汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、WORD格式 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的熱處理工藝設(shè)計(jì)目錄摘 要 -11.概述- 21.1前言 - 21.2使用性能 - 21.3失效形式 - 21.4材料選擇 - 21.4.1技術(shù)要求 - 21.4.2材料比擬 -(3)1.5 熱處理工藝及目的 - -(4)1.5.1 退火 -(4)1.5.2 正火 - 41.5.3 淬火 -41.5.4 回火 - 52.熱處理工藝- 52.1 工藝路線 - -52.1.1等溫退火 - 52.1.2淬火 - 52.1.3回火 - 63.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 -63.1 組織及分析 - 63.1.1 原始組織 - 63.1.2 等溫退火后組織 - 73.1.3 淬火后組織 -

2、(7)3.1.4 回火后組織 - 83.2缺陷分析 - 83.2.1過(guò)熱 - 83.2.2欠熱 - 83.2.3淬火裂紋 - 83.2.4脫碳組織 - 83.2.5熱處理變形 - 93.2.6軟點(diǎn) - 93.2.7回火缺陷 - 94 . 總結(jié) - 105. 參考文獻(xiàn) - 106.致謝 - 10專業(yè)資料整理WORD格式摘要綜述了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的工作環(huán)境，使用性能，失效形式，連桿材料的選擇，熱處理工藝等。主要就連桿的熱處理工藝做了詳細(xì)的分析， 通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)得出了連桿材料熱處理后的金相組織圖等資料。分別對(duì)球化退火、淬火、回火過(guò)程中組織、硬度的的變化做了分析并以圖表的形式列出。并就實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題作

3、了分析，以供參考。關(guān)鍵詞：連桿熱處理；等溫退火；淬火；回火；問(wèn)題分析專業(yè)資料整理WORD格式1專業(yè)資料整理WORD格式1.概述1.1 前言連桿 link 連桿機(jī)構(gòu)中兩端分別與主動(dòng)和從動(dòng)構(gòu)件鉸接以傳遞運(yùn)動(dòng)和力的桿件。例如在往復(fù)活塞式動(dòng)力機(jī)械和壓縮機(jī)中，用連桿來(lái)連接活塞與曲柄。連桿多為鋼件，其主體局部的截面多為圓形或工字形，兩端有孔，孔內(nèi)裝有青銅襯套或滾針軸承，供裝入軸銷而構(gòu)成鉸接。連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要零件，它連接著活塞和曲軸， 其作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿在工作中，除承受燃燒室燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連

4、桿在一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。 連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過(guò)量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個(gè)高應(yīng)力區(qū)域。 連桿的工作條件要求連桿具有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。1.2 使用性能1.2.1. 功用：連接活塞與曲軸 ，并把活塞承受的氣體壓力傳給曲軸，使得活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1.2.2. 工作條件：承受壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷。1.2.3. 對(duì)其要求：強(qiáng)度高、剛度大、重量輕。1.2.4. 材料：一般都采用中碳鋼或合金鋼經(jīng)模鍛或輥鍛，然后經(jīng)機(jī)加工和熱處理1.3 失效形式連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過(guò)量變形。通

5、常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個(gè)高應(yīng)力區(qū)域。連桿的工作條件要求連桿具有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性能；又要求具有足夠的鋼性和韌性。1.4 材料選擇1.4.1技術(shù)要求連桿應(yīng)按經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣和技術(shù)文件制造.并符合本標(biāo)準(zhǔn)的要求。連桿體及連桿蓋應(yīng)采用以下牌號(hào)的材料制造40Cr,35CrMo,45,連桿體和連桿蓋應(yīng)經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為 HB 217-293，同一型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿體及連桿蓋其硬度差應(yīng)不大于 HB 40 單位。專業(yè)資料整理WORD格式2專業(yè)資料整理WORD格式連桿縱向剖面上的金屬宏觀組織的纖維方向應(yīng)沿著連桿中心線并與連桿外形相符，無(wú)紊亂及連續(xù)現(xiàn)象 .成品連桿的金相顯微組織在連桿小頭工字形截面檢驗(yàn)

