紧固件的热处理工艺设计综合实验论文.doc

院 （系）： xxx 专 业： xxx 班 级： xxx 学 生： xxx 学 号： xxx 指导教师： xxx 2011年11月7西安工业大学综合实验论文紧固件的热处理工艺设计 摘 要紧固件在市场上也称为标准件，是将两个或两个以上的零件（或构件）紧固连接成为一见整体时所采用的一类机械零件的总称。在各种机械、设备、车辆、船舶、铁路、桥梁、建筑、结构、工具、仪器、仪表和用品等上面，都可以看到各式各样的紧固件。它的特点是品种规格繁多，性能用途各异，而且标准化、系列化、通用化的种度也极高。作为结构材料使用，它的性能在很高的层面上决定了产品的质量，因此其性能的提升具有重要的意义。本论文主要研究的是紧固件螺栓的热处理工艺。结果表明：无论紧固件的组织性能还是力学性能都与热处理工艺有关，紧固件性能的关键在于热处理工艺，热处理对紧固件的影响很大。通过热处理可以使紧固件获得良好的综合性能。关键词：紧固件，螺栓，热处理，45钢，调质，淬火，回火目 录第一章 前言11.1 紧固件的研究现状11.2 本课题内容概述11.2.1 课题研究的目的和意义11.2.2 课题的研究内容21.3 论文的组织结构2第二章 实验方案32.1 原材料的选择32.1.1 概述32.1.2 螺栓联接特点32.1.3 螺栓受载及主要损坏形式3 2.1.4 螺栓材料的性能要求42.1.5 材料的选用42.2 加热设备的选择52.2.1 热处理设备概论52.2.2 电阻炉的选择62.3 本课题的研究方案62.3.1 本课题研究过程总述62.3.2 实验设备72.3.3 实验材料72.3.4 实验步骤7第三章 热处理工艺73.1 原始组织73.2 45钢淬火83.3 45钢回火9第四章 实验结果分析104.1 金相组织分析依据104.2 45钢淬火组织分析114.3 45钢回火组织分析12第五章 结论12参考文献13致 谢14西安工业大学综合实验论文第一章 前 言紧固件是将两个或两个以上的零件（或构件）紧固连接成为一见整体时所采用的一类机械零件的总称。市场上也称为标准件。市场上也称为标准件。是作紧固连接用的一类机械零件,应用极为广泛。在各种机械、设备、车辆、船舶、铁路、桥梁、建筑、结构、工具、仪器、仪表和用品等上面，都可以看到各式各样的紧固件。它的特点是品种规格繁多，性能用途各异，而且标准化、系列化、通用化的种度也极高。因此也有人把已有国家标准的一类紧固件称为标准紧固件，或简称为标准件。紧固件主要包括：螺纹紧固件（或称螺纹连接件，如：螺栓、双头螺栓、螺钉、螺母、垫圈等）、铆钉、键、销钉紧固件是应用最广泛的机械基础件。随着我国2001年加入WTO并步入国际贸易大国的行列。我国紧固件产品大量出口到世界各国、世界各国的紧固件产品也不断涌入中国市场。紧固件作为我国进出口量较大的产品之一，实现与国际接轨，对推动中国紧固件企业走向世界，促进紧固件企业全面参与国际合作与竞争，都具用重要的显示意义和战略意义。紧固件的性能由材料决定，而材料的性能提升与热处理工艺息息相关，因此研究热处理工艺是必不可少的。1.1紧固件的研究现状随着我国制造业发展，紧固件产业作为制造业生产链上不可或缺的基础件。整体来看，我国紧固件生产专用设备与先进工业国的专用设备相比，无论是设备的制造精度，结构的先进程度，工艺的适用范围，构建的材质选择，制造和更新速度，计算机的应用等方面人有相当大的差距，高强度紧固件不仅要满足产品的力学性能，而且要满足装配的工艺要求，对生产装配过程中严格控制扭矩，螺栓严格控制摩擦系数保证轴向力这方面的研究还相当薄弱，任重而道远。1.2课题内容概述1.2.1 课题的研究目的和意义本课题主要研究紧固件螺栓热处理工艺的的设计，即为了达到工件所要求的性能，而采取正确的热处理工艺。常用的的热处理工艺主要有正火，退火，淬火，回火。同一种材料，经过不同的热处理工艺可以获得不同的性能和组织，且性能上会有较大的差别。本课题的目的在于了解各种热处理工艺的优缺点，最终根据材料确定一个最适合的热处理工艺。在了解热处理工艺的作用的前提下，利用其使原材料性能得到显著提升。