毕业设计（论文）55si2mnb弹簧热处理工艺设计.doc

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目：55si2MnB弹簧热处理工艺设计 学生姓名： X X X 学 号： 201011102XXX 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一班 指 导 教 师： X X X 职称： 讲 师 2013年12月18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55si2MnB弹簧热处理工艺设计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，2009.7.3王建安. 金属学与热处理M. 北京：机械工业出版社，19804 5 M.4、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 本课设计了55si2MnB弹簧热处理工艺设计。主要的工艺过程包括高温回火，正火，淬火，回火等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。55si2MnB因含硼，其淬透性明显改善，适用于轻型、中型汽车的前后悬挂弹簧、副簧。55si2MnB是我国自行研制的钢号，淬透性、综合力学性能、疲劳性能均较60Si2Mn钢好 主要制造中、小型汽车的板簧，使用效果好，亦可制其他中等截面尺寸的板簧、螺旋弹簧 。弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。一般用弹簧钢制成。用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等，广泛用于机器、仪表中。关键词：55si2MnB，弹簧，高温回火， 目 录摘 要1、设计任务1112、设计方案22.1 弹簧设计的分析222233、设计说明44453.2.3淬火+高温回火6陷及补救措施64、分析与讨论85、结束语96、热处理工艺卡片10参 考 文 献111 设计任务55si2MnB弹簧热处理工艺设计 55si2MnB钢是一种高硅钢材料，强度高，弹性极限高，热处理后韧性良好，但由于硅含量较高，轧制较困难，表面易出现疵病，有深度脱碳倾向。所以在工件加热时尽可能地降低加热温度及在高温下的停留时间，合理地选择加热速度以缩短加热的总时间。由于弹簧是起缓冲减震的作用，那么它的主要失效形式为塑性变形和疲劳断裂。设计弹簧时，避免弹簧断裂，弹簧有足够的力确保顶针板回位。因弹簧的使用寿命随压缩比的增大而降低。如压缩比超过其最大压缩比，弹簧将产生塑性变形或断裂而失效，所以应当严格要求 在对55si2MnB钢进行热处理时，即高温回火，正火，淬火，回火时应严格按照卡片所列出的时间进行保温以及其它操作的要求。2 设计方案弹簧虽然通过热处理改善其性能，但终究是有限的，因此在使用中需注意不要超过最大荷载，以免损伤弹簧。而且55si2MnB钢的脱碳倾向严重，并适当降低高温加热时间。主要失效形式为塑性变形和疲劳断裂。还有快速脆性断裂，腐蚀失效等。塑性变形。外载荷去掉后，弹簧不能恢复到原始尺寸和形状。疲劳断裂。在交变应力作用下，弹簧表面缺陷（裂纹，折叠，刻痕，夹杂物）处产生疲劳源，裂纹扩展后造成断裂失效。力学性能方面：由于弹簧实在弹性范围内工作，不允许产生永久变形。弹性好坏可用应变能或弹性比功（U）表示。根据应力应变曲线可知，弹簧应变能与材料的弹性极限的平方成正比，与弹性模量成反比。要求弹性应变能火比功较大，也就是要求弹簧材料有良好的微塑性变形抗力，即弹性极限，屈服极限和屈服比要高，所以弹簧钢一般属于高强度或超高强度钢。另一方面，许多重要弹簧是在交变载荷下长期工作，则要求弹簧要有很高的疲劳强度，同时要求有良好的康应力松弛性能，减少永久变形，以便保证机电产品效率的正常发挥和仪表的工作灵敏性及可靠性。理化性能方面：弹簧的工作状况很复杂，有些弹簧是在较高或高温下长期工作的，因此要求弹簧材料要有良好的耐热性，既有高的蠕变极限，蠕变速率较小和较低的应力松弛。相反，有些弹簧的工作条件比较低温，则要求有较高的低温冲击韧度，较低的脆性转化温度，以免发生冷脆。工艺性能方面：对于要求淬火而其界面尺寸较大的弹簧，起刚才应当具有相应的淬透性，较小的过敏性和表面脱碳倾向小，才能保证弹簧表里组织和性能的均衡性。在冷，热成形是要求材料有足够的塑性和良好的弯曲，扭转及缠绕性能，以便保证火提高弹簧的制造质量。尺寸较小的弹簧热处理是变形大，难以矫正和保证弹簧产品质量，宜选用已强化的弹簧材料，冷成形后不经淬火，回火，只需进行低温退火。55si2MnB其塑性、韧性高，但强度、硬度较低，锻造、焊接和冷冲压性能良好，冷变形塑性高，但切削加工时不易得到光洁的表面。用于制造受力不大、韧性要求高的零件和渗碳件，紧固件和冲模锻件以及不经热处理的低负荷零件。55si2MnB力学性能：抗拉强度 b (MPa)：375，屈服强度 s (MPa)：225，伸长率 5/（%）：27，断面收缩率 /（%）：55。55si2MnB钢性能与55Si2Mn钢相近，但淬透性更高，在油中临界淬透直径约为90180mm，疲劳强度也显著提高。