畢業(yè)設(shè)計論文15Cr活塞銷的熱處理工藝設(shè)計

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計（論文）題 目： 15Cr活塞銷的熱處理工藝設(shè)計 學(xué)生姓名： X X X 學(xué) 號： 2011111020XX 所在院(系)： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 2011級材料成型及控制工程 班 級： 材料成型及控制工程（1）班 指 導(dǎo) 教 師： X X X 職稱： 講 師 2013年12月15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)計任務(wù)書題目15Cr活塞銷的熱處理工藝設(shè)計1、課程設(shè)計的目的使學(xué)生了解、設(shè)計15Cr活塞銷的熱處理工藝，融會貫通相關(guān)專業(yè)課程理論知識，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、分析問題和解決問題的能力。2、課程設(shè)計的內(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)

2、容 ：（1）明確設(shè)計任務(wù)（包括用途、服役條件及性能要求）（2）繪出熱處理件零件圖（3）給出設(shè)計方案（4）寫出設(shè)計說明（5）設(shè)計質(zhì)量檢驗項目（6）設(shè)計熱處理工藝卡片（7）15Cr活塞銷的熱處理缺陷及預(yù)防或補救措施要求：（1）通過查找資料充實、完善各項給定的設(shè)計內(nèi)容。（2）分析熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對這些缺陷提出預(yù)防措施或補救措施。（3）提交設(shè)計說明書（報告），2千字以上。報告格式請參照“畢業(yè)論文（設(shè)計）”格式。3、主要參考文獻(xiàn)1 夏立芳主編. 金屬熱處理工藝學(xué). 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 20052 中國機(jī)械工程學(xué)會熱處理分會熱處理工程師手冊機(jī)械工業(yè)出版社2003第一版.3 張玉

3、庭主編熱處理技師手冊機(jī)械工業(yè)出版社2006第一版4 中國機(jī)械工程學(xué)會熱處理學(xué)會熱處理手冊機(jī)械工業(yè)出版社2003第三版.4、課程設(shè)計工作進(jìn)度計劃第十四周：對給定的題目進(jìn)行認(rèn)真分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，做好原始記錄。第十五周：撰寫課程設(shè)計說明書，并進(jìn)行修改、完善，提交設(shè)計說明書。指導(dǎo)教師（簽字）孫青竹日期2013年11 月 25 日教研室意見：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受任務(wù)時間： 年 月 日注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。課程設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師成績評定表題目名稱評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項紀(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)實踐、調(diào)研7通過實驗、試驗、

4、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與課程設(shè)計有關(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綜合運用知識的能力10能運用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進(jìn)行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨立查閱相關(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施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設(shè)計（實驗）能力，方案的設(shè)計能力5能正確設(shè)計實驗方案，獨立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強的數(shù)據(jù)運算與處理能力；能運用計算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處

5、理和輔助設(shè)計等。08對計算或?qū)嶒灲Y(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（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)計說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨特見解。成績指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師簽名： 年月日摘 要 本課設(shè)計了15Cr活塞銷熱處理工藝設(shè)計。主要的工藝過程包括鍛造、預(yù)備熱處理（完全退火）、滲碳、淬火+低溫回火等過程。15Cr鋼是一種常用的低

6、碳合金滲碳鋼，活塞銷在較高溫度下工作，承受很大的周期性沖擊載荷，損壞形式主要是表面磨損和疲勞裂紋。因此要求其具有足夠的強度和剛度，表面應(yīng)耐磨，心部有較好的韌性和較高的疲勞強度。滲碳鋼活塞銷在滲碳后經(jīng)淬火、低溫回火處理。性能要求較高的活塞銷采用二次淬火、回火。對合金元素含量較高及尺寸穩(wěn)定性要求較高的活塞銷，滲碳淬火后要進(jìn)行深冷處理，活塞銷是連接活塞和連桿小頭，在運動時相當(dāng)于雙點支撐梁，在較高工作溫度下承受非對稱交變載荷和一定的沖擊載荷，其表面長期在潤滑條件差的摩擦條件下工作?；钊N的主要失效方式是表面磨損和疲勞裂紋。關(guān)鍵詞：15Cr鋼，活塞銷,完全退火，滲碳，淬火，低溫回火，目 錄摘 要1、設(shè)計

