热处理工艺设计Word文档下载推荐.docx

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品质量，宜选用已强化的弹簧材料，冷成型后不经淬火、回火，只须进行低温

退火。

这样更能保证大批量小弹簧的产品质量和成本低廉。

3.3.4材料选择

选用50CrVA钢热轧弹簧钢丝卷制。

由于50CrVA钢中含有铬能够提高淬透性

并且可降低锰引起过热的敏感性，铬熔于铁素体中使弹性极限提高。

钒可以细

化组织，减少过热敏感性，提高钢的强度和冲击韧性。

可用作特别重要的承受

高应力的各种尺寸的螺旋弹簧，也可也用作在300°

C以下工作的重要弹簧，如

各种阀门弹簧，喷油嘴弹簧。

3.3.550CrVA钢化学成分及合金元素作用

表 

钢的化学成分[1]（GB/T3077-1990）ω/%

CSiMnCrVNiPS

0.44～0.540.17～0.370.50～0.800.80～1.100.10～0.20≤0.35≤0.035≤0.030

钢的化学成分示于表 

3.1

化学元素作用：

①C 

：

保证形成碳化物所需要的碳和保证淬火马氏体能够获得的硬度

②Cr：

提高钢的淬透性并有二次硬化作用，是刚在高温时仍具高强度和高硬

度，增加钢的耐磨性，增高钢的淬火温度。

③Si：

能提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合机械性能，还能增高淬

火温度，阻碍碳元素溶于钢中。

④Mn：

能增加钢的强度和硬度，有脱氧及脱硫的功效（形成 

MnS），防止热

脆，故 

Mn 

能改善钢的锻造性和韧性，可增进刚的硬化深度，降低钢的下临界点，

增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善机械性能。

⑤V：

可以细化组织，减少过热敏感性，提高钢的强度和冲击韧性。

3

3.3.650CrVA 

钢热处理临界转变温度

钢热处理的临界转变温度见表 

3.2

3.2 

钢临界转变温度[2]

临界温度（近似值）（℃）

钢号

Ac1Ac3Ar1

50CrV740810688

钢的淬透性曲线

3.450CrVA 

钢调速弹簧加工制造工艺流程

钢调速弹簧加工制造工艺流程如下：

钢材检查→盘旋与调整→淬火→清洗→中温回火→校正→检验→法兰

4

4 

调速弹簧的热处理工艺

4.150CrVA 

钢的淬火工艺

4.1.1淬火目的

淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体转变，得到马氏体组织，然后配合

以不同温度的回火，提高弹簧的强度和弹性，获得所需的力学性能。

4.1.2热处理设备

选用RDM系列埋入式盐浴炉，盐浴炉参数见 

4.1。

说明：

盐浴炉适用于中小型工件加热。

加热速度快，温度均匀，中性介质，不

易氧化、脱碳；

炉口敞开，便于吊挂，工件变形小。

装炉方式：

40 

件/炉 

，用专用夹具，悬挂入炉。

4.1 

RDM-100-13 

埋入式盐浴炉[3]

电源

工作空间尺寸

型号额定功率

额定温度

相数电压

（mm×

mm）

RMD-100-13100（KW）3380（V）1300℃450×

350×

560

4.1.3淬火温度

淬火温度：

860±

10℃

依据：

加热温度 

t=Ac3＋30～50℃，

t=810+50=860℃故取 

10℃。

4.1.4加热方式

盐浴炉加热，温度均匀，加热速度快。

4.1.5加热介质

加热介质：

50%NaCl+50%BaCl2

4.1.6保温时间

保温时间：

5min

选定的依据：

加热时间可按下列公式进行计算：

t=a×

K×

D，式中 

t 

为加热

时间（min），K 

为反映装炉时的修正系数，可根据表 

4.3 

可得 

K 

取 

1.4，a 

为

5

工件装炉方式

修正系数

1.0

2.0

1.4

1.3

1.7

加热系数 

min/mm,加热系数 

a 

可根据钢种与加热介质、加热温度，参数按照表 

4.2

选取，D 

为工件有效厚度（mm）可得 

D=0.75×

1.4×

3.2=3.36min。

考

虑到夹具的随炉加热，所以，

取保温时间 

4.2工件加热系数 

a[4]

钢号退火、正火（箱式炉）

淬火

箱式炉盐炉

碳钢0.7～0.8min/mm0.7～0.8min/mm20～30s/mm

合金钢0.9～1.0min/mm0.9～1.0min/mm30～45s/mm

高合金钢1.0～1.5min/mm预热 

1min/mm

加热 

45s/mm

预热 

30s/mm

16s/mm

高速钢2～3min/mm2～2.5min/mm预热 

15～30s/mm

8～12s/mm

工件装炉修正系数 

K

4.1.7冷却方式

由于 

钢淬透性较好，冷却速度越大，则淬火内应力越大，淬火变形

也越大，工件容易变形开裂。

使用冷却较为缓和的淬火介质，其热应力就相对

较小。

所以选择油冷。

6

4.1.8淬火方式

80°

C 

油冷，选用 

2 

号普通淬火油油淬

号普通淬火油的冷却能力见 

4.4

由于零件尺寸较小，油淬可以达到淬火临界冷却速度，并且油淬操作简单，经

济，易于操作；

淬火过程中 

Ms 

点已经进入对流阶段，低温区冷却能力远小于水，

可以减少工件应力的产生，减少由于内应力产生的变形和开裂。

4.42 

号普通淬火油的冷却能力[5]

