1、攀枝花學院學生課程設計（論文）題 目： 41Mn2SiRE拖拉機履帶板熱處理工藝設計 學生姓名： X X 學 號： XXXXXXXXXX 所在院(系)： 材料工程學院 專 業： 20XX級材料成型及控制工程 班 級： 材料成型及控制工程 指 導 教 師： X X X 職稱： 講 師 2012年12月28日攀枝花學院教務處制攀枝花學院本科學生課程設計任務書題目41Mn2SiRE拖拉機履帶板熱處理工藝設計1、課程設計的目的使學生了解41Mn2SiRE拖拉機履帶板熱處理工藝設計，主要目的：（1）培養學生綜合運用所學的熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學知識得到鞏固和發展。（2）學習熱處理

2、工藝設計的一般方法、熱處理設備選用和裝夾具設計等。（3）進行熱處理設計的基本技能訓練，如計算、工藝圖繪制和學習使用設計資料、手冊、標準和規范。2、課程設計的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）內容：進行零件的加工路線中有關熱處理工序和熱處理輔助工序的設計。根據零件的技術要求，選定能實現技術要求的熱處理方法，制定工藝參數，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇熱處理設備，設計或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫出設計說明書，說明書中要求對各熱處理工序的工藝參數的選擇依據和各熱處理后的顯微組織作出說明。要求：（1）分析生產加工及熱處理過程中可能出現的缺陷，針對這些缺陷提出預防措施或補救措施。（

3、2）提交設計說明書（或設計報告），35千字，提交設計說明書。3、主要參考文獻1 崔明擇主編.工程材料及其熱處理M. 北京：機械工業出版社，2009.7.2崔忠析主編.金屬學與熱處理（第二版）M. 北京：機械工業出版社，2007.53王建安. 金屬學與熱處理M. 北京：機械工業出版社，19804 中國機械工程學會.熱處理手冊M. 北京：機械工業出版社，2006.75 范逸明.簡明金屬熱處理工手冊M.北京：國防工業出版社，2006.34、課程設計工作進度計劃第16周：對給定題目進行認真分析，查閱相關文獻資料，做好原始記錄。 第17周：撰寫課程設計說明書，并進行修改、完善，提交設計說明書。指導教師（

4、簽字）日期年 月 日教研室意見：年 月 日學生（簽字）： 接受任務時間： 年 月 日注：任務書由指導教師填寫。課程設計（論文）指導教師成績評定表題目名稱評分項目分值得分評價內涵工作表現20%01學習態度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學工作態度。02科學實踐、調研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產實踐等渠道獲取與課程設計有關的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規定的任務，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運用知識的能力10能運用所學知識和技能去發現與解決實際問題，能正確處理實驗數據，能對課題進行理論分析，得出有價值的結論。05應用文獻的能力5能獨立查閱相關文獻和從事其他調研；能提出

5、并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設計（實驗）能力，方案的設計能力5能正確設計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調試、操作等實驗工作，數據正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應用能力5具有較強的數據運算與處理能力；能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設計等。08對計算或實驗結果的分析能力（綜合分析能力、技術經濟分析能力）10具有較強的數據收集、分析、處理、綜合的能力。成果質量45%09插圖（或圖紙）質量、篇幅、設計（論文）規范化程度5符合本專業相關規范或規定要求；規范化符合本文件第五條要求。10設計說明書（論文）質量30綜述簡練完整，有見解；立

6、論正確，論述充分，結論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學。11創新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。成績指導教師評語指導教師簽名： 年月日摘 要 履帶板是拖拉機中數量最大的易損件，拖拉機主要是在露天條件下工作，直接與土壤、砂石接 觸。由于履帶板受到一定的沖擊、拉伸、擠壓和彎曲等應力作用，在使用過程中極易造成磨損過 量、變形等失效，因此，要求拖拉機用履帶板具有高的強度，良好的韌性和耐磨性。拉機履帶板41Mn2SiRE低合金奧貝鋼的熱處理工藝、力學性能和耐磨性,試驗結果表明,該材料性能穩定在b1100MPa,()=789,HRC44,aK(Jcm2)88,綜合力學性能好,將該材料用于拖拉機履

7、帶板,經耕作實踐,使用壽命為原材料ZGMn13鋼的169倍。關鍵詞：易損件 韌性 耐磨性 目 錄摘 要1、設計任務11.1設計任務11.2設計的技術要求12、設計方案22.1 拖拉機履設計的分析22.1.1工作條件22.1.2失效形式22.1.3性能要求22.2鋼種材料33、設計說明43.1加工工藝流程43.2具體熱處理工藝4預備熱處理工藝53.2.2機械加工5滲碳工藝53.2.4淬火+低溫回火熱處理工藝64、分析與討論85、結束語9參 考 文 獻101 設計任務1.1設計任務 41Mn2SiRE拖拉機履帶板熱處理工藝設計1.2設計的技術要求耐磨鋼是指具有高耐磨性質的鋼種，廣義也包括結構鋼、工