7、任務(wù)11.1設(shè)計任務(wù)11.2設(shè)計的技術(shù)要求11.3熱處理工件圖12、設(shè)計方案22.1 活塞銷設(shè)計的分析22.1.1工作條件2失效形式2性能要求22.2鋼種材料33、設(shè)計說明43.1加工工藝流程43.2具體熱處理工藝4預(yù)備熱處理工藝5機(jī)械加工5滲碳工藝53.2.4淬火+低溫回火熱處理工藝6活塞銷的質(zhì)量檢驗74、分析與討論84.1缺陷及防治措施85、結(jié)束語96、熱處理工藝卡片10參 考 文 獻(xiàn)111 設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計任務(wù)15Cr活塞銷熱處理工藝設(shè)計1.2設(shè)計的技術(shù)要求 15Cr鋼是一種常用的低碳合金滲碳鋼，在滲碳時可顯著地增加表面含碳量，增大滲碳深度，但在高溫長時間滲碳時有晶粒長大傾向及形成網(wǎng)狀

8、碳化物的傾向；對形狀簡單、要求不高的零件，滲碳后可直接降溫淬火，但熱處理后變形較大，又有回火脆性，鋼的淬透性較15號碳鋼高，在油中臨界淬透直徑為215mm，在水中臨界淬透直徑為629mm。此外，鋼的冷變形塑形高，焊接性良好，在退火狀態(tài)下可切削性甚好。由于它的含碳量低(在0.12-0.16%之間)所以，硬度比較低。因此，為滿足其在制造活塞銷的壽命要求，應(yīng)提高其硬度?；钊N在較高溫度下工作，承受很大的周期性沖擊載荷，損壞形式主要是表面磨損和疲勞裂紋。因此要求其具有足夠的強度和剛度，表面應(yīng)耐磨，心部有較好的韌性和較高的疲勞強度。1活塞銷對滲碳及熱處理的要求較高，外圓表面硬度要求HRC55-62，滲碳

9、層厚一般控制在范圍內(nèi)，心部和內(nèi)孔表面硬度要求嚴(yán)格控制在HRC38以下。這種工藝要求的依據(jù)就是基于傳統(tǒng)理論的分析，外表面淬硬是為適應(yīng)脈動單向最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在外表面的分布情況，而心部和內(nèi)孔壁面不得滲碳的要求是用來滿足抗沖擊性能的。2 在15Cr鋼進(jìn)行熱處理時，即去應(yīng)力退火，滲碳，淬火和回火時應(yīng)嚴(yán)格按照卡片所列出的時間進(jìn)行保溫以及其它操作的要求。 1.3 熱處理工件圖 圖1 活塞銷工件圖2 設(shè)計方案2.1活塞銷設(shè)計的分析工作條件活塞銷在高溫下承受很大周期性沖擊載荷，并且潤滑條件也比較差，因此，要求強度高耐沖擊且表面耐磨損。為減小活塞銷本身的往復(fù)慣性力，還要求重量盡量輕。失效形式活塞銷的主要失效形式

10、是表面磨損和疲勞斷裂。表面磨損?；钊N在發(fā)動機(jī)工作時，承受較大的交變載荷，它與活塞銷座孔和連桿襯套間的配合處產(chǎn)生相對運動而發(fā)生磨損。磨損后配合間隙增大，從而使配合件間出現(xiàn)不正常的敲擊聲，加速零件的磨損疲勞斷裂。主要是活塞銷與銷孔和襯套配合間隙過大，在交變沖擊力作用下，活塞銷疲勞折斷或者活塞銷質(zhì)量差。性能要求 活塞銷的制造尺寸、公差、材質(zhì)在設(shè)計上是非常嚴(yán)格的。原廠發(fā)動機(jī)設(shè)計的活塞銷形式大都使用半浮式設(shè)計，也就是活塞銷固定在連桿小端是不轉(zhuǎn)動的，而在活塞兩側(cè)的銷孑L內(nèi)，銷子是可以轉(zhuǎn)動的。如果活塞已經(jīng)升級為鍛造活塞，這時的活塞銷幾乎全都需要采用全浮式的設(shè)計，即銷子相對于連桿小頭、相對于活塞座孔都是可以

11、轉(zhuǎn)動的。全浮式和半浮式在結(jié)構(gòu)上的差別只是裝配上的公差配合不同。因此，在裝配全浮式活塞銷時，一定要仔細(xì)測量活塞銷孔和連桿小端的尺寸與配合公差。如果連桿小端的間隙比活塞孔間隙大時，受負(fù)荷后，活塞部分因緊度的差別可能會停止轉(zhuǎn)動，唯一能轉(zhuǎn)動的部分只剩下連桿小端，接著就會發(fā)生活塞銷和連桿小端異常的磨損，甚至?xí)幸赖默F(xiàn)象產(chǎn)生，對發(fā)動機(jī)將造成致命性的損害。515Cr鋼其塑性、韌性高，但強度、硬度高，鍛造、焊接和冷沖壓性能不良，冷變形塑性高，但切削加工時不易得到光潔的表面。用于制造受力不大、韌性要求高的零件和滲碳件，緊固件和沖模鍛件以及不經(jīng)熱處理的低負(fù)荷零件。15Cr鋼力學(xué)性能：抗拉強度 b (MPa)：7

