毕业设计（论文）-50crva气缸涨圈热处理工艺设计

1攀枝花学院学生课程设计（论文）题目50CRVA气缸涨圈热处理工艺设计学生姓名XXX学号201111102XXX所在学院材料工程学院专业20XX级材料成型及控制工程班方向铸造方向指导教师XXX职称讲师2013年12月15日攀枝花学院教务处制2攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目A钢棒热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计65MN割草机刀片热处理工艺设计，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，200972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，200753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，200675范逸明简明金属热处理工手册M北京国防工业出版社，200634、课程设计工作进度计划第18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19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。3攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目50CRVA钢棒热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计65MN割草机刀片热处理工艺设计，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，200972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，200753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，200675范逸明简明金属热处理工手册M北京国防工业出版社，200634、课程设计工作进度计划第18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19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。4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。工作表现2003课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。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。能力水平3508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。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。成果质量4511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5摘要本课程设计了50CRVA气缸涨圈热的热处理工艺设计。主要包括锻造、预备热处理球化退火、淬火、等温回火等过程。在不同阶段，根据需求不同选择恰当方式进行处理，可获得不同的性能要求。50CRVA气缸涨圈热属于高耐磨微变形弹簧钢，其特点是具有高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高抗弯强度，是冲模、冷镦模等的重要材料，但其韧度较差，对热加工工艺和热处理工艺要求较高，处理工艺不当，很容易造成模具的过早失效。为此如何合理的选择弹簧材料和正确确定热处理方法，以提高模具的使用寿命是生产中最为关心的问题，它直接关系到产品的质量及经济效益。关键词50CRVA钢，锻造，球化退火，淬火温回火6目录摘要1、设计任务611设计任务612设计的技术要求62、设计方案721A钢种设计的分析7211工作条件7212失效形式7213性能要求722钢种材料83、设计说明931加工工艺流程932具体热处理工艺9321锻造工艺10322预备热处理工艺11323淬火低温回火热处理工艺124、分析与讨论165、结束语176、热处理工艺卡片18参考文献191、设计任务711设计任务50CRVA钢棒热处理工艺。