38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件热处理工艺设计

辽宁工业大学工艺课程设计（论文）题目：38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件热处理工艺设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：起止时间：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：材料物理教研室学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目38CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件热处理工艺设计课程设计（论文）要求与任务一、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。完成工艺设计。阐述38CrMoAlA渗碳淬火、回火热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述主动锥齿轮热处理质量检验项目、内容及要求；阐明主动锥齿轮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.主动锥齿轮材料的选择（要求在满足工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38CrMoAlA的C曲线；3.给出38CrMoAlA压缩机活塞杆冷热加工工艺流程图；4.制定38CrMoAlA压缩机活塞杆正火-调质-渗氮-回火热处理工艺。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》。工作计划集中学习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）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。指导教师评语及成绩成绩：指导教师签字：年月日辽宁工业大学课程设计说明书（论文）I目录138CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件热处理工艺概述........................1238CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件的热处理工艺设计......................22.138CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件的服役条件、失效形式...........22.238CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件技术要求及零件示意图错误!未定义书签。2.3压缩机活塞杆零件的材料选择......................................32.4压缩机活塞杆零件38CrMoAlA钢的C曲线........................42.5压缩机活塞杆零件的加工工艺流程图...............................52.638CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件的正火-调质-氮化-回火热处理工艺62.738CrMoAlA钢压缩机活塞杆正火、调质、氮化、回火热处理理论..102.838CrMoAlA钢压缩机活塞杆热处理的设备、仪表和工夹具选择...152.9压缩机活塞杆零件的热处理质量检验项目、内容及要求...........182.10压缩机活塞杆零件的热处理常见缺陷的预防及补救方法错误!未定义书签。3热处理工艺卡..........................................................213.138CrMoAlA钢正火工艺卡.........................................213.238CrMoAlA钢调质工艺卡.........................错误!未定义书签。23.338CrMoAlA钢渗氮工艺卡.........................................233.438CrMoAlA钢回火工艺卡.........................................244参考文献...............................................................25辽宁工业大学课程设计说明书（论文）1138CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件热处理工艺概述活塞杆是支持活塞做功的连接部件，大部分应用在油缸、气缸运动执行部件中，是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。由于柱塞跳动过大、长时间的柱塞运动与填料之间的频繁摩擦、往复运动的交变应力等导致活塞杆的失效形式有断裂、磨损和疲劳。活塞杆常用材料为35、45、38Cr等钢材，粗加工后要调质处理，硬度可达230~285HBS,但耐磨性差，需进行高频淬火，必要时还需表面镀鉻，并对镀鉻层进行抛光，存在裂纹多、硬化硬度低、冲击韧性差等问题。通过对经典38CrMoAlA钢热处理工艺的分析，更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。根据压缩机活塞杆的工作条件，失效形式及性能要求，本设计选择的压缩机活塞杆材料为38CrMoAlA钢；在设计正火-调质-氮化-回火加高温回火热处理工艺中，本设计借鉴了《热处理工程师手册》，《钢的热处理》等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的38CrMoAlA钢满足热作模具钢的质量要求。通过对经典38CrMoAlA钢热处理工艺的分析，更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。