畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）球磨鑄鐵曲軸熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）題 目：球磨鑄鐵曲軸熱處理工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 所在院(系)： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 級(jí)材料成型及控制工程 班 級(jí)： 材料成型及控制工程 指 導(dǎo) 教 師： 職稱： 講 師 2013年12月20日攀枝花學(xué)院教務(wù)處制攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目a鋼制造機(jī)床b熱處理工藝設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)的目的使學(xué)生了解、設(shè)計(jì)15鋼制造機(jī)床b熱處理生產(chǎn)工藝，主要目的：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的熱處理課程的知識(shí)去解決工程問(wèn)題的能力，并使其所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展。（2）學(xué)習(xí)熱處理工藝設(shè)計(jì)的一般方法、熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計(jì)等。（3）進(jìn)行熱處理設(shè)計(jì)的基本技能訓(xùn)練，如計(jì)算、工

2、藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）內(nèi)容：進(jìn)行零件的加工路線中有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工序的設(shè)計(jì)。根據(jù)零件的技術(shù)要求，選定能實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇熱處理設(shè)備，設(shè)計(jì)或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明書，說(shuō)明書中要求對(duì)各熱處理工序的工藝參數(shù)的選擇依據(jù)和各熱處理后的顯微組織作出說(shuō)明。要求：（1）分析生產(chǎn)加工及熱處理過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對(duì)這些缺陷提出預(yù)防措施或補(bǔ)救措施。（2）提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書（或設(shè)計(jì)報(bào)告），35千字，提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書。3、主要參考文獻(xiàn)1 崔明擇主編.工程

3、材料及其熱處理m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.7.2崔忠析主編.金屬學(xué)與熱處理（第二版）m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.53王建安. 金屬學(xué)與熱處理m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19804 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).熱處理手冊(cè)m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.75 范逸明.簡(jiǎn)明金屬熱處理工手冊(cè)m.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.34、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃第16周：對(duì)給定題目進(jìn)行認(rèn)真分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，做好原始記錄。 第17周：撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書，并進(jìn)行修改、完善，提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書。指導(dǎo)教師（簽字）日期年 月 日教研室意見(jiàn)：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受任務(wù)時(shí)間： 年 月 日注：任務(wù)書由

4、指導(dǎo)教師填寫。課程設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師成績(jī)?cè)u(píng)定表題目名稱評(píng)分項(xiàng)目分值得分評(píng)價(jià)內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項(xiàng)紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研7通過(guò)實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實(shí)踐等渠道獲取與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運(yùn)用知識(shí)的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題，能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，得出有價(jià)值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。06設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力，方案的

5、設(shè)計(jì)能力5能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實(shí)驗(yàn)工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計(jì)算及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力；能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計(jì)等。08對(duì)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）10具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）質(zhì)量30綜述簡(jiǎn)練完整，有見(jiàn)解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有

6、獨(dú)特見(jiàn)解。成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師簽名： 年月日摘 要 分析了曲軸的失效形式，提出對(duì)于大功率高速柴油機(jī)，選擇合適的材料和適宜的表面強(qiáng)化方法是提高曲軸性能的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)12缸、四沖程、水冷高速大功率柴油機(jī)曲軸材質(zhì)及調(diào)質(zhì)后各項(xiàng)性能指標(biāo)的分析，可知通過(guò)選用材料為qt850-3，加合適的熱處理工藝，可以最大限度地提高高速大功率柴油機(jī)曲軸性能。關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；曲軸；熱處理工藝 目 錄摘 要1、設(shè)計(jì)任務(wù)11.1設(shè)計(jì)任務(wù)11.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求12、設(shè)計(jì)方案22.1 零件的材料作用22.2失效形式22.3性能要求33、設(shè)計(jì)說(shuō)明43.1曲軸熱處理43.1.1退火處理43.1.2正火處理53.1.3淬火加低溫回火

7、53.1.4調(diào)質(zhì)處理加淬火處理54、質(zhì)量檢查85、分析與討論96、結(jié)束語(yǔ)107熱處理工藝卡片11參 考 文 獻(xiàn)101 設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)任務(wù)曲軸是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)重要零件。曲軸和連桿、活塞等一起組成曲柄連桿機(jī)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞向下的推力，經(jīng)連桿傳到曲軸，由曲軸將活塞的往復(fù)運(yùn)到變?yōu)榍S繞其本身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并向外輸出功率，經(jīng)汽車的傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)汽車。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。也是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的源。元素csimnpsremgcusb范圍3.70.64.05.00.50.020.20.30.51.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求曲軸的加工工藝就顯得尤為的重要，曲軸圖樣的視圖、尺寸、公差和技術(shù)要求齊全、正確；

