1、佳木斯大学热处理工艺设计说明书热处理工艺设计说明书设计题目 轿车连杆 40Cr 的热处理学 院 材料科学与工程年 级 2008级专 业 金属材料工程学生姓名 段超学 号 200814010106指导教师 张代东 教授佳木斯大学佳木斯大学热处理工艺设计说明书目 录1 设计任务 .11.1 设计任务 .11.2 设计的技术要求 .12 热处理件零件图 .23 设计说明 .33.1 服役条件 .33.2 失效形式 .33.3 连杆的性能特点及材料选择 .33.4 调质钢 40CR 的化学成分 33.4.1 含碳量 .33.4.2 合金元素 .43.5 热处理工艺说明 .43.5.1 预备热处理 .4
2、3.5.2 调质处理 .44 设计方案 .54.1 正火 .54.2 调质处理 .55 质量检验 .76 热处理工艺卡片 .9参 考 文 献 .10佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页11 设计任务1.1 设计任务(1).培养学生综合运用所学的热处理知识去解决工程问题的能力，并使其所学的知识得到巩固和发展。(2).学习热处理工艺设计的一般方法、零件热处理的工艺流程、热处理设备的选用、装夹具设计、资料手册的查用、规范标准等，还有工艺设计中的细节问题。(3).进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图的绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。(4).学习制定热处理工艺的基本方法和处理操作，了解
3、热处理工艺对组织性能的影响。(5).重点设计连杆的热处理工艺流程。1.2 设计的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。b ： 6001200MPas ： 320800MPas / b : 5060% : 1020% ： 4050%布氏硬度：170320HB（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。佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页2佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页32 热处理件零
4、件图佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页43 设计说明3.1 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。3.2 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在连杆的三个高应力区域。3.3 连杆的性能特点及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；又要求具有足够的钢性和韧性。连杆加工工艺中其材料一般采取 45 钢，40
5、Cr 或 40MnB 等调质钢，合金钢虽具有很高强度，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 等提高钢的强度和韧性，增加淬透性。因此，轿车连杆可选用 40Cr 合金钢。3.4
6、调质钢 40Cr 的化学成分（1）碳含量：中碳 Wc：0.250.5%，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。佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页5（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。加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
7、 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 0.8%-1.2 的 W。3.5 热处理工艺说明（1）预备热处理调质钢经加加工后，必须经过热处理来降低硬度，便于切削加工，消除热加工造成的组织缺陷，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做准备，对于 40Cr 钢，可用正火或退火。 正火：指将钢材或钢件加热到 或 （钢的上临界点温度）以上， 3050 保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。 （2）调质处理淬火后加高温回火的热处理的方法，高温回火是指
8、在 500-650之间进行回火，调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度，塑性和韧性都较好，具有良好的机械性能。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。钢的回火指钢件经淬硬后，再加热到 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷 却
9、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。佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页64 设计方案在工艺路线中，预备热处理采用正火（或退火）改善锻造组织，细化晶粒，调整硬度，便于切削加工；为淬火做好准备。调质工艺采用 850加热，油淬，得到马氏体组织；然后在 620回火空冷。1.1 正火正火为调质处理做准备，图一为正火的工艺曲线图。将工件放入箱式正火炉中进行正火工艺。加热温度：Ac3+（
10、3050），由此确定加热温度为 850；保温时间：120min；冷却方式：空冷。1.2 调质处理（1）淬火工艺的制定图 2 为淬火工艺曲线图。工件进入调质线进行工艺处理，淬火加热温度：Ac3+（3050），由此确定加热温度为 850，保温时间：80min，冷却方式：油冷。佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页7（2）回火的制定下图为淬火加高温回火工艺曲线。高温回火温度为 500650，可选用加热温度为 620；保温时间为 60min；空冷。佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页85 质量检验(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
11、体及可能出现的魏氏组织，40Cr 正火后的组织如下图 5.调质处理其室温组织为回火索氏体，组织见图 6.图 6 40Cr 调质后的组织按技术要求及标准进行检查淬硬层的佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页9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
12、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。佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页102 热处理工艺卡片佳木斯大学制 处理要求：调质处理，使其达到技术要求热处理工艺卡零件名称：40Cr 连杆材料：40Cr40Cr 连杆的热处理工艺设计热处理技术要求：工序号名 称 设 备 工具装 料工 艺 规 范 冷 却 备 注工具数量工具装数量/件温度()加热时间(min)合计 介质温度()1 正火 箱式电阻炉1 1 850 120 空气常温2 淬火 调质线 1 1 850 80 油 常温3 回火 调质线 1 1 620 60 空气常温
13、设计者 日期 审校 日期杨健 11.12.11佳木斯大学热处理工艺设计说明书第 页11参 考 文 献1 刘国钧，陈绍业，王凤翥图书馆目录第 1 版北京：高等教育出版社，19572 傅承义，陈运泰，祁贵中地球物理学基础北京：科学出版社，1985, 4473 华罗庚，王元论一致分布与近似分析中国科学，1973, 4: 339-3574 张筑生微分半动力系统的不变集研究：博士学位论文，北京：数学系统学研究所，19835 Borko H, Bernier C L. Indexing concepts and methods. New York: Academic Press, 19786 Dudek M R, Gouyet J F, Kolb M. Q+1 state Potts model of late stage sintering. Surface Science, 1998, 401: 220226
