球磨鑄鐵曲軸熱處理工藝設(shè)計

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計（論文）題 目：球磨鑄鐵曲軸熱處理工藝設(shè)計學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 所在院(系)： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 級材料成型及控制工程 班 級： 材料成型及控制工程 指 導(dǎo) 教 師： 職稱： 講 師 2013年12月20日攀枝花學(xué)院教務(wù)處制攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計任務(wù)書題目A鋼制造機床B熱處理工藝設(shè)計1、課程設(shè)計的目的使學(xué)生了解、設(shè)計15鋼制造機床B熱處理生產(chǎn)工藝，主要目的：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學(xué)知識得到鞏固和發(fā)展。（2）學(xué)習(xí)熱處理工藝設(shè)計的一般方法、熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計等。（3）進行熱處理設(shè)計的基本技能訓(xùn)練，如計算、工

2、藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計資料、手冊、標準和規(guī)范。2、課程設(shè)計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）內(nèi)容：進行零件的加工路線中有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工序的設(shè)計。根據(jù)零件的技術(shù)要求，選定能實現(xiàn)技術(shù)要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇熱處理設(shè)備，設(shè)計或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫出設(shè)計說明書，說明書中要求對各熱處理工序的工藝參數(shù)的選擇依據(jù)和各熱處理后的顯微組織作出說明。要求：（1）分析生產(chǎn)加工及熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對這些缺陷提出預(yù)防措施或補救措施。（2）提交設(shè)計說明書（或設(shè)計報告），35千字，提交設(shè)計說明書。3、主要參考文獻1 崔明擇主編.工程

3、材料及其熱處理M. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.7.2崔忠析主編.金屬學(xué)與熱處理（第二版）M. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.53王建安. 金屬學(xué)與熱處理M. 北京：機械工業(yè)出版社，19804 中國機械工程學(xué)會.熱處理手冊M. 北京：機械工業(yè)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(yè)出版社，2006.34、課程設(shè)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(guān)文獻資料，做好原始記錄。 第17周：撰寫課程設(shè)計說明書，并進行修改、完善，提交設(shè)計說明書。指導(dǎo)教師（簽字）日期年 月 日教研室意見：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受任務(wù)時間： 年 月 日注：任務(wù)書由

4、指導(dǎo)教師填寫。課程設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師成績評定表題目名稱評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實踐、調(diào)研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與課程設(shè)計有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，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(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻的能力5能獨立查閱相關(guān)文獻和從事其他調(diào)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(shè)計（實驗）能力，方案的

5、設(shè)計能力5能正確設(shè)計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應(yīng)用能力5具有較強的數(shù)據(jù)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(shè)計等。08對計算或?qū)嶒灲Y(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟分析能力）10具有較強的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對前人工作有改進或突破，或有

6、獨特見解。成績指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師簽名： 年月日摘 要 分析了曲軸的失效形式，提出對于大功率高速柴油機，選擇合適的材料和適宜的表面強化方法是提高曲軸性能的關(guān)鍵。通過對12缸、四沖程、水冷高速大功率柴油機曲軸材質(zhì)及調(diào)質(zhì)后各項性能指標的分析，可知通過選用材料為QT850-3，加合適的熱處理工藝，可以最大限度地提高高速大功率柴油機曲軸性能。關(guān)鍵詞：發(fā)動機；曲軸；熱處理工藝 目 錄摘 要1、設(shè)計任務(wù)11.1設(shè)計任務(wù)11.2設(shè)計的技術(shù)要求12、設(shè)計方案22.1 零件的材料作用22.2失效形式22.3性能要求33、設(shè)計說明43.1曲軸熱處理43.1.1退火處理43.1.2正火處理53.1.3淬火加低溫回火

7、53.1.4調(diào)質(zhì)處理加淬火處理54、質(zhì)量檢查85、分析與討論96、結(jié)束語107熱處理工藝卡片11參 考 文 獻101 設(shè)計方案1.1設(shè)計任務(wù)曲軸是活塞式發(fā)動機中的一個重要零件。曲軸和連桿、活塞等一起組成曲柄連桿機構(gòu)。發(fā)動機工作時，活塞向下的推力，經(jīng)連桿傳到曲軸，由曲軸將活塞的往復(fù)運到變?yōu)榍S繞其本身軸線的旋轉(zhuǎn)運動，并向外輸出功率，經(jīng)汽車的傳動系驅(qū)動汽車。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動機的動力源。也是整個機械系統(tǒng)的源。元素CSiMnPsReMgCuSb范圍3.70.64.05.00.50.020.20.30.51.2設(shè)計的技術(shù)要求曲軸的加工工藝就顯得尤為的重要，曲軸圖樣的視圖、尺寸、公差和技術(shù)要求齊全、正確；

