金属热处理课程设计-提动阀座课程设计.doc

1前言金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，课程设计真的有点累。然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消。虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一种“春眠不知晓”的感悟。通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致。课程设计过程中，有时不免令我感到有些心烦意乱。但一想起老师平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定要养成一种高度负责，认真对待的良好习惯。这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。短短四周是课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。所以我会更加努力。最后，我要感谢我的老师们，是您严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀。今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪。2零件图分析2.1零件的总体分析提动阀和提动阀座组成一对偶件，相互配合面很小，近似线接触，以保证控制的灵敏和准确。在工作过程中，提动阀在弹簧的作用下与提动阀座在配合处发生冲击磨损，往往因提动阀锥面被局部磨损或冲击产生缺陷而造成高压油的泄露，使整个阀失去控制作用。提动阀座在提动阀的冲击作用下，接触面将逐渐增大，使油封性能降低。因此，提动阀座应具有较高强度，在承受提动阀冲击时，不致产生打的塑性畸变。液压技术的广泛应用，对液压元件的性能上要求高压、大流量、高转速、高容积效率等方向发展，在结构上要求微型化，在质量上要求高的可靠性。液压元件的零件特点是体积小而精度要求，在工作中承受复杂的服役条件。因此，在选材上与热处理上应保证高的强度，良好的韧性，高的耐磨性和尺寸稳定性高。2.2零件的结构形状分析零件结构形状如图所示2.3零件的尺寸及技术要求分析尺寸要求：大圆直径：13mm小圆直径：12mm长度：16mm技术要求：调质硬度为2832HRC碳氮共渗的化合物层深度1020m2.4零件的服役条件及失效形式分析2.4.1服役条件提动阀和提动阀座组成一对偶件，相互配合面很小，近似线接触。提动阀座在提动阀的冲击作用下，接触面将逐渐增大，使封油性能降低。2.4.2失效形式提动阀和提动阀座在工作过程中，提动阀在弹簧的作用下与提动阀座在配合处发生冲击磨损，往往因提动阀座面被局部磨损或冲击产生缺陷而造成高压油泄露，使整个阀失去控制作用。3材料选择3.1提动阀座的性能要求根据提动阀座的工作状况，可以初步得出其材料应满足的性能要求：一是具有良好的耐冲击韧性、耐腐蚀性和强度，以保证提动阀座满足液压元件在高压和高冲击在阀座下具有足够高的耐冲击韧性；二是具有良好的疲劳性能，是提动阀座能够在良好的服役条件下长时间工作。因此，一般要求表面耐磨而心部要求良好的韧性，阀座多用15CrMo。提动阀座在承受提动阀冲击时，不致产生打的塑性畸变应选用42CrMo，并一般施以低温的化学热处理以提高其耐磨性。为提高提动阀座的耐磨性和硬度，在最后精加工钱一般进行碳氮共渗。由于液压元件一般要求尺寸精度高，所以提动阀座加工精度要求也较高，为此，热处理过程中要严格控制畸变。其主要措施是铁丝捆扎、垂直吊挂加热等。工件有优良的机械、物理性能，它可以有各种不同的强度、硬度、韧性配合的综合性能，还可兼具一种或多种特殊性能，如耐磨、耐高温和低温、耐腐蚀等。3.242CrMo的性能特点42CrMo钢属于超高强度钢，具有高强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。该钢适宜制造要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具。强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小，高温时有高的蠕变强度和持久强度。用于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件，如机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮、压力容器齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹，也可用于2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具，并且可以用于折弯机的模具等。成分CSiMnCrMoNiPCuS42CrMo0.380.45%0.170.37%0.500.80%0.901.20%0.150.25%0.030%0.035%0.030%0.035%（1）C钢中的主要元素，可产生古榕强化和硬化，增加淬透性（2）Si提高钢的淬透性和耐回火性，对钢的综合力学性能特别是弹性极限有力，还可增强钢在自然条件下的耐蚀性。