这对于我国紧固件的改进有重要意义，在现代工业中的应用前景也是很明朗的。1.2.2 本课题研究的内容概述该课题主要内容是拟采用直径为8mm,长10mm的棒状45钢试样，进行热处理，然后打磨试样，观察金相组织。并结合硬度实验来获取45钢达到机械性能，物理性能，工艺性能等，从而得到最适宜的热处理工艺的目的。本文研究内容主要包括以下几个部分：（1）原材料的选择，主要是根据螺栓的性能要求选择合适的原材料。（2）观察原材料的组织，磨制金相，分析材料组织。（3）最终热处理工艺。主要从原材料的性能和相图出发确定热处理方法。（4）检验试样的性能，测试样的硬度。（5）观察热处理后的组织，磨制金相，分析组织结构。1.3论文的组织结构第一章 前言部分，介绍了课题的研究目的和意义，确定了课题的研究内容。第二章 试验方案。第三章 热处理工艺。第四章 实验结果分析。第五章 结论。- 16 -西安工业大学综合实验论文第二章 试验方案本试验的内容包括原材料选择、金相制样、热处理过程的试验方案和研究方法，以及试样的性能测试和组织分析手段。热处理过程是试验的关键步骤，直接影响到最终结果的好坏。主要包括以下几个部分：（1）原材料的选择，主要是根据螺栓的性能要求选择合适的原材料。（2）观察原材料的组织，磨制金相，分析材料组织。（3）最终热处理工艺。主要从原材料的性能和相图出发确定热处理方法。（4）检验试样的性能，测试样的硬度。（5）观察热处理后的组织，磨制金相，分析组织结构。2.1原材料的选择本试验主要研究紧固件的热处理工艺，但因为紧固件种类繁多，因此选择最常用的螺栓作为研究对象。2.1.1 概述选用联接件和联接件的材料是一项非常重要的工作，因为大多数机器的损坏，毛病都是出现在联接的地方，尤其是某些场合中，联接件往往起着非常重要的作用，如果联接件在机器运转中一旦遭到破坏，就会造成不堪设想的严重事故。所以对与设计和选用联接件（包括材料）既要经济，同时又要按照工作条件的要求，具有足够的强度、刚度及紧密性，不可忽视。2.1.2 螺栓联接的特点螺栓联接的特点是螺栓贯穿两个或两个以上被联接件的通孔，在其另一端拧上螺钉、母；这种联接由于无需在被联接件上切制螺纹，构造简单，装拆方便，而且他的使用不受被联接材料的限制，所以应用最广。按加工的不同，螺栓可分为粗制和精制两种；精制的用于重要的、装配精度高的、以及承受较大冲击，震动或变载荷的地方。按头部形状及用途的不同，又可分为：六角头螺栓、方头螺栓、沉头螺栓、半圆头螺栓、T型槽用螺栓、铰链用活节螺栓和地脚螺栓等多种形式，其中以六角头螺栓应用最为广泛。2.1.3 螺栓受载及主要损坏形式螺栓是螺纹紧固件中主要的受力零件，它在工作过程中受载情况和主要损坏形式，主要有以下三种类型：（1）受拉螺栓连接：这类螺栓在工作，中主要承受拉伸力（间或有弯曲应力），同时由于其形状上的特点（存在螺纹），零件内部往往存在应力集中倾向；故其损坏形式，在静载荷下多为螺纹部分的塑性变形和断裂，在变载荷作用下则多为螺杆部分的疲劳断裂（主要发生在有应力集中处的螺纹部分），如果螺纹精度低或联接经常装拆，则螺纹牙的滑扣现象也用可能发生。（2）受剪螺栓联接：这类螺栓在工作中主要承受剪切应力，并与被联接件孔壁互压，此外栓杆还承受一定的弯曲应力（但在个结合面切紧情况下可不考虑），联接的可能损坏形式有：螺栓被剪断，栓杆和孔壁中弱者被压溃，如螺栓兼做销轴并与孔壁相对滑动，则为弱者被磨损。（3）受拉、受剪螺栓联接：这种联接大多都是拧紧的，在拉伸力和剪切复合力的作用下，其可能发生的损坏形式是：螺栓在抗剪面处断裂，螺纹部分断裂以及栓杆和孔壁中的弱者被压溃。2.1.4 螺栓材料的性能要求综上所述，因此，对于普通标准螺栓来说，它对材料的性能要求是：（1）应该有足够强的抗拉强度、屈服强度和疲劳强度以及适当的硬度，以保证其在正常工作条件下。不致遭到破坏。（2）应该有良好的塑性和可切削加工性，以便于进行冷镦和切削加工。 对于重要的高强度螺栓，则要求材料应具有较高的抗拉强度、韧性和良好的淬透性、低的缺口敏感度以及较高的抗弯强度和疲劳强度，以免产生松弛现象和过早失效。