8、我國中噸位卡車的總質(zhì)量是大于3噸小于8噸的噸位，而中噸位發(fā)動機曲軸常采用球墨鑄鐵。零件選用材料為QT850-3，該材料具有較高的強度、韌性和塑性，切削性能良好；結(jié)構(gòu)工藝性比較好。根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及一般機床所能達到的位置精度，該零件沒有很難加工的表面，上述各表面的技術(shù)要求采用常規(guī)加工工藝均可以保證。圖12 設(shè)計任務(wù)2.1 零件的作用曲軸是柴油機的一個主要零件。曲軸主要用于作往復(fù)運動的機械中。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動機的動力源。也是整個機械系統(tǒng)的源。2.2 失效形式原始的失效形式應(yīng)該是裂紋，就是加工過程中，鍛造，熱處理等等工序中因為應(yīng)力集中等原因造成的裂紋，肉眼很難看出來，通過探傷得出結(jié)論；使用當

9、中的失效形式應(yīng)該包含：磨損（尺寸超差）；斷裂（機械故障引起）；彎曲（機械故障引起）。暫時只能想起這么多。2.3 性能要求發(fā)動機曲軸的材料性能要求有較高的強度、沖擊韌性、耐磨性。一般采用45#鋼或40鉻鍛造，熱處理采用調(diào)質(zhì)，就是淬火后高溫回火，使材料具有較高的綜合機械性能，軸徑表面再進行表面淬火，提高表面硬度及耐磨性 3 設(shè)計說明31 曲軸的熱處理銑鉆 在銑鉆床上采用專用機床夾具裝夾工件進行銑端面鉆中，大大提高生產(chǎn)速度，有利于曲軸的大批量生產(chǎn) 。調(diào)質(zhì)球墨鑄鐵的熱處理工藝有正火和高頻感應(yīng)淬火兩種。球墨鑄鐵主要進行奧氏體正火處理，為提高曲軸的力學(xué)性能，也可以采用調(diào)制或正火后表面淬火處理等工藝，以提高

10、球墨鑄鐵的韌性和塑性。調(diào)質(zhì)屬于預(yù)備熱處理，調(diào)質(zhì)一般安排在粗車以后半精車之前，其作用主要是使曲軸具有高的綜合力學(xué)性能，即增加曲軸的強度，提高其傳動時抗彎矩變形等能力 經(jīng)調(diào)質(zhì)(淬火 +高溫回火)后其硬度應(yīng)達到230250HBS要求。3.1.1退火處理若要提高球墨鑄鐵的韌性可采用退火處理。球墨鑄鐵在鑄造過程中比普通灰口鑄鐵的白口傾向大，內(nèi)應(yīng)力也較大，球墨鑄鐵件很難得到純粹的鐵素體或珠光體基體。為提高球墨鑄鐵件的延性或韌性，可將球墨鑄鐵件重新加熱到900950并保溫足夠時間進行高溫退火，再爐冷到600出爐變冷。在此過程中基體中的滲碳體會分解出石墨，奧氏體中會析出石墨，這些石墨集聚于原球狀石墨周圍，基體

11、則全轉(zhuǎn)換為鐵素體，從而提高球墨鑄鐵的韌性。若鑄態(tài)組織由（鐵素體珠光體）為基體+球狀石墨組成，那么只需將球墨鑄鐵件重新加熱到700760的共析溫度上下經(jīng)保溫后爐冷至600出爐變冷，就能將珠光體中滲碳體分解轉(zhuǎn)換為鐵素體及球狀石墨來提高其韌性。 圖23.1.2 正火處理若要提高球墨鑄鐵強度可采用正火處理。球墨鑄鐵正火的目的是將基體組織轉(zhuǎn)換為細珠光體組織。工藝過程是將基體為鐵素體及珠光體的球墨鑄鐵件重新加熱到850900溫度，原鐵素體及珠光體轉(zhuǎn)換為奧氏體，并有部分球狀石墨溶解于奧氏體，經(jīng)保溫后空冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧氈楣怏w，從而提高球墨鑄鐵件的強度。圖33.1.3淬火加低溫回火處理若要提高球墨鑄鐵的硬度可采

