65Si2MnWA弹簧钢的热处理工艺设计.docx

攀枝花学院学生课程设计论文题目： 65Si2MnWA 弹簧钢的热处理工艺设计学生姓名： 学 号：所在院(系)：材料工程学院专业：20 XX 级材料成型及把握工程班级：材料成型及把握工程一班 指 导 教 师： X X职称：讲 师2023 年 12 月 15 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1、课程设计的目的65Si2MnWA 弹簧钢的热处理工艺设计使学生了解、设计 65Si2MnWA 弹簧钢的热处理工艺，融会贯穿相关专业课程理论学问， 培育学生综合运用所学学问、分析问题和解决问题的力气。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： 明确设计任务包括用途、服役条件及性能要求 绘出热处理件零件图螺旋弹簧 给出设计方案 写出设计说明 设计质量检验工程 设计热处理工艺卡片 65Si2MnWA 弹簧钢的热处理缺陷及预防或补救措施要求：通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。分析热处理过程中可能消灭的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。提交设计说明书报告，2 千字以上。报告格式请参照“毕业论文设计”格式。3、主要参考文献1 夏立芳主编.金属热处理工艺学. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2023.2 中国机械工程学会热处理分会.热处理工程师手册M. 机械工业出版社，2023.第一版3 张玉庭主编. 热处理技师手册M. 机械工业出版社，2023.第一版4 中国机械工程学会热处理学会.热处理手册M. 机械工业出版社，2023.第三版4、课程设计工作进度打算第 16 周：对给定题目进展认真分析，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，并进展修改、完善，提交设计说明书。指导教师签字 教研室意见：日期年月日年月日学生签字：承受任务时间：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评分工程分得值分01学习态度602科学实践、调研703课题工作量704综合运用学问的力气1005应用文献的力气506设计试验力气，方案的设计力气507计算及计算机应用力气5对计算或试验结果的分析08力气综合分析力气、技10术经济分析力气插图或图纸质量、篇09幅、设计论文标准化5程度10设计说明书论文质量3011创10题目名称工作表现20%力气水平35%成果质量45%评价内涵遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。通过试验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道猎取与课程设计有关的材料。按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能运用所学学问和技能去觉察与解决实际问题， 能正确处理试验数据，能对课题进展理论分析， 得出有价值的结论。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、加工各种信息及猎取学问的力气。能正确设计试验方案，独立进展装置安装、调试、操作等试验工作，数据正确、牢靠；争论思路清楚、完整。具有较强的数据运算与处理力气；能运用计算机进展资料搜集、加工、处理和关心设计等。具有较强的数据收集、分析、处理、综合的力气。符合本专业相关标准或规定要求；标准化符合本文件第五条要求。综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分， 结论严谨合理；试验正确，分析处理科学。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 日攀枝花学院本科课程设计论文摘要摘要本课设计了 65Si2MnWA 弹簧钢的热处理工艺设计。其主要的工艺过程包括锻造、预备热处理去应力退火、渗碳、油淬火+低温回火等过程。通过各种不同的工艺过程进展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。65Si2MnWA 弹簧钢是热轧弹簧钢中合金弹簧钢的一种，钢中含碳量增加能有效的提高冷变形强化或马氏体相变强化效果，获得较高的强度和弹性极限，这是碳素弹簧钢的主要优点。但是，碳素弹簧钢的淬透性小， 抗应力松弛性能不够好、耐蚀性差和弹性模量温度系数较大，只能用于制造截面积较小、工作温度不高的弹簧。为了改善上述性能，在钢中参与 Si、Mn、Cr、Ni、V、W、Nb 及 B 等合金元素制成合金弹簧钢。