6、應(yīng)為均勻的細(xì)晶粒索氏體構(gòu)造，不允許有片狀鐵素體和非金屬夾雜物，脫碳層深度在工字形外表上不得大于。 .10 min, 連桿毛坯應(yīng)進(jìn)展強(qiáng)化噴丸處理。連桿不得有因金屬未充滿鍛模而產(chǎn)生的缺陷，不得焊補(bǔ)。連桿非加工外表不得有裂紋、夾層、氣孔、夾渣、折迭、氧化皮腐蝕等缺陷。分模而飛邊高度應(yīng)不大于 0.8mm，允許有數(shù)量不多于 2 個(gè)，直徑不大于 5mm,深度不大于 0.5 mm 的凹坑或修整缺陷的痕跡但位置不得在同一橫截面上，經(jīng)修整的痕跡應(yīng)圓滑過(guò)渡。連桿應(yīng)經(jīng)磁力探傷或其它無(wú)損探傷檢測(cè)，磁力探傷后應(yīng)退磁。1.4.2材料比擬材料 40Cr, 35CrMo, 45, 的成分，熱處理，機(jī)械性能見(jiàn)表1.1表 1.1

7、 材料 40Cr, 35CrMo, 45 的成分，熱處理，機(jī)械性能主要化學(xué)成分w/% 熱處理機(jī)械性能鋼號(hào)CMnSiCrMo淬火回火b/MPas/MPa? k(J/c/oC/oC/%m2)450.420.500.17830580 650 350 38 450.500.800.37840 水640空40Cr0.370.500.200.8085050010008004560油油，水0.450.800.401.1035CrMo0.320.400.200.800.1585055010008504580油油，水0.400.700.401.100.25在 Cr 鋼中參加Mn, 能改善塑性和韌度，提高硬度，強(qiáng)

8、度和淬透性。Mo 在 CrMo 鋼中能降低固溶體的分解速度和淬火臨界冷卻速度。CrMo 鋼和 Cr 鋼相比，過(guò)熱和晶粒粗化敏感性小，淬透性和回火穩(wěn)定性高。并能消除專業(yè)資料整理WORD格式3專業(yè)資料整理WORD格式Cr 鋼對(duì)于回火脆性的敏感性。制造要求承受較高的抗拉，壓，彎曲強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的連桿等零件。綜上所述，連桿的材料最終選擇為35CrMo.1.5熱處理工藝及目的熱處理： 把金屬或合金加熱到給定溫度并保持一段時(shí)間 ,然后用選定的速度和方法使之冷卻 ,以得到所需要的顯微組織和性能的操作工藝 ,被稱為熱處理 . 軸承熱處理直接關(guān)系著后續(xù)的加工質(zhì)量， 以致最終影響零件的使用性能及壽命， 同時(shí)軸承熱

9、處理又是軸承制造中的能源消耗大戶和污染大戶。 軸承的熱處理裝備直接影響軸承熱處理質(zhì)量， 以及能源消耗和污染。 軸承鋼的硬度和強(qiáng)度都很高， 經(jīng)過(guò)退火后才可以進(jìn)展加工， 而且細(xì)化晶粒， 提高原始組織的性能， 當(dāng)粗加工完畢后還要對(duì)其進(jìn)展淬火和冷處理。1.5.1退火 :將工件加熱到臨界點(diǎn) (Ac1 或 Ac3) 以上某一溫度 ,停留一定的時(shí)間 (保溫 ),然后進(jìn)展緩慢冷卻 (同爐子一起冷卻 ),這種操作過(guò)程叫做退火 . 退火的目的 :（ 1降低硬度 ,便于工件易切削 .（ 2改善材料的組織及機(jī)械性能 .（ 3改善組織構(gòu)造 ,為以后的淬火做好準(zhǔn)備 .（ 4消除內(nèi)應(yīng)力 .（ 5得到細(xì)小的結(jié)晶 .退火設(shè)備：