对于高温螺纹紧固件，要求材料具有高的抗松弛型、足够的强度、低的缺口敏感度，一定的高温持久强度，小的蠕变脆化倾向和良好的抗氧化性。对于低温紧固件，当工作温度低于某一临界值时，材料本身的韧性便会急剧下降，极易产生脆断；所以，要求材料应有较好的低温脆性。对于在腐蚀介质中工作的螺纹紧固件，则要求材料应有良好的耐腐蚀性。2.1.5 材料的选用根据材料的性能要求选择合适的材料，现在制造螺栓常用的原材料主要有35钢、45钢、40Cr等。分别对它们进行分析：35钢：（1）化学成分：含碳量C%=0.320.40%，含硅量Si%=i0.170.37%，含锰量Mn%=0.500.80%，含磷量P%0.040%，含硫量S%0.04%。（2）主要特征：含碳量较高，已不适于渗碳，钢的硬度、强度均较高，且有较好的塑性，切削性好，焊接性中等，淬透性仍低，一般在正火或调质状态下使用；机械性能要求不高时也可以在热轧供应状态下使用。（3）用途：用作截面较小，受力较大的机械零件，如：螺钉、丝杆、拉杆、齿轮等，以及在自动机床上加工的紧固件，但不用作焊接件。（4）机械性能：抗拉强度b=540N/mm，屈服极限s=320N/mm，弯曲疲劳极限-1=220300N/mm，抗压疲劳极限-1I=170220N/mm。45钢：（1）化学成分：含碳量C%=0.420.50%，含硅量Si%=i0.170.37%，含锰量Mn%=0.500.80%，含磷量P%0.040%，含硫量S%0.04%。（2）主要特征：45钢是应用最广的一种钢，为高强度中碳钢。其特点是强度较高，塑性及韧性尚好，切削性优良，经调质处理后能获得较好的综合力学性能，无回火脆性；但焊接性能不还，淬透性较低，水淬是且有裂纹形成倾向。当直径较大时（6080mm），调质状态和正火状态的机械性能相近，因此，大截面零件常以正火作为最终热处理。（3）用途：一般在正火或调质，或高频表面淬火状态下使用，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件以及对心部强度要求不高的表面淬火件。一般不做焊接件，如需焊接，则焊接前需进行预热，焊后要进行消除焊接应力退火处理。（4）机械性能：抗拉强度b=610N/mm，屈服极限s=360N/mm，弯曲疲劳极限-1=250340N/mm，抗压疲劳极限-1I=190250N/mm。40Cr：（1）化学成分：含碳量C%=0.320.44%，含硅量Si%=0.170.37%，含铬量Cr%=0.801.10%。（2）用途：一种最常用的合金调质结构钢，用于制造承受中等负荷和中等速度工作条件下的机械零件，如汽车的转向节、后半轴及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等，也可经调质并高频表面淬火后用于制作具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆螺钉、进气阀等。也可经淬火，中温或低温回火，制造承受重负荷的零件，又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和要求低温韧性好的齿轮和轴。（3）机械性能：抗拉强度b=7501000N/mm，屈服极限s=650900 N/mm；疲劳极限：弯曲-1=320440N/mm，抗压-1I=240340N/mm。综合比较，最终选择45钢，因为45钢是工业生产中应用最广的一种钢，为高强度中碳钢。强度较高，塑性及韧性尚好，切削性优良，经调质处理后能获得较好的综合力学性能，无回火脆性。它的使用性能可以满足产品零件工作条件的要求，工艺性能适应产品零件的加工要求，且从经济角度考虑，45钢的成本较40Cr低。因此最终选择45钢作为原材料。2.2加热设备的选择2.2.1 热处理设备概论在机械制造过程中热处理占重要地位，它对保证产品质量，提高机器工作效能和延长机器使用寿命都起着重要的作用，任何一种热处理工艺，只有通过相应的设备才能实现。目前，热处理设备的种类已十分繁多，根据它们在热处理生产过程中所完成的任务，通常将热处理设备分为主要设备和辅助设备两大类。