毕业设计（论文）-65Mn弹簧热处理工艺设计.doc

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1、攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 65Mn弹簧热处理工艺设计 学生姓名 ： X X 学 号： 20111110XXXX 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 20XX级材料成型及控制工程 班 级： 材料成型及控制工程 指导教师 ： X X X 职称： 讲 师 2013年12月13日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目65Mn弹簧热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计65Mn弹簧的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能力。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 ：（1）明确设计任务

2、（包括用途、服役条件及性能要求）（2）绘出热处理件零件图（3）给出设计方案（4）写出设计说明（5）设计质量检验项目（6）设计热处理工艺卡片（7）65Mn弹簧的热处理缺陷及预防或补救措施要求：（1）通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。（2）分析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。（3）提交设计说明书（报告），2千字以上。报告格式请参照“毕业论文（设计）”格式。3、主要参考文献1 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20052 中国机械工程学会热处理分会热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.3 张玉庭主编热处理技师手册机械工

3、业出版社2006第一版4 中国机械工程学会热处理学会热处理手册机械工业出版社2003第三版.4、课程设计工作进度计划第16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17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。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工作表现20%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

4、料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%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。08对计算或实验结果的分析能力（综

5、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。成果质量45%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。11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： 年月日攀枝花学院本科课程设计（论文） 摘要摘 要 本课设计了65Mn弹簧的热处理工艺设计。主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（完全退火）、渗碳、淬火+低温回火等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可

6、以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。65Mn弹簧钢，锰提高淬透性，12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。 关键词：Mn钢 低温回火 压缩实验攀枝花学院本科课程设计（论文） 目录目 录摘 要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、设计方案33.1 65Mn弹簧的热处理工艺设计分析33.1.1工作条件33.1.2失效形式33.1.3性能要求33.2钢种材料44、设计

7、说明54.1加工工艺流程54.2具体热处理工艺54.2.1预备热处理工艺64.2.2渗碳工艺74.2.3淬火+低温回火热处理工艺85、设计质量检验项目96、热处理缺陷及预防或补救措施107、分析与讨论 11 8、结束语129、热处理工艺卡片.13参 考 文 献14.攀枝花学院本科课程设计（论文） 1 设计任务1 设计任务1.1设计任务65Mn弹簧的热处理工艺设计1.2设计的技术要求 65Mn简介65Mn弹簧钢，锰提高淬透性，12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、

8、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。 特性及适用范围热处理及冷拔硬化后，强度较高，具有一定的韧性和塑性；在相同表面状态和完全淬透情况下，疲劳极限与合金弹簧相当。但淬透性差，主要用于较小尺寸的弹簧，如调压调速弹簧、测力弹簧、一般机械上的圆、方螺旋弹簧或拉成钢丝作小型机械上的弹簧。2 热处理件零件图1攀枝花学院本科课程设计（论文） 2 设计方案3 设计方案3.1 65Mn弹簧的热处理工艺设计分析 3.1.1工作条件由于是制造弹簧垫圈，因此其工作环境为受力较大的地方，其目的是为了分担共建所承受螺母的应力，所以弹簧一般耐磨性和硬度要求很高3.1.2失效形式由于弹簧的服役条件的复杂性和苛

9、刻性，其失效形式有多种多样，主要有断裂失效和应力松弛（变形）失效两大类。在断裂失效中又可分为脆性断裂和塑性断裂，其中突发性的脆性断裂的危害性最大。在断裂失效中又可分为脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂及疲劳腐蚀断裂。此外还有氢脆、镉脆及黑脆等。其中疲劳断裂约占其断裂失效形式的80%到90%。在生产实践中可依据起断口特征来判断其断裂方式，可根据其受力条件来找到断裂源，分析其断裂的扩展速率。应力松弛（变形）失效是弹簧垫圈在工作过程中普遍存在的现象，但一般不被重视，而它对那些执行控制性元件中则是影响产品效率、灵敏度及可靠性的关键性零件。弹簧垫圈的早期失效对钢材的浪费相当严重、造成直接和间接的经济损失巨

10、大。所以弹簧的失效分析和预防是一项重要的技术任务3.1.3性能要求力学性能方面 由于弹簧是在弹性范围内工作，不允许产生永久性变形。弹性好坏可以用应变能或弹性比功表示，根据应力应变曲线可知，弹性应变能（比功）与材料的弹性极限的平方成正比，与弹性模量成反比。要求弹性应变能或比功较大，也就是要求弹簧材料有良好的微塑性变形抗力，即弹性极限、屈服极限和屈强比要高，所以弹簧钢一般属于高强度或超高强度钢。弹簧材料的种类和热处理工艺对上述性能影响很大。相对而言，它们对钢材的弹性模量的影响较小。为延长其使用寿命，它的第二相指点匀、细、圆、显微组织均匀、不耗脆性马氏体等。理化性能方面 弹簧的工作情况很复杂，有些是