12设计的技术要求气缸涨圈用钢是用以制造各种使金属在常温下变形的模具用钢。气缸涨圈在工艺过程中要承受很大的压力、弯曲力、冲击及摩擦，而且，冷变形加工后的零件一般不再加工或很少加工因而模具要求有较高的尺寸精度。气缸涨圈的正常报废一般是刃口的磨损也有因冲击而断裂、崩刃和变形超差而提前报废。因此，气缸涨圈用钢应具有高的硬度、高的耐磨性、足够的强度和韧性、热处理变形小以及较高的淬透性1。50CRVA冷作模具钢，钢的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度均比CR12高。50CRVA钢用于制造截面较大、形状复杂、工作条件繁重下的各种冷冲模具和工具，如冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板深拉伸模、圆锯、标准工具和量规、螺纹滚模等。2、设计方案82150CRVA钢种设计的分析211工作条件50CRVA钢是我国最常用的弹簧钢之一，由于其具有硬度高、强度大、热处理时体积变形小等特点，故多用于高负荷、高精度、高寿命的冷变形模具。被广泛用来制造承受负荷大、生产批量大、耐磨性要求高，热处理变形量要求小和形状复杂的零件。212失效形式50CRVA钢气缸涨圈的主要失效形式有汽缸套异常磨损、穴蚀、发动机拉钢和活塞烧熔四种。（1）汽缸套异常磨损磨合不到位，提前投入使用。润滑不够好。（2）穴蚀高频振动，在冷却水中的气体或空气以气泡的形式分离出来。（3）发动机拉钢活塞环严重重积炭。4活塞烧熔活塞间隙过小，油膜过薄。213性能要求冷冲模具主要用于完成金属或非金属材料的冷态成型，包括冲裁模、弯曲模、拉深模、挤压模、镦锻模等3。（1）冲裁模工作部位是刃口，要求工作中刃口不易崩刃，不易变形，不易磨损和不易折断。（2）弯曲和拉深模用于板材料的成型，工作应力一般不打。拉深模要求工作面保持光洁，不易发生粘附磨损和擦伤；弯曲模初以上要求外，还要求有一定的抗断裂能力。（3）挤压模和镦锻模主要用于材料体成型，工作应力大，其中挤压模具应力更大。材料在型腔中剧烈变形同时产生热量，模具在反复应力和温度约300环境中工作。要求模具工作时不易变形，不易开裂，不易磨损。22钢种材料50CRVA钢具有良好的淬透性加钒能细化组织不易过热并可提高钢的强度韧性降低缺口敏感性。这种钢脱碳倾向小低温衝击韧性好在较高温度下工9作时性能也较稳定主要用於製造气门弹簧安全阀弹簧和在较高温度下工作的弹簧。力学性质抗拉强度BMPA1274130屈服强度SMPA1127115伸长率510断面收缩率40硬度热轧,321HB冷拉热处理,321H3、设计说明31加工工艺流程1050CRVA钢气缸涨圈的工艺流程下料锻造预备热处理球化退火机械加工淬火低温回火平磨线切割加工组装。成分5见表31。表31A的化学成分质量分数，CSIMNCRV045054017037050080080110010020成分分析高的含碳量可保证形成大量的合金碳化物，淬火加热时，一部分融入奥氏体中，提高其稳定性，同时也使马氏体中的合金元素含量增加，保证其硬度；而未溶的碳化物则起细化晶粒、提高韧性的作用并提高钢的耐磨性。CR是主要的合金元素，它使钢的淬透性大大增加，提高其回火稳定性，并产生二次硬化现象。铬与碳形成高硬度的碳化物，加热时未溶的碳化物可细化晶粒、提高钢的耐磨性的作用。V既能细化晶粒、提高韧性，又能形成高硬度的碳化物VC，进一步提高钢的耐磨性。32具体热处理工艺50CRVA冷模具钢的热处理包括初期的锻造和预先热处理，以减少碳化物的不均匀分布，为后续淬火、回火提供优良的原始组织。50CRVA钢的热处理工艺分析（1）弹簧钢原材料一般为锻环形材或棒材，其内容组织中碳化物呈沿晶界网状分布，这种组织如果不经过进一步的锻造加工，使用时裂纹容易沿晶界萌生并扩张，降低模具的承载能力，最终导致模具的早期崩裂。（2）通过锻造和随后的球化退火处理，形成均匀，细小，弥散分布的碳化物，改善模具内部的组织条件，尤其是碳化物分布，为最终热处理准备组织条件，避免局部的应力集中产生热处理开裂，同时有助于提高模具的寿命，解决断裂和龟裂问题。（3）A钢属于高碳高铬钢，含碳量和含铬量高，形成了大量的碳化物和高合金度的马氏体。使钢具有高硬度、高耐磨性。A钢中的钼增加钢的淬透性并且细化晶粒，钒能细化晶粒增加韧度。又能形成高硬度的VC，以进一步增加钢的耐磨陛。铬又使钢具有高的淬透性和回火稳定性。