1、攀枝花學院學生課程設計（論文）題 目： 15Cr活塞銷的熱處理工藝設計 學生姓名： X X X 學 號： 2011111020XX 所在院(系)： 材料工程學院 專 業： 2011級材料成型及控制工程 班 級： 材料成型及控制工程（1）班 指 導 教 師： X X X 職稱： 講 師 2013年12月15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15Cr活塞銷的熱處理工藝設計1、課程設計的目的使學生了解、設計15Cr活塞銷的熱處理工藝，融會貫通相關專業課程理論知識，培養學生綜合運用所學知識、分析問題和解決問題的能力。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

2、容 ：（1）明確設計任務（包括用途、服役條件及性能要求）（2）繪出熱處理件零件圖（3）給出設計方案（4）寫出設計說明（5）設計質量檢驗項目（6）設計熱處理工藝卡片（7）15Cr活塞銷的熱處理缺陷及預防或補救措施要求：（1）通過查找資料充實、完善各項給定的設計內容。（2）分析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）提交設計說明書（報告），2千字以上。報告格式請參照“畢業論文（設計）”格式。3、主要參考文獻1 夏立芳主編. 金屬熱處理工藝學. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學出版社, 20052 中國機械工程學會熱處理分會熱處理工程師手冊機械工業出版社2003第一版.3 張玉

3、庭主編熱處理技師手冊機械工業出版社2006第一版4 中國機械工程學會熱處理學會熱處理手冊機械工業出版社2003第三版.4、課程設計工作進度計劃第十四周：對給定的題目進行認真分析，查閱相關文獻資料，做好原始記錄。第十五周：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（簽字）孫青竹日期2013年11 月 25 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、

4、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

5、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 本課設計了15Cr活塞銷熱處理工藝設計。主要的工藝過程包括鍛造、預備熱處理（完全退火）、滲碳、淬火+低溫回火等過程。15Cr鋼是一種常用的低

6、碳合金 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1890089.htm t _blank 滲碳鋼，活塞銷在較高溫度下工作，承受很大的周期性沖擊載荷，損壞形式主要是表面磨損和疲勞裂紋。因此要求其具有足夠的強度和剛度，表面應耐磨，心部有較好的韌性和較高的疲勞強度。滲碳鋼活塞銷在滲碳后經淬火、低溫回火處理。性能要求較高的活塞銷采用二次淬火、回火。對合金元素含量較高及尺寸穩定性要求較高的活塞銷，滲碳淬火后要進行深冷處理，活塞銷是連接活塞和連桿小頭，在運動時相當于雙點支撐梁，在較高工作溫度下承受非對稱交變載荷和一定的沖擊載荷，其表面長期在潤滑條件差的摩擦條件下工作。活塞銷的主要失效方

7、式是表面磨損和疲勞裂紋。關鍵詞：15Cr鋼，活塞銷,完全退火，滲碳，淬火，低溫回火，目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc5993 摘 要 HYPERLINK l _Toc29232 1、設計任務1 HYPERLINK l _Toc8146 1 HYPERLINK l _Toc17594 1 HYPERLINK l _Toc17594 1.3熱處理工件圖1 HYPERLINK l _Toc21897 2、設計方案2 HYPERLINK l _Toc18870 活塞銷設計的分析2 HYPERLINK l _Toc18899 2.2 HYPERLINK l _Toc57

8、7 2 HYPERLINK l _Toc665 2 HYPERLINK l _Toc18648 3 HYPERLINK l _Toc5047 3、設計說明4 HYPERLINK l _Toc16369 4 HYPERLINK l _Toc9134 4 HYPERLINK l _Toc21095 預備熱處理工藝5 HYPERLINK l _Toc16095 5 HYPERLINK l _Toc15421 滲碳工藝5 HYPERLINK l _Toc13763 3.2.4淬火+低溫回火熱處理工藝6 HYPERLINK l _Toc13763 7 HYPERLINK l _Toc1667 4、分析與

9、討論8 HYPERLINK l _Toc13763 8 HYPERLINK l _Toc26041 5、結束語9 HYPERLINK l _Toc30567 6、熱處理工藝卡片10 HYPERLINK l _Toc2396 參 考 文 獻111 設計任務15Cr活塞銷熱處理工藝設計 15Cr鋼是一種常用的低碳合金 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1890089.htm t _blank 滲碳鋼，在滲碳時可顯著地增加表面含碳量，增大滲碳深度，但在高溫長時間滲碳時有 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1263625.htm t _blank 晶

10、粒長大傾向及形成 HYPERLINK :/baike.baidu /view/10333848.htm t _blank 網狀碳化物的傾向；對形狀簡單、要求不高的零件，滲碳后可直接降溫淬火，但熱處理后變形較大，又有 HYPERLINK :/baike.baidu /view/543262.htm t _blank 回火脆性，鋼的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/539552.htm t _blank 淬透性較15號碳鋼高，在油中臨界淬透 HYPERLINK :/baike.baidu /view/79326.htm t _blank 直徑為215mm，在水中臨界淬透