关键词：65Si2MnWA 弹簧钢，去应力退火，淬火，低温回火攀枝花学院本科课程设计论文名目目录摘要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 65Si2MnWA 弹簧钢设计的分析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+低温回炎热处理工艺64、质量检验工程75、分析与争论86、完毕语97、热处理工艺卡片10参 考 文 献11攀枝花学院本科课程设计论文1设计任务1 设计任务1.1 设计任务65Si2MnWA 弹簧钢的热处理工艺设计1.2 设计的技术要求65Si2MnWA弹簧钢是一种低合金钢材料， 由于它的含碳量高( 在0.61-0.69% 之间)所以，硬度比较高。同时其中含量Si 1.50-2.00% 、Mn0.70-1.00% 、Cr 0.35% 、W0.8-1.20% 。弹簧的服役条件是指它工作的环境温度和介质及应力状态等因素。工作温度可分为低温室温一下、室温、较高温度 120-350 、高温 400 以上几个档次。工作环境介质有空气干空气和潮湿气 、水蒸气、雨水、燃烧产物、油及酸碱水溶液等。应当指出，工作持续时间也是一个值得考虑的重要因素。由于弹簧服役条件的简洁性和苛刻性，其失效形式有多种多样，主要有断裂失效和应力松弛变形失效两大类。在断裂失效中又可分为脆性断裂和塑性断裂，其中突发性的的脆性断裂的危害性最大。在断裂失效中又可分为脆性断裂、疲乏断裂、应力腐蚀断裂及腐蚀疲乏断裂。此外，还有氢脆、镉脆及黑脆等。在对 65Si2MnWA 弹簧钢进展热处理时， 即去应力退火， 淬火和低温回火时应严格依据卡片所列出的时间进展保温以及其它操作的要求。1攀枝花学院本科课程设计论文2设计方案2 设计方案2.1 65Si2MnWA 弹簧钢设计的分析2.1.1 工作条件由于是 65Si2MnWA 弹簧钢，因此其工作环境较为恶劣， 要考虑弹簧的负荷特性。弹簧的负荷特性由弹簧变形时载荷与变形之间的关系表示。常见者有三类：直线型、渐增型、不重合型。弹簧载荷有动载荷振动、扭转、弯曲等和静载荷，有些重要弹簧承受简洁的交变载荷。应力状态是设计 弹簧、选材及热处理的一个极其重要的参数。在外力作用下，弹簧材料内 部往往产生不同的应力：如弯曲应力、扭转应力切应力或弯扭复合应 力等。2.1.2 失效形式主要失效形式为断裂失效和应力松弛变形。断裂失效：疲乏断裂。弹簧在使用过程中，在腐蚀介质中工作的弹簧，其表层金属与腐蚀介质发生化学或电化学反响，弹簧表层渐渐被腐蚀，易造成腐蚀脆性断裂。特别是在交变应力作用下，材料的疲乏极限将显著降低，弹簧更易发生腐蚀疲乏断裂失效。疲乏断裂失效的严峻危害性格外明显，故而格外被人们重视。应力松弛变形。应力松弛变形是最为常见的失效现象，但却往往不被人关注。应力松弛是指弹簧或弹性元件在恒应变条件下的应力随工作时间的连续而减小的现象。也就是弹簧长期在室温或较高温度下工作、材料内部的微塑性变形渐渐转变为永久变形的必定结果。它是在服役时由于材料的弹性变形逐步向微塑形变形转变的结果。2.1.3 性能要求弹簧质量好坏应包括弹簧材料、几何外形、尺寸精度和外表质量美观 等，其中对弹簧材料的性能要求是重点。力学性能方面。由于弹簧是在弹性范围内工作，不允许消灭永久变形。弹性好坏可用应变能或弹性比功表示，依据应力应变曲线可知，弹性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。要求弹性应变能或比功较大， 也就是要求弹性材料有良好的微塑性变形抗力，即弹性极限、屈服极限和屈强比要高，所以弹簧钢一般属于高强度或超高强度钢。弹簧材料的种类和热处理工艺对上述性能影响很大。相对而言，它们对钢材的弹性模量的影响较小。另一方面， 很多重要弹簧是在交变载荷条件下长期工作，则要求弹簧有很高的疲乏强度，同2攀枝花学院本科课程设计论文2设计方案时要求有良好的抗应力松弛性能，削减永久变形，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牢靠性。理化性能方面。弹簧的工况很简洁，有些弹簧是在较高或高温下长期工作的，因此要求弹性材料有良好的耐热性，即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。相反，有些弹簧是在严寒地带工作，则要求材料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。这方面的性能与弹簧材料的化学成分和组织状态有亲热关系。工艺性能方面。对于要求淬火而其截面尺寸较大的弹簧，其钢材应有相应的淬透性、较小的过热敏感性和外表脱碳倾向小，才能保证弹簧表里组织和性能的均匀性。在冷、热成形时要求材料有足够的塑性和良好的弯曲、扭转及缠绕性能，以便保证或提高弹簧的制造质量。尺寸较小的弹簧热处理时变形大、难以校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， 只须进展低温退火。这样更能保证大批量小弹簧的产品质量和本钱低廉。