由于CR的大量存在，钢液结晶时析出的11大量共晶碳化物，硬度很高的铬铁复合碳化物FE，CR7C3，极为稳定，常规热处理无法细化。即使经压延后，在较大规格钢材中。仍保留明显的带状或网状碳化物，碳化物分布不均匀，而带状或网状碳化物区是一个脆性区，其塑性、韧度差，不能承受大的冲击力，裂纹很容易在这里萌生与扩展，往往成为裂纹产生的主要原因。较大的碳化物周围常常有空洞、位错等缺陷汇聚，在交变负荷的作用下，这些缺陷进一步聚集和扩展便可萌生疲劳裂纹。碳化物偏析严重，在碳和合金元素富集的区域，钢的熔点降低，易导致模具热处理时过热，使碳和合金元素在奥氏体中溶解度减少，降低淬火后的硬度，且导致碳合金元素富集区与贫乏区之间产生大的组织应力，从而增大模具热处理后的变形量。为了碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度，一般A使用时都需要进行锻造和预先热处理,以减少碳化物的不均匀分布,为后续淬火、回火提供优良的原始组织6。321锻造工艺1温度控制50CRVA钢导热性差，锻造温度较窄，加热速度不能太快，加热要均匀。一般锻造最好选择在单相区进行。较高的锻造温度易于塑性变形。但CRL2MOV钢共晶温度较低约L150，稍不注意就会发生过热和过烧。过低的开锻温度使得开停锻温度范围变窄，相应要增加变形火次。过低的终锻温度会产生加工硬化，产生内外裂纹。终锻温度如选在AAM线以上，则会在锻后的冷却过程中，沿着晶界析出二次网状渗碳体，这将使得锻件的力学性能大为下降。如选在AAM和A1线之间的温度区间锻造，由于塑性变形的机械破坏作用，可使析出的二次网状渗碳体呈弥散状。CRL2MOV的终锻温度应控制在AAM线以下、AL线以上50100。2锻造方法采用径向十字镦拔法。毛坯料沿轴向镦粗后，在横截面中两个互相垂直方向进行反复镦拔。适用于对金属纤维组织方向要求不严格的锻件的锻造。这种方法效果较理想，中心和边缘处碳化物偏析相差不大，没有明显的力学性能差异，且由于坯料与锤砧接触面经常改变，不致造成局部温度降低过多，断面产生裂纹的危险性大为减小1。A钢的锻造加热曲线如图31所示,12图31锻造加热曲线其锻造工艺如表32所示。表32A锻造工艺预热温度加热温度始锻温度终锻温度7508501050110010001050850900锻件终锻后应立即打标记并随炉缓冷炉膛温度700,严禁空冷或放置在潮湿的地面上冷却。为便于后续加工,锻件在冷却后,应在2432H内进行退火处理7,一般采用等温球化退火。322预备热处理工艺1球化退火锻造后最常用的预先热处理是球化退火,以便获得细小、均匀的球形碳化物分布。完全退火将使A钢形成网状碳化物,而且在最终的淬火、回火过程中仍能保持,这将使其脆性增加而不能使用。球化退火工艺8如图32所示。球化退火后的组织为索氏体型珠光体粒状碳化物,硬度为207255HB。13图32A钢球化退火工艺曲线2调质处理当锻件的碳化物偏析比较严重，常规球化退火工艺效果不理想时,可采用锻后调质处理，即锻后稍作停留或在精加工前增加一道调质工序，也可利用锻后余热直接进行球化退火或循环球化退火。调质处理后锻件能获得均匀细致的索氏体组织,不仅可保证工件最后淬火具有均匀的硬度,而且有利于淬火后减小工件的变形,增加工件的尺寸稳定性。A钢的调质处理工艺9见图33所示。图33A钢的调质处理工艺323机械加工对于弹簧切消加工最好安排在热处理淬火之前（除非模具过于复杂），目的在于避免机械加工过程中在表面形成的拉应力，导致模具疲劳性能的降低。线切割电脉冲加工为材料的熔化加工过程，加工后容易在模具表面形成熔化层和热影响层，降低模具表面的硬度，耐磨性，减小热处理表面形成的压应力而降低模具的热疲劳14性能，因此热处理后一般最好不再进行线切割电脉冲加工或者减小加工余量，或者采用加工后研磨，抛光的方式减小表面加工层的影响，以避免切削加工，尤其是线切割电脉冲加工对模具表面损伤而影响的模具寿命。324淬火低温回火热处理工艺150CRVA淬火热处理工艺淬火加热规范决定了奥氏体的实际晶粒度及碳化和合金元素的固溶度对马氏体的形态及回火的性能硬度、强度、塑性、回火稳定性、淬火回火时的体积变形都有显著的影响。当加热到AC1温度约810以上时。原始组织索氏体和碳化物转变为奥氏体和碳化物。随着加热温度升高，合金碳化物继续向奥氏体中溶解增加了奥氏体中C和CR的浓度，淬火马氏体的硬度增加，其耐磨性也越强，冲击韧度逐渐升高。A钢推荐的回火规范如表3310。