8、我國(guó)中噸位卡車的總質(zhì)量是大于3噸小于8噸的噸位，而中噸位發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸常采用球墨鑄鐵。零件選用材料為qt850-3，該材料具有較高的強(qiáng)度、韌性和塑性，切削性能良好；結(jié)構(gòu)工藝性比較好。根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及一般機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，該零件沒(méi)有很難加工的表面，上述各表面的技術(shù)要求采用常規(guī)加工工藝均可以保證。圖12 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 零件的作用曲軸是柴油機(jī)的一個(gè)主要零件。曲軸主要用于作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械中。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。也是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的源。2.2 失效形式原始的失效形式應(yīng)該是裂紋，就是加工過(guò)程中，鍛造，熱處理等等工序中因?yàn)閼?yīng)力集中等原因造成的裂紋，肉眼很難看出來(lái)，通過(guò)探傷得出結(jié)論；使用當(dāng)

9、中的失效形式應(yīng)該包含：磨損（尺寸超差）；斷裂（機(jī)械故障引起）；彎曲（機(jī)械故障引起）。暫時(shí)只能想起這么多。2.3 性能要求發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的材料性能要求有較高的強(qiáng)度、沖擊韌性、耐磨性。一般采用45#鋼或40鉻鍛造，熱處理采用調(diào)質(zhì)，就是淬火后高溫回火，使材料具有較高的綜合機(jī)械性能，軸徑表面再進(jìn)行表面淬火，提高表面硬度及耐磨性 3 設(shè)計(jì)說(shuō)明31 曲軸的熱處理銑鉆 在銑鉆床上采用專用機(jī)床夾具裝夾工件進(jìn)行銑端面鉆中，大大提高生產(chǎn)速度，有利于曲軸的大批量生產(chǎn) 。調(diào)質(zhì)球墨鑄鐵的熱處理工藝有正火和高頻感應(yīng)淬火兩種。球墨鑄鐵主要進(jìn)行奧氏體正火處理，為提高曲軸的力學(xué)性能，也可以采用調(diào)制或正火后表面淬火處理等工藝，以提高

10、球墨鑄鐵的韌性和塑性。調(diào)質(zhì)屬于預(yù)備熱處理，調(diào)質(zhì)一般安排在粗車以后半精車之前，其作用主要是使曲軸具有高的綜合力學(xué)性能，即增加曲軸的強(qiáng)度，提高其傳動(dòng)時(shí)抗彎矩變形等能力 經(jīng)調(diào)質(zhì)(淬火 +高溫回火)后其硬度應(yīng)達(dá)到230250hbs要求。3.1.1退火處理若要提高球墨鑄鐵的韌性可采用退火處理。球墨鑄鐵在鑄造過(guò)程中比普通灰口鑄鐵的白口傾向大，內(nèi)應(yīng)力也較大，球墨鑄鐵件很難得到純粹的鐵素體或珠光體基體。為提高球墨鑄鐵件的延性或韌性，可將球墨鑄鐵件重新加熱到900950并保溫足夠時(shí)間進(jìn)行高溫退火，再爐冷到600出爐變冷。在此過(guò)程中基體中的滲碳體會(huì)分解出石墨，奧氏體中會(huì)析出石墨，這些石墨集聚于原球狀石墨周圍，基體

11、則全轉(zhuǎn)換為鐵素體，從而提高球墨鑄鐵的韌性。若鑄態(tài)組織由（鐵素體珠光體）為基體+球狀石墨組成，那么只需將球墨鑄鐵件重新加熱到700760的共析溫度上下經(jīng)保溫后爐冷至600出爐變冷，就能將珠光體中滲碳體分解轉(zhuǎn)換為鐵素體及球狀石墨來(lái)提高其韌性。 圖23.1.2 正火處理若要提高球墨鑄鐵強(qiáng)度可采用正火處理。球墨鑄鐵正火的目的是將基體組織轉(zhuǎn)換為細(xì)珠光體組織。工藝過(guò)程是將基體為鐵素體及珠光體的球墨鑄鐵件重新加熱到850900溫度，原鐵素體及珠光體轉(zhuǎn)換為奧氏體，并有部分球狀石墨溶解于奧氏體，經(jīng)保溫后空冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)珠光體，從而提高球墨鑄鐵件的強(qiáng)度。圖33.1.3淬火加低溫回火處理若要提高球墨鑄鐵的硬度可采