12、用淬火并低溫回火的方法。當球墨鑄鐵用作軸承等零件時往往需要比較高的硬度,此時可將球墨鑄鐵件淬火并低溫回火處理。具體工藝是：將球墨鑄鐵件加熱到860900的溫度，保溫讓原基體組織全部奧氏體化后再在油或熔鹽中冷卻實現(xiàn)淬火，后經(jīng)250350加熱保溫回火，原基體轉(zhuǎn)換為回火馬氏體及殘留奧氏體組織，原球狀石墨形態(tài)不變。處理后的球墨鑄鐵件具有較高的硬度和一定韌性，同時還保留了石墨的潤滑性能。圖43.1.4調(diào)質(zhì)處理加淬火處理若要提高球墨鑄鐵綜合力學(xué)性能可采用調(diào)質(zhì)處理。當球墨鑄鐵件用作為軸類件，如柴油機的曲軸、連桿，要求強度高同時韌性較好的綜合力學(xué)性能，此時可對球墨鑄鐵件進行調(diào)質(zhì)處理。具體工藝是：將球墨鑄鐵件加

13、熱到860900的溫度保溫讓基體組織奧氏體化，再在油或熔鹽中冷卻實現(xiàn)淬火,后經(jīng)500600的高溫回火，獲得回火索氏體組織（一般尚有少量碎塊狀的鐵素體），原球狀石墨形態(tài)不變。處理后強度、韌性匹配良好，適應(yīng)于軸類件的工作條件。若要獲得較高強度的球墨鑄鐵可采用等溫淬火處理。球墨鑄鐵等溫淬火處理目的在于讓球墨鑄鐵件的基體組織轉(zhuǎn)換為強韌的下貝氏體組織，強度極限可超過1100MPa，沖擊韌度aK32J。處理工藝是：將球墨鑄鐵件加熱到830870溫度保溫使基體奧氏體化后，投入280350的熔鹽中保溫，讓奧氏體部分轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，原球狀石墨不變，從而獲得比較高強度的球墨鑄鐵。2球墨鑄鐵表面熱處理若要在球墨鑄鐵

14、件表面獲得比較高的硬度而心部仍保持一定韌性可采用表面淬火處理的方法。表面淬火處理方法很多，可以是高頻感應(yīng)加熱淬火也可以是火焰加熱淬火和激光加熱淬火等。具體工藝與整體淬火差不多：將球墨鑄鐵件表面加熱到860900，保溫一段時間讓表面組織全部奧氏體化后再在油或熔鹽中冷卻實現(xiàn)表明淬火，然后在250350加熱保溫回火，以使表面組織轉(zhuǎn)換為回火馬氏體及殘留奧氏體組織，表面組織中的原球狀石墨形態(tài)不變。處理后的鑄件表面具有較高的硬度，心部仍具有一定的韌性。激光表面熱處理除激光加熱淬火外，還可在球墨鑄鐵件表面上實現(xiàn)激光相變硬化、激光沖擊硬化等以提高球墨鑄鐵件的表面硬度。4質(zhì)量檢驗 球化級別是球墨鑄鐵件質(zhì)量的主要

15、考核指標之一,球墨鑄鐵的力學(xué)性能與石墨球化率有關(guān),球化率的常規(guī)測定方法是金相法,不僅費時費力,而且屬于破壞性檢測,特別是檢測結(jié)果并不能完全代表每件產(chǎn)品本身的真實狀態(tài),因而不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對重要產(chǎn)品進行百分之百無損檢測的要求。近年來的研究及實踐表明,超聲法和振動法是評定球化級別的行之有效的無損檢測方法。4.1 超聲檢測法超聲檢測技術(shù)不僅可用于球墨鑄鐵內(nèi)部缺陷的檢測,也可用于球墨鑄鐵球化質(zhì)量的評定34。球墨鑄鐵的力學(xué)性能與石墨球化率相關(guān),球化率越高,機械性能越好,而且聲波傳播速度也越高,超聲波在無限大固體介質(zhì)中的縱波聲速為:Cl=E(1-󰀁)*(1+󰀁)*(1-2)

