40Cr连杆正火 调质热处理工艺设计

1、40Cr连杆正火-调质热处理工艺设计辽宁 /大学工艺课程设计（论文）题目：40Cr连杆正火-调质热处理工艺设计100208091院（系）：材料科学与工程学院专业班级:材料103董国建商剑学生姓名: 指导教师:起止时间:2013-7-1-2013-7-12辽宁 /大学课程设计（论文）任务及评语院（系）：材料科学与工程学院教研室：材料科学与工程教研室100208091学生姓名董国建专业班级材料103课程设计（论文）题 目40Cr连杆正火调质热处理工艺设计一、 课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行零 件的服役条件与失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺

2、设 计。阐述40Cr连杆正火调质热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具， 阐述连杆热处理质量检验项目、内容及要求；阐明连杆热处理常见缺陷的预防 及补救方法；给出所用参考文献。二、课设任务1.主动连杆材料的选择（要求在满足零件使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺 性，合理选择材料）；2.给出40Cr的C曲线；3.给出40Cr连杆冷热加工工艺流程图；4.制定40Cr连杆正火调质热处理工艺。三、 设计说明书要求设计说明书包括三部分：1）概述；2）工艺设计；3）热处理工艺卡；4）参 考文献。设计说明书结构见工艺设计模板。集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论1.5天，设计7天：1）概述0.5天,2）

3、服役条件与性能要求0.5天，3）失效形式、材料的选择0.5天，4）结构形状 与热处理工艺性0.5天，5）冷热加工工序安排0.5天，6）工艺流程图0.5天，7） 热处理工艺设计2天，8）工艺的理论基础、原则0.5天，9）设计工夹具0.5天,10）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，11）热处理质量分析0.5天，设计 验收1天。成绩:学生签字:指导教师签字:攀枝花学院课程设计说明书（论文）I4参考文献1连杆热处理工艺概述.2连杆的热处理工艺设计2.1连杆的服役条件和失效形式2.2连杆技术要求及示意图.2.3连杆材料选择2.4 40Cr的化学成分2.5 40Cr的C曲线2.5连杆的加工工艺流程图.

4、2.6 40Cr连杆的正火、调质热处理工艺2.7 40Cr连杆的正火、调质热处理工艺理论2.8 40Cr连杆热处理的设备、仪表和工夹具选择2.9 40Cr连杆的热处理质量检验项目、内容及要求112.10 40Cr连杆的热处理常见缺陷的预防及补救方法123热处理工艺卡133.1 40Cr连杆正火工艺卡133.2 40Cr连杆淬火工艺卡143.1 40Cr连杆回火工艺卡1511连杆热处理工艺概述汽车连杆是发动机中一个重要的连接零件，在工作时它承受冲击性的、周期变化的拉 应力和装配时的预应力，要求它具有足够的强度、冲击韧性和抗疲劳性能。度及淬透性均比尺寸在V 50mm经淬火和回火后， 易形成开裂，在

5、 而减弱，白点敏感性较大，所以锻后宜缓冷，冷变塑性中等，冷顶锻前最予以球化处理， 正火或调质后，可削性很好，正火后可削性也较好。40Cr屈服强40钢高，临界淬透直径：油中约为15-40 mm,水中约为28-60 mm。断面 时，油淬无自由铁素体析，故有较高的疲劳强度，当含水碳量下限时， 除能获得较高的强度外，还有良好的韧性，水淬时，形状复杂的零件容450-680mm回火时，有第二类回火脆性倾向，但可随着截面尺寸的减少22连杆的热处理工艺设计2.1连杆的服役条件和失效形式2.1.1服役条件(1)连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动合理的杆件。在发动机 工作过程中，连杆要承受膨胀气体的

6、作用，还要承受纵向和横向的惯性力。在一个复杂的 应力状态下工作。它既收交变的拉压应力，又受弯曲应力。因此连杆负载种类为疲劳冲击。(2)连杆受到的应力状态主要受拉应力和压应力。2.1.2失效形式连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个 高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的 钢性和韧性。2.2连杆技术要求及示意图2.2.1技术要求具有良好的综合力学性能，即高的强度，良好的塑性和韧性。(1)在力学方面，钢材经调质处理后，性能应能达到零件要求的性能指标。根据大 多数调质件对力学性能要求来看，其性能指标在如下范围内。也:600-

7、1200MPaos:320-800MPaos /b:50-60%S :10-20%W :40-50%布氏硬度：170-320HB(2)在工艺性能方面，除应具有良好的锻造性和切削加工性以外，最重要的是淬透 性，以尽量提高钢件的淬透性。3222连杆示意图图1为汽车连杆零件示意图。2.3连杆材料选择连杆的工作条件要求连杆具有较强的强度和抗疲劳性能， 性。连杆加工工艺中其材料一般采取45钢，40Cr或40MnB高强度，但对应力集中很敏感。所以，在连杆外形，过度圆角等方面需严格要求，还应注 意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能到达零件的工艺分析。钢的性能决定于钢的组织，而钢的组织又