8、具鋼、滾動軸承鋼等。在各種耐磨材料小，高錳鋼是具有特殊性能的耐磨鋼。它在高壓力和沖擊負荷下能產生強烈的加工硬化，因而具有耐磨性，高猛鋼屬于奧氏體鋼，所以具有優良的韌性。因此，高猛鋼廣泛用來制造在磨料磨損、高壓力和沖擊條件下的零件，如坦克和礦山拖拉機履帶板、破碎機領板、挖掘機鏟齒以及鐵路線和電車線道叉等耐磨件。41Mn2SiRE鋼經850淬火，400至450回火后,硬度為HRC8-45,具有較高耐磨性,其熱軋狀態和45鋼相比,強度提高40%,耐磨性提高50%,沖擊韌性亦有提高,可用以制造大型履帶式拖拉機履帶板. 2 設計方案2.1拖拉機履設計的分析2.1.1工作條件傳動過程中，履帶板與齒輪的契合

9、部位由于扭曲，履帶板會受到很大的彎曲應變力作用。 拖拉機前進時，履帶板與履帶銷和齒輪之間會有滾動和滑動的接觸，會受到很大的摩擦力作用。 在田間工作時，由于外面環境多水或者沙粒，使得履帶板長期受到水的腐蝕和沙粒的侵壓和磨損。2.1.2失效形式疲勞斷裂：履帶板銷孔由于受到很大應變力作用且工作時間持續時間長，會使得銷孔發生疲勞斷裂  板面磨損：由于各種摩擦力的作用，履帶板面板和銷孔均會發生嚴重的磨損。  在有水的環境下工作時，水中某些物質可能與履帶板材料形成原電池，發生化學反應從而腐蝕履帶板，造成履帶板硬度降低從而斷裂。2.1.3性能要求拖拉機的履帶在運動過程

10、中,要承受壓應力和沖擊載荷的作用,其表面受到石塊等硬物的作用,其損壞形式表現為磨損和節銷斷裂,因此要求履帶有搞的耐磨性、足夠的強度和較高的沖擊韌性等。 因此，拖拉機履帶板具有高的強度和韌性；高的硬度和耐磨性；難以發生化學腐蝕作用，好的表面處理技術。2.2鋼種材料鑄造高含金鋼鑄造高合金鋼中的合金元素含量在10以上，大量合金元素加入后，使鋼常溫下的組織發生了很大的變化，并賦予了一些特殊的物理性能。如含Mnl3的高錳鋼，常溫下的組織為單一的奧氏體，具有很高的耐磨性；含Crl8、Ni9的不銹鋼常溫下的組織也是單一的奧氏體，卻具有很高的耐蝕性；含Cr28的耐熱鋼常溫下的組織為單一的鐵素體，具有很高的抗氧

11、化性及熱強性。 鑄造高錳鋼的化學成分通常，高錳鋼的含碳量為0915，含錳量為110140，其鑄態組織為奧氏體+少量碳化物。3 設計說明3.1加工工藝流程 碳是造成淬火開裂的主要元素，隨著碳含量的增加，固相線溫度相對降低，因而馬氏體中鐵原子間結合力降低，相應彈性模量亦是降低的，隨彈性模量的降低，鋼的斷裂強度值也隨之降低。另隨馬氏體中含碳量增加，位錯亞結構逐漸變為孿晶亞結構。上述兩點都將降低鋼的斷裂強度，增加淬裂敏感性。鋼中碳、錳均顯著的降低Ms點，隨碳、錳含量的增加，淬裂傾向增大。而鋼中硼能有效地提高淬透性，使C曲線右移，但不降低Ms點，因而硼對鋼的淬裂敏感性影響不大。35MnTiB較之40Si

12、Mn2，降低了使淬裂傾向增大的碳、錳含量，使履帶鋼的淬裂敏感性大大降低。同時添加硼以增加鋼的淬透性。這可能是35MnTiB在使用中較40SiMn2履帶板鋼不易斷裂的主要原因。磨料磨損過程中材料去除主要有兩種機制，即由塑性變形機制引起的去除過程和斷裂機制引起的去除過程。塑性變形機制過程中，材料磨損的體積與材料硬度成反比，即硬度高，則磨損量小。斷裂機制引起的去除過程則與斷裂韌性和硬度有關。不論是塑性變形機制為主引起的材料去除過程，還是斷裂機制為主引起的材料去除過程，兩種材料的去除過程往往交替產生，相互作用，材料的磨損往往是塑性變形機制和斷裂機制綜合作用的結果。履帶板鋼硬度較高，但遠不如沙子、石塊的

13、硬度。當履帶板鋼與這些材料相磨時，可將履帶板鋼看成塑性材料。所以履帶鋼的磨料磨損應以塑性變形機制引起的去除為主，斷裂機制引起的去除為輔。影響履帶板用鋼的耐磨性，最終應歸因于鋼的硬度，其次為斷裂韌性。那么不同鋼的化學成分在同樣的組織(回火索氏體)，力學性能和硬度相差不大的情況下，鋼的磨損應該相差不大，履帶鋼工地試驗結果(表5)也證明了這一點，35MnTiB經400 回火與40SiMn2經550 回火的履帶板鋼，在各種工況下相比，磨損量相差不大。35MnTiB鋼采用120 t轉爐冶煉，經吹氬攪拌后澆注成9.42 t鋼錠。鋼錠均熱后，用1150初軋機軋制成210 mm&