11、直徑為629mm。此外，鋼的冷變形塑形高， HYPERLINK :/baike.baidu /view/1006316.htm t _blank 焊接性良好，在退火狀態下可切削性甚好。由于它的含碳量低(在0.12-0.16%之間)所以，硬度比較低。因此，為滿足其在制造活塞銷的壽命要求，應提高其硬度。活塞銷在較高溫度下工作，承受很大的周期性沖擊載荷，損壞形式主要是表面磨損和疲勞裂紋。因此要求其具有足夠的強度和剛度，表面應耐磨，心部有較好的韌性和較高的疲勞強度。1活塞銷對滲碳及熱處理的要求較高，外圓表面硬度要求HRC55-62，滲碳層厚一般控制在0.8-1.2mm范圍內，心部和內孔表面硬度要求嚴格

12、控制在HRC38以下。這種工藝要求的依據就是基于傳統理論的分析，外表面淬硬是為適應脈動單向最大彎曲應力發生在外表面的分布情況，而心部和內孔壁面不得滲碳的要求是用來滿足抗沖擊性能的。2 在15Cr鋼進行熱處理時，即去應力退火，滲碳，淬火和回火時應嚴格按照卡片所列出的時間進行保溫以及其它操作的要求。 1.3 熱處理工件圖 圖1 活塞銷工件圖2 設計方案活塞銷在高溫下承受很大周期性沖擊載荷，并且潤滑條件也比較差，因此，要求強度高耐沖擊且表面耐磨損。為減小活塞銷本身的往復慣性力，還要求重量盡量輕。3活塞銷的主要失效形式是表面磨損和疲勞斷裂。表面磨損。活塞銷在發動機工作時，承受較大的交變載荷，它與活塞銷

13、座孔和連桿襯套間的配合處產生相對運動而發生磨損。磨損后配合間隙增大，從而使配合件間出現不正常的敲擊聲，加速零件的磨損疲勞斷裂。主要是活塞銷與銷孔和襯套配合間隙過大，在交變沖擊力作用下，活塞銷疲勞折斷或者活塞銷質量差。4 活塞銷的制造尺寸、公差、材質在設計上是非常嚴格的。原廠發動機設計的活塞銷形式大都使用半浮式設計，也就是活塞銷固定在連桿小端是不轉動的，而在活塞兩側的銷孑L內，銷子是可以轉動的。如果活塞已經升級為鍛造活塞，這時的活塞銷幾乎全都需要采用全浮式的設計，即銷子相對于連桿小頭、相對于活塞座孔都是可以轉動的。全浮式和半浮式在結構上的差別只是裝配上的公差配合不同。因此，在裝配全浮式活塞銷時，

14、一定要仔細測量活塞銷孔和連桿小端的尺寸與配合公差。如果連桿小端的間隙比活塞孔間隙大時，受負荷后，活塞部分因緊度的差別可能會停止轉動，唯一能轉動的部分只剩下連桿小端，接著就會發生活塞銷和連桿小端異常的磨損，甚至會有咬死的現象產生，對發動機將造成致命性的損害。515Cr鋼其塑性、韌性高，但強度、硬度高，鍛造、焊接和冷沖壓性能不良，冷變形塑性高，但切削加工時不易得到光潔的表面。用于制造受力不大、韌性要求高的零件和滲碳件，緊固件和沖模鍛件以及不經熱處理的低負荷零件。15Cr鋼力學性能：抗拉強度 b (MPa)：735，屈服強度 s (MPa)：490，伸長率 5/（%）：11。 15Cr鋼是一種常用的

15、低碳合金 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1890089.htm t _blank 滲碳鋼，在滲碳時可顯著地增加表面含碳量，增大滲碳深度，但在高溫長時間滲碳時有 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1263625.htm t _blank 晶粒長大傾向及形成 HYPERLINK :/baike.baidu /view/10333848.htm t _blank 網狀碳化物的傾向；對形狀簡單、要求不高的零件，滲碳后可直接降溫淬火，但熱處理后變形較大，又有 HYPERLINK :/baike.baidu /view/543262.htm t _b

16、lank 回火脆性，鋼的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/539552.htm t _blank 淬透性較15號碳鋼高，在油中臨界淬透 HYPERLINK :/baike.baidu /view/79326.htm t _blank 直徑為215mm，在水中臨界淬透直徑為629mm。此外，鋼的冷變形塑形高， HYPERLINK :/baike.baidu /view/1006316.htm t _blank 焊接性良好，在退火狀態下可切削性甚好。3 設計說明15Cr活塞銷熱處理工藝設計的熱加工工藝流程經過許多次改進形成如下的工藝流程: 下料鍛造預備熱處理(完全退火)

17、機械加工滲碳淬火+低溫回火精加工組裝。A鋼屬于低碳鋼，其成分6如下表1表1 A鋼的化學成分（質量分數，%）CMnPSCrSiNi其他80.400.70一一成分分析：Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑。它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。Mn和Fe形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度，經固溶處理后有良好的韌性，當受到沖擊而變形時，表面層將因變形而強化，具有高的耐磨性；同時又是碳化物形成元素，進入滲碳體中取代一部分鐵原子。Si能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強度。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈服比(s/b),以及疲勞強度和疲勞比(-1/b)等。 硅能促使鐵素體