图13 设计说明55si2MnB弹簧热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 下料锻造高温回火正火淬火回火55si2MnB其成分如下表表1 55si2MnB的化学成分（质量分数%）CMnPSCrNiCuSi0.350.35成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(s/b),以及疲劳强度和疲劳比(-1/b)等。 硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。B加入微量的硼就可以改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。55si2MnB的热处理包括高温回火，正火，淬火，回火55si2MnB的热处理工艺分析：由于55si2MnB的含碳量较高，对于弹簧这种要求低脱碳性的零件，为防止发生严重的脱碳倾向，必要减少高温加热时间此钢极易脱碳，特别是在700。C以上时，故在700以下可缓慢加热，而在700以上则应快速加热，并尽量选用中下限加热温度，控制加热时问及高温停留时间，特别要防止加热温度过高。具体制度如表2表2 55si2MnB热处理制度项目高温回火正火淬火回火加热温度/640-680850-880850-880400-520冷却方式空冷空冷油或水空冷正火 正火是将钢件加热到临界温度以上30-50,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。正火的目的是：去除材料的内应力降低材料的硬度细化组织，改善钢的性能加热温度：850880；冷却方式：空冷3.2.4淬火+高温回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2所示 Ac3 Ac1 A AP AB Ms图2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：消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；稳定组织与尺寸，保证精度；改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。如图3，不同温度下回火后55si2MnB的力学性能经过上述各种热处理后55si2MnB的强度、硬度、脱碳性性都有所甚至很大的提升。缺陷名称对弹簧性能的影响缺陷产生的原因防止措施脱碳疲劳寿命降低1. 空气炉加热淬火未通保护气2. 盐浴脱氧不彻底1. 空气炉加热淬火应通保护气或滴有机溶液保护2. 盐浴炉加热时，盐浴应脱氧，杂志Bao质量分数小于0.2%3. 加强对原材料表面质量检查淬火后硬度不足产生残余变形，降低使用寿命1. 非马氏体组织多2. 心部出现铁素体3. 淬火加热温度低4. 淬火介质冷却能力差3. 适当提高淬火温度4. 加强淬火后作金相组织检验开裂脆性增加，严重降低使用寿命1. 加热温度高火淬火介质冷却能力过大2. 表面脱碳3. 回火不及时1. 严控淬火温度2. 用等温淬火火马氏体分级淬火3. 在淬火介质中冷到250300取出空冷4. 淬火后应立即回火过热晶粒粗大，脆性增加1.2. 淬火加热温度过高3. 热成形温度过高1. 按工艺试验的正确温度加热淬火2. 适当降低成形温度3. 加强对仪表的校对保证测温准确4 分析与讨论 55si2MnB弹簧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。5 结束语 这次55si2MnB弹簧热处理工艺设计的完成，让我不仅通过自己的努力大致了解了55si2MnB弹簧的制作流程，还学会了把自己书本上学到的知识运用到实际物体上去。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55si2MnB弹簧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55si2MnB弹簧热处理工艺设计中，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，进而加以弥补。6 热处理工艺卡片零件名称：弹簧热处理工艺卡处理要求： 下料、锻造、预备热处理,高温回火,正火,淬火,回火热处理技术要求：恰当控制温度和时间热轧材料硬度不大于302HB材料：55si2MnB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锻造加热10001050-炉冷2完全退火118012005min1h1h油3渗碳9009505min2h2h渗碳气氛4淬火101h1-22-3h空气5低温回火1701802h3-5678910更该日期更改单号更改标准更改者参 考 文 献1 :钱继锋-热加工工艺基础,M,北京大学出版社 20062 干勇,田志凌,董瀚, ,中国材料工程大典M 化学工业出版社出版2006.23 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,2010,1.4 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.2012,1.5 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.2003,3.6 M.北京,化学工业出版社.2010,7.7 :孙一唐,孙凯南,弹簧钢的热处理,M,机械工业出版社  1953