65Si2MnWA 弹簧钢是一种低合金钢，其容许工作温度是350 ，强度、硬度较高，锻造、焊接和冷冲压性能良好，冷变形塑性高，通常用于制作极重要的和重载下工作的螺旋弹簧与板簧等等。65Si2MnWA 弹簧钢力学性能： 抗拉强度 b (MPa) ：1029 ，屈服强度 s(MPa) ：1700 ，伸长率 5/ %：5，断面收缩率 /%：20。2.2 钢种材料65Si2MnWA 弹簧钢优质碳素构造钢的 S，P 杂质含量比一般碳素构造钢要低些，一般在 0.035% 质量分数以下。按碳含量由低到高可分为低碳钢，中碳钢和高碳钢；按锰含量不同可分为一般含锰量和较高含锰量两类。65Si2MnWA 弹簧钢是一种中碳钢材料，它的延展性、可塑性都是比较好的，由于它的含碳量低( 在 0.61-0.69 % 之间) 所以， 硬度比较高。另外， 由于65Si2MnWA 弹簧钢的含碳量较高， 对这样的材料制成的零件在进展热处理时其硬度简洁到达确定的要求。攀枝花学院本科课程设计论文3设计说明3 设计说明3.1 加工工艺流程65Si2MnWA 弹簧钢的热处理工艺设计的热加工工艺流程经过很屡次改进形成如下的工艺流程: 下料锻造预备热处理(去应力退火)渗碳油淬火+低温回火平磨组装。65Si2MnWA 弹簧钢属于中碳钢，其成分1如下表 1.表 165Si2MnWA 弹簧钢的化学成分质量分数，%CMnPSCrNiWSi0.61 0.690.70 1.000.0350.03 00. 350. 350.80 1.200.17 0.37成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消退或减弱由于硫所引 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，外表层将因变形而强化，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局部铁原子。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 ), 以及疲乏强度和疲乏比(-1/b ) 等。硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。3.2 具体热处理65Si2MnWA 弹簧钢的热处理包括初期的锻造和预先热处理，以削减坯料的硬度为便利后面的机加工，也为后续渗碳、淬火、回火供给优良的原始组织。65Si2MnWA 弹簧钢的热处理工艺分析：由于 65Si2MnWA 弹簧钢的含碳量较高，所以这种材料做成的弹簧钢具有刚毅度和高耐磨的特性，那么 65Si2MnWA 弹簧钢在生产使用过程中极大的满足了人们的需求。通过锻造和随后的退火，形成硬度较低的原始坯料，为后续的切削加工供给有利的便利。渗碳是通过对其外表更加的硬度能够更大程度的提升，保证质量。为了碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度，一般65Si2MnWA 弹簧钢使用时都需要进展锻造和预先热处理, 以削减碳化物的不均匀分布, 为后续淬火、回火供给优良的原始组织4。4攀枝花学院本科课程设计论文3设计说明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，保持确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 消退钢锭的成分偏析，使成分均匀化。b 消退因铸、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预备。e 消退钢中的内应力，以防止变形与开裂5。T=400460Ac3Act=2030min1图 1 65Si2MnWA 弹簧钢去应力退火工艺曲线加热温度：400460；保温时间：t=2030min83.2.2 机械加工由于我们专业并不怎么涉及机加工方面的学问，因此此处我们不予涉及争论。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，使其外表层增碳的一种工艺操作。渗碳的目的在于使工件在连续经过相应热处理后外表具有高硬度和耐磨性， 而心部任保持确定的强度和较高的任性。固体渗碳工艺如图 26所示。900950800850Th图 2 65Si2MnWA 弹簧钢的渗碳工艺曲线攀枝花学院本科课程设计论文3设计说明3.2.4 油淬火+低温回炎热处理工艺油淬火淬火是将钢加热至临界温度点 Ac 或 Ac 以上确定的度，保温后以大于临界31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。Ac3Ac1AAPABMs钢的抱负淬火冷却曲线如图 3.47所示图 3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，然后以确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，消退内应力。