毕业设计（论文）-60Si2Mn机车减震板簧热处理工艺设计.doc

攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目：60si2mn机车减震板簧热处理工艺设计学生姓名： x x x 学 号： xxxxxxxxxxx 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 20xx级材料成型及控制工程 班 级： 材料成型及控制工程 指 导 教 师： x x x 职称： 讲 师 2012年12月28日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目60si2mn机车减震板簧热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计60si2mn机车减震板簧热处理生产工艺，主要目的：（1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容：进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。要求：（1）分析生产加工及热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（2）提交设计说明书（或设计报告），35千字，提交设计说明书。3、主要参考文献1 崔明择主编.工程材料及其热处理m. 北京：机械工业出版社，2009.7.2崔忠析主编.金属学与热处理（第二版）m. 北京：机械工业出版社，2007.53王建安. 金属学与热处理m. 北京：机械工业出版社，19804 中国机械工程学会.热处理手册m. 北京：机械工业出版社，2006.75 范逸明.简明金属热处理工手册m.北京：国防工业出版社，2006.34、课程设计工作进度计划第16周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。 第17周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日攀枝花学院本科课程设计（论文） 摘要摘 要 本课设计了60si2mn机车减震板簧热处理工艺设计。提出了60si2mn钢机车板簧的最佳淬火温度。试验表明，适当提高淬火温度至910左右，淬火后得到板条马氏体，有利于获得强度、塑性、韧性以及断裂韧性兼优的综合力学性能。经420回火，保持较高的强度和韧性，满足汽车板簧小能量多冲和疲劳载荷的服役状态，具有较高的疲劳寿命等使用性能。关键词：60si2mn；板簧；热处理艺；力学性能攀枝花学院本科课程设计（论文） 目录目 录摘 要1、设计任务11.1设计任务11.2设计的技术要求12、设计方案22.1 变速箱设计的分析22.1.1工作条件22.1.2失效形式22.1.3性能要求22.2钢种材料33、设计说明43.1加工工艺流程43.2具体热处理工艺43.2.1预备热处理工艺53.2.2机械加工53.2.3奥氏体化53.2.4正火64、分析与讨论85、结束语96、热处理工艺卡片10参 考 文 献11攀枝花学院本科课程设计（论文） 1 设计任务1 设计任务1.1设计任务60si2mn机车减震板簧热处理工艺设计1.2设计的技术要求60si2mn弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢，强度、弹性和淬透性较55si2mn稍高。60si2mn弹簧钢适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250 以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧以及汽车减震系统等。60si2mn热处理方法有等温回火和分级淬火、亚温淬火及高温回火、形变热处理的工艺方法。使用该方法能有效地提高60si2mn弹簧钢的强韧性和使用寿命。60si2mn属于弹簧钢,适宜制作汽车钢板弹簧。1攀枝花学院本科课程设计（论文） 2 设计方案2 设计方案2.1板簧设计的分析2.1.1工作条件机车板簧是机车悬架系统中最传统的弹性元件，由于其可靠性好、结构简单、制造工艺流程短、成本低而且结构能大大简化等优点，从而得到广泛的应用。机车板簧系统中除了起缓冲作用而外，当它在机车纵向安置，并且一端与车架作固定铰链连接时，即可担负起传递所有各向的力和力矩，以及决定车轮运动的轨迹，起导向的作用，因此就没有必要设置其它的导向机构，另外机车板簧是多片叠加而成，当载荷作用下变形时，各片有相对的滑动而产生摩擦，产生一定的阻力，促使车身的振动衰减，因此采用此种结构可以不装减振器。2.1.2失效形式疲劳断裂是常见的失效形式。金属疲劳裂纹的形成主要是由于在交变载荷应力作用下(通常为拉应力),在金属表面产生不均匀的滑移,因此裂纹常产生在构件的表面,所以构件的表面状态对疲劳强度影响很大。表面质量包括表面残余应力和表面粗糙度。表面损伤如刀痕、凹坑、缺口等,这些缺陷处易产生应力集中,使疲劳强度下降。2.1.3性能要求机车板簧的主要功能是作为机车悬架系统的弹性元件，此外多片弹簧的片间摩擦又起作系统的阻尼作用，多数机车板簧通过卷耳和支座兼有导向作用。但就其基本的受力情况及结构特点，机车板簧具有以下两个基本特征：无论机车板簧以什么形式装在汽车上，它都是以梁的方式在工作，也就是说它的主要受力方向垂直于钢板弹簧长度。同时，由于受变形相对其长度很小，因此可以利用材料力学中有关小挠度梁的理论，即线性原理来进行分析计算。机车板簧装在汽车上所承受的弯矩，基本上是单向载荷，因而其弯曲应力也是单向应力。 60si2mn弹簧钢是应用广泛的硅锰弹簧钢，强度、弹性和淬透性较55si2mn稍高。60si2mn弹簧钢适于铁道车辆、汽车拖拉机工业上制作承受较大负荷的扁形弹簧或线径在30mm以下的螺旋弹簧、也适于制作工作温度在250 以下非腐蚀介质中的耐热弹簧以及承受交变负荷及在高应力下工作的大型重要卷制弹簧以及汽车减震系统等。00060si2mn钢力学性能：抗拉强度 b (mpa)：1274(130)，屈服强度 s (mpa)：1176(120)，伸长率 5/（%）：5，断面收缩率 /（%）：25。