热处理工艺设计

50CrVA钢调速弹簧的

热解决工艺设计

1热解决工艺课程设计日勺意义

热解决工艺课程设计是高等工业学校金属材料_L程专业一次专业课设计练习，是热解

决原理与工艺课程R勺最后一种教学环节。其目的是：

(1)培养学生综合运用所学的热解决课程日勺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)学习热解决工艺没计日勺一般措施、热解决设备选用和装夹具设计等。

(3)进行热解决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、原则和规范。

2热解决课程设计的任务

①一般热解决工艺设计

②特殊热解决工艺设计

③制定热解决工艺参数

④选择热解决设备

⑤设计热解决工艺所需日勺挂具、装具或夹具

⑥分析热解决工序中材料的I组织和性能

⑦填写工艺卡片

350CrVA调速弹簧日勺技术规定及选材

3.1技术规定

5()CrVA钢喷油泵调速弹簧技术规定如下：

硬度：HRC46〜51

3.2零件图

喷油泵调速弹簧日勺零件如图3.1所示。

图3.1喷油泵调速弹簧

3.3材料的选择

3.3.1零件用途

喷油泵调速弹簧，运用弹簧日勺受力形变和恢复来调节气门的开合，从而调节喷

油泵的喷油速度与喷油量。

3.3.2工作条件

（1）喷油泵调速弹簧工作时，要承受高应力。

（2）喷油泵调速弹簧要承受高频率往复运动。

（3）喷油泵调速弹簧要在较高的温度下工作。

3.3.3性能规定

弹簧的性能规定为如下几种方面:

力学性能：由于弹簧是在弹性范畴内工作，不容许有永久变形。规定弹簧材

料有良好的微塑性变形能力，即弹性极限、屈服极限和屈强比要高。

理化性能方面：喷油泵调速弹簧的工况很复杂，要在较高的温度下长期工作,

因此规定弹簧材料有良好的耐热性，即有高H勺蠕变极限、蠕变速率较小和较低的

应力松弛率。

，艺性能方面：尺寸较小的弹簧热解决时变形大、难以校正和保证弹簧产品

质量，宜选用已强化的弹簧材料，冷成型后不经淬火、回火，只须进行低温退

火。这样更能保证大批量小弹簧口勺产品质量和成本低廉。

3.3.4材料选择

选用50CrVA钢热轧弹簧钢丝卷制。由于50CrVA钢中具有格可以提高淬透性并

且可减少便引起过热H勺敏感性，格熔于馀素体中使弹性极限提高。饥可以细化组

织，减少过热敏感性，提高钢的强度和冲击韧性。可用作特别重要日勺承受高应力

的多种尺寸日勺螺旋弗簧，也可也用作在300°C如下工作的I重要弹簧，如多种阀

门弹簧，喷油嘴弹簧。

3.3.550CrVA钢化学成分及合金元素作用

表3.150CrVA钢的化学成分⑴(GB/T3077-1990)3/%

CSiMnCrVNiPS

0.44-0.540.17~0.370.50-0.800.80-1.100.10-0.20<0.35WO.035WO030

50CrVA钢的化学成分示于表3.1

化学元素作用：

①C:保证形成碳化物所需要口勺碳和保证淬火马氏体可以获得的硬度

②Cr:提高钢日勺淬透性并有二次硬化作用，是刚在高温时仍具高强度和高硬

度，增长钢日勺耐磨性，增高钢的淬火温度。

③Si:能提高钢日勺淬透性和抗回火性，对钢日勺综合机械性能，还能增高淬

火温度，阻碍碳元素溶于钢中。

④Mn：能增长钢的强度和硬度,有脱氧及脱硫的功能（形成MnS）,避免热

脆，故Mn能改善钢的锻造性和韧性，可增进刚的硬化深度，减少钢的下临界点,

增长奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善机械性能。

⑤V：可以细化组织，减少过热敏感性，提高钢日勺强度和冲击韧性。

3.3.650CrVA钢热解决临界转变温度

50CrVA钢热解决日勺临界转变温度见表3.2

表3.250CrVA钢临界转变温度⑵

临界温度（近似值）（匕）

钢号

AcAC3Ari

50CrV740810688

3.3.650CrVA钢日勺淬透性曲线

相同淬火硬度的棒科直径/mm硬度部位淬火

97表面

28517497122147170距中心3R/4水淬

183141516171819199中心

204664768697表面

1325415161718191102距中心3R/4油淬

51525364351617169中心

H65

25

20

0369121518212427303336394245

至水微常物瞒/mm

图3.250CrVA钢日勺淬透性曲线

3.450CrVA钢调速弹簧加工制造工艺流程

50CrVA钢调速弹簧加二制造工艺流程如下:

钢材检查f回旋与调节f淬火f清洗f中温回火f校正f检查f法兰

450CrVA调速弹簧的热解决工艺

4.150CrVA钢的淬火工艺

4.1.1淬火目的

淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体转变，得到马氏体组织，然后配合以不

同温度日勺回火，提高弹簧的强度和弹性，获得所需的力学性能。

4.1.2热解决设备

选用RDM系列埋入式盐浴炉，盐浴炉参数见表4.1。

阐明：盐浴炉合用于中小型工件加热。加热速度快，温度均匀，中性介质,

不易氧化、脱碳；炉口敞开，便于吊挂，工件变形小。

装炉方式：40件/炉，用专用夹具，悬挂入炉。

表4.1RDM-100-13埋入式盐浴炉⑶

电源工作空间尺寸（mmX

型号额定功率额定温度

相数电压nun)

RMD-100-13100(KW)3380(V)1300℃450X350X560

4.1.3淬火温度

淬火温度：860±10℃

根据：加热温度t=Ac3+30〜50℃,

t=810+50=860℃故取860±10℃。

4.1.4加热方式

盐浴炉加热，温度均匀，加热速度快。

4.1.5加热介质

加热介质：50%NaCI+50%BaCI2

4.1.6保温时间

保温时间：5min

选定的根据：加热时间可按下列公式进行计算：t二aXKXD,式中t为加热时间

(min),K为反映装炉时日勺修正系数，可根据表4.3可得K取1.4,a为加热系

数min/mm,加热系数a可根据钢种与加热介质、加热温度，参数按照表4.2选用,

D为工件有效厚度(mm)可得廿aXKXD=0.75X1.4X3.2=3.36mino考虑到夹具

的随炉加热，因此，

取保温时间5min

表4.2工件加热系数a⑷

钢号退火、正火(箱式炉)____________________幽_______________

箱式炉盐炉

碳钢0.7〜0.8min/mm0.7~0.8min/mm20〜30s/mm

合金钢0.9〜1.Omin/mm0.9〜1.Omin/mm30〜45s/mm

高合金钢1.0^1.5min/mm预热Imin/mm预热30s/mm

加热45s/mm加热16s/mm

高速钢2〜3uin/mm2〜2.5miri/mm预热15〜30s/nur

加热8〜12s/mm

表4.3工件装炉修正系数K

工件装炉方式修壬系数

//e/////

1.0

//////////////

2.0

///////////////////

1.4

/////////////?////////////1.3

巍,

1.7

4.1.7冷却方式

由于50CrVA钢淬透性较好，冷却速度越大，则淬火内应力越大，淬火变形

也越大，工件容易变形开裂。使用冷却较为缓和的淬火介质，其热应力就相对较

小。因此选择油冷。

4.1.8淬火万式

80°C油冷，选用2号一般淬火油油淬

2号一般淬火油的冷却能力见表4.4

由于零件尺寸较小，油淬可以达到淬火临界冷却速度，并且油淬操作简朴，经

济，易于操作；淬火过程中Ms点已经进入对流阶段，低温区冷却能力远小于水,

可以减少工件应力的产生，减少由于内应力产生日勺变形和开裂。

表4.42号一般淬火油的冷却能力⑸

冷却介质特性温度特性时间800〜400℃冷却/s800〜300℃冷却/s

2号一般淬火油6332.253.154.55

4.1.9淬火后组织

马氏体+残存奥氏体

4.1.10淬火后硬度

淬火后组织为马氏体+残存奥氏体，具有较高的硬度，硬度可达50〜56HRC,

通过回火解决后可以满足零件的性能规定。

4.1.11淬火工艺曲线

淬火工艺曲线见图4.1

温

度860±10C

C、

5min

汩冷

时间t

H4.1淬火工艺曲线

4.250CrVA日勺中温回火工艺

4.2.1回火目的

中温回火，使钢获得最高的弹性极限。

4.2.2热解决设备

选用RX3系列950℃箱式电阻炉，电阻炉参数见表4.50

阐明：合用于中，小型工件成批量生产。可进行退火，淬火和高温及低温回

火等热解决操作。新型构造炉衬保温性好，炉衬变薄，重量减轻，有效日勺减少了

炉衬时散热和蓄热损失，减少了空载功率，缩短了空炉升温时间。

装炉方式：200件/炉，用专用夹具夹紧，用装具分层摆放

表4.5RX3-30-9Q950℃箱式电阻炉⑥

电源工作空间尺寸（mmX

型号额定功率额定温度

相数电压nun）

RX3-30-9Q30(KW)3380(V)950℃760X360X310

4.2.3回火温度

2000

1800

1600

1400-

1200-

1000-

800

600

400

图4.250CrVA材料力学性能于回火温度关系曲线

回火温度：480±10℃o

中温回火使钢获得最高的弹性极限，钢的弹性极限往往在回火温度为