12、35，屈服強度 s (MPa)：490，伸長率 5/（%）：11。2.2鋼種材料 15Cr鋼是一種常用的低碳合金滲碳鋼，在滲碳時可顯著地增加表面含碳量，增大滲碳深度，但在高溫長時間滲碳時有晶粒長大傾向及形成網(wǎng)狀碳化物的傾向；對形狀簡單、要求不高的零件，滲碳后可直接降溫淬火，但熱處理后變形較大，又有回火脆性，鋼的淬透性較15號碳鋼高，在油中臨界淬透直徑為215mm，在水中臨界淬透直徑為629mm。此外，鋼的冷變形塑形高，焊接性良好，在退火狀態(tài)下可切削性甚好。3 設(shè)計說明3.1加工工藝流程15Cr活塞銷熱處理工藝設(shè)計A鋼屬于低碳鋼，其成分6如下表1表1 A鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）CMnPSCr

13、SiNi其他0.120.180.400.700.0350.0350.701.000.170.37一一成分分析：Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑。它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。Mn和Fe形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度，經(jīng)固溶處理后有良好的韌性，當(dāng)受到?jīng)_擊而變形時，表面層將因變形而強化，具有高的耐磨性；同時又是碳化物形成元素，進(jìn)入滲碳體中取代一部分鐵原子。Si能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強度。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈服比(s/b),以及疲勞強度和疲勞比(-1/b)等。 硅能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。3.2具體熱處理大量生產(chǎn)的活塞銷

14、均為冷擠壓或溫擠壓成形后進(jìn)行滲碳，產(chǎn)量較小時則可采用棒料或管料經(jīng)機(jī)加工后進(jìn)行滲碳。 冷擠壓活塞銷坯料需經(jīng)退火，使其硬度降至140HBS，提高塑性，為擠壓工藝作準(zhǔn)備，15Cr鋼退火見預(yù)備熱處理工藝。退火后尚需磷化處理，以減少擠壓成形時所需的擠壓力和提高擠壓模具的壽命。滲碳鋼活塞銷在滲碳后經(jīng)淬火、低溫回火處理。性能要求較高的活塞銷采用二次淬火、回火。對合金元素含量較高及尺寸穩(wěn)定性要求較高的活塞銷，滲碳淬火后要進(jìn)行深冷處理，以減少滲層中殘留奧氏體。15Cr鋼見滲碳工藝?；钊N滲碳淬火后的表層組織為細(xì)針狀馬氏體，不允許有粗的或連續(xù)游離碳化物網(wǎng)心部為板條馬氏體加鐵素體。同一銷的表面硬度差不超過3HRC，

15、心部硬度為2425HRC。7圖2 15Cr鋼完全退火工藝曲線 920950 890 時間/min 120 150300 0180 煤油/滴·min 220 120280 5060 甲醇/滴·min 0 0 2030圖3 15Cr鋼的滲碳工藝曲線圖4低溫回火回火是將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，經(jīng)過保溫，然后以一定的冷卻方法冷至室溫的熱處理操作。其目的在于：a.降低脆性，消除內(nèi)應(yīng)力。工件淬火后存在著很大的內(nèi)應(yīng)力和脆性，若不及時回火，零件會產(chǎn)生變形或開裂。b.得到對工件所要求的力學(xué)性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，為了了獲得對工件要求的性能，可以用回火溫度調(diào)整硬度，減小脆性，得

16、到所需要的塑性、強度和硬度。c.穩(wěn)定工件尺寸。淬火后的組織是馬氏體和殘余奧氏體，這兩種組織都是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地逐漸地發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，因而引起工件尺寸和形狀的改變。通過回火，可以促使這些組織轉(zhuǎn)變。達(dá)到較穩(wěn)定狀態(tài)，以便在以后的使用過程中不發(fā)生變形。10檢驗項目檢驗方法檢驗要求滲碳層深度/mm 硬度（HRC）組織JB/NQ54.1TB1461表面心部滲碳層心部過公析層加共析層加1/2過渡層過共析層加共析層加過渡層不同部位至少測三點，取平均值距活塞銷兩端20mm之內(nèi)橫向截取，觀察整個截面觀察磁力探傷在兩平面間壓碎或用v形槽按產(chǎn)品圖樣要求按產(chǎn)品圖樣要求，按產(chǎn)品圖樣要求，同一銷的工作面硬度差不大于3HRC