工件淬火后存在着很大的内应力和脆性，假设不准时回火，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剩余奥氏体，这两种组织都是不稳定的，会自发地渐渐地发生组织转变，因而引起工件尺寸和外形的转变。通过回火，可以促使这些组织转变。到达较稳定状态，以便在以后的使用过程中不发生变形8。攀枝花学院本科课程设计论文3设计说明回火标准如表3.2 9。表265Si2MnWA弹簧钢回火标准表回 火7方案 淬火温度 /用 途加热温度/介质硬度HRC消退应力150170去除应力，降低10201040硬度去除应力，降低硬度200275400425油或硝盐61635759555711151130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屡次回火-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6061606161623.2.5 物理性能经过上述各种热处理后65Si2MnWA 弹簧钢的韧性、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提升。攀枝花学院本科课程设计论文3设计说明4 质量检验工程4.1弹簧热处理缺陷及其预防选用和验收热轧弹簧钢材的尺寸要求应符合公差外，还应特别留意其外表是否有较严峻的裂纹、划痕、刮伤、分层、斑疤、飞边或折叠、锈蚀麻坑及外表脱碳超标等。还应检查钢中的非金属夹杂物等级。淬火弹簧的硬度缺乏或过高。主要缘由是弹簧加热温度过低或过高，或冷却缺乏、不均匀造成的，或回火工艺不当造成的。过热或过烧。弹簧过热还可再淬火回火得以补救，过烧时只能报废。弹簧外表氧化及脱碳严峻。上述两缺陷是由于炉温过高、保温时间太长造成的。弹簧变形不符合技术要求。攀枝花学院本科课程设计论文4分析与争论5 分析与争论65Si2MnWA 弹簧钢热处理工艺设计已经在前面呈现，单就其性能以及热处理的过程想必是没多大问题，假设放入实际生产中有很多不行预知的问题，因此， 不能纸上谈兵须得到工厂或者试验室中反复的通过试验数据进展分析，然后在得出最重要的结论用于实践中，从而在生产中减低本钱、提高效率并且削减工时， 降低能源消耗。12攀枝花学院本科课程设计论文5完毕语6 完毕语这次 65Si2MnWA 弹簧钢的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 65Si2MnWA 弹簧钢的热处理工艺设计的制作流程，还学会了把自己书本上学到的学问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生疏，我重把这套支撑辊的设计完成了一遍，也从中觉察了很多原作者的问题，使我从中吸取了精华局部。金属学都是理论上的成型工艺，在实际生产中确定还有很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 65Si2MnWA 弹簧钢的热处理工艺设计的力气和综合运用书本学问，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，独立思考的力气也有所提高，更为重要的是：在这次65Si2MnWA 弹簧钢的热处理工艺设计中，从中觉察自己寻常学习的缺乏和薄弱环节，进而加以弥补。攀枝花学院本科课程设计论文6热处理工艺卡7 热处理工艺卡片零件名称： 弹簧钢热处理工艺卡材料：65Si2MnWA 弹簧钢处理要求： 下料、锻造、预备热处理(退火)、机械加工、淬火+低温回火、平磨、组装热处理技术要求：恰当把握温度和时间硬度：小于等于 302HBS工序设工名称号备具装料一工具装备工 艺 规 范冷却注工具数量数量/ 件温度/加热时间保温介温度时/h 间 合计质/1 锻造加热2 去应力退火880950400460-5min1h-炉冷1h油渗3渗碳9009505min2h2h碳气氛4 淬火5 低温回火6789108501h4002h450更该日期1-23-52-3 h油更改更改更 改单号标准者攀枝花学院本科课程设计论文参考文献参 考 文 献1 张英会主编.弹簧.北京：机械工业出版社，1982.2 罗辉主编.机械弹簧制造技术.北京：机械工业出版社，19873 陈复民，李国俊，苏德达.弹性合金.上海：上海科技出版社，19864 苏德达.弹簧钢丝的强韧化热处理及其应用.天津大学学报，19801：74835 苏德达编译.瑞典Garphytann 的弹簧钢丝及弹簧制造.天津,19796 殷仁龙编著.机械弹簧设计理论及其应用.北京：兵器工业出版社.19937 朱达明等.形变热处理弹簧钢丝的争论.冶金建筑工程学院学报，197888 刘诚勇等.弹簧工.天津：铁道部工业总局，1981，5862.9 祖荣祥.高弹性减退抗力弹簧钢的争论.弹簧工程，19901：162310 苏德达等.弹簧的失效分析.北京：机械工业出版社，198811 曾林.车用稳定杆及其进展前景，弹簧工程，19932：28;1993(3):2712 苏德达等.碳钢的低温形变热处理.金属科学与工艺，1983，21：2131