11、在高温下长期工作的，因此要求其有良好的耐热性，即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。相反有些是在低温地带工作则要求材料要有较高的低温冲击韧度、低温的脆性转化温度，以免发生冷脆。 在腐蚀介质中工作的弹簧垫圈，其表层金属与腐蚀介质发生化学货电化学反应，弹簧表层巨匠被腐蚀，易造成腐蚀脆性断裂。特别是在交变应力作用下，材料的疲劳极限将显著降低，弹簧更易发生腐蚀疲劳断裂失效。所以必须具备良好的耐腐蚀能力。在高强度工作中，弹簧垫圈更易磨损消耗，所以要有更强的耐磨能力。工艺性能方面 对于要求淬火而其截面尺寸较大的弹簧，其钢材应有相应的淬透性、较小的过热敏感性和表面脱碳倾向小，才能保证弹簧表里组织

12、和性能的均匀性，在冷、热成形时要求材料有足够的塑性和良好的耐磨、抗压性能。3.2钢种材料65Mn钢具有较高的硬度,淬透性好,脱碳倾向少,价格低廉,切削性好等优点,但它有过热敏感性,易产生淬火裂纹,并有回火脆性。在65Mn中，锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化，一部分锰也溶于Fe3C中，形成合金渗碳体，锰还能增加珠光体相对量，并使它变细，从而提高钢的强度。锰能与S化合成为MnS，以减轻S的有害作用锰钢具有过热倾向。65Mn钢属于高碳钢，加上Mn与Si的联合作用，使其碳当量达0.8%以上。这就使65Mn钢具有极大的淬硬倾向，焊接性极差。3攀枝花学院本科课程设计（论文） 3 设计说

13、明4 设计说明4.1加工工艺流程65Mn弹簧的热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 备料轧制预备热处理机加工最终热处理（淬火+回火）打磨切削。 65Mn钢属于高碳钢，其成分1如下表3.1.表3.1 65Mn钢的化学成分（质量分数，%）CMnPSCrNiCuSi0.620.700.91.20.0350.0350.250.250.250.170.37成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强

14、化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(s/b),以及疲劳强度和疲劳比(-1/b)等。 硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。4.2具体热处理热处理流程：预热加热冷却检查硬度和金相组织低温回火检查硬度热处理后犁铧片的技术要求有： 淬火后得到的显微组织为马氏体；回火后得到的显微组织为回火马氏体；基体平面硬度为3548HRC，44.2.1预备热处理工艺退火是将偏离平衡状态的金属坯料或零件加热至较高温度，保持一定的时间后通常以相当缓慢的速度冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法

15、。退火的目的是：a消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。b消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷。c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。d细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做组织准备。e消除钢中的内应力，以防止变形与开裂5。Ac3Ac1图3.2 65Mn钢完全退火工艺曲线加热温度：Ac3+3050；加热速度：小于200/h；保温时间：2min/mm84.2.2渗碳工艺渗碳是将工件放入渗碳气氛中，并在900950的温度下加热、保温，使其表面层增碳的一种工艺操作。渗碳的目的在于使工件在继续经过相应热处理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部任保持一定的强度和较高的任性。固体渗碳工艺如图3.36所示。 90

16、0950 T 800850 h图3.3 65Mn钢的渗碳工艺曲线54.2.3淬火+低温回火热处理工艺淬火淬火是将钢加热至临界温度点Ac3或Ac1以上一定的度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。其目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能。钢的理想淬火冷却曲线如图3.47所示 Ac3 Ac1 A AP AB Ms图3.4低温回火回火是将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理操作。其目的在于：a.降低脆性，消除内应力。工件淬火后存在着很大的内应力和脆性，若不及时回火，零件会产

17、生变形或开裂。b.得到对工件所要求的力学性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，为了了获得对工件要求的性能，可以用回火温度调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性、强度和硬度。c.稳定工件尺寸。淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，这两种组织都是不稳定的，会自发地逐渐地发生组织转变，因而引起工件尺寸和形状的改变。通过回火，可以促使这些组织转变。达到较稳定状态，以便在以后的使用过程中不发生变形8。6攀枝花学院本科课程设计（论文） 4 分析与讨论回火规范如表3.2 9。 表3.5 65Mn回火规范表 方案 淬火温度 / 回 火用 途 加热温度/ 介质硬度HRC 820840 消除应力 去除应力，降低硬度去除应力

18、，降低硬度150170 200275 400425 油 6163 5759 5557 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 530550多次回火 -78冷处理加530550一次回火 -78冷处理加一次530550回火，再-78冷处理 6061 6061 61624.2.5力学性能抗拉强度b(MPa)：980(100)屈服强度s(MPa)：784(80)伸长率10(%)：8断面收缩率(%)：30硬度：热轧,302HB;冷拉+热处理,321HB5 质量检验项目质量检验是用一定的方法对产品进行测量，把测量值与标准值相比较，从而判定一批或一件产品是否合格的一系列活动。