12、用淬火并低溫回火的方法。當(dāng)球墨鑄鐵用作軸承等零件時(shí)往往需要比較高的硬度,此時(shí)可將球墨鑄鐵件淬火并低溫回火處理。具體工藝是：將球墨鑄鐵件加熱到860900的溫度，保溫讓原基體組織全部奧氏體化后再在油或熔鹽中冷卻實(shí)現(xiàn)淬火，后經(jīng)250350加熱保溫回火，原基體轉(zhuǎn)換為回火馬氏體及殘留奧氏體組織，原球狀石墨形態(tài)不變。處理后的球墨鑄鐵件具有較高的硬度和一定韌性，同時(shí)還保留了石墨的潤(rùn)滑性能。圖43.1.4調(diào)質(zhì)處理加淬火處理若要提高球墨鑄鐵綜合力學(xué)性能可采用調(diào)質(zhì)處理。當(dāng)球墨鑄鐵件用作為軸類件，如柴油機(jī)的曲軸、連桿，要求強(qiáng)度高同時(shí)韌性較好的綜合力學(xué)性能，此時(shí)可對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。具體工藝是：將球墨鑄鐵件加

13、熱到860900的溫度保溫讓基體組織奧氏體化，再在油或熔鹽中冷卻實(shí)現(xiàn)淬火,后經(jīng)500600的高溫回火，獲得回火索氏體組織（一般尚有少量碎塊狀的鐵素體），原球狀石墨形態(tài)不變。處理后強(qiáng)度、韌性匹配良好，適應(yīng)于軸類件的工作條件。若要獲得較高強(qiáng)度的球墨鑄鐵可采用等溫淬火處理。球墨鑄鐵等溫淬火處理目的在于讓球墨鑄鐵件的基體組織轉(zhuǎn)換為強(qiáng)韌的下貝氏體組織，強(qiáng)度極限可超過(guò)1100mpa，沖擊韌度ak32j。處理工藝是：將球墨鑄鐵件加熱到830870溫度保溫使基體奧氏體化后，投入280350的熔鹽中保溫，讓奧氏體部分轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，原球狀石墨不變，從而獲得比較高強(qiáng)度的球墨鑄鐵。2球墨鑄鐵表面熱處理若要在球墨鑄鐵

14、件表面獲得比較高的硬度而心部仍保持一定韌性可采用表面淬火處理的方法。表面淬火處理方法很多，可以是高頻感應(yīng)加熱淬火也可以是火焰加熱淬火和激光加熱淬火等。具體工藝與整體淬火差不多：將球墨鑄鐵件表面加熱到860900，保溫一段時(shí)間讓表面組織全部奧氏體化后再在油或熔鹽中冷卻實(shí)現(xiàn)表明淬火，然后在250350加熱保溫回火，以使表面組織轉(zhuǎn)換為回火馬氏體及殘留奧氏體組織，表面組織中的原球狀石墨形態(tài)不變。處理后的鑄件表面具有較高的硬度，心部仍具有一定的韌性。激光表面熱處理除激光加熱淬火外，還可在球墨鑄鐵件表面上實(shí)現(xiàn)激光相變硬化、激光沖擊硬化等以提高球墨鑄鐵件的表面硬度。4質(zhì)量檢驗(yàn) 球化級(jí)別是球墨鑄鐵件質(zhì)量的主要

15、考核指標(biāo)之一,球墨鑄鐵的力學(xué)性能與石墨球化率有關(guān),球化率的常規(guī)測(cè)定方法是金相法,不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且屬于破壞性檢測(cè),特別是檢測(cè)結(jié)果并不能完全代表每件產(chǎn)品本身的真實(shí)狀態(tài),因而不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)重要產(chǎn)品進(jìn)行百分之百無(wú)損檢測(cè)的要求。近年來(lái)的研究及實(shí)踐表明,超聲法和振動(dòng)法是評(píng)定球化級(jí)別的行之有效的無(wú)損檢測(cè)方法。4.1 超聲檢測(cè)法超聲檢測(cè)技術(shù)不僅可用于球墨鑄鐵內(nèi)部缺陷的檢測(cè),也可用于球墨鑄鐵球化質(zhì)量的評(píng)定34。球墨鑄鐵的力學(xué)性能與石墨球化率相關(guān),球化率越高,機(jī)械性能越好,而且聲波傳播速度也越高,超聲波在無(wú)限大固體介質(zhì)中的縱波聲速為:cl=e(1-)*(1+)*(1-2)(1)式中 cl縱波聲速 e介質(zhì)楊氏