16、(1)式中 Cl縱波聲速 E介質(zhì)楊氏彈性模量 介質(zhì)泊松比 介質(zhì)密度介質(zhì)為球墨鑄鐵時,其泊松比和密度變化很小,對超聲速度影響不大,因而影響超聲速度的主要是鑄件的彈性模量。球墨鑄鐵的彈性模量與球化級別直接相關(guān),當碳當量一定時,聲速決定于石墨的相對比例,即球化率的大小。根據(jù)國家標準(GB9441-1988),球墨鑄鐵球化級別被分為6級,球化級別與球化率的關(guān)系見表1。表1 球墨鑄鐵球化級別與球化率的對應(yīng)關(guān)系球化分級1級2級3級4級5級6級球化率%9590<9580<9070<8060<70<60參照球墨鑄鐵超聲聲速測定方法(JB/Z265-1986),測定一組珠光體含量在

17、80%90%、厚度為27mm的球鐵試樣,試樣相對面平行度3°,測量儀器采用超聲聲速測量儀,工作頻率15MHz,儀器分辨率0.01󰀁s,不穩(wěn)定度0.2%,測量非線性0.2%,測得的球化率與超聲聲速的關(guān)系如圖1所示。實際上,也可以通過超聲聲速直接與鑄件抗拉強度建立關(guān)系,因為球化率與抗拉強度的回歸方程為線性關(guān)系,而球化率與超聲聲速又有線性關(guān)系。這樣直接測試出的超聲聲速與抗拉強度的關(guān)系如圖2所示。圖5圖6需要指出的是,球墨鑄鐵的強度、硬度和塑性等機械性能,主要取決于基體組織,下貝氏體或回火馬氏體球墨鑄鐵的強度高,其次是上貝氏體、索氏體、球光體、鐵索體球墨鑄鐵,要想建立超聲聲速

18、與強度之間的關(guān)系,應(yīng)該是在同一基體組織的情況下建立才是比較準確的,只有在同一基體組織下,石墨球化率高低才對球墨鑄鐵機械性能起著主要的影響作用。5分析與討論球墨鑄鐵熱處理工藝設(shè)計已經(jīng)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(chǎn)中有很多不可預(yù)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(fù)的通過實驗數(shù)據(jù)進行分析，然后在得出最重要的結(jié)論用于實踐中，從而在生產(chǎn)中減低成本、提高效率并且減少工時，降低能源消耗。6 結(jié)束語通過本次的課程設(shè)計，我感觸良深。對于中噸位卡車曲軸的加工工藝，我們僅學(xué)習(xí)了課本的一些理論知識，對這課題毫無頭緒，無從下手。沒辦法，只能一步一步來。從翻看課本

19、到上網(wǎng)找資料再到圖書館借書，幾經(jīng)波折下來，也只是了解了個大概過程。最后在詢問老師和同學(xué)的幫助下，艱難的完成了本次課程設(shè)計。雖然也有很多事參考一些模板的，但我還是學(xué)到了很多知識，鍛煉了自己的動手能力和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，受益匪淺。經(jīng)過一個星期的設(shè)計，我基本掌握一些技能：能綜合運用所學(xué)基本理論進行分析零部件的受力情況，確定零件的使用材料；根據(jù)零件材料、結(jié)構(gòu)和大小選擇毛坯零件的制造方法；對每種確定好的加工方法，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，制定每種加工方法的加工順序的安排；根據(jù)前面確定好的工序，制定每一工序的具體內(nèi)容，包括加工工藝參數(shù)，定位夾緊方式、定位基準等；工藝裝備包括機床、焊機、注塑機、熱處理設(shè)備等；確定需要使用的工具、夾具、模具等。 總而言之，這一個星期真的不容易，甚至有過一晚上熬夜做這課程設(shè)計，但我相信一份耕耘一份收獲。這也是對我理論知識的一份考卷，也是對我動手能力的考驗。我也認識到了實踐才是檢驗真理的唯一標準。進一步提高自身的分析和解決實際工程問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后從事職業(yè)崗位工程技術(shù)工作打下較堅實的基礎(chǔ)。7 熱處理工藝卡片零件名稱：曲軸熱處理工藝