期为5h 《热处理设备》p117表5-4

有效厚度) 查表得:a 为1.2-1.5min/mm 取1.3 min/mm k 取1.8 故时间 t=1.3×1.8×70=163.8min 取加热时间3h ,保温时间2h 工艺周期为5h (2)确定炉膛尺寸 一次装炉量=生产率×周期=100kg/h ×5h=500kg 单位重量 kg kg d d 337.6108.7b ])2 ( )2[(m 322 =???-=孔π 零件个数 809.78337 .6500 ≈== n 个 查表可知,炉底单位面积生产率 h m kg P ?=20100 有效面积 22 01100 100m m P P F === 有效 由于工件之间距离为工件高度的0.3-0.5,故取工件之间距离为30mm 设计每次装炉80个零件,分两层分布,每层40个,纵向8个,横向5个 实际炉底面积 224.125.18 .01 m m K F F ≈== = 有效实 (K 为炉底利用系数,通常为0.8-0.85) 取 长 L=1.4m , 宽 B=1.0m 炉子高度一般为(0.52-0.90)B ,取0.6B ,故H=0.6m 3、炉体各部分结构 (1)炉衬:分为内层耐火层和外层保温层 内层:用QN —1.0的轻质耐火粘土砖 外层:B 级硅藻土砖,热导率为t 1023.0131.03 -?+,最高使用温度为900℃ (2)炉墙: 耐火层:QN —1.0轻质耐火粘土砖,规格为230×113×65mm ,热导率为 t 3110256.029.0-?+=λ,厚度 mm 1131=δ 保温层:B 级硅藻土砖,规格为230×113×65mm ,热导率为 t 1023.0131.03 -2?+=λ,厚度 mm 2302=δ 炉膛尺寸: L=1.4m B=1.0m H=0.6m 《热处理设备课程设计指导书》附表2

热处理工艺设计课程设计

北华航天工业学院 《热处理工艺设计》 课程设计报告 报告题目:CA8480轧辊车床主轴 和淬火量块 热处理工艺的设计 作者所在系部:材料工程系 作者所在专业:金属材料工程 作者所在班级:B10821 作者学号:20104082104 作者姓名:倪新光 指导教师姓名:翟红雁 完成时间:2013.06.27

课程设计任务书 课题名称 CA8480轧辊车床主轴和淬火量块 热处理工艺的设计 完成时间06.27 指导教师翟红雁职称教授学生姓名倪新光班级B10821 总体设计要求 一、设计要求 1.要求学生在教师指导下独立完成零件的选材; 2.要求学生弄清零件的工作环境。 3.要求学生通过对比、讨论选择出最合理的预先热处理工艺和最终热处理工艺方法; 4.要求学生分别制定出预先热处理和最终热处理工艺的正确工艺参数,包括加热方式、加热温度、保温时间以及冷却方式; 5.要求学生写出热处理目的、热处理后组织以及性能。 工作内容及时间进度安排 内容要求时间备注 讲解并自学《金属热处理工艺》课本第六章;收集资料, 分析所给零件的工作环境、性能要求, 了解热处理工艺设计的方法、内容和步骤; 通过对零件的分析,选择合适的材料以及技术要 求 0.5天 热处理工艺方法选择和工艺路线的制定 确定出几种(两种以上)工艺 线及热处理 方案,然后进行讨论对比优缺点, 确定最佳工艺 路线及热处理工艺方案 1.5天 热处理工艺参数的确定及热处理后组织、性能 查阅资料,确定出每种热处理工艺的参数, 包括加热方式、温度和时间,冷却方式等,并绘 出相应的热处理工艺曲线 1.5天 编写设计说明书按所提供的模板 0.5天 答辩1天 课程设计说明书内容要求 一. 分析零件的工作环境,确定出该零件的性能要求,结合技术要求,选出合适的材料,并阐述原因。 二. 工艺路线和热处理方案的讨论。要求两种以上方案进行讨论,条理清晰,优缺点明确。 三. 每种热处理工艺参数的确定(工序中涉及到的所有热处理工艺)。写出确定参数的理由和根据,(尽可能写出所使用的设备)要求每一种热处理工艺都要画出热处理工艺曲线; 四. 写出每个工序的目的以及该零件热处理后常见缺陷。