辽宁工业大学课程设计说明书（论文）2238CrMoAlA钢压缩机活塞杆零件的热处理工艺设计2.138CrMoAlA钢压缩机活塞杆的服役条件、失效形式2.1.1服役条件活塞杆是支持活塞做功的连接部件，大部分应用在油缸、气缸运动执行部件中，是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。由于柱塞跳动过大、长时间的柱塞运动与填料之间的频繁摩擦、往复运动的交变应力等导致活塞杆的失效形式有断裂、磨损和疲劳。2.1.2失效形式1）断裂活塞杆断裂部位在活塞杆与十字头锁紧螺母旋合处的最末2~3道螺纹的根部。该处螺纹系锻造成形后采用滚压加工,螺纹直径为M95。活塞杆运行时间为2.5年。活塞杆在工作过程中主要承受交变的拉压载荷作用。2）磨损颗粒污染为活塞杆损坏最快的因素之一，虽然在导向套上装有防尘圈及密封件等，但也难免将尘埃、污物带入液压系统，引发活塞杆的磨损。3）腐蚀活塞杆在工作过程中活塞杆裸露在外直接和环境相接触，很易引发氧化，从而降低其使用寿命。2.238CrMoAlA钢压缩机活塞杆技术要求及零件示意图2.2.1技术要求1.具有高的接触疲劳极限；2.具有高的抗弯强度；3.具有高的耐磨性；4.具有足够的冲击韧性；5.具有高的传递精度和最小的工作响音2.2.2零件示意图辽宁工业大学课程设计说明书（论文）3图1压缩机活塞杆零件示意图2.3压缩机活塞杆的材料选择活塞杆常用材料为35、45、38Cr等钢材，粗加工后要调质处理，硬度可达230~285HBS,但耐磨性差，需进行高频淬火，必要时还需表面镀鉻，并对镀鉻层进行抛光，存在裂纹多、硬化硬度低、冲击韧性差等问题。经处理后的38CrMoAlA钢材料，能够达到：1、提高表面硬度和耐磨性，降低产生淬火裂纹的品质。表面硬度值达到HRC50以上，表面层深达1.5毫米以上。传统高频淬火表面硬度值仅在HRC45左右，表面形成的是淬火马氏体组织，经过低温回火使用;若采用空冷淬火，硬化层金相组织存在15%左右的铁素体，所以硬度低;若加热到1000℃一1020℃采用喷液冷却，加热温度高存在隐形淬火裂纹危险或是直接产生裂纹;而压缩空气进行表面淬火，可以避免隐形淬火裂纹或是直接裂纹的产生，并且可以把硬度提高到HRC50以上;由于提高了表面的硬化层硬度，因此也提高了耐磨性15%以上。2、采用580℃一590℃保温3一5小时空冷或炉冷的稳定化工艺，38CrMoAlA钢并没有明显的韧性下降趋势,稳定化工艺采用空冷或炉冷，一个重要的原因在于调质序时，本次采用960℃一980℃保温2~5小时淬火工艺，这一温度在2Cr13钢的亚温淬火区内,亚温淬火的一个明显特点即是提高各种钢的低温冲击韧性。亚温淬火后得到了少量游离铁素体+马氏体+弥散分布的极细小的残余奥氏体组织,P、Sn、Sb、As等有害杂质集中在铁素体晶内，而不能在原奥氏体晶界上析出，极细小的奥氏体使裂纹扩展变得困难，从而使2Cr13钢的冲击韧性没有明显降低,采用580℃一590℃保温3一5小时空冷或炉冷的稳定化工艺，充分消除了加工应力等各种应力，因此在高频或中频淬火时能保证工件的畸变量。3、对38CrMoAlA钢活塞杆采用亚温热处理技术后，工件韧性指标冲击功提高10%以上;由于采用了亚温淬火，产生了少量细小针状铁素体，分布于残余奥氏体晶粒内，这样，P、Sn、Sb、As等有害杂质集中在铁素体晶内，在奥氏体晶粒内部的细小针状辽宁工业大学课程设计说明书（论文）4铁素体和针状奥氏体相间分布形成“晶粒边界效应”，减弱了有害的促进脆性的杂质元素在原奥氏体晶界的分布，从而减低了脆性倾向,亚温淬火的温度较常规淬火温度低很多，这样就抑制了晶粒的长大，淬火后不能形成粗大的残余奥氏体晶粒，增加了晶界的表面积，界面能也就有了很大的提高，并且单位面积内的杂质含量也就自然降低;在脆断时，就需要很高的能量，脆性表现也就不明显。表138CrMoAlA钢的化学成分（GB/T1299—2000）W/%CSiMnCrSP0.35～0.420.20～0.450.30～0.601.35～1.65≤0.035≤0.0352.4压缩机活塞杆38CrMoAlA钢的C曲线通过查找《热处理手册》获得38CrMoAlA钢的C曲线如下图2，成分如下。图238CrMoAlA钢C曲线最上面一条水平虚线表示钢的临界点A1（727℃），即奥氏体与珠光体的平衡温度。图辽宁工业大学课程设计说明书（论文）5１中下方的一条水平线Ｍs（380℃）为马氏体转变开始温度，Ms以下还有一条水平线Mf（-50℃）为马氏体转变终了温度。A1与As之间有两条C曲线，左侧一条为过冷奥氏体转变开始线，右侧一条为过冷奥氏体转变终了线。A1线以上是奥氏体稳定区，38CrMoAlA钢中由于合金元素的存在，使得38CrMoAlA钢的Ac1为760℃。2.538CrMoAlA钢压缩机活塞杆的加工工艺流程图备料锻造正火精机械加工调质处理粗机械加工氮化粗磨削加工低温回火精磨削加工辽宁工业大学课程设计说明书（论文）62.638CrMoAlA钢压缩机活塞杆的正火-调质处理-渗氮-低温回火热处理工艺图338CrMoAlA钢压缩机活塞杆热处理工艺曲线2.6.1锻造工艺曲线造渗氮活塞杆的毛坯经过锻造后获得基本的形状。锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，已获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。活塞杆是一个运动频繁、技术要求高的运动部件。其加工质量的好坏直接影响整个产品的寿命和可靠性。查阅《热处理工艺规范数据手册》可以找出38CrMoAlA钢的锻造工的加热温度、始锻温度冷却方式，如下表2所示。[4]项目Ac1(Ar1)Ac3(Ar3)加热温度/℃始锻温度终锻温度钢坯760℃(675℃)885℃(470℃)920~940℃1180℃900℃2.6.2预备热处理工序--正火工艺曲线一般均安排在毛坯生产之后，切削加工之前，或粗加工之后，半精加工之前。正火的2～4h850～870℃1h560℃空冷油冷≤150℃0.5h240～280℃1～2h空冷温度/℃时间/h表238CrMoAlA钢的锻造工艺图表辽宁工业大学课程设计说明书（论文）7目的是为了细化晶粒、改善组织，提高切削加工性能，为最终热处理做好准备。正火工艺曲线如图3所示。图4正火工艺曲线2.6.3调质工艺曲线调质是指钢件淬火及高温回火的热处理工艺。活塞杆受力复杂，在活塞力、惯性力等动载荷条件下工作，要求其基体为索氏体才适应，而调质处理所获金相正是索氏体