200〜400℃之间时浮现极大值。在350〜500℃范畴内的中温回火就是运用这一

特性，碳素弹簧钢的I回火取此温度范畴的I下限，合金弹簧钢日勺回火取此温度范

畴日勺上限，由于合金元素提高了钢区I回火抗力。根据50CrVA材料力学性能于回

火温度关系曲线，为保证材料符合力学性能规定选择温度范畴为400〜500℃。

因此回火温度取480±10℃

4.2.4加热方式

用空气电阻炉采用到温加热方式，可以减少工件加热时间，回火后硬度下降

较小

4.2.5加热介质

加热介质：空气

4.2.6保温时间

根据表4.6保温时间约为35而必由于考虑到随炉加热的夹具和装具，故选

定保温时间为60mino

保温时间:60min

根据：参见表4.6

表46硅镒和错铀弹簧钢在回火温度为40c〜520°C时日勺保温口寸间⑶

材料直径/mmW1010〜1515〜2020〜2525〜42

保温时间/min25〜3530〜3540〜4550〜6070〜90

4.2.7冷却方式

出炉空冷。

4.2.8回火组织

回火屈氏体+很少量残存奥氏体

4.2.9硬度

硬度46〜51HRC

4.2.10回火工艺曲线

回火工艺曲线见图4.2

温

度

、

t

t

时间

曲线

工艺

2回火

图4.

线

工艺曲

热解决

总日勺

4.3

4.3

见图

曲线

工艺

决总

热解

回火

中温

淬火

线

艺曲

总工

解决

3热

图4.

检查

工艺的

热解决

4.4

设备

1实验

4.4.

计。

硬度

F洛式

HR-

①

间:

持时

力保

实验

0℃：

锥12

石圆

：金刚

类型

压头

00N；

：15

验力

：实

参数

重要

6-99s,可设立；测试硬度范畴20-70HRC。

②金相显微镜

4.4.2检查操作

①硬度的检查：选用三点用金刚石压头进行硬度测试，取三次测量

的平均值。

②金相组织检查：试样制备：选用试样横截面切取，夹具夹持进行抛光，50%

盐酸水溶液加热70℃左右进行腐蚀，用20%酒精进行清洗，再吹干。试样观测：

在金相显微镜下进行观测试样的金相组织，为回火屈氏体组织，符合工件热解

决组织规定。

5热解决工序中材料日勺组织及性能

5.1淬火工艺材料中的组织及性能

(1)正常加热冷去1：工件加热到860℃后珠光体转变为奥氏体，保温时组

织不变，晶粒细化，田炉油冷至室温时得到马氏体+残存奥氏体，具有较高的硬

度。

(2)加热温度局限性时，加热后组织为奥氏体+铁素体，室温后组织为马氏

体+铁素体，硬度局限性，塑性大。

(3)加热温度过高时：加热后组织为(粗大)奥氏体，室温后组织为(粗大)马

氏体，脆性太大，易断裂。

(4)冷却速度过大时，组织为马氏体，由于晶粒不均匀，性能较差，容易开裂

和变形。

⑸冷却速度局限性时，组织为马氏体+贝氏体。硬度和强度不高，塑性较大。

5.2回火工艺材料中的J组织及性能

(1)正常加热冷却：加热温度为时，则加热后组织为马氏体，回火保温足够

时间后组织为回火屈氏体，弹性性能很大提高，硬度和强度适中。

(2)加热温度局限性时，加热后组织为马氏体+碳化物(大量)，室温后组织为

回火马氏体。硬度偏高。

(3)加热温度过高时，得到由铁素体和弥散分布于其中日勺细粒状渗碳体构成的

回火索氏体组织。回火索氏体的塑性和韧性比较高，弹性局限性。

6常见缺陷及避免措施

50CrVA弹簧钢热解决营见缺陷及避免措施参照表6.1⑸

注：

1.操作规定严格执行热解决操作规范

2.热解决严格按照工艺执行

3.其他缺陷产生因素另行分析

表6.150CrVA弹簧钢热解决常见缺陷及避免措施

常见缺陷产生因素避免措施

1严格执行工艺，控制好淬火温度

1淬火温度过高，残留奥氏体和保温时间

硬度局限性，弹性低过多2.盐浴炉要充足及时脱氧，或采

2淬火加热表面脱碳用保护氛围、真空热解决

2.盐浴炉要充足及时脱氧，或采用

保护氛围、真空热解决

1.产生回火脆1用迅速冷却消除回火脆

脆性大

2.过热2.严格控制淬火温度和保温时间

1.用专用夹具进行定型回火

1•内应力大

变形2.延长回火时间

2.残存奥氏体过多

3多次回火

1.淬火加热速度过快

1.严格执行热解决工艺，严格控制

2.冷却过快，淬火介质K当

加热温度和保温时间，使用合适淬

淬火开裂3.加热温度过高，保温时间过

火介质

长

3.加热温度过高，保温时间过长

1.原材料脱碳超标1.严格原材料复检

表面脱碳或元素贫化

2.淬火加热的盐浴脱氧不充足2.盐浴炉充足及时脱氧

1.盐浴炉及时充足脱氧

1.盐浴炉脱氧不良，或带硝盐

2.及时清理残盐

表面腐蚀2.没有及时清理残盐

3.零件热解决前表面清洗干净

3.零件表面不干净

4.热解决后及时钝化和烘干

7.弹簧淬火及回火热解决夹具和装具

7.1