威力增加产量、提高质量和改善劳动条件，推行流水生产和自动化生产，又组合成了许多综合热处理设备热处理联合机。主要设备是完成主要热处理工序所用的设备，包括加热设备和冷却设备。这类设备对热处理效果和产品质量起到决定性的作用，两者之间又以加热设备为主要，包括各种热处理炉和加热设备。辅助设备是完成各种辅助工序及主要工序中的辅助动作所用的设备及各种工夹具。主要包括清洗设备、校正设备、起重运输设备、控制气氛设备及各种工夹具等。热处理炉是最主要的热处理设备。为了便于选择使用和分析比较，常依一下几种特征进行分类：（1）按热能来源分类：电阻炉、燃烧炉。（2）按工作温度分类：低温炉（650）、中温炉（6501000）、高温炉（1000）。（3）按炉膛介质分类：自然介质炉、浴炉、可控气氛炉、真空炉。（4）按作业规程分类：周期作业炉、连续作业炉。2.2.2 电阻炉的选择热处理电阻炉的基本工作原理，是电流通过电热元件是由于电流的热效应而产生热能，借辐射或对流作用，将热量传至加热工件表面，使工件加热。热处理电阻炉又可分为箱式电阻炉和井式电阻炉。热处理燃烧炉的基本工作原理：是通过燃料在燃烧室燃烧后，进入炉膛内，借辐射、对流或传导的作用加热工件。热处理燃烧炉可分为：固体燃烧炉、液体燃烧炉和气体燃烧炉。热处理电阻炉与燃料炉相比，具有结构简单、体积小、操作方便、炉温分布均匀以及温度控制准确等特点，在热处理生产上得到了十分广泛的应用。因此选用电阻炉，又因为加热小型零件，所以最终选用中温箱式电阻炉作为此次的热处理设备。2.3本课题的研究方案2.3.1 本课题研究过程总述该课题主要内容是拟采用直径为8mm,长10mm的棒状45钢试样，进行热处理，然后打磨试样，观察金相组织。并结合硬度实验来获取45钢达到机械性能，物理性能，工艺性能等，从而得到最适宜的热处理工艺的目的。2.3.2 实验设备中温箱式电阻炉、砂纸（粗细总共4种）、玻璃、砂轮机、抛光机、金相显微镜、吹风机、洛氏硬度机。2.3.3 实验材料8*10mm的45钢试样、油、4%的硝酸酒精溶液、三氧化二铬、细铁丝、无水乙醇。2.3.4 实验步骤（1）观察试样原组织。将试样在砂轮机上磨倒角，然后金相制样，观察金相，得到试样金相组织形貌图，测硬度。（2）将试样在840淬火，然后油冷。磨制金相，观察金相，得到试样金相组织形貌图，测硬度。（3）将淬火后的工件进行高温回火处理，金相制样，观察金相组织，得到试样金相组织形貌图，测硬度。第三章 热处理工艺 3.1 原始组织45钢试样的市场供应状态为热轧状态，就相当于45钢的正火处理。将该试样在砂轮机和砂纸上进行打磨，根据砂纸粒度的不同从粗到细依次打磨，打磨的时候用力要均匀，换砂纸的标准是试样上的划痕全为一个方向，试样在砂纸上打磨好后，在抛光机上抛光，抛光完成后用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，观察组织。所得到的室温金相组织形貌图如图2-1所示。图2-1试样：45钢状态：正火状态放大倍数：500倍腐蚀剂：4%硝酸酒精组织：铁素体+珠光体硬度：13HRC说明：白色块状物为铁素体，黑色的层片状组织为珠光体3.2 45钢的淬火钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。钢的淬火是热处理工艺中最重要的也是再广泛的工序。淬火可以大幅度提高钢的强度与硬度，淬火后为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度与韧度的配合，需要配以不同温度的回火，所以淬火和回火是不可分割的、紧密联系的两种热处理工艺。下面主要讨论钢的淬火情况：淬火温度：45钢为亚共析钢，淬火温度应该为Ac3+（3050），最终取加热温度为840。淬火加热时间：根据淬火加热时间经验公式可得=*D（单位为分钟）。为加热系数，试样为碳钢，在800900箱式炉中加热，直径小于50mm，所以取1.01.2。为装炉量修正系数，根据装炉量取1.0。D为工件的有效厚度，圆柱体试样的有效厚度取工件直径， 所以D取8mm。