10、現(xiàn)階段我國(guó)的退火設(shè)備是氧化爐和保護(hù)氣氛爐共存， 氧化爐多于保護(hù)氣氛爐；周期爐和連續(xù)爐共存，且周期爐多于連續(xù)爐。美國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)家早在 20 世紀(jì)六七十年代就已全面推廣推桿式和輥底式等溫球化退火爐，縮短退火周期，節(jié)約能源，并提高退火質(zhì)量。隨著軸承零件加工技術(shù)的開(kāi)展，以及精細(xì)鍛造和精細(xì)輾擴(kuò) (冷輾 )工藝的采用，零件毛坯的加工精度越來(lái)越高，由此帶來(lái)了對(duì)保護(hù)氣氛退火的需求。 軸承行業(yè)應(yīng)迅速推廣保護(hù)氣氛球化退火， 以減少退火后的氧化脫碳，提高加工效率，節(jié)材節(jié)能，降低本錢。1.5.2 正火 :將工件加熱到 Ac3 或 Acm 以上 30-50,經(jīng)保溫后 ,從爐中取出放在空氣中冷卻的一種熱處理操作 .

11、(正火的冷卻速度要比退火快的多 ).正火后其強(qiáng)度和硬度較退火的高一些 ,塑性稍低 ,使珠光體數(shù)量增加 ,改善組織保證得到較高的機(jī)械性能 ,由于在空氣中冷卻 ,生產(chǎn)率高 .1.5.3 淬火：是將工件加熱到臨界點(diǎn) (Ac3 或 Ac1)以上 ,經(jīng)保溫后急速冷卻以獲得馬氏體組織 (也有一定量的剩余奧氏體 ),這種熱處理操作稱之為淬火 .鋼經(jīng)過(guò)淬火后在性能上的突出特點(diǎn)是硬度很高而塑性很低 .淬火的目的 :（ 1增加鋼制工件的硬度及耐磨性 .（ 2通過(guò)淬火和隨后的中溫或高溫回火能使工件獲得良好的綜合性能.淬火設(shè)備：淬火冷卻裝備是除淬火介質(zhì)外影響工件淬火效果的另一大因素。 我國(guó)現(xiàn)階段淬火冷卻裝備控制參數(shù)較

12、少， 一般只對(duì)油溫和油的循環(huán)進(jìn)展控制。 國(guó)外對(duì)專業(yè)資料整理WORD格式4專業(yè)資料整理WORD格式常用的淬火油槽實(shí)行多參數(shù)控制， 如油溫、油的冷卻特性、 油的循環(huán)與攪拌的方向，以及速度、工件入油的方式等，以求得到最正確的淬火組織與性能，同時(shí)把變形減小到最小程度。 我國(guó)一些軸承廠家也在嘗試多參數(shù)控制， 特別是通過(guò)對(duì)圓錐軸承進(jìn)展工件入油方式的控制來(lái)解決軸承零件淬火過(guò)程中角度的變化。1.5.4 回火 :是將淬火后的工件加熱到 Ac1 以下的溫度 ,保溫一段時(shí)間 ,然后在水 , 油或空氣中冷卻下來(lái) .(回火是緊接著淬火以后進(jìn)展的 ,回火有低溫回火 ,中溫回火和高溫回火 )回火的目的 :減少或消除工件在淬

13、火時(shí)造成的內(nèi)應(yīng)力 ,提高塑性和韌性 ,以得到工件在使用時(shí)所要求的和可能到達(dá)的機(jī)械性能。2.熱處理工藝2.1 工藝路線制造連桿的工藝路線： 下料鍛造 模鍛 預(yù)備熱處理 正火、等溫退火粗加工最終熱處理淬火 +高溫回火精加工 .2.1.1 等溫退火 :可降低剛的硬度，改善切削加工性能，同時(shí)獲得均勻分布的細(xì)顆粒狀珠光體。 退火溫度 760780攝氏度，保溫時(shí)間 24 小時(shí)，爐冷至 670 攝氏度左右，保溫 12 小時(shí)，爐冷至 500 攝氏度后出爐空冷。硬度 200-230HBS.等溫退火工藝：溫度 760780， 24h500，空冷660680,1-2h電爐時(shí)間2.1.2 淬火：提高連桿的硬度， 強(qiáng)度