2.2钢种材料60si2mn弹簧钢钢的s，p杂质含量比普通碳素结构钢要低些，一般在0.035%（质量分数）以下。弹簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能（特别是弹性极限、强度极限、屈强比）、抗弹减性能（即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能）、疲劳性能、淬透性、物理化学性能（耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等）。为了满足上述性能要求，弹簧钢具有优良的冶金质量（高的纯洁度和均匀性）、良好的表面质量（严格控制表面缺陷和脱碳）、精确的外形和尺寸。3攀枝花学院本科课程设计（论文） 3 设计说明3 设计说明3.1加工工艺流程60si2mn机车减震板簧热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 下料锻造均匀化退火正火机械加工平磨硬度测试组装。60si2mn钢属于弹簧钢，其成分1如下表3.1.表3.1 a钢的化学成分（质量分数，%）cmnpscrnicusi0.570.650.600.900.0350.0350.350.350.251.502.00成分分析：mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。mn和fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(s/b),以及疲劳强度和疲劳比(-1/b)等。 硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。3.2具体热处理60si2mn钢的热处理包括等温回火和分级淬火、亚温淬火及高温回火、形变热处理的工艺方法。使用该方法能有效地提高60si2mn弹簧钢的强韧性和使用寿命。60si2mn钢的热处理工艺分析：由于60si2mn钢的含碳量较低，对于机车板簧60si2mn钢的最重要的就是提高其强度。球化退火：采用850加热、油冷淬火、短时间等温球化工艺（790度加热25min，急冷到680度保温1h，炉冷到500出炉），可获得理想的球化组织。在150160之间回火性能得到最佳的配合，注意必须避开300左右的回火脆性区。要求有较高韧性的工模具、要求尺寸稳定性好的量具，回火温度可以提高到250左右，硬度为5560hrc，有较好的韧性。43.2.1预备热处理工艺均匀化退火是将钢加热到略低于固相线温度（ac3或acm以上150-300），长时间保温（10-15h），然后随炉冷却，以使钢的化学成分和组织均匀化。均匀化退火能耗高，易使晶粒粗大。为细化晶粒，均匀化退火后应进行完全退火或正火。这种工艺主要用于质量要求高或偏析较严重的合金钢铸锭、铸件或锻坯。退火的目的是：产生晶内偏析(又称枝晶偏析，即-个晶粒内部化学成分的不均匀)，降低铸锭或铸件的性能。合金中的元素进行固态扩散，可以消除或减轻晶内偏析，从而改善铸锭或铸件的性能。3.2.2机械加工由于我们专业并不怎么涉及机加工方面的知识，因此此处只能说明其在车床上进行加工。3.2.3奥氏体化将钢加热至临界点以上使形成奥氏体的金属热处理过程。图1 60si2mn的连续加热奥氏体化曲线53.2.4正火正火是将工件加热至ac3或acm以上4060，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。正火的目的: 目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力，降低材料的硬度。正火工艺示范图：图2 加热温度范围 温度acgacl时间图3 工艺曲线63.2.5质量检验经过上述各种热处理后60si2mn钢的韧性、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提升。7攀枝花学院本科课程设计（论文） 4 分析与讨论4 分析与讨论 60si2mn机车减震板簧的热处理工艺设计已经在前面展示，单就其性能以及热处理的过程想必是没多大问题，若放入实际生产中有很多不可预知的问题，因此，不能纸上谈兵须得到工厂或者实验室中反复的通过实验数据进行分析，然后在得出最重要的结论用于实践中，从而在生产中减低成本、提高效率并且减少工时，降低能源消耗。工艺缺陷以及防止措施：退火和正火由于加热或冷却不当，会出现一些与预期目的相反的组织，造成缺陷。过烧：由于加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。黑脆：碳素工具钢或低合金工具钢在退火后，有时发现硬度虽然很低，但脆性却很大，一折即断，断口呈灰黑色，所以叫“黑脆”。粗大魏氏组织：退火或正火钢中出现粗大魏氏组织的主要原因是由于加热温度过高所造成的。可以采用前述的双重正火来消除。反常组织：其组织特征是在亚共析钢中，在先共析铁素体晶界上有粗大的渗碳体存在，珠光体片间距也很大。出现这种组织时应进行重新退火消除。网状组织：网状组织主要是由于加热温度过高，冷却速度过慢所引起的。网状组织一般采取重新正火的办法来消除。球化不均匀：消除方法是进行正火和一次球化退火。8攀枝花学院本科课程设计（论文） 5 结束语5 结束语 这次60si2mn机车减震板簧的热处理工艺设计的完成，让我不仅通过自己的努力大致了解了60si2mn钢制造机车减震板簧的制作流程，还学会了把自己书本上学到的知识运用到实际物体上去。前段时间在没有认真学习金属学时，我觉得这个课程设计很难很难，但现在经过我对金属学的充分认识，我重新把这套支撑辊的设计完成了一遍，也从中发现了很多原作者的问题，使我从中吸取了精华部分。金属学都是理论上的成型工艺，在实际生产中肯定还有许多细节问题需要我们去解决和改进。在这次的课程设计中，发挥出了自己单独设计60si2mn机车减震板簧的热处理工艺设计能力和综合运用书本知识，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，尤其是热处理加工工艺，是自己很有成就感。同时各科相关的课程都有了全面的复习与运用，独立思考的能力也有所提高，更为重要的是：在这次