8、与其淬透性有直接关系。实践证明，完全淬 透适当回火后，钢具有最好的综合力学性能。当零件完全淬透时，不论碳钢或合金钢，要 回火到相同硬度，其抗拉强度、屈服强度和疲劳强度也基本相同。对于调质钢来讲，加入 合金元素主要是为了提高钢件的淬透性，因此常加入合金元素有Mn，Si，Cr，Mo，B等flu u30302 2IQSB图1汽车连杆示意图又要求具有足够的钢性和韧 等调质钢，合金钢虽具有很算idid!珂0 0厲-+ - I.u.u KttaiKttai f f IZIZi iHftHft2S2S4提高钢的强度和韧性，增加淬透性。因此，连杆可选用40Cr合金钢。52.4 40Cr的化学成分(1)碳含量：

9、中碳Wc:0.25-0.5%，保证处理后具有足够的强度，良好的塑性和韧 性。碳含量太低，强度硬度不足；太高，塑性，韧性降低；为到达两者兼顾，取中碳范围。 一般碳素调质钢的淬透性低，含量偏上限；合金调质钢淬透性好，随着合金元素增加，含 碳量趋于下限。(2)合金元素：主加Cr，Ni，Mn，Si,Al等，提高淬透性，调质处理后有良好的 综合力学性能；辅加W，Mo元素，防止高温回火脆性，细化晶粒，提高回火稳定性。力卩 入放置第二类回火稳定的元素：含Ni，Cr，Mn的合金调质钢，高温回火慢冷是以长生第 二类回火脆性。在钢中加入Mo,W可以防止第二类回火脆性，其适合含量约为0.15%-0.30%Mo或0.

10、8%-1.2的W。2.5 40Cr的C曲线图2是40Cr的C曲线。800=800= * *sousou丈! I.HRBHRBM M豹HSCHSC?r272770(70(A AU6图2 40Cr的C曲线72.5连杆的加工工艺流程图连杆加工工艺流程图如图3所示。图3连杆加工工艺流程图2.6 40Cr连杆的正火、调质热处理工艺制造调质钢40Cr连杆采用的热处理工艺包括预备热处理的正火和最终热处理的调质 处理。2.6.1锻造工艺规范查阅热处理工艺规范数据手册可以找出40Cr钢工艺的加热温度、始锻温度冷却方式，本设计具体的锻造工艺参数如表1所示。表1 40Cr锻造工艺规范项目加热温度厂C开始温度/ C终

11、止温度/C冷却钢锭850-8701250-1350835-870缓冷钢坯800-8201200-1300835-840缓冷2.6.2正火工艺曲线正火为调质处理做准备，将工件放入箱式正火炉中进行正火。加热温度Ac3+(30-50)0。而40Cr材料的Ac3是820 E由此确定加热温度为850-870C。确定保温时 间为120min，冷却方式为空冷。图4为正火的工艺曲线图。8图4正火的工艺曲线图263调质工艺曲线(1)淬火工艺的制定工件进入调质线进行工艺处理，淬火加热温度Ac3+(30-50)C，而40Cr材料的Ac3是820C，由此确定加热温度为850-870C，确定保温时间80min，冷却方式

12、为油冷。 图5为淬火工艺曲线图。温度c9（2）回火的制定高温回火温度为500-650C，确定保温时间为60min;冷却方式为空冷。图6为高温 回火工艺曲线。图6高温回火工艺曲线温度/c温度c图5为淬火工艺曲线图102.7 40Cr连杆的正火、调质热处理工艺理论2.7.1正火工艺原理正火是指将钢材或钢件加热到Ac3或Accm以上30-50C，保持适当时间后，在静止 的空气中冷却的热处理的工艺。钢件在Ac3线以上正火处理，正火的目的是细化晶粒，减少组织中的带状程度并调整好硬度以便机械加工，经过正火后的钢材具有等轴状的细晶 粒，对珠光体钢也可以800C左右进行一次退火以代替正火，可得到同样的效果，既

13、细化 晶粒，同时又改善了切削加工性。正火的方法是将工件加热到一定温度下，保温后，在空 气中冷却。正火的目的与退火相似，由于在空气中冷却，冷却速度稍大，正火后得到的组 织比退火的更细硬度也高一些。与退火相比，正火生产周期短、生产率高，所以应尽量用 正火替代退火2.7.2调质工艺原理1、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。淬火的目的是使过11冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织。40Cr工件淬火后