14、和耐磨性。 淬火溫度控制在 850870 攝氏度，空氣爐加熱時(shí)為防止脫碳應(yīng)采用氣體保護(hù).空氣爐中加熱升溫時(shí)間t1=(15-20skg)*1kg=15-20s,保溫時(shí)間 t2=(1.5-2)minmm*10mm=15-20min 加熱時(shí)間 t=t1+t2,冷卻介質(zhì)油。金相組織：馬氏體 +剩余奧氏體 +碳化物。專業(yè)資料整理WORD格式5專業(yè)資料整理WORD格式ss-有效壁厚,s=10mm,m=1kg淬火工藝：專業(yè)資料整理WORD格式溫度850-8701520min,，油專業(yè)資料整理WORD格式時(shí)間電爐2.1.3回火：淬火后及時(shí)回火，以防止內(nèi)應(yīng)力過(guò)大產(chǎn)生開(kāi)裂，提高韌性，穩(wěn)定組織和尺寸?；鼗饻囟?50

15、0550 攝氏度，保溫時(shí)間 12 小時(shí)。組織為回火索氏體 + 剩余奧氏體 +碳化物。硬度： 40-45HRC.回火工藝為：溫500-550,12h度時(shí)間電爐3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析3.1 組織及分析3.1.1 原始組織6專業(yè)資料整理WORD格式35CrMo 鋼的鍛后組織組織如圖1所示圖 1硬度為 30HRC3.1.2等溫退火后組織經(jīng) 760780 攝氏度的等溫退火，保溫 24h，然后爐冷至 650670攝氏度后大約 12h空冷后拋光用 4%的硝酸腐蝕 5 秒后得到以下圖 2 組織。圖中顆粒狀的組織為珠光體，白色區(qū)域可能因腐蝕時(shí)不夠均勻。等溫退火后金相組織圖 2：硬度 90HRB圖 23.1.3 淬火

16、后組織圖 2實(shí)驗(yàn)中試樣的質(zhì)量50g，那么t1=15skg*0.05kg=0.75s, t2=2minmm*10mm=20min, 所以t=20min.經(jīng) 850870 攝氏度淬火，保溫 20min，油淬，拋光后用 4%的硝酸腐蝕 5 秒得到以下圖組織。該組織中白色片狀物質(zhì)為碳化物，灰色組織為剩余奧氏體和隱晶馬氏體，馬氏體比擬小，一般分辨不出。淬火后金相組織圖 3：硬度 52HRC圖 37專業(yè)資料整理WORD格式3.1.4回火后組織經(jīng) 500650 攝氏度高溫回火后，以獲得粒狀回火索氏體組織。此時(shí) F 基體上分布著粒狀 K, 剩余應(yīng)力已根本消除，強(qiáng)度，塑性，韌性到達(dá)比擬恰當(dāng)?shù)呐浜稀Ｊ逛摼哂辛己玫?/p>

17、綜合機(jī)械性能。淬火加高溫回火又稱調(diào)制?；鼗鸷蠼鹣嘟M織圖 4：硬度 37HRC圖 43.2 缺陷分析圖 43.2.1過(guò)熱從零件粗糙口上可觀察到淬火后的顯微組織過(guò)熱， 但要切當(dāng)判斷其過(guò)熱的水平必須觀察顯微組織。 假設(shè)在 35CrMo 鋼的淬火組織中出現(xiàn)粗針狀馬氏體，那么為淬火過(guò)熱組織。 形成緣故原由可能是淬火加熱溫渡太高或加熱保溫時(shí)間太長(zhǎng)釀成的全面過(guò)熱；也可能是因原始組織帶狀碳化物嚴(yán)重，在兩帶之間的低碳區(qū)形成局部馬氏體針狀粗大，釀成的局部過(guò)熱。過(guò)熱組織中殘留奧氏體增多，尺寸穩(wěn)定性降落。由于淬火組織過(guò)熱，鋼的晶體粗大，會(huì)導(dǎo)致零件的韌性降落，抗打擊性能降低，使用壽命也降低。過(guò)熱嚴(yán)重甚至?xí)斐纱慊鹆鸭y。