综上所述=*D=1.2*1.0*8=9.6分钟10分钟。淬火介质：冷却是淬火的关键工序，它关系到淬火质量的好坏，同时冷却也是淬火当中最容易出问题的的一道工序。淬火技术的高低，主要以冷却操作的优劣来体现。一般的淬火都需要快速冷却。快速冷却是为了防止过冷奥氏体在Ms点以上发生任何分解。根据连续冷却C曲线可知，过冷奥氏体在大约650400之间分解最快，因此，只需要在这一温度区间内快冷，而在这以上和以下的温度区间内，并不要求快冷。在Ms点以下反而希望冷却缓慢些，以防止淬火变形和开裂。所以，钢在淬火时，最理想的冷却方式，就是对冷却介质的要求。根据淬火介质的冷却特性，可分为两大类：第一类、各种水质淬火剂和油质淬火剂；冷却曲线是先慢后快又变慢。第二类、各种低温盐浴、碱浴、金属浴等；当工件淬入这类介质后，由于工件和介质间温差很大，很快达到最高的冷却速度，而随着温差的减小，冷却速度及迅速减小。由45钢的性能特征可知：45钢强度较高，塑性及韧性尚好，切削性优良，经调质处理后能获得较好的综合力学性能，无回火脆性；但焊接性能不还，淬透性较低，水淬是且有裂纹形成倾向。水淬和有淬相比：油的冷却能力比水小，但有的冷却特性比水好的多。所以最终选择油做淬火介质。淬火方式：钢的淬火方式有4种，单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等，选择单液淬火。将热处理炉加热到840，把试样放入炉中，保温10分钟，取出油淬。再对淬完火的试样，经打磨、抛光，并用4%的硝酸酒精腐蚀，观察组织。所得到的室温金相组织形貌图如图2-2所示。图2-2试样：45钢状态：840淬火状态放大倍数：500倍冷却介质：油腐蚀剂：4%硝酸酒精加热设备：中温箱式电阻炉组织：铁素体+托氏体+马氏体硬度：25HRC说明：白色块状物为铁素体，托氏体是极细珠光体，易侵蚀成黑色团絮状，以及灰白色块状马氏体。3.3 45钢的回火将淬火后的工件加热到低于（A1）临界温度的某一温度，保温一定时间，然后以适当的冷却方式冷至室温的工艺，即为回火。回火是紧接淬火的一道热处理工序。除某些特殊情况外，钢在淬火以后都要进行回火。回火决定着钢在使用状态的组织和性能，因此，回火是很关键的工序。回火不足还可以再次回火，但一旦回火过度，就使前功尽弃，必须重新淬火才可以。在生产中实际采用的回火有4种：低温回火（150250），得到回火马氏体组织，工件硬度高，耐磨性好，疲劳抗力大。多用于刃具、量具、冷冲模具、滚动轴承、精密偶件以及超高强度钢构件。中温回火（350500），得到回火屈氏体组织，屈强比（s/b）高，弹性好。多用于各种弹簧的热处理。高温回火（500650），得到回火索氏体组织，强度和韧性的综合性能高。多用于轴类、连杆、连接件等。调质处理即为淬火加高温回火。45钢是应用最广的一种钢，为高强度中碳钢。其特点是强度较高，塑性及韧性尚好，切削性优良，经调质处理后能获得较好的综合力学性能，无回火脆性。所以进行高温回火。回火温度：因为是调质处理（淬火+高温回火），所以选择高温回火，温度范围为500650之间，最终确定600回火。回火时间：根据回火保温时间参数表，回火类型为高温回火，加热炉为空气炉，工件有效厚度25mm，所以最终选择保温时间=50分钟。回火冷却：因为不用担心工件开裂，和第二类回火脆，所以选择空冷。将热处理炉加热到600，把试样放入炉中，保温50分钟，取出空冷。对试样打磨、抛光，并用4%的硝酸酒精腐蚀，观察组织。所得到的室温金相组织形貌图如图2-3所示。图2-3试样：45钢状态：600高温回火放大倍数：500倍冷却介质：空气加热设备：高温电阻炉腐蚀剂：4%硝酸酒精组织：回火索氏体硬度：20HRC说明：铁素体与粒状碳化物的混合物第四章 实验结果分析 我们知道随着45钢热处理方式的不同，热处理后的组织和性能具有很大的差异，现在我们主要分析热处理后组织性能。4.1 金相组织分析依据经过多年的发展，对于钢的热处理知识，我们研究的越来越深，从前人的研究成果中我们知道为使钢件经热处理后能获得所要求的组织和性能，大多数的热处理工艺都需要先将钢件加热至临界点以上，使之转变为奥氏体，及奥氏体化，然后再以一定的方式冷却使之转变为所需的组织。