金属材料学思考题标准答案2

金属材料学思考题答案2 绪论、第一章、第二章 1.钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类,各有什么特点? 答:分为简单点阵结构和复杂点阵结构,前者熔点高、硬度高、稳定性好,后者硬度低、熔点低、稳定性差。 2.何为回火稳定性、回火脆性、热硬性?合金元素对回火转变有哪些影响? 答: 回火稳定性:淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向(如马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出与铁素体的再结晶)的抵抗能力 回火脆性:在200-350℃之间和450-650℃之间回火,冲击吸收能量不但没有升高反而显著下降的现象 热硬性:钢在较高温度下,仍能保持较高硬度的性能 合金元素对回火转变的影响:①Ni、Mn影响很小,②碳化物形成元素阻止马氏体分解,提高回火稳定性,产生二次硬化,抑制C和合金元素扩散。③Si比较特殊:小于300℃时强烈延缓马氏体分解, 3.合金元素对Fe-Fe3C相图S、E点有什么影响?这种影响意味着什么? 答:凡是扩大奥氏体相区的元素均使S、E点向左下方移动,如Mn、Ni等; 凡是封闭奥氏体相区的元素均使S、E点向左上方移动,如Cr、Si、Mo等? E点左移:出现莱氏体组织的含碳量降低,这样钢中碳的质量分数不足2%时就可以出现共晶莱氏体。S点左移:钢中含碳量小于0.77%时,就会变为过共析钢而析出二次渗碳体。 4.根据合金元素在钢中的作用,从淬透性、回火稳定性、奥氏体晶粒长大倾向、韧性和回火脆性等方面比较下列钢号的性能:40Cr、40CrNi、40CrMn、40CrNiMo。 1)淬透性:40CrNiMo 〉40CrMn 〉 40CrNi 〉 40Cr 2)回火稳定性:40CrNiMo 〉40CrNi 〉 40CrMn 〉 40Cr 3)奥氏体晶粒长大倾向:40CrMn 〉 40Cr 〉 40CrNi 〉 40CrNiMo 4)韧性:40CrNiMo 〉40CrNi 〉40Cr〉40CrMn (Mn少量时细化组织) 5)回火脆性: 40CrMn 〉40CrNi> 40Cr 〉40CrNiMo 5.怎样理解“合金钢与碳钢的强度性能差异,主要不在于合金元素本身的强化作用,而在于合金元素对钢相变过程的影响。并且合金元素的良好作用,只有在进行适当的热处理条件下才能表现出来”?从强化机理和相变过程来分析(不是单一的合金元素作用) 合金元素除了通过强化铁素体,从而提高退火态钢的强度外,还通过合金化降低共析点,相对提高珠光体的数量使其强度提高。其次合金元素还使过冷奥氏体稳定性提高,C曲线右移,在相同冷却条件下使铁素体和碳化物的分散度增加,从而提高强度。 然而,尽管合金元素可以改善退火态钢的性能但效果远没有淬火回火后的性能改变大。 除钴外,所有合金元素均提高钢的淬透性,可以使较大尺寸的零件淬火后沿整个截面得到均匀的马氏体组织。大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的倾向(Mn除外),从而细化晶粒,使淬火后的马氏体组织均匀细小。

钢的热处理工艺课程设计

钢的热处理工艺课程设计 一、目的 1、深入理解热处理课程的基本理论。 2、初步学会制定零部件的热处理工艺。 3、了解与本设计有关的新技术、新工艺。 4、设计尽量采用最新技术成就,并注意和具体实践相结合。使设计 具有一定的先进性和实践性。 二、设计任务 1、编写设计说明书。 2、编制工序施工卡片。 3、绘制必要的工装图。 三、设计内容和步骤 (一)零部件简图、钢种和技术要求。 技术要求: 钢种:柄部45#钢刃部W6Mo5Cr4V2高速钢 要求:扁尾硬度为HRC25~45 刃部的3/4硬度为HRC63~65 (二)零部件的工作条件、破坏方式和性能要求分析。 1、高速钢锥柄麻花钻的工作条件: 工具的工作条件比较复杂,各种工具的工作条件又有较大的差异,加工时往往以摩擦为主,常有较大的冲击。机用工具切削速度较高,会产生大量的切削热,有时会发生切削刃软化现象。 作为机床上使用的金属切削工具,其主要工作部分是刀刃或刀尖,刀具在进行切削时,刀尖与工件之间,刀尖与切除的切削之间要产生强烈的

