16Mn钢(热处理课程设计).docx
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1、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、设计内容与根本要求1四、设计步骤2其次章 材料 16Mn 根本参数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、根本 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
2、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 工艺设计及试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、性能检测等试验,可以培育学生把握热处理试验方法、原理及相关设备,运用热处理的根本原理和一般规律对试验结果进展分析争论,有助于强化学生解决问题、分析问题的力量。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连续,通过设计实践,进一 步学习把握金属热处理工艺设计的一般规律和方法。2、培育综合运用金属学、材料性能学、金属工艺学、金属材料热处理及构造工 艺等相关学问,进展工程设计的力量。3. 培育使用手册、图册、有关资料及设计标准标准的力量。4. 提高技术总结
3、及编制技术文件的力量。5. 是金属材料工程专业毕业设计教学环节实施的技术预备。 三、设计内容与根本要求设计内容:完成合金构造钢 16Mn 的热处理工艺设计,包括工艺方法、路线、参数确实定,热处理设备及操作,金相组织分析,材料性能检测等。根本要求:1. 课程设计必需独立的进展, 每人必需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承受热处理工艺的根本原理和一般规律。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,认真进展方案分析。4. 正确运用现代材料性能检测手段, 进展金相组织分析和材料性能检测等。5. 课程设计说明书
4、力求用工程术语,文字通顺简练,字迹工整,图表 清楚。四、设计步骤方案确定:1. 依据零件服役条件合理选择材料及提出技术要求。- 1 -2. 零件按材料、外形、尺寸、重量和性能要求等确定其热处理工艺方法、 路线及相关参数。3. 选择热处理设备及温度掌握方式、冷却介质。4. 热处理工艺实例。5. 热处理后材料性能检测。6. 金相组织分析 .7. 利用 Fe-Fe3C 相图、 TTT、CCT 图等设计工具,认真进展方案分析。一般,依据零件使用性能及技术要求,提出所可能实施的几种热处理工艺方案,首先从其所可能到达的性能要求,工艺操作的繁简及质量牢靠性 等进展分析比较,再依据生产批量的大小,现有设备条件
5、及国内外热处理 技术进展趋势,进展综合技术经济分析,确定最正确热处理工艺方案。材料选择:选择 16Mn 合金构造钢零件设计:试样为 16Mn 无缝钢管,拟定板厚 50mm ,在低温环境下工作,要求有良好的综合力学性能,在低温环境下,塑性和焊接性行良好,具有良好的切削性能。其次章 材料 16Mn 根本参数一、16Mn 材料简介16Mn 是旧国标 GB/T1591 1988 中的低合金高强度构造钢的牌号, 国标 GB/T1591 1994 中的牌号为 Q345Q345 有 5 个质量等级,Q345AQ345E , Q345A 对应美国 ASTM 的牌号是 Gr.50 ( 中间的点不是小数点,是上下
6、对中的,像个“乘号”点一样。 )16Mn 为钢材中的一种材质。过去钢材的一种叫法。现在的称法为: Q345( 见 Q345) 。16,所代表的为这种钢材中的碳的含量在0.16% 左右。而Mn 单独提出来,是由于五大元素碳C,硅 Si,锰 Mn,磷 P,硫 S中, 锰的含量高,才单独提出来,大约在1.20-1.60% 左右。16Mn 属低合金钢板系列,在此系列中,为最一般材质,或者牌号的钢板。16Mn 为钢材中的一种材质。过去钢材的一种叫法。16Mn 钢属于碳锰钢, 碳的含量在 0.16%左右,屈服点等于 343MPa强度级别属于 343MPa 级。16Mn 钢的合金含量较少,焊接性良好,焊前一