（3）Mn扩大相区，形成无限固溶体。对铁素体和奥氏体均有较强的固溶强化作用。与S形成熔点较高的MnS，可防止因FeS而导致的热脆现象。强烈提高淬透性，能提高耐磨性。（4）Cr缩小相区，在-Fe中无限固溶，可增加钢的淬透性并有二次硬化作用，提高耐磨性，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质服饰的作用并增加钢的热强性。（5）Mo阻抑奥氏体向珠光体转变的能里很强，从而提高钢的淬透性，能降低或抑制其他合金元素导致的回火脆性，在较高的回火温度下形成弥散分布的特殊碳化物，二次硬化的作用提高热强性和蠕变强度。（6）Ni细化铁素体晶粒，对塑性韧性有所提高，特别是低温塑性。4确定加工路线（冷、热加工）加工工艺主要包括机加工和热处理工艺。机加工是指通过加工机械精确去除材料的加工工艺。它直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。该零件结构简单，可以通过铸造铸出毛坯，通过机加工使其成型；之后进行去应力退火，消除残余内应力。改善其切削性能然后经过机加工使其复合尺寸要求；接着调制使其达到硬度要求；再经过化学热处理（氮碳共渗）使表面获得一层化合物渗层，提高零件表面耐磨性和抗疲劳性能；最后经过研磨，以满足尺寸精度，即可得到所需的零件。可采用的工艺流程：提动阀座的整体加工工艺流程：下料锻造预备热处理一次机加工（粗加工）调制二次机加工（精加工）氮碳共渗。5热处理工艺方法选择5.1退火工艺的选择42CrMo经过铸造及粗加工后组织不均匀内应力较大，易变形开裂，所以在精加工前需施以消除内应力稳定组织为目的的去应力退火。其内应力主要产生在有塑性到弹性变形的过渡阶段。因此在这个温度区间内，冷却速度愈慢，内应力就愈小。消除内应力的退火应该是将粗加工后铸件缓慢加热到高于塑性变形的温度范围内，然后保温，使铸件各部分组织均匀，内应力减小。故一般在选用低温去应力退火。5.2调制工艺调制处理是使机械零件达到设计性能要求的关键。淬透性的大小直接影响刚的最后力学性能。调制钢热处理的第一步工序是淬火，一般合金调制钢都在油中淬火。处于淬火状态的钢，内应力大，脆性很大，不能直接使用，必须要进行第二步工序回火，其目的是消除内应力，增加韧性，调整强度，获得良好的综合力学性能。该提动阀座应加热到(850±10)，保温1.5h后，进行油淬，再在（580±10），保温1h进行回火。6制定热处理工艺制度6.1退火工艺的制定将冷变形后的金属在低于再结晶温度加热，以消除内应力，但仍保留加工硬化效果的热处理。在实际生产中，热锻轧、铸造、各种冷变形加工、切削或切割、焊接、热处理甚至机器零部件的装配，在不改变组织状态、保留冷作、热作或表面硬化的条件下，将工件加热至Ac1一下某一温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以消除内应力，减小变形以及开裂倾向的热处理，统称为去应力退火。表42CrMo加热和冷却的临界点Ac1Ac3Ms42CrMo730780360为了消除毛胚锻造应力，降低硬度以及改善切削加工性能，同时均匀组织，细化晶粒，为了后续加热处理做准备。（1）退火温度，选用680700，退火温度是将工件加热到Ac1以下3050，42CrMo临界温度点为730，一般采用热炉装料，加热过程中工件内温差较大，为了缩短工件在高温时的停留时间，一般加热温度稍高。（2）退火保温时间，保温时间与钢的化学成分、工件形状、尺寸、炉子类型、装炉量等多种因素有关，一般按每毫米厚度保温1.5-2.5min估算。主轴的直径为13mm，考虑加工余量5mm，因而其有效厚度为20mm，保温时间为1.5h左右。6.2调制工艺的制定（1）加热温度，亚共析钢淬火加热温度为Ac3+30-50，综合考虑淬火加热温度应选用850。（2）淬火加热时间，应包括工件整个截面加热到预定淬火温度，并使之在该温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需的时间。常用经验公式为：=·k·D式中加热时间，min；加热时间系数，min/mm；k装炉量修正系数；D工件有效厚度，mm。对于管型工件的有效厚度，当高度/壁厚1.5时，可按1.5壁厚计算，图中最大壁厚为16mm，考虑到圆锥部位的壁厚稍大一些，因而取最大壁厚为20mm。工件的有效厚度D=50mm,加热系数和装炉修正系数k分别见表3和表4，对于42CrMo，=1.0，k=1.0，则=1.0×1.0×50=50min,考虑到透热之后，还需要5-15min的组织转变时间，因而我选择1.5h的保温时间。表3常用钢的加热系数（min/mm）2工件材料直径/mm<600气体介质炉中预热750-850盐浴炉中加热或预热800-900气体介质炉中加热1100-1300盐浴炉中加热碳素钢50>500.3-0.40.4-0.51.0-0.21.2-1.5低合金钢50>500.45-0.50.5-0.551.2-1.51.5-1.8高合金钢高速钢0.35-0.400.3-0.350.3-0.350.65-0.850.17-0.20.16-0.18工件装炉方式修正系数K工件装炉方式修正系数K1.01.01.01.42.04.00.5d1.40.5d2.22d1.31d2.0表4工件装炉修正系数5