2Cr13活塞杆的热处理工艺设计

辽宁工业大学工艺课程设计（论文）题目：2Cr13活塞杆的热处理工艺设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：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：材料科学与工程教研室学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目2Cr13活塞杆的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2Cr13高频淬火、回火热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述活塞杆热处理质量检验项目、内容及要求；阐明活塞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.活塞杆材料的选择（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2Cr13的C曲线；3.给出2Cr13活塞杆热加工工艺流程图；4.制定2Cr13活塞杆高频淬火-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）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：学生签字：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1.活塞杆热处理概述..............................................12.2Cr13活塞杆热处理工艺设计....................................22.1活塞杆的服役条件、失效形式及性能要求......................22.1.1服役条件、失效形式............................................22.1.2性能要求......................................................22.2活塞杆材料的选择.........................................22.32Cr13钢的C曲线..........................................32.42Cr13活塞杆的热处理工艺设计..............................42.4.12Cr13的工艺流程..............................................42.4.22Cr13的热处理工艺设计........................................52.52Cr13活塞杆的热处理工艺理论基础、原则....................62.5.12Cr13退火工艺理论基础、原则..................................62.5.22Cr13高频淬火工艺原理........................................82.5.32Cr13回火工艺理论基础、原则.................................112.6选择设备、仪表和工夹具...................................122.6.1设备.........................................................122.6.2仪表.........................................................132.6.3设计工夹具...................................................142.72Cr13活塞杆热处理质量检验项目、内容及要求...............142.82Cr13活塞杆热处理常见缺陷的预防及补救方法...............152.8.1加热时常见的缺陷的预防及补救方法.............................152.8.2高频淬火、回火缺陷与预防、补救...............................162.9热处理工艺卡.............................................182.9.12Cr13退火工艺卡.............................................182.9.22Cr13高频淬火工艺卡..........................................22.9.32Cr13回火工艺卡..............................................33.参考文献......................................................1辽宁工业大学课程设计说明书（论文）11活塞杆热处理概述活塞杆是压缩机的重要零件之一,它在高温、高速、干摩擦和易被腐蚀的环境下工作。活塞杆是支持活塞杆做功的连接部件，是一个运动频繁、技术要求高的运动部件，对同轴度、耐磨性要求严格。因此，活塞杆必须具有足够的强度和表面硬度及抗腐蚀、抗摩擦、抗疲劳、抗咬合的能力。其质量好坏直接影响气缸的精度和使用寿命。为了满足这些性能的要求，选用2Crl3经锻压成型、退火、调质、稳定化、中频或高频淬火及低温回火的热处理工艺。2Cr13钢机械加工性能好，经热处理后具有优良的耐腐蚀性能，较好的强韧性，适宜制造承受高负荷并在腐蚀介质作用下的模具。它的含碳质量分数比较低，一次预备热处理是退火，主要目的是降低硬度，以利于切削加工。提高塑性韧性，以利于冷变形加工，改善钢的性能或为以后热处理做好组织准备。消除2Cr13钢中的残余内应力，防止变形和开裂。高频淬火的目的是在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，而其心部仍保持着表面淬火前的组织状态（调质或正火状态），以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性、韧性的工件。通过对经典2Cr13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。根据活塞杆的工作条件，失效形式及性能要求，本设计选择的活塞杆材料为2Cr13不锈钢；在设计退火-调质-高频淬火加低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2Cr13活塞杆表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的耐点蚀性能，高的疲劳强度，还具有高的的强度和韧性，从而满足活塞杆的质量要求。辽宁工业大学课程设计说明书（论文）222Cr13活塞杆热处理工艺设计2.1活塞杆的服役条件、失效形式及性能要求2.1.1服役条件、失效形式活塞杆在工作过程中活塞杆裸露在外直接和环境相接触，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，加速密封件和活塞杆等的划伤和磨损，从而引起泄漏。颗粒污染为活塞杆损坏最快的因素之一。活塞杆在上述不同条件作用下导致不同的失效形式，主要有活塞杆或密封导向套的损坏，液压油的污染，压力过高或过低，化学物质的侵蚀等。2.1.2性能要求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活塞杆材料的选择活塞杆常用材料为35、45、40Cr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2Cr13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，2Cr13钢并没有明显辽宁工业大学课程设计说明书（论文）3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2Cr13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。2.32Cr13钢的C曲线辽宁工业大学课程设计说明书（论文）4图1.2Cr13钢C曲线通过查找《热处理手册》获得2Cr13钢的C曲线如上图1所示，成分如表1。表12Cr13钢的成分一览表材料化学成分(质量分数）%Ac1Ac3Ar12Cr13C:0.16~0.24Si:≦0.60Mn:≦0.80P:≦0.35S:≦0.30Cr:≦0.40820℃950℃780℃2.42Cr13活塞杆的热处理工艺设计2.4.12Cr13的工艺流程1.加工路线锻压退火→粗加工→调质→半精加工→消应力→粗磨→高频淬火→回火→精加工2.锻造工艺设计锻造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。该工艺采用自由锻和型锻联合成型来加工活塞杆，不仅成型出了活塞杆的头部形状，且实现了活塞杆的头杆为一整体，同时这种工艺实现1套模具生产几个不同规模的产品。查阅《热处理工艺规范数据手册》可以找出2Cr13钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式，本设计具体的锻造工艺参数如表2所示。表22Cr13钢的热加锻造工艺规范项目Ac1（Ar1）Ac3（Ar3）加热温度始锻温度终锻温度钢坯715℃（625℃）830℃（755℃）1200～1240℃1160～1200℃＞800℃经锻造将获得最大外径是120mm，高35mm的零件。图3是2Cr13活塞杆零件图：辽宁工业大学课程设计说明书（论文）5图32Cr13活塞杆零件图2.4.22Cr13的热处理工艺设计1．预备热处