表33A淬火规范表方案第一次预热/第二次预热/淬火温度/冷却硬度（HRC）介质介质温度介质中冷却随后550660840860950100010201040102010401115113011151130油油熔融硝盐油熔融硝盐206020604005502060400450至室温至油温510MIN至油温510MIN空冷空冷空冷空冷空冷58626263626342504250表34淬火状态的组织比例淬火方案冷却碳化物/马氏体/奥氏体/、油、硝盐1273682023注1方案、用于要求获得很高的力学性能及变形较小的工件，如螺纹滚子、搓丝板、形状复杂受冲击负荷的模具等；2方案、用于要求获得红硬性及耐磨性的工件，但力学性能较差，尺寸变形较大，如450以下工作的热冲模等；3A钢对脱碳很敏感，预热和加热用的盐浴必须经过充分的脱氧后再使用；若在普通电炉中加热可将工件装入箱内，填充以渗碳剂或生铁粉（这时工件可能有少许增碳现象，硬度可提高HRC12。15（1000油淬后回火）图34力学性能与回火温度的关系2A回火热处理工艺A钢目的是充分消除热处理的残留应力。调整组织和硬度。淬火后形成的马氏体属于高碳富铬的过饱和间隙固溶体，处于不稳定状态，回火时分解，析出碳化物，转变为回火马氏体，使材料基体组织硬度降低。残留奥氏体在回火过程中会分解，析出显微碳化物，在一定程度上弥补了马氏体回火转变造成的硬度降低。淬火后钢的硬度会随回火温度的变化呈现先降低后增加的趋势。A钢推荐的回火规范如表3510。表35A回火规范表回火方案淬火温度/用途加热温度/介质硬度HRC10201040消除应力去除应力，降低硬度去除应力，降低硬度150170200275400425油或硝盐61635759555711151130去除应力及形成二次硬化去除应力及形成二次硬化去除应力及形成二次硬化510520多次回火78冷处理加510520一次回火78冷处理加一次510520回火，再78冷处理60616061616216注1用方案回火的工件，需要保持高硬度及高耐磨性，其尺寸与淬火状态几乎无差别；2方案用于获得良好韧性的工件。325物理性能A钢属于高耐磨微变形弹簧钢，其特点是具有高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高抗弯强度，仅次于高速钢，是冲模、冷镦模等的重要材料，其消耗量在弹簧钢中居首位。174、分析与讨论50CRVA钢在980淬火（即低淬）加热时，碳化物的熔解少，基体的含碳量在05左右，CR在6，钼只有05，钒的碳化物熔解更少，分布在基体的碳化物量在15左右，而残余奥氏体只有20以下，淬火后的硬度HRC6062。由于基体的含碳量低，淬火后的基体韧性高。但压缩屈服强度未达高水平，低淬火温度一般只能取低温180200回火，适用于低负荷、高速度的冷冲模，低温回火后硬度HRC60，回火次数二次。50CRVA钢采用中淬火温度（10251030）（即正常淬火）提高了基体的碳浓度，合金碳化物也进一步熔解，硬度达最高值，同时残留奥氏体量也上升到近40。淬火硬度在HRC6263左右。中淬火温度淬火后可以在180200低温回火，获得最高的硬度和最佳的耐磨性，但韧性稍低，不能在重负荷的冷冲模中使用。在中淬火温度淬火后也可以在380400回火，但硬度将下降到HRC58左右，可获得最佳的强韧性配合并明显提高冷锻模的断裂抗力，但耐磨性下降。50CRVA钢超过1050以上温度淬火（即高淬）均属于高淬火温度淬火。随着淬火温度的升高，碳和合金元素及碳化物进一步熔入奥氏体，其碳和合金元素升高，奥氏体的稳定性升高，淬火后的残留奥氏体量也急剧上升到4060，甚至更高，由于残留奥氏体量增加，淬火硬度降低至HRC55左右。由于残留奥氏体增加和奥氏体稳定性增加，低温回火无法使奥氏体转变，只能用高温回火促使大量的奥氏体转变。提高其硬度（1150淬火，其淬火硬度可能降到HRC4550以下）出现二次硬化现象。高温回火（520540），一定要进行三次回火。另外，随着淬火温度的升高，钢中晶粒度迅速长大，1080晶粒度长至9级，1150甚至长至78级。淬火温度提高碳化物数量（体积分数）减少，所以韧性强度降低，耐磨性也有所降低，但红硬性提高。因此，只有要求高冲次，低负荷和红硬性时，才采用高淬高回工艺。高温回火后的硬度也可达到HRC62以上，应该指出，二次硬化的高温回火温度区向很窄，对50CRVA钢在520，A在540，超出此温度区向（往往只有5），硬度的波动较大。该钢虽然强度、硬度高，耐磨性好，但其韧度较差，对热加工工艺和热处理工艺要求较高，处理工艺不当，很容易造成模具的过早失效。故在选择热