钢加热时形成的奥氏体组织形态对热处理后的组织和性能有很大的影响。因此加热转变是钢进行各种热处理的基础。珠光体是钢铁材料热处理过程中出现的另一种重要组织。珠光体转变发生在过冷奥氏体转变的高温区，又称为高温转变，属于扩散型相变。钢铁材料在退火和正火中都要求发生珠光体转变，而淬火时则力求避免发生珠光体转变。我们知道碳在钢铁中可以有四种形式存在：碳原子溶于Fe形成的固溶体，称为铁素体；碳原子溶于Fe形成的固溶体，称为奥氏体；碳原子与Fe原子形成的复杂结构的化合物Fe3C，称为渗碳体；或者是游离态的石墨，其中Fe3C是亚稳态，一定条件下会分解为铁和石墨。所以研究钢热处理后的组织将参照于Fe、Fe3C和C的分布情况相关的铁碳相图。如图3-1所示。 4.2 45钢淬火组织分析45钢的含碳量为C%=0.420.50%，从铁碳相图我们可以看出加热温度在750930之间时45钢会与GS线有交点，该点即为其临界点Ac3，从图中我们可以看出Ac3点的温度约为780。所以可知在840和930加热温度下45钢均完全奥氏体化，而加热温度在低于这个温度时，45钢当中还残存有相。这一点正好说明了图22中出现铁素体以及硬度不够的原因。图22为45钢840在中温箱式电阻炉加热后油淬得到的金相组织。按理论知识，应用这个热处理工艺得到的组织应该为托氏体+马氏体，可是出现了铁素体组织。淬火组织中出现铁素体组织的原因有两个：第一、淬火时，淬火介质的冷速不足；主要是淬火介质选择不合理，淬火介质油的冷却速度比较小，应该选用较大冷却速度的介质。冷却速度比油快的有水、盐水和碱水等。水、盐水、碱水三者相比较，盐水和碱水的冷却速度比水的高，但是碱水对工件有腐蚀，所以选择盐水，而盐水的浓度在10%时冷却能力最好，所以选择10%的盐水作为淬火介质。第二、淬火时加热温度不足。淬火时使用的加热炉是中温箱式电阻炉，主要靠辐射传热，且加热方式是到温入炉，在装入工件过程中，空气对流，炉内温度下降，使加热温度不足。所以加热温度应该取45钢淬火的上限，即加热温度升为860，保温10分钟。这样就可以消除块状铁素体，得到所需的性能。4.3 45钢回火组织分析45钢淬火后回火，得到的组织为回火索氏体，硬度达到要求，因此回火的工艺是合理的。第五章 结论热处理工艺对钢铁材料物理和化学性能有很大的影响，因此控制热处理工艺对钢铁材料性能的提升具有重大意义。在本次设计中我们通过不同的热处理方式来探讨热处理工艺对45钢组织和性能的影响。对实验结果分析得到以下规律：45钢热处理过程中加热温度和冷却速度的改变对其组织性能有很大的影响，加热速度不宜过高，也不能过低。温度过高容易使工件过烧，导致工件报废；而温度过低又达不到预期的目的。冷却速度对其组织性能的影响更大，冷却速度的改变直接引起其组织结构的改变，进而大幅度影响材料的性能。在经济全球化的今天，产品的更新换代速度，应经达到我们无法想象的地步，要想在竞争中占得先机，必须研发性能优越的原材料，原材料的质量是产品质量的基本保证。纵观整个世界，钢铁材料是应用最为广泛的。也是与国名经济联系最密切的，45钢是最重要的钢铁材料之一，所以研究与45钢性能相关的热处理工艺具有重大意义。通过热处理工艺的改进因其的产品质量的提升必将对中国乃至世界经济的发展做出相当重要的贡献。参考文献1 金属材料实用手册，彭福泉主编，机械工业出版社，1987年2金属学与热处理下册热加工专业用，河北工学院王健安主编，机械工业出版社，1980年3热处理手册第2版第二卷典型零件的热处理，中国机械工程学会热处理专业学会热处理手册编委会编，机械工业出版社，1991年4热处理设备及设计，热处理设备及设计编写组 山东人民出版社，1977年5金属热处理工艺学修订版，夏立芳编，哈尔滨工业大学出版社，2008年6热处理技师手册，张玉庭主编，机械工业出版社，2005年7简明金属热处理工手册，范逸明主编，国防工业出版社，2006年8使用钢铁热处理手册，蔡红主编，上海科技教育出版社，1996年致 谢本文是在刘建康老师悉心指导下完成的。