19、质量检验是生产过程中的一个独立工序，它不仅要求检验出劣质产品而且还要求事前预防，进行生产过程控制，从而减少损失，提高生产的经济效益。质量检验包括以下内容：产品质量标准的宣传；产品制造质量的度量；比较质量结果与质量标准的符合程度，从而作出判断；合格产品的安排及不良产品的处理；数据记录；整理分析；提出预防方案；供决策者参考。 质量检验贯穿于原材料进厂、生产过程、产品出厂各道工序中。每个企业可根据企业的实际情况构成不同的工作系统。质量检验根据不同的方法进行分类：(1)按检验的工作性质分类，有外观、尺寸、可靠性等检验。(2)按工艺过程分类，有进厂、工序和入库等的检验。(3)按检验数量分类，有全数检验与

20、抽样调查等等。(4)按人员分类，有自检、互检、专检等。6 65Mn弹簧的热处理缺陷及预防或补救措施 热处理缺陷 通常工件的热处理缺陷可分为三大类。第一类热处理缺陷指淬火裂纹。淬火裂纹作为致命的热处理缺陷是不能修复的，淬火裂纹产生后，零件除报废外，没有其他的办法；第二类热处理缺陷一般是指淬火畸变。工件的热处理变形虽然可以在一定程度上控制和减小，但是不能够完全避免，挽救变形的方法主要有机械校正法和热处理校正法两类，而前者应用较为广泛；第三类热处理缺陷是指除淬火裂纹、淬火畸变之外的其他热处理缺陷，如氧化脱碳、加热不足、退火回火不充分、回火脆性、硬度不均匀等等，第三类热处理缺陷可通过热处理设备及热处理

21、工艺的改进加以避免，另外热处理生产中 一旦发现这类缺陷，也应及时采取有效措施加以补救。 热处理的补救措施 正有些不合格零件可以通过热处理方法进行补救,使其达到使用性能的要求,避免不必要的损失。几种用热处理补救不合格件的方法。 1.改进石墨化退火工艺,补救球墨铸铁件 牌号为QT5007的叉杆,从加工性能及使用性能上考虑,对其石墨化退火后的技术要求为:退火硬度147210HB;基体组织为5080珠光7 分析与讨论 65Mn弹簧热处理工艺设计热处理工艺设计已经在前面展示，单就其性能以及热处理的过程想必是没多大问题，若放入实际生产中有很多不可预知的问题，因此，不能纸上谈兵须得到工厂或者实验室中反复的通

22、过实验数据进行分析，然后在得出最重要的结论用于实践中，从而在生产中减低成本、提高效率并且减少工时，降低能源消耗。11攀枝花学院本科课程设计（论文） 5 结束语8 结束语 这次65Mn弹簧的热处理工艺设计的完成，让我不仅通过自己的努力大致了解了65Mn钢弹簧，还学会了把自己书本上学到的知识运用到实际物体上去。前段时间在没有认真学习金属学时，我觉得这个课程设计很难很难，但现在经过我对金属学的充分认识，我重新把这套支撑辊的设计完成了一遍，也从中发现了很多原作者的问题，使我从中吸取了精华部分。金属学都是理论上的成型工艺，在实际生产中肯定还有许多细节问题需要我们去解决和改进。在这次的课程设计中，发挥出了

23、自己单独设计65Mn弹簧热处理工艺设计能力和综合运用书本知识，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，尤其是热处理加工工艺，是自己很有成就感。同时各科相关的课程都有了全面的复习与运用，独立思考的能力也有所提高，更为重要的是：在这次65Mn弹簧热处理工艺设计中，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，进而加以弥补。12攀枝花学院本科课程设计（论文） 6 热处理工艺卡9 热处理工艺卡片零件名称：65Mn弹簧热处理工艺卡处理要求： 下料、锻造、预备热处理(完全退火)、机械加工、淬火+低温回火、平磨、组装热处理技术要求：恰当控制温度和时间硬度：196229HBW材料：65Mn钢工序号名称设 备工具装

24、 料工 艺 规 范冷 却备 注工具数量一工具装数量/件温度/加热时间保温时/h间合计介质温度/1锻造加热10001050-炉冷2完全退火7007505min2h2h油3渗碳9009505min2h2h渗碳气氛4淬火8208401h1-22-3h油5低温回火5305502h3-5678910更该日期更改单号更改标准更改者13攀枝花学院本科课程设计（论文） 参考文献参 考 文 献1 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20052 中国机械工程学会热处理分会热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.3 张玉庭主编热处理技师手册机械工业出版社2006第一版4 中国机械工程学会热处理学会热处理手册机械工业出版社2003第三版.14