7、般不必预热。但由于 16Mn 钢的淬硬倾 向比低碳钢稍大,所以在低温下如冬季露天作业或在大刚性、大厚度构造上焊接时,为防止消灭冷裂纹,需实行预热措施。- 2 -二、16Mn 材料的性能及用途综合力学性能良好,低温性能尚可,塑性和焊接性良好,用做中低压 容器、油罐、车辆、矿山机械、电站、桥梁等承受动载荷的构造、机械零件、建筑构造、一般金属构造件,热轧或正火状态使用,可用于-40 以下严寒地区的各种构造。主要特性 :综合性能好,低温性能好,冷冲压性能,焊接性能和可切削性能好。表一16Mn 化学成分标准牌号化学成分重量百分比 Chemicai compositionWT%16Mn碳C硅锰SiMn铬C
8、r0.13 0.190.20 0.601.20 1.600.30磷硫镍铜PSNiCu0.0300.0300.300.25应用举例:矿山,运输,化工等各种机械。三、16Mn 材料化学成分四、16Mn 物理力学性能16Mn 密度为 7.85 ,16Mn 钢板密度为 7.85.16Mn 低合金钢管是低合金高强度构造钢: Mn 含碳量为 0.1%-0.25%, 参加主要合金元素锰、硅、钒、铌和钛等;它的含合金总量 3%。按强度分为300 、350 、400 和 450MPa 等 4 个级别。主要有 Q295 、Q345 、Q390 、Q420 、Q460 。:“Q”是屈服的“屈”字的汉语拼音大写字头,
9、其后数字为该牌号最小屈服点s值,其后的符号是依据该钢杂质元素硫、磷含量由高到低并伴随碳、锰元素的变化而分为A、B、C、D 四等。其中 A、B 级钢通常称 16Mn抗拉强度: 470660 牛/平方毫米; 屈服强度: 275345 牛/平方毫米; 伸长率: 21%。具体值要依据钢材的厚度或直径,以上数据对应钢材的厚度或直径为: 16100mm 。- 3 -第三章热处理工艺设计一、16Mn 热处理概述热处理的目的是转变钢的内部组织构造,以转变钢的性能,通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能,延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料,充分挖掘材料性能潜力,降低构造重量,节约和能源,而
10、且能够提高机械产品质量,大幅度延长机械零件的使用寿命。热处理的三阶段:加热,保温,冷却。这三个阶段打算了材料热处理后的组织和性能。加热是热处理的第一道工 序。不同的材料,其加热工艺和加热温度都不同。加热分为两种,一种是在临界点 A1以下的加热,此时不发生组织变化。另一种是在 A1以上的加热,目的是为了获得均匀的奥氏体组织,这一过程称为奥氏体化。保温的目的是要保证工件烧透,防止脱碳、氧化等。保温时间和介质的选 择与工件的尺寸和材质有直接的关系。一般工件越大,导热性越差,保温时间 就越长。冷却是热处理的最终工序,也是热处理最重要的工序。钢在不同冷却速度 下可以转变为不同的组织。16Mn 钢是目前国
11、内建筑用主要钢材之一,以热轧状态交货。16Mn 属于低合金钢板系列,在此系列中为最一般材质或者牌号的钢板。依据特别要求,可以对钢板进展一些特别的处理:热处理和 Z 向性能。这里我们只争论热处理。其热处理一般为控扎,正火等等。二、16Mn 热处理设计承受膨胀法并结合金相-硬度法,膨胀曲线在 G leeb-1500 热模拟机上测定。为使加热温度接近 16Mn 钢的开轧温度保证微合金元素的充分溶解,依据已有文献,试样的奥氏体化温度定为 1000在 2min 内将试样加热至此温度,保温 15min。分别以 13 种不同的冷却速度0.175/s将试样冷却,猎取其膨胀曲线,再由膨胀曲线确定相变温度。以喷水