14、应采用油冷，40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小。2、高温回火钢的回火指钢件经淬硬后，再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却 到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。 回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外， 并具有所需要的塑性和韧性等。40Cr的调质处理须高温回火，得到回火索氏体，具有良好综合机械性能。2.7.3喷丸喷丸强化是提高连杆抗疲劳性能的有效方法，该技术在国外早已得到广泛的应用，国 内一些军工企业和先进厂家也得到逐步采用，这种工艺方法设备简单，工艺易行，推广代

15、价不高，通过对毛坯（甚至成品）表面施压，达到消除零件的浅表缺陷，构筑表面强化层, 保存表面无应力状态，从而达到进一步挖掘材料的强度潜力，延长零件使用寿命的显著效 益。连杆锻件应进行强化喷丸，可以使材料表层产生剧烈的塑性变形，形成高密度的位错缠结，从而使表层强化。2.840Cr连杆热处理的设备、仪表和工夹具选择2.8.1设备1、设备的选择汽车半轴是细长的工件，在吊挂状态下加热可防止工件产生的变形、 井式电阻炉来加热工件。正火用炉：箱式电阻炉箱式电阻炉在热处理车间应用得最多，适用于中小型零件的热处理, 回火和固体渗碳等。低、中、高温箱式电阻炉，分别以电阻丝、硅碳棒、硅钼棒为发热元件，使用温度300

16、1700C。广泛应用于工农业生产和科研的各个领域。箱式电阻炉的主要缺点是冷炉升温，炉内温差较大，工件容易产生氧化和脱碳，操作 不方便，特别是大型箱式电阻炉，工人在操作时的劳动强度较大。图7为箱式电阻炉，此炉用于正火处理。晶体点阵发生畸变,弯曲，所以采用如退火、正火、12(2)中温井式电阻炉这种炉子主要供金属杆件加热，根据炉子大小及炉温均匀性要求不同，可将炉子分若 干加热区进行控制，炉盖可用砂封，水封或油封，一般中、小型炉采用杠杆升降机构。炉 衬用轻质粘土砖砌筑。该连杆选用此炉用于淬火。(3)低温井式电阻炉型号有RJJ24-6、RJJ36-6、RJJ75-6，其最高工作温度为650E，选一用于工

17、件回火。2.82仪表的选择(1)温度检测仪表a、膨胀式温度计玻璃液体温度计，测量范围100-800C，测量低温烘箱、碱浴、油浴、硝盐浴等的温度。b、热电偶可测0-2000C范围内各种气体或液体的温度， 热电偶应根据加热设备的类型、介质气 氛、测温范围和热处理工艺要求进行选择。c热电阻供200-500C范围内的各种气体温度测量与调节。图7箱式电阻炉a13d、半导体温度计（2）温度显示与调节仪表a、 动圈式温度指示调节仪；b、 电子自动化平衡式温度显示与调节仪表;C、力矩电机式温度指示调节仪；d、温度调节器。2.83热处理用工夹具、吊具零件在热处理过程中，根据零件的处形、尺寸、批量和所选用的加热炉

18、型号，需要各 种吊具和工夹具，以保证零件的加工热均匀，不至于变形、 加热半轴的井式电阻炉的炉膛很深，加热工件时需用吊具。 热处理吊具。图8热处理工夹具弯曲，并保证操作安全，由于 图8为热处理工夹具，图9为I14图9热处理吊具2.940Cr连杆的热处理质量检验项目、内容及要求（1）显微组织的检验正火是加热保温后在空气中冷却，真空冷却比炉冷快，珠光体转变温度低，因此，正 火后因为珠光体及可能出现的魏氏组织。按技术要求及标准进行检查淬硬层的显微组织， 残留奥氏体数目，有无反常组织，心部组织是否粗大及铁素体是否超出技术要求等。（2）外观形检查检查工件表面有无腐蚀或氧化皮。不得有裂纹及碰伤，表面不得有锈

19、蚀。（3）工件变形检查根据图样技术要求检查工件的挠曲变形，尺寸及几何形状的变化。（4）淬硬层深度检查感应加热淬火后应检查淬硬层深度，42CrMo淬硬层深度应在8mm左右。（5）硬度检查在淬火后检查包括淬硬层表面及心部硬度，一般洛氏硬度HRC标尺测量。40Cr钢在调质，感应淬火，低温回火后，表面硬度可达HRC50以上，心部硬度可达35-45。152.10 40Cr连杆的热处理常见缺陷的预防及补救方法表2 40Cr连杆零件的热处理常见缺陷的预防及补救方法40Cr连杆零件的热处理常见缺陷的预防及补救方法如表2所示。缺陷名称形成原因预防补救措施大块夹杂物冶炼不良加强原材料进厂检验折叠锻造不良加强锻件表面质量检验(1)、高温、锻造加热时控制加热时间或通保护气脱碳间过长氛，防止连杆在锻造热处理(2)、热处 理操作不当 加热温度低过程中脱碳硬度低或淬火冷却重新淬火速度慢淬火