60Si2Mn汽車板簧熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、1 11 序論1.1 熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的意義熱處理工藝課程設(shè)計(jì)是高等工業(yè)學(xué)校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設(shè)計(jì)練習(xí)，是熱處理原理與工藝課程的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是： 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。1.2 熱處理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)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

2、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。寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明書。汽車熱處理工藝設(shè)計(jì)。制定熱處理工序的工藝參數(shù)分析各熱處理工序中材料的組織和性能。選擇熱處理設(shè)備。選擇與設(shè)計(jì)熱處理工藝所需的掛具、裝具或夾具。填寫熱處理工藝卡片。2 汽車板簧的工作要求、技術(shù)要求及選材2.1 工作要求和技術(shù)要求汽車鋼板彈簧式一種彈性元件，其作用式承受車廂以及載物（靜載物）的作用，可傳遞垂直載荷， 緩和及抑制不平路面所引起的沖擊，限制車身和車輪的振動(dòng)。 作為彈性元件它既有緩沖、減振、貯能的功能，又負(fù)擔(dān)傳遞力和導(dǎo)向的作用，在工作過(guò)程中，鋼板彈簧承受高因道路不平所引起的沖擊載荷，并由此或單向循環(huán)彎曲應(yīng)力和振動(dòng)的作

3、用，同時(shí)也要受到泥水和泥沙等侵蝕。由此其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 使用可靠、維修方便、因而被一般載重汽車廣泛使用。汽車鋼板彈簧采用合金鋼制造，硬度在380460hbw，板簧達(dá)到最大的強(qiáng)度特性，即高的彈性極限，經(jīng)過(guò)拋丸后處于表面壓應(yīng)力狀態(tài)，然后進(jìn)入初步機(jī)加工階段。有資料介紹重型汽車的“概率- 應(yīng)力曲線”表明，鋼板彈簧的所受應(yīng)力在882980pa 。汽車鋼板彈簧的主要失效形式有腐蝕疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、脆性斷2 2裂、磨損和應(yīng)力松弛以及永久性塑性變形等，其危害有停車待修、 鋼板彈簧損耗量大、降低行車舒適性等， 因此應(yīng)認(rèn)真對(duì)待， 減少出現(xiàn)失效的概率， 在彈簧制造和熱處理等各個(gè)環(huán)節(jié)確保產(chǎn)品質(zhì)量合格。因此鋼板彈簧應(yīng)

4、具有高的彈性極限、良好的淬透性、 低的脫碳敏感性、 較高的硬度和強(qiáng)度、 一定的沖擊韌性、 良好的疲勞強(qiáng)度以及最大比彈性功，破斷部位一般在卷耳與中間固定處。鋼板彈簧在載荷作用下變形時(shí)， 各片之間有相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生摩擦以及兩端支承處的摩擦，可以促進(jìn)車架振動(dòng)的衰減。 但各片間的干摩擦將使車輪所受的沖擊在很大程度上傳給車架， 降低了懸架緩和沖擊的能力， 并使鋼板彈簧各片加速磨損。 因此各片之間涂上較稠的石墨潤(rùn)滑脂，也有的在鋼板彈簧片之間夾入塑料墊片。2.2選材2.2.1 材料的選擇汽車鋼板彈簧在工作狀態(tài)下藥吸收大量的彈性功，又要求本身不發(fā)生永久變形，因此其具有曲強(qiáng)比和盡可能大的彈性比功，為了得到強(qiáng)度高、

5、疲勞極限大的鋼板彈簧，鋼板彈簧用彈簧鋼應(yīng)選用含碳量0.45%0.65%的合金鋼制作，所以可選擇 60si2mn鋼做汽車板簧。2.2.2 60si2mn 的性能60si2mn 彈簧鋼是應(yīng)用廣泛的硅錳彈簧鋼，強(qiáng)度、彈性和淬透性較55si2mn 稍高。60si2mn 彈簧鋼適于鐵道車輛、 汽車拖拉機(jī)工業(yè)上制作承受較大負(fù)荷的扁形彈簧或線徑在 30mm 以下的螺旋彈簧、也適于制作工作溫度在250 以下非腐蝕介質(zhì)中的耐熱彈簧以及承受交變負(fù)荷及在高應(yīng)力下工作的大型重要卷制彈簧以及汽車減震系統(tǒng)等。2.2.3 60si2mn 的化學(xué)成分表 1 60si2mn的化學(xué)成分60si2mn化學(xué)成分c si mn cr