16、彈性模量 介質(zhì)泊松比 介質(zhì)密度介質(zhì)為球墨鑄鐵時(shí),其泊松比和密度變化很小,對(duì)超聲速度影響不大,因而影響超聲速度的主要是鑄件的彈性模量。球墨鑄鐵的彈性模量與球化級(jí)別直接相關(guān),當(dāng)碳當(dāng)量一定時(shí),聲速?zèng)Q定于石墨的相對(duì)比例,即球化率的大小。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(gb9441-1988),球墨鑄鐵球化級(jí)別被分為6級(jí),球化級(jí)別與球化率的關(guān)系見(jiàn)表1。表1 球墨鑄鐵球化級(jí)別與球化率的對(duì)應(yīng)關(guān)系球化分級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5級(jí)6級(jí)球化率%95909580907080607060參照球墨鑄鐵超聲聲速測(cè)定方法(jb/z265-1986),測(cè)定一組珠光體含量在80%90%、厚度為27mm的球鐵試樣,試樣相對(duì)面平行度3,測(cè)量?jī)x器采用超聲

17、聲速測(cè)量?jī)x,工作頻率15mhz,儀器分辨率0.01s,不穩(wěn)定度0.2%,測(cè)量非線性0.2%,測(cè)得的球化率與超聲聲速的關(guān)系如圖1所示。實(shí)際上,也可以通過(guò)超聲聲速直接與鑄件抗拉強(qiáng)度建立關(guān)系,因?yàn)榍蚧逝c抗拉強(qiáng)度的回歸方程為線性關(guān)系,而球化率與超聲聲速又有線性關(guān)系。這樣直接測(cè)試出的超聲聲速與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系如圖2所示。圖5圖6需要指出的是,球墨鑄鐵的強(qiáng)度、硬度和塑性等機(jī)械性能,主要取決于基體組織,下貝氏體或回火馬氏體球墨鑄鐵的強(qiáng)度高,其次是上貝氏體、索氏體、球光體、鐵索體球墨鑄鐵,要想建立超聲聲速與強(qiáng)度之間的關(guān)系,應(yīng)該是在同一基體組織的情況下建立才是比較準(zhǔn)確的,只有在同一基體組織下,石墨球化率高低才對(duì)

18、球墨鑄鐵機(jī)械性能起著主要的影響作用。5分析與討論球墨鑄鐵熱處理工藝設(shè)計(jì)已經(jīng)在前面展示，單就其性能以及熱處理的過(guò)程想必是沒(méi)多大問(wèn)題，若放入實(shí)際生產(chǎn)中有很多不可預(yù)知的問(wèn)題，因此，不能紙上談兵須得到工廠或者實(shí)驗(yàn)室中反復(fù)的通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后在得出最重要的結(jié)論用于實(shí)踐中，從而在生產(chǎn)中減低成本、提高效率并且減少工時(shí)，降低能源消耗。6 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我感觸良深。對(duì)于中噸位卡車曲軸的加工工藝，我們僅學(xué)習(xí)了課本的一些理論知識(shí)，對(duì)這課題毫無(wú)頭緒，無(wú)從下手。沒(méi)辦法，只能一步一步來(lái)。從翻看課本到上網(wǎng)找資料再到圖書館借書，幾經(jīng)波折下來(lái)，也只是了解了個(gè)大概過(guò)程。最后在詢問(wèn)老師和同學(xué)的幫助下，艱難的完成

19、了本次課程設(shè)計(jì)。雖然也有很多事參考一些模板的，但我還是學(xué)到了很多知識(shí)，鍛煉了自己的動(dòng)手能力和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，受益匪淺。經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的設(shè)計(jì)，我基本掌握一些技能：能綜合運(yùn)用所學(xué)基本理論進(jìn)行分析零部件的受力情況，確定零件的使用材料；根據(jù)零件材料、結(jié)構(gòu)和大小選擇毛坯零件的制造方法；對(duì)每種確定好的加工方法，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，制定每種加工方法的加工順序的安排；根據(jù)前面確定好的工序，制定每一工序的具體內(nèi)容，包括加工工藝參數(shù)，定位夾緊方式、定位基準(zhǔn)等；工藝裝備包括機(jī)床、焊機(jī)、注塑機(jī)、熱處理設(shè)備等；確定需要使用的工具、夾具、模具等。 總而言之，這一個(gè)星期真的不容易，甚至有過(guò)一晚上熬夜做這課程設(shè)計(jì)，但我相信一份耕耘一份收獲。這也是對(duì)我理論知識(shí)的一份考卷，也是對(duì)我動(dòng)手能力的考驗(yàn)。我也認(rèn)識(shí)到了實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步提高自身的分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后從事職業(yè)崗位工程技術(shù)工作打下較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。7 熱處理工藝卡片零件名稱：曲軸熱處理工藝卡處理要求：