在实验过程刘老师给予作者极大地帮助和关怀，使作者具备独立完成课题的知识和能力，在研究过程中，刘老师在选题、资料检索、方案论证等诸多方面对作者精心指导，使作者能够把理论和实践有机的结合起来，成功地完成了系统设计和论文撰写。在此谨向刘老师表示衷心的感谢和深深的敬意。在课题研究的过程中，作者得到许多老师、同学和朋友的帮助。在此，对这些指导和支持作者的老师、同学表示真挚的感谢。由于作者的学识和精力有限，论文中难免有不到之处，敬请各位老师提出批评和建议，在此一并表示感谢。标准件加工工艺为：热轧盘条-(冷拨)-球化(软化)退火-机械除鳞-酸洗-冷拨-冷锻成形-螺纹加工-热处理-检验一，钢材设计在紧固件制造中，正确选用紧固件材料是重要一环，因为紧固件的性能和其材料有着密切的关系。如材料选择不当或不正确，可能造成性能达不到要求，使用寿命缩短，甚至发生意外或加工困难，制造成本高等，因此紧固件材料的选用是非常重要的环节。冷镦钢是采用冷镦成型工艺生产的互换性较高的紧固件用钢。由于它是常温下利用金属塑性加工成型，每个零件的变形量很大，承受的变形速度也高，因此，对冷镦钢原料的性能要求十分严格。在长期生产实践和用户使用调研的基础上，结合GB/T6478-2001冷镦和冷挤压用钢技术条件GB/T699-1999优质碳素结构钢及目标JISG3507-1991冷镦钢用碳素钢盘条的特点，以8.8级，9.8级标准件螺钉的材料要求为例，各种化学元素的确定。C含量过高，冷成形性能将降低；太低则无法满足零件机械性能的要求，因此定为0.25%-0.55%。Mn能提高钢的渗透性，但添加过多则会强化基体组织而影响冷成形性能；在零件调质时有促进奥氏体晶粒长大的倾向，故在国际的基础上适当提高，定为0.45%-0.80%。Si能强化铁素体，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降定为Si小于等于0.30%。S.P.为杂质元素，它们的存在会沿晶界产生偏析，导致晶界脆化，损害钢材的机械性能，应尽可能降低，定为P小于等于0.030%，S小于等于0.035%。B.含硼量最大值均为0.005%，因为硼元素虽然具有显着提高钢材渗透性等作用，但同时会导致钢材脆性增加。含硼量过高，对标准件，螺钉和螺柱这类需要良好综合机械性能的工件是十分不利的。二，球化(软化)退火沉头螺钉，内六角圆柱头标准件采用冷镦工艺生产时，钢材的原始组织会直接影响着冷镦加工时的成形能力。冷镦过程中局部区域的塑性变形可达60%-80%，为此要求钢材必须具有良好的塑性。当钢材的化学成分一定时，金相组织就是决定塑性优劣的关键性因素，通常认为粗大片状珠光体不利于冷镦成形，而细小的球状珠光体可显着地提高钢材塑性变形的能力。对高强度紧固件用量较多的中碳钢和中碳合金钢，在冷镦前进行球化(软化)退火，以便获得均匀细致的球化珠光体，以更好地满足实际生产需要。对中碳钢盘条软化退火而言，其加热温度多选择在该钢材临界点上下保温，加热温度一般不能太高，否则会产生三次渗碳体沿晶界析出，造成冷镦开裂，而对于中碳合金钢的盘条采用等温球化退火，在AC1+(20-30%)加热后，炉冷到略低于Ar1，温度约700摄氏度等温一段时间，然后炉冷至500摄氏度左右出炉空冷。钢材的金相组织由粗变细，由片状变球状，冷镦开裂率将大大减少。3545ML35SWRCH35K钢软化退火温度一般区域为715-735摄氏度。三，剥壳除鳞冷镦钢盘条去除氧化铁板工序为剥亮，除鳞，有机械除鳞和化学酸洗两种方法。用机械除鳞取代盘条的化学酸洗工序，既提高了生产率，又减少了环境污染。此除鳞过程包括弯曲法(普遍使用带三角形凹槽的圆轮反覆弯曲盘条)，喷九法等，除鳞效果较好，但不能使残余铁鳞去净(氧化铁皮清除率为97%)，尤其是氧化铁皮粘附性很强时，因此，机械除鳞受铁皮厚度，结构和应力状态的影响，使用于低强度紧固件(小于等于6.8级)用的碳钢盘条。高强度紧固件(大于等于8.8级)用盘条在机械除鳞后，为除净所有的氧化铁皮，再经化学酸洗工序即复合除鳞。对低碳钢盘条而言，机械除鳞残留的铁皮容易造成粒拔模不均匀磨损。