18、晶粒粗化，降低矯頑力。大量生產的活塞銷均為冷擠壓或溫擠壓成形后進行滲碳，產量較小時則可采用棒料或管料經機加工后進行滲碳。 冷擠壓活塞銷坯料需經退火，使其硬度降至140HBS，提高塑性，為擠壓工藝作準備，15Cr鋼退火見預備熱處理工藝。退火后尚需磷化處理，以減少擠壓成形時所需的擠壓力和提高擠壓模具的壽命。滲碳鋼活塞銷在滲碳后經淬火、低溫回火處理。性能要求較高的活塞銷采用二次淬火、回火。對合金元素含量較高及尺寸穩定性要求較高的活塞銷，滲碳淬火后要進行深冷處理，以減少滲層中殘留奧氏體。15Cr鋼見滲碳工藝。活塞銷滲碳淬火后的表層組織為細針狀馬氏體，不允許有粗的或連續游離碳化物網心部為板條馬氏體加鐵素

19、體。同一銷的表面硬度差不超過3HRC，心部硬度為2425HRC。7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g。 750760 爐冷550圖2 15Cr鋼完全退火工藝曲線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。滲碳是將工件放入滲碳氣氛中，并

20、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 8所示。 920950 890 時間/min 120 150300 0180 煤油/滴min 220 120280 5060 甲醇/滴min 0 0 2030圖3 15Cr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

21、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49所示 Ac3 Ac1 A AP AB Ms圖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

22、。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。常用鋼活塞銷的質量檢驗參見表2 10檢驗項目檢驗方法檢驗要求滲碳層深度/mm 硬度（HRC）組織TB1461表面心部滲碳層心部過公析層加共析層加1/2過渡層過共析層加共析層加過渡層不同部位至少測三點，取平均值距活塞銷兩端20mm之內橫向截取，觀察整個截面觀察磁力探傷在兩平面間壓碎或用v形槽按產品圖樣要求按產品圖樣要求，按產品圖樣要求，同一銷的工作面硬度差不大于3HRC細針狀馬氏體，不允許有粗塊狀或連續網狀碳化物板條馬氏體和鐵素體，不允許大塊鐵素體無裂紋、銹蝕、麻點、黑斑、刻痕、尖角、毛刺、氧化皮無裂紋，注意退磁

23、表面質量 探傷壓碎試驗表24 分析與討論 A鋼制造機床B熱處理工藝設計已經在前面展示，單就其性能以及熱處理的過程想必是沒多大問題，若放入實際生產中有很多不可預知的問題，因此，不能紙上談兵須得到工廠或者實驗室中反復的通過實驗數據進行分析，然后在得出最重要的結論用于實踐中，從而在生產中減低成本、提高效率并且減少工時，降低能源消耗。15Cr活塞銷常見缺陷及補救措施見表3 11缺陷名稱產生原因預防及補救措施滲碳濃度過高，表面層有粗塊狀或網狀碳化物，淬火后滲層中殘留奧氏體級別過高等滲碳爐氣氛碳勢過高強滲后擴散時間不夠或擴散溫度過低應控制爐氣氛碳勢合適改進擴散工藝：900920擴散以消除過多的碳化物在86

24、0880長時間加熱后淬火以消除碳化物網采用深冷處理或二次淬火消除過量的殘留奧氏體滲碳層濃度過低滲碳時爐氣氛碳勢過低爐氣氛循環不良零件裝爐量過大嚴格控制爐氣氛碳勢改進爐氣氛循環系統減少裝爐量，保證零件間間隙合適，避免堆放層深未超上限者允許補滲滲碳層深度不合格滲碳溫度控制不當滲碳時間控制不當健全溫度控制管理體系并認真實施嚴格控制滲碳時間滲碳層深度偏淺時允許補滲滲碳層深度不均勻零件表面附有臟污、物或積灰裝爐不當，零件表面相互擠碰滲碳前應清理裝爐要合理擺放層深未超上限者允許降低滲碳溫度補滲表面脫碳滲碳后在空氣中冷卻時，冷卻速度過慢重新加熱淬火時爐氣氛碳勢過低或鹽浴脫氧不良空冷時避免零件密集堆放滲碳后在保護氣氛中冷卻放在帶水套的冷卻井中冷卻鹽浴及時脫氧脫碳層深度在磨削余量范圍者允許通過，否則報廢材料裂紋原材料缺陷報廢表35 結束語 這次15Cr 鋼制造活塞銷熱處理工藝設計的完成，讓我不僅通過自己的努力大致了解了15Cr鋼制造機床變速箱齒的制作流程，還學會了把自己書本上學到的知識運用到實際物體上去。15Cr活塞銷是裝在活塞裙部的圓形銷子，所以15Cr鋼必須具有強的硬度和高的耐磨性和耐腐蝕性。通過這次的課程設計讓我感覺到了自己的不足，由于金屬學課程沒有認真的學習，加上自己對論文的格式不太了解。所以做這次課程設計感覺非常的困難。這次拿到的課題是15Cr活塞銷的熱處理工藝，通過自己大量的查閱資