18、3.2.2欠熱淬火溫度偏低或冷卻不良那么會(huì)在顯微組織中孕育發(fā)生超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的托氏體組織，稱為欠熱組織，它使硬度降落，耐磨性急劇降低，影響壽命。3.2.3淬火裂紋零件在淬火冷卻過(guò)程當(dāng)中因內(nèi)應(yīng)力所形成的裂紋稱淬火裂紋。造成這種裂紋的緣故原由有：由于淬火加熱溫渡太高或冷卻太急，熱應(yīng)力和金屬質(zhì)量體積變化時(shí)的組織應(yīng)力大于鋼材的抗斷裂強(qiáng)度； 工作外貌的原有缺陷 (如外貌微細(xì)裂紋或劃痕 )或是鋼材內(nèi)部缺陷 (如夾渣、嚴(yán)重的非金屬同化物、 白點(diǎn)、縮孔剩余等 )在淬火時(shí)形成應(yīng)力集中； 嚴(yán)重的外貌脫碳和碳化物偏析； 零件淬火后回火缺乏或未及時(shí)回火；前面工序釀成的冷沖應(yīng)力過(guò)大、鑄造折疊、深的車削刀痕、油溝鋒利棱角等

19、。總之，造成淬火裂紋的緣故原由可能是上面所說(shuō)的因素的一種或多種，內(nèi)應(yīng)力的存在是形成淬火裂紋的主要緣故原由。淬火裂紋深而細(xì)長(zhǎng)，斷口平直，破斷面無(wú)氧化色。淬火裂紋的組織特征是裂紋兩側(cè)無(wú)脫碳征象，明顯區(qū)別與鑄造裂紋和材料裂紋。3.2.4脫碳組織專業(yè)資料整理WORD格式8專業(yè)資料整理WORD格式因?yàn)榧訜釙r(shí)無(wú)氣體保護(hù)狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)中，材料外表出現(xiàn)了很嚴(yán)氧化現(xiàn)象，需打磨掉氧化層。加熱時(shí)溫度過(guò)高，出現(xiàn)了脫碳現(xiàn)象。脫碳組織為：脫碳后 500 倍金相組織圖 (5)圖 5為退火時(shí)無(wú)氣體保護(hù)的組織，從圖中可以發(fā)現(xiàn)組織根本是由白色大晶粒組成，僅有細(xì)小的點(diǎn)狀碳化物， 黑點(diǎn)為試樣上拋光時(shí)留下的臟污。 這是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間退火導(dǎo)致的

20、試樣外表嚴(yán)重脫碳， 打磨拋光時(shí)僅呈現(xiàn)出試樣表層的組織。 因此，出現(xiàn)這種情況時(shí)應(yīng)將試樣打磨一定的厚度，才能看到試樣真實(shí)組織。在熱處理過(guò)程當(dāng)中， 如果是在氧化性介質(zhì)中加熱， 外貌會(huì)發(fā)生氧化作用使零件外貌碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)削減， 造成外貌脫碳。 外貌脫碳層的深度超過(guò)最后加工的留量就會(huì)使零件報(bào)廢。 外貌脫碳層深度的標(biāo)定在金相檢驗(yàn)中可用金相法和顯微硬度法。以外貌層顯微硬度分布曲線測(cè)量法為準(zhǔn)，可做仲裁判據(jù)。3.2.5熱處理變形零件在熱處理時(shí)，存在有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力能彼此疊加或局部抵消，是復(fù)雜多變的，因?yàn)樗茈S著加熱溫度、加熱速率、冷卻方式、冷卻速率、零件形狀和大小的變化而變化，所以熱處理變形是不免的。認(rèn)識(shí)和掌握它的變化紀(jì)律可使零件的變形 (如尺寸漲大等 )置于可控的X圍，有利于生產(chǎn)的進(jìn)展。當(dāng)然在熱處理過(guò)程當(dāng)中的機(jī)械碰撞也會(huì)使零件孕育發(fā)生變形，但這種變形是可以用改良操作加以削減和防止的。3.2.6軟點(diǎn)由于加熱缺乏，冷卻不良，淬火操作不當(dāng)?shù)染壒试舍劤傻妮S承零件外貌