12、冷却冷却速度约为400/s测定其 Ms 点。用 DTA 方法以 2/min 由 500升温到 1000确定其临界点 Ac1 和 Ac3,最终在 POLYVAR-MET 金相显微镜进展组织观看,并测得显微硬度HV2。测定结果为 Ac1=917,Ac3=770,Ms400。依据不同冷却速度膨胀曲线上的拐点切点或极值点,结合金相组织,确定的箱变温度见表二。将表二中的相变点绘制到温度-时间半对数坐标上,用连线法将个物理意义一样的点连 接起来同时在该坐标上标出 Ac1,Ac3 和 Ms 即可绘制出 CCT 图图一,冷却曲- 4 -线旁的数字为冷却速度,冷却曲线下端的数字为以此冷却速度冷却后试样的室 温维
13、氏硬度值HV2。表二 不同冷却速度下的相变温度图 116Mn 钢的 CCT 图16Mn 一般是淬火+低温回炽热处理, 250以下回火时为回火马氏体, 450 以上回火时为回火索氏体。已经测出的16Mn 钢过冷奥氏体等温转变曲线(TTT 图)- 5 -有多个.由于所用试样的化学成分和奥氏体化工艺的差异 ,不同测试者可获得不同的结果,但大同小异,典型的 TTT 图如图 2。图 216Mn 钢的 TTT 图加热到 770+2030,短时间保温或者不保温,油淬,然后 250回火(+10-10),可以保证硬度在 45-49 之间,回火最好在淬后有余热时马上进展,这样可以最小程度减小变形.假设对疲乏性能有
14、更高要求,可以在回火后再进展喷丸 处理,这样光滑度也会好一点,出炉马上就得进油,不用水。 16Mn 是构造钢低温回火,770 淬火 150250 回火淬火+低温回火,所得组织为回火马氏体。其目的是获得高的屈服强度,弹性极限和较高的韧性。淬火后低温回火。可获得比较优良的综合性能。116Mn 钢的预热处理依据不同板厚及不同环境温度下 16Mn 钢的预热温度16 以下不低于10不预热 ,10以下预热 100 150;1624不低于5不预热 ,5以下预热 100 150;2540不低于 0不预热,0以下预热 100 150;40 以上均预热 100 150。给定试样 16Mn 钢预先热处理工艺示意图:
15、- 6 -图 3a图 3b216Mn 钢的退火将组织偏离平衡状态的钢件加热到适当的温度,保温肯定时间,随后缓慢 冷却,从而获得接近平衡状态的组织与性能的金属热处理工艺。16Mn 属于低合金构造钢,为低碳钢,假设承受通常的完全退火,则其硬度太低,切削性能不好。为改善切削性能,可承受高温退火,即在比通常完全退火更高的温度下加热,获得 4 6 级的粗晶粒,以提高切削性能。16Mn 钢属于亚共析钢,合金元素含量较低,具有良好的韧性,强度和抗冷热疲乏性能与肯定的耐磨性。温度选择为 Ac3+2030。一般先把钢管加热到 870-880 度 再炉冷至 500 度 然后炉外空冷。- 7 -图 4 16Mn 退
16、火后的显微组织316Mn 钢的正火正火是将钢加热到 Ac3 或 Accm 以上 3050保温出炉空冷。低碳钢正火的目的之一是提高切削性能。但是对 16Mn 这样碳的质量分数低于 0.20 的钢,即使按通常正火温度正火后,自由铁素体量仍过多,硬度过低,切削性能仍较差。为了提高硬度,应提高加热温度可比Ac3 高 100,以增大过冷奥氏体的稳定性,而且应当增大冷却速度,以获得较细的珠光体和分散度较大的铁素体。16Mn 钢一般正炽热处理,加热到 560,保温 2 小时,再加热到 850,保温 3 小时,炉冷。- 8 -图 5正火后的显微组织416Mn 钢的淬火将钢加热到 Ac3 或 Ac1 以上 30
17、50保温快速冷却大于 Vk以获得马氏体的工艺方法。由于 16Mn 的含碳量太低,钢材的淬硬倾向太低,进展淬火还不如进展正火, 正火后的性能会比淬火的性能更优异。当环境温度较低时刻进展淬火处理。516Mn 钢的回火回火是将淬火后的钢重加热到 Ac1 以下某一温度保温,然后冷却一般空冷至室温。16Mn 钢一般承受低温回火,在 150250 温度下回火,得到回火马氏体。综合硬度抗弯强度挠度 3 个主要机械性能来看,选择在 180200之间 回火最正确,既可保持较高的抗弯强度挠度,又有较高的硬度值HRC62 以上。在 250回火,抗弯强度挠度硬度都很低。因此,不要选择此回火温度。图 616Mn 热轧回
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