17、細(xì)針狀馬氏體，不允許有粗塊狀或連續(xù)網(wǎng)狀碳化物板條馬氏體和鐵素體，不允許大塊鐵素體無裂紋、銹蝕、麻點、黑斑、刻痕、尖角、毛刺、氧化皮無裂紋，注意退磁表面質(zhì)量 探傷壓碎試驗表2 A鋼制造機(jī)床B熱處理工藝設(shè)計已經(jīng)在前面展示，單就其性能以及熱處理的過程想必是沒多大問題，若放入實際生產(chǎn)中有很多不可預(yù)知的問題，因此，不能紙上談兵須得到工廠或者實驗室中反復(fù)的通過實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后在得出最重要的結(jié)論用于實踐中，從而在生產(chǎn)中減低成本、提高效率并且減少工時，降低能源消耗。15Cr活塞銷常見缺陷及補救措施見表3 11缺陷名稱產(chǎn)生原因預(yù)防及補救措施滲碳濃度過高，表面層有粗塊狀或網(wǎng)狀碳化物，淬火后滲層中殘留奧氏體級

18、別過高等 滲碳爐氣氛碳勢過高 強滲后擴(kuò)散時間不夠或擴(kuò)散溫度過低 應(yīng)控制爐氣氛碳勢合適 改進(jìn)擴(kuò)散工藝：900920擴(kuò)散以消除過多的碳化物 在860880長時間加熱后淬火以消除碳化物網(wǎng) 采用深冷處理或二次淬火消除過量的殘留奧氏體滲碳層濃度過低 滲碳時爐氣氛碳勢過低 爐氣氛循環(huán)不良 零件裝爐量過大 嚴(yán)格控制爐氣氛碳勢 改進(jìn)爐氣氛循環(huán)系統(tǒng) 減少裝爐量，保證零件間間隙合適，避免堆放 層深未超上限者允許補滲滲碳層深度不合格 滲碳溫度控制不當(dāng) 滲碳時間控制不當(dāng) 健全溫度控制管理體系并認(rèn)真實施 嚴(yán)格控制滲碳時間 滲碳層深度偏淺時允許補滲滲碳層深度不均勻 零件表面附有臟污、物或積灰 裝爐不當(dāng)，零件表面相互擠碰滲

19、碳前應(yīng)清理裝爐要合理擺放層深未超上限者允許降低滲碳溫度補滲表面脫碳 滲碳后在空氣中冷卻時，冷卻速度過慢 重新加熱淬火時爐氣氛碳勢過低或鹽浴脫氧不良 空冷時避免零件密集堆放 滲碳后在保護(hù)氣氛中冷卻 放在帶水套的冷卻井中冷卻 鹽浴及時脫氧 脫碳層深度在磨削余量范圍者允許通過，否則報廢材料裂紋原材料缺陷報廢表35 結(jié)束語 這次15Cr 鋼制造活塞銷熱處理工藝設(shè)計的完成，讓我不僅通過自己的努力大致了解了15Cr鋼制造機(jī)床變速箱齒的制作流程，還學(xué)會了把自己書本上學(xué)到的知識運用到實際物體上去。15Cr活塞銷是裝在活塞裙部的圓形銷子，所以15Cr鋼必須具有強的硬度和高的耐磨性和耐腐蝕性。通過這次的課程設(shè)計讓我感覺到了自己的不足，由于金屬學(xué)課程沒有認(rèn)真的學(xué)習(xí)，加上自己對論文的格式不太了解。所以做這次課程設(shè)計感覺非常的困難。這次拿到的課題是15Cr活塞銷的熱處理工藝，通過自己大量的查閱資料書籍，讓我了解了許多的鋼種，并且對熱處理也了解了很多的知識，自己更加深刻的學(xué)習(xí)了正火、退貨、滲碳、淬火、回火的工藝。通過自己的努力做完了這次課程設(shè)計讓我體會到了學(xué)以致用，并且體驗到了自己成功的喜悅。也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，在以后的學(xué)習(xí)生活中加以彌補。6 熱處理工藝卡片 12零件名稱： 活塞銷熱處理工藝卡處理要求： 熱處理技術(shù)要求：恰當(dāng)控制溫度和時間外表面硬度HRC5562 內(nèi)孔表面硬度HRC38材料：15Cr工