当粒拔模孔由于盘条钢丝摩擦外温时粘附上铁皮，使盘条钢丝表面产生纵向粒痕，盘条钢丝冷镦凸缘标准件或圆柱头螺钉时，头部出现微裂纹的原因，95%以上是钢丝表面在拉拔过程中产生的划痕所引起。因此，机械除鳞法不宜用来高速拉拔。四，拉拔工序有两个目的，一是改制原材料的尺寸；二是通过变形强化作用使紧固件获得基本的机械性能，对于中碳钢，中碳合金钢还有一个目的，即是使盘条控冷后得到的片状渗碳体在拉拔过程中尽可能的Crack，为随后的球化(软化)退火得到粒状渗碳体做好准备，然而，有些厂家为降低成本，任意减少拉拔道次，过大的减面率增加了盘条钢丝的加工硬化倾向，直接影响了盘条钢丝的冷镦性能。如果各道次的减面率分配不合适，也会使盘条钢丝在拉拔过程中产生扭转裂纹，这种沿钢丝纵向分布，周期一定的裂纹在钢丝冷镦过程中暴露。此外，拉拔过程中如润滑不好，也可造成冷拔盘条钢丝有规律地出现横裂纹。盘条钢丝出出粒丝模口上卷同时的切线方向与拉丝模不同心，会造成拉丝模单边孔型的磨损加剧，使内孔失圆，造成钢丝圆周方向的拉拔变形不均匀，使钢丝的圆度超差，在冷镦过程中钢丝横截面应力不均匀而影响冷镦合格率。盘条钢丝拉拔过程中，过大的部分减面率使钢丝的表面质量恶化，而过低的减面率却不利于片状渗碳体的破碎，难以获得尽可能多的粒状渗碳体，即渗碳体的球化率低，对钢丝的冷镦性能极为不利，采用拉拔方式生产的棒料和盘条钢丝，部分减面率直控制在10%-15%的范围内。五，冷锻成形通常，标准件头部的成形采用冷镦塑性加工，同切削加工相比，金属纤维(金属留线)沿产品形状呈连续状，中间无切断，因而提高了产品强度，特别是机械性能优良。冷镦成形工艺包括切料与成形，分单工位单击，双击冷镦和多工位自动冷镦。一台自动冷镦机分别在几个成型凹模里进行冲压，镦锻，挤压和缩径等多工位工艺。单工位或多工位自动冷镦机使用的原始毛坯的加工特点是由材料尺寸长5-6米的棒料或重量为1900-2000KG的盘条钢丝的尺寸决定的，即加工工艺的特点在于冷镦成型不是采用预先切好的单件毛坯，而是采用自动冷镦机本身由棒料和盘条钢丝切取和镦粗的(必要时)毛坯。在挤压型腔之前，毛坯必须进行整形。通过整形可得到符合工艺要求的毛坯。在镦锻，缩径和正挤压之前，毛坯不需整形。毛坯切断后，送到镦粗整形工位。该工位可提高毛坯的质量，可使下一个工位的成型力降低15-17%，并能延长模具寿命，制造标准件可采用多次缩径。1.用半封闭切料工具切割毛坯，最简单的方法是采用套筒式切料工具；切口的角度不应大于3度；而当采用开口式切料工具时，切口的斜角可达5-7度。2.短尺寸毛坯在由上一个工位向下一个成型工位传递过程中，应能翻转180度，这样能发挥自动冷镦机的潜力，加工结构复杂的紧固件，提高零件精度。3.在各个成型工位上都应该装有冲头退料装置，凹模均应带有套筒式顶料装置。4.成型工位的数量(不包括切断工位)一般应达到3-4个工位(特殊情况下5个以上)。5.在有效使用期内，主滑块导轨和工艺部件的结构都能保证冲头和凹模的定位精度。6.在控制选料的挡板上必须安装终端限位开关，必须注意镦锻力的控制。在自动冷镦机上制造高强度紧固件所使用的冷拨盘条钢丝的不圆度应在直径公差范围内，而较为精密的紧固件，其钢丝的不圆度则应限制在1/2直径公差范围内，如果钢丝直径达不到规定的尺寸，则零件的镦粗部分或头部就会出现裂痕，或形成毛刺，如果直径小于工艺所要求的尺寸，则头部就会不完整，棱角或涨粗部分不清晰。冷镦成型所能达到的精度还同成型方法的选择和所采用的工序有关。此外，它还取决于所用的设备的结构特点，工艺特点及其状态，工模具精度，寿命和磨损程度。冷镦成型和挤压使用的高合金钢，硬质合金模具的工作表面粗糙度不应大Ra=0.2um,这类模具工作表面的粗糙度达到Ra=0.025-0.050um时，具有最高寿命。六，螺纹加工标准件螺纹一般采用冷加工，使一定直径范围内的螺纹坯料通过搓(滚)丝板(模)，由丝板(滚模)压力使螺纹成形。可获得螺纹部分的塑性流线不被切断，强度增加，精度高，质量均一的产品，因而被广泛采用。为了制出最终产品的螺纹外径，所需要的螺纹坯径是不同的，因为它受螺纹精度，材料有无镀层等因素限制。