6、ni 不大于p s 不大于0.56 0.641.50 2.000.60 0.900.35 0.04 2.2.4 60si2mn 的合金化碳含量較高，以保證高的彈性極限與疲勞極限si、mn 含量較高，目的是提高淬透性，強(qiáng)化鐵素體，大大提高鋼的彈性極限，屈強(qiáng)比可達(dá)到0.80.9，而且疲勞強(qiáng)度也得到顯著提高，使其在相同的回火溫度下具有較高的硬度和強(qiáng)度。 si 還能有效地提高鋼的回火穩(wěn)定性。cr 可提高淬透性，可防止過(guò)熱和脫碳，從而保證鋼具有高的彈性極限和屈服極限。 ni 可以提高淬透性與韌性。2.2.5 60si2mn 的臨界轉(zhuǎn)變溫度3 3表 2 60si2mn 的臨界轉(zhuǎn)變溫度ac1ar1ac3ar

7、37557007708103 60si2mn 汽車板簧熱處理工藝設(shè)計(jì)3.1 60si2mn汽車板簧加工制造流程流程： 剪切下料機(jī)械加工校直卷耳完全退火淬火中溫回火質(zhì)量檢測(cè)3.2 60si2mn汽車板簧熱處理工藝3.2.1 預(yù)先熱處理完全退火 1.完全退火目的：細(xì)化晶粒，降低鋼的硬度，改善鋼的切削性能，消除內(nèi)應(yīng)力。正火工藝曲線如圖 1所示750 h圖 1 時(shí)間/h 2. 加熱溫度： 750 3.冷卻方式：爐冷 4.退火設(shè)備：中溫井式電阻爐，表3給出了中溫井式電阻爐的參數(shù)表3 中溫井式電阻爐的參數(shù)型號(hào)功率電壓相數(shù)最高工作溫度爐膛尺寸最大裝載量rj2-40-9 40kw380v3950600*800

8、 350kg退火后測(cè)得鋼的表面硬度（hbs）不超過(guò) 222.3.2.2 最終熱處理淬火溫度爐冷4 4 1. 淬火目的： 提高板簧的強(qiáng)度與硬度， 獲得良好的力學(xué)性能。 淬火后基體組織為馬氏體，基體硬度大于63。 2. 淬火溫度：在淬火過(guò)程中加熱溫度非常重要，若溫度過(guò)高，奧氏體晶粒粗大，氧化脫碳嚴(yán)重， 將會(huì)降低其強(qiáng)度和疲勞極限； 而溫度過(guò)低， 則會(huì)造成組織轉(zhuǎn)變的不均勻，出現(xiàn)未溶解的鐵素體，同樣會(huì)降低其強(qiáng)度和使用壽命。最佳的淬火溫度為865875，獲得的抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性及斷裂韌性等最佳。 3.加熱方式：采用到溫加熱的方法，是指當(dāng)爐溫加熱到指定的溫度時(shí)，再將工件裝進(jìn)熱處理爐進(jìn)行加熱。原因是加熱速度快

9、，節(jié)約時(shí)間，便于批量生產(chǎn)。 4. 淬火介質(zhì)： 60si2mn 合金彈簧鋼的臨界冷卻速度較低，所以可以采用油淬，油為機(jī)械油，油溫在 之間。5. 保溫時(shí)間： 60si2mn 汽車板簧加熱保溫時(shí)間與彈簧厚度有關(guān)，如表3 所示。表 4 汽車板簧厚度與加熱時(shí)間的關(guān)系鋼板厚度/mm 6.5841112加熱時(shí)間/min 20-2222-2425-2827-3029-32 6.淬火后組織：淬火后金相組織為5級(jí)馬氏體 7.60simn鋼的熱處理設(shè)備選擇 中溫箱式電阻爐，表 4給出了箱式電阻爐的參數(shù)。表5 中溫箱式電阻爐的參數(shù)型號(hào)功率電壓相數(shù)最高工作溫度爐膛尺寸最大裝載量rx3-30-9 30kw380v3950

10、 950*450*350 200kg 3.2.3 回火工藝中溫回火 1.回火目的：提高板簧的彈性機(jī)限，并有一定的塑性和韌性。2.回火溫度：為了獲得較高的彈性極限、塑性和韌性，應(yīng)采用中溫回火，450540 之間。 3.保溫時(shí)間： 60si2mn 汽車板簧回火保溫時(shí)間與彈簧厚度有關(guān)。如表5所示。表6 汽車板簧厚度與加熱時(shí)間的關(guān)系鋼板厚度 /mm10 1015 1520 2025 5 5保溫時(shí)間 /min2530 3035 4045 4550 4. 冷卻介質(zhì)：回火后可采用水冷，可以防止第二類回火脆性的出現(xiàn)，使鋼表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度。 5. 回火后組織：回火后組織為回火屈氏體，此時(shí)碳化物未