摩擦,刀尖要承受挤压应力,弯曲应力,还要承受不同程度的冲击力。同时伴随摩擦会产生高温。 金属切削工具首先应具备高的硬度和耐磨性。在一定条件下,工具的硬度越高,其耐磨性也越高。同时切削工具还具备足够的韧性,否则可能因为脆性过大,在外力作用下产生蹦刃,折断,破碎等现象。红硬性也是切削工具的重要性能,特别是高速切削工具,红硬性特别重要。 2、高速钢锥柄麻花钻的失效形式 由于工具种类的不同以及使用条件的差异,起失效形式也有所不同。切削工具失效主要由于磨损、横刃、外缘点磨损、崩刃、剥落、折断或加工的工件打不到技术要求等原因造成的 (1)磨损 磨损时切削工具在正常使用情况下最常见的失效形式。当切削工具发生严重磨损时,工具与被加工工件之间摩擦力增大,表现为切削时发出尖叫声或严重的震动,甚至无法切削。 磨损的产生大都是由于工具的切削刃与被切削工件之间的摩擦所产生的。有时也可能是由于在工具表面形成积痟瘤,形成粘合磨损所造成的。(2)崩刃 崩刃也是常见的失效形式,其中包括大的崩刃,小的崩刃,掉牙,掉齿等现象,很多的崩刃产生是由于切削时切削刃长期受循环应力所造成的一种疲劳断裂现象。 对间断切削的工具或切削时承受较大的载荷的工具如何提高韧性,减少崩刃非常重要。这类工具要求材料组织均匀,不应有严重的碳化物偏析,热处理硬度不宜过高,不能产生淬火,过热及回火不足等增加工具脆性的现象。 (3)断裂,破碎

课程设计论文--热处理工艺设计(精选.)

沈阳理工大学热处理工艺课程设计 目录 第一章 热处理工设计目的 (1) 第二章 课程设计任务 (1) 第三章 热处理工艺设计方法 (1) 3.1 设计任务 (1) 3.2 设计方案 (2) 3.2.1 12CrNi3叶片泵轴的设计的分析 (2) 3.2.2 钢种材料 (2) 3.3设计说明 (3) 3.3.1 加工工艺流程 (3) 3.3.2 具体热处理工艺 (4) 3.4分析讨论 (11) 第四章 结束语 (13) 参考文献 (14)

沈阳理工大学热处理工艺课程设计 12CrNi3叶片泵轴的热处理工艺设计 一. 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习,是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是: (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。 二. 课程设计的任务 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。 三. 热处理工艺设计的方法 1. 设计任务 12CrNi3叶片泵轴零件图如图3.1 图3.1 12CrNi3叶片泵轴

2、设计方案 2.1.工作条件 叶片泵是由转子、定子、叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。叶片泵的结构紧凑,零件加工精度要求高。叶片泵转子旋转时,叶片在离心力和压力油的作用下,尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积,先由小到大吸油再由大到小排油,叶片旋转一周时,完成两次吸油与排油。泵轴在工作时承受扭转和弯曲疲劳,在花键和颈轴处收磨损。因此,要求轴有高的强度,良好的韧性及耐磨性。 2.1.1失效形式 叶片泵轴的主要失效形式是疲劳断裂,在花键和轴颈处可能发生工作面的磨损、咬伤,甚至是咬裂。 2.1.2性能要求 根据泵轴的受力情况和失效分析可知 ,叶片泵轴主要是要求轴具有高的强度,良好的韧性及耐磨性,以保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。 2.2钢种材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢,比12CrNi2A钢有更高的淬透性,因此,可以用于制造比12CrNi2A钢截面稍大的零件。该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能,钢的低温韧性好,缺口敏感性小,切削加工性能良好,当硬度为HB260~320时,相对切削加工性为60%~70%。另外,钢退火后硬度低、塑性好,因此,既可以采用切削加工方法制造模具,也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性,模具成型后需要进行渗碳处理,然后再进行淬火和低温回火,从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性,该钢适宜制造大、中型塑料模具。12CrNi3高级渗碳钢的淬透性较高 ,退火困难。由于不渗碳表面未经镀铜防渗 ,因此渗碳后进行低温回火 , 降低硬度 , 便于切去不渗碳表面的渗碳层。材料加工成叶片泵轴需进行复杂的化学热处理,使心部硬度为 HRC31~HRC41,表面硬度不低于HRC60,从而使泵轴表面有较高硬度,心部呈现