14、#215;280 mm方坯，鋼坯經緩冷后再進行加熱，用950800850型材軋機軋制成履帶鋼。 煉鋼吹氬鑄錠鋼錠均熱開坯鋼坯緩冷鋼坯加熱軋制216履帶板熱鋸檢查入庫。 成品履帶板下料成560 mm，裝入RJX759型箱式熱處理爐內進行調質處理。調質工藝為：淬火溫度860 ，淬火保溫時間60 min，淬火介質為水，回火溫度400 ，回火保溫時間120 min，水冷。經調質后的履帶板按圖6部位分別截取筋部沖擊樣，板部沖擊樣及板部拉力樣。末端淬火樣采用210 mm×280 mm坯料，鍛成25 mm圓棒加工而成。 履帶板鋼為調質狀態下使用，故鋼的調質工藝非常重要。由于大多數履帶板生

15、產廠家的加熱設備均為箱式爐，每次淬火的履帶板件數較多，為了保證淬火后的履帶板組織為馬氏體，將35MnTiB鋼的淬火溫度定為860 。860 水淬，不同回火溫度下得到的力學性能見圖7。當回火溫度在350 左右時，35MnTiB鋼有一回火脆性區域。因此履帶鋼的回火溫度應高于380 ，選擇400 左右回火時，綜合力學性能優良，aKV(5)高于50 J，b高于1 150 MPa。預備熱處理工藝退火是將偏離平衡狀態的金屬坯料或零件加熱至較高溫度，保持一定的時間后通常以相當緩慢的速度冷卻，以得到接近于平衡狀態組織的各種工藝方法。退火的目的是：a消除鋼錠的成分偏析，使成分均勻化。b消除因鑄、鍛、焊引起的組織

16、缺陷。c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。d細化晶粒，均勻組織，為后續熱處理做組織準備。e消除鋼中的內應力，以防止變形與開裂5。Ac3Ac1圖3.2 A鋼完全退火工藝曲線加熱溫度：Ac3+3050；加熱速度：小于200/h；保溫時間：2min/mm83.2.2機械加工由于我們專業并不怎么涉及機加工方面的知識，因此此處只能說明其在車床上進行加工。3.2.3滲碳工藝滲碳是將工件放入滲碳氣氛中，并在900950的溫度下加熱、保溫，使其表面層增碳的一種工藝操作。滲碳的目的在于使工件在繼續經過相應熱處理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部任保持一定的強度和較高的任性。固體滲碳工藝如圖3.36所

17、示。 900950 T 800850 h圖3.3 A鋼的滲碳工藝曲線3.2.4淬火+低溫回火熱處理工藝淬火淬火是將鋼加熱至臨界溫度點Ac3或Ac1以上一定的度，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝叫做淬火。其目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體，然后配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。鋼的理想淬火冷卻曲線如圖3.47所示 Ac3 Ac1 A AP AB Ms圖3.4低溫回火回火是將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，經過保溫，然后以一定的冷卻方法冷至室溫的熱處理操作。其目的在于：a.降低脆性，消除內應力。工件淬火后存在著很大的內應力和脆性，若不及時回火，零件會

18、產生變形或開裂。b.得到對工件所要求的力學性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，為了了獲得對工件要求的性能，可以用回火溫度調整硬度，減小脆性，得到所需要的塑性、強度和硬度。c.穩定工件尺寸。淬火后的組織是馬氏體和殘余奧氏體，這兩種組織都是不穩定的，會自發地逐漸地發生組織轉變，因而引起工件尺寸和形狀的改變。通過回火，可以促使這些組織轉變。達到較穩定狀態，以便在以后的使用過程中不發生變形8。回火規范如表3.2 9。 表3.5 A回火規范表  方案    淬火溫度 / 回 火用 途 加熱溫度/ 介質硬度HRC       102010

19、40   消除應力   去除應力，降低硬度去除應力，降低硬度150170 200275   400425 油或硝鹽      6163   5759  5557           11151130 去除應力及形成二次硬化 去除應力及形成二次硬化 去除應力及形成二次硬化 510520多次回火   -78冷處理加510520一次回火 -78冷處理加一次510520回火，再-78冷處理     6061 6061  61623.2.5物理性能 經過各種熱處理之后41Mn2SiRE鋼的承受壓應力和沖擊載荷、強度和韌性、高的硬度和耐磨性、耐腐蝕性得到大大提高。4 分析與討論 41Mn2SiRE鋼的耐磨性、抗高強度沖壓以及耐腐蝕性是制造履帶板的良好材料，這樣能夠延長拖拉機履帶板的使用壽命，是資源得到最大利益化，然而這個設計可能缺乏必要的實踐和大量的實驗和原材料進行論證。因此，我們必須通過專門的討論和分析來確定這個設計的合理和實用價值！5 結束語 41Mn