11、明顯長(zhǎng)大，具有應(yīng)力分布特征，基體相僅發(fā)生回 6.加熱設(shè)備：選用低溫井式電阻爐表7 低溫井式電阻爐的參數(shù)型號(hào)功率電壓相數(shù)最高工作溫度爐膛尺寸最大裝載量rj2-35-635kw380v3650500*650250kg復(fù)過(guò)程，保持馬氏體針狀態(tài)和一定的強(qiáng)化效果，使回火屈氏體有較高的彈性極限。回火后鋼的硬度為 4550hrc 。4 噴丸處理噴丸處理也稱噴丸強(qiáng)化， 是減少零件疲勞， 提高壽命的有效方法之一， 噴丸處理就是將高速?gòu)椡枇鲊娚涞綇椈杀砻?，使彈簧表層發(fā)生塑性變形， 而形成一定厚度的強(qiáng)化層，強(qiáng)化層內(nèi)形成較高的殘余應(yīng)力，由于彈簧表面壓應(yīng)力的存在，當(dāng)彈簧承受載荷時(shí)可以抵消一部分抗應(yīng)力， 從而提高彈簧的疲

12、勞強(qiáng)度。 汽車板簧在淬火及回火后可采用噴丸處理，進(jìn)一步提高鋼的疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命。5 熱處理設(shè)備及溫度控制方式5.1 加熱設(shè)備完全退火采用中溫井式電阻爐，淬火選用中溫箱式電阻爐，中溫回火采用低溫井式電阻爐。5.2 冷卻設(shè)備6 6油槽，基本結(jié)構(gòu)可制成長(zhǎng)方形、正方形、圓形等形狀。具有循環(huán)功能，以保證冷卻介質(zhì)溫度不超出規(guī)定并節(jié)約資源。為了使冷卻介質(zhì)不溢出槽外， 在槽上部還設(shè)置溢流槽和溢流管。5.3 輔助設(shè)備 （主要有清洗、清理和校正設(shè)備等）清洗設(shè)備的主要目的是去除工件表面的油污、殘鹽和其他污物。常用的清洗設(shè)備有清洗槽和清洗機(jī)。 清洗槽用蒸汽直接加熱或用蛇形管加熱的水槽，將處理后的工件放入槽中煮洗。清

13、洗機(jī)適用于規(guī)模較大的生產(chǎn)。清理設(shè)備主要作消除工件表面的氧化皮和銹跡等污物，是工件表面清潔光亮。常用的清理設(shè)備有酸洗槽、噴沙機(jī)和拋丸機(jī)等。吸力式噴沙機(jī)應(yīng)用最廣泛。5.4 測(cè)溫儀表和溫度控制方式一次儀表（熱電耦，輻射高溫計(jì)）自動(dòng)控制裝置6 設(shè)計(jì)夾具根據(jù)工藝要求， 使用性能及批量和所選用的加熱爐型號(hào)，在熱處理過(guò)程中需要使用到一些吊具和工夾具以保證零件的熱處理能夠順利進(jìn)行。裝具7 7多層吊具，規(guī)格260x200mm7 熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的見解和體會(huì)通過(guò)這次對(duì)所學(xué)專業(yè)金屬材料有關(guān)熱處理的課程設(shè)計(jì)，使我更加的了解自己所學(xué)專業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，了解到了在生活中即使一個(gè)小零件在它投入使用之前都經(jīng)歷了復(fù)雜的過(guò)程。每一個(gè)過(guò)程都要精益求精，任何小的失誤都會(huì)導(dǎo)致材料的缺陷。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)也使我將在實(shí)習(xí)中的知識(shí)更加具體的與實(shí)際相聯(lián)系，使在書本學(xué)到的知識(shí)更加立體， 使理論運(yùn)用于實(shí)踐， 正如馬克思所說(shuō)的只有實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，只有將所學(xué)應(yīng)用于實(shí)際才能學(xué)有所用，才能更好的服務(wù)于社會(huì)。在課程設(shè)計(jì)中， 我還深刻的體會(huì)到了做事要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，一絲不茍。 并發(fā)現(xiàn)自己在本門學(xué)科的學(xué)習(xí)中還有很多不足，有些知識(shí)掌握的并不是那么的扎實(shí)，通過(guò)課設(shè)是我更加的鞏固了之前所學(xué)的有關(guān)熱處理的知識(shí)。做為一名大學(xué)生， 不管是選擇考研繼續(xù)在