课程设计退火炉温度控制系统

课程设计设计题目: 退火炉温度控制系统 学院: 专业: 班级: 姓名: 学号: 指导老师: 日期:

摘要 退火炉是金属热处理中的重要设备,它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间,然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。温度是退火炉的主要被控变量,是保证其产品质量的一个重要因素。退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。 本文以AT89C51单片机为控制核心,采用模块化的设计方案,包括硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括温度检测模块,按键模块,执行模块,LED显示模块,单片机最小系统。本设计要求采用电热丝加热,通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中,与系统给定值比较,从而对退火炉的温度进行控制,通过按键输入控制信号,三位LED显示炉温。最后设计出最少拍无纹波控制器,通过MATLAB 仿真检验是否有纹波。

目录 第1章绪论 (3) 1.1设计背景与算法 (3) 第2章课程设计的方案?5 2.1概述?5 2.2系统组成总体结构 (5) 第3章程序设计与程序清单 (7) 3.1单片机最小系统设计 (7) 3.1.1单片机选择 (7) 3.1.2时钟电路设计 (8) 3.1.3复位电路设计?9 3.2程序清单与电路图 (11) 3.3温度控制电路................................ 错误!未定义书签。第4章控制算法?18 4.1程序框图? 18 4.2算法设计 (19) 第5章课程设计总结?错误!未定义书签。

第1章 绪论 1.1 设计背景与算法 背景:退火炉是冶金和机械行业常用的热处理工业设备。一般说来,退货处理工艺师冶金和机械产品的最后处理工序,它的处理效果将直接影响产品的质量。因此,对退火炉的基本要求就是根据退火处理工艺曲线,提供准确的升温,保温及降温操作,同时保证颅内各处的温度均匀。在目前实际生产中,退火炉的种类很多,按燃料分有燃油炉、燃气炉、电炉等。电炉按台数计算占80%,燃油炉和燃气炉占20%。 退火是金属热处理中的重要工序,它是将金属缓慢加热到一定温度,保持足够时间,然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却,有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化,改善其塑性和韧性,使其化学成分均匀化,并去除其参与应力,或得到预期的物理性能。温度控制是热处理质量控制的重要技术措施,是退火控制的核心。智能温控将大大提高热处理质量,消除认为的不稳定因素,提高温度控制的精确程度,满足特殊材料的热处理要求。 同时,退火炉采用自动化技术控制温度,对保护生态环境方面也具有重要意义。退火炉的炉温动态特性直接影响产品的质量,生产过程中对钢材的温升曲线有较高的要求,温度过低,达不到退火的预期目的;温度过高将导致过热,甚至过烧。通过对退火炉中生产过程的优化控制和自动工艺管理控制,不但可以缩短生产周期,提高产量和质量,还可以减少人为因素造成的废品率。热处理后产生的废气对自然环境的污染很大,退火炉的燃料如果是欠氧燃烧,燃料燃烧不充分,则会产生大量黑烟,而过氧燃烧又会产生氮氧化合物等有害气体。若通过对燃烧过程进行有效控制,使燃烧在合理的空燃比下运行,则可以极大的减少退火炉对周边环境的污染,对构建科持续发展型社会就有积极的意义。 目前世界各国对能源消耗和大气环境的污染越来越重视,而我国既是钢铁大国又是能源大国,因此研究高性能退火炉温度控制系统具有极为重要的现实意义。 算法:在数字随动控制系统中,要求系统的输出值尽快地跟踪给定值的变化,最少拍控制是满足这一要求的一种离散化设计方法。 最少拍控制是一种直接数字设计方法。所谓最少拍,就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态,是系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。 闭环Z传函具有形式 z z z z N N ---+++=Φφφφ 221)(1

真空热处理炉课程设计

真空热处理炉 设计说明书 (课程设计) 一、设计任务说明说: WZC-60型真空淬火炉技术参数:

二、确定炉体结构和尺寸: 1、炉膛尺寸的确定 由设计说明书中,真空加热炉的有效加热尺寸 为900mm×600mm×450mm ,隔热屏部结构尺寸 主要根据处理工件的形状、尺寸和炉子的生产率决定, 并应考虑到炉子的加热效果、炉温均匀性、检修和装 出料操作的方便。一般隔热屏的表面与加热器之 间的距离约为50—100mm;加热器与工件(或夹具、 料筐)之间的距离为50一150mm。隔热屏两端通常不 布置加热器,温度偏低。因此,隔热屏每端应大于 有效加热区约150—300mm,或更长一些。从传热学 的观点看,圆筒形的隔热屏热损失最小,宜尽量采用。 则: L=900+2×(150~300)=1100~1400mm B=600+2×(50~150)+2×(50~100) =800~1100mm H=450+2×(50~150)+2×(50~100) L=1300㎜=650~950mm B=900㎜不妨,我们取L=1300 mm;B=900mm;H=850mm。 H=850㎜

2、炉衬隔热材料的选择 由于炉子四周具有相似的工作环境,我们一般选用相同的材料。为简单起见,炉门及出炉口我们也采用相同的结构和材料。这里我们选用金属隔热屏,由于加热炉的最高使用温度为1300℃,这里我们采用六层全金属隔热屏,其中三层为 钼层,外三层为不锈钢层。 按设计计算,第一层钼辐射屏与炉温相等,以后各辐射屏逐层降低,钼层每层降低250℃左右,不锈钢层每层降低150℃左右。 则按上述设计,各层的设计温度为: 第一层:1300℃;第二层:1050℃; 第三层:800℃;第四层:550℃; 第五层:400℃;第六层:250℃; 水冷夹层壁:100℃ 最后水冷加层壁的温度为100℃<150℃, 符合要求。 3、各隔热层、炉壳壁的面积及厚度 (1)、隔热屏 由于隔热层屏与屏之间的间距约8~15mm,这里我们取10mm。钼层厚度0.3mm,不锈钢层厚度0.6mm。屏的各层间通过螺钉和隔套隔开。

热处理工艺课程设计-精品

钢的热处理工艺设计说明 书 学生姓名 设计题目活塞杆Ⅱ 指导教师 系主任 完成日期年月日

目录 一目的————————————————————3二设计任务—————————————————— 3 三设计内容和步骤——————————————— 3 (1)零部件简图,钢种和技术要求——————— 3 (2)工作条件,破坏方式,性能要求—————— 4 (3)零部件用钢的分析—————————————4 四热处理工艺及参数的论述———————————9 五选择加热设备————————————————18 六工装图——————————————————— 19 七工序质量检验项目、标准方法———————— 20 八缺陷及其分析————————————————20 九参考文献————————————————— 22

一、目的 1. 深入了解热处理课程的基本理论 2. 初步学会制定零部件的热处理工艺 3. 了解与本设计有关的新技术,新工艺 4. 设计尽量采用最新技术成就,并注意和具体实践相结合,是设计具有一定的先进性和实践性. 二、设计任务 1. 编写设计说明书 2. 编制工序施工卡片 3. 绘制必要的工装图 三、设计内容和步骤 3.1零部件简图、钢种和技术要求 1.简图 2.钢种: 35CrMo 3.技术要求:

(1)调质处理HB217~269; (2)直径80外表面镀铬; (3)直径42表面高频处理,硬度HRC55~57; 3.2零部件的工作条件、破坏方式和性能要求的分析 (1)零部件的工作条件 活塞杆是支持活塞做功的连接部件,大部分应用在油缸、气缸运动执行部件中,是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。 (2)零部件的主要破坏方式 1)断裂活塞杆断裂部位在活塞杆与十字头锁紧螺母旋合处的最末2~ 3 道螺纹的根部。该处螺纹系锻造成形后采用滚压加工, 螺纹直径为M95。活塞杆运行时间为2. 5 年。活塞杆在工作过程中主要承受交变的拉压载荷作用。 2)磨损颗粒污染为活塞杆损坏最快的因素之一,虽然在导向套上装有防尘圈及密封件等,但也难免将尘埃、污物带入液压系统,引发活塞杆的磨损。 3)腐蚀活塞杆在工作过程中活塞杆裸露在外直接和环境相接触,很易引发氧化,从而降低其使用寿命。 ( 3 )零部件性能要求 1.具有高的接触疲劳极限; 2.具有高的抗弯强度; 3.具有高的耐磨性; 4.具有足够的冲击韧性; 5.具有高的传递精度和最小的工作响音. 3.3零部件用钢的分析 1.相关钢种化学成分的作用 (1)35CrMo

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