冷却介质特性温度特性时间800～400℃冷却/s800～300℃冷却/s

号普通淬火油6332.253.154.55

4.1.9淬火后组织

马氏体＋残余奥氏体

4.1.10淬火后硬度

淬火后组织为马氏体＋残余奥氏体，具有较高的硬度，硬度可达

50～56HRC，经过回火处理后可以满足零件的性能要求。

4.1.11淬火工艺曲线

淬火工艺曲线见图 

4.1

淬火工艺曲线

7

4.250CrVA 

的中温回火工艺

4.2.1回火目的

中温回火，使钢获得最高的弹性极限。

4.2.2热处理设备

选用RX3系列950℃箱式电阻炉，电阻炉参数见 

4.5。

适用于中，小型工件成批量生产。

可进行退火，淬火和高温及低温回火

等热处理操作。

新型结构炉衬保温性好，炉衬变薄，重量减轻，有效的减少了

炉衬的散热和蓄热损失，降低了空载功率，缩短了空炉升温时间。

200 

件/炉，用专用夹具夹紧，用装具分层摆放

4.5 

RX3-30-9Q 

950℃箱式电阻炉[6]

RX3-30-9Q30（KW）3380（V）950℃760×

360×

310

4.2.3回火温度

4.2 

材料力学性能于回火温度关系曲线

8

回火温度：

480±

中温回火使钢获得最高的弹性极限，钢的弹性极限往往在回火温度为

200～400℃之间时出现极大值。

在 

350～500℃范围内的中温回火就是利用这一

特征，碳素弹簧钢的回火取此温度范围的下限，合金弹簧钢的回火取此温度范

围的上限，因为合金元素提高了钢的回火抗力。

根据 

材料力学性能于回

火温度关系曲线，为保证材料符合力学性能要求选择温度范围为 

400～500℃。

所以回火温度取 

4.2.4加热方式

用空气电阻炉采取到温加热方式，可以减少工件加热时间，回火后硬度下

降较小

4.2.5加热介质

空气

4.2.6保温时间

依据表 

4.6 

保温时间约为 

35min，由于考虑到随炉加热的夹具和装具，故

选定保温时间为 

60min。

60min

参见表 

4.6

硅锰和铬钒弹簧钢在回火温度为 

400～520℃时的保温时间[7]

材料直径/mm≤1010～1515～2020～2525～42

保温时间/min25～3530～3540～4550～6070～90

4.2.7冷却方式

出炉空冷。

4.2.8回火组织

回火屈氏体＋极少量残余奥氏体

4.2.9硬度

硬度 

46～51HRC

4.2.10回火工艺曲线

回火工艺曲线见图 

9

回火工艺曲线

总的热处理工艺曲线

热处理总工艺曲线见 

4.3

热处理总工艺曲线

4.4 

热处理工艺的检验

4.4.1 

试验设备

①HR-F 

洛式硬度计。

主要参数：

实验力：

1500N；

压头类型：

金刚石圆锥 

120℃；

实验力保持时间：

10

6-99s，可设置；

测试硬度范围 

20-70HRC。

②金相显微镜

4.4.2 

检验操作

①硬度的检验：

选取三点用金刚石压头进行硬度测试，取三次测量的平

均值。

②金相组织检验：

试样制备：

选取试样横截面切取，夹具夹持进行抛光，

50%盐酸水溶液加热 

70℃左右进行腐蚀，用 

20%酒精进行清洗，再吹干。

试样观

察：

在金相显微镜下进行观察试样的金相组织，为回火屈氏体组织，符合工件

热处理组织要求。

5 

热处理工序中材料的组织及性能

5.1淬火工艺材料中的组织及性能

（1）正常加热冷却：

工件加热到 

860℃后珠光体转变为奥氏体，保温时组

织不变，晶粒细化，出炉油冷至室温时得到马氏体+残余奥氏体，具有较高的硬

度。

（2） 

加热温度不足时，加热后组织为奥氏体+铁素体，室温后组织为马氏体

+铁素体，硬度不足，塑性大。

（3）加热温度过高时：

加热后组织为（粗大）奥氏体，室温后组织为（粗

大）马氏体，脆性太大，易断裂。

（4）冷却速度过大时，组织为马氏体，由于晶粒不均匀，性能较差，容易

开裂和变形。

（5）冷却速度不足时，组织为马氏体+贝氏体。

硬度和强度不高，塑性较大。

5.2回火工艺材料中的组织及性能

加热温度为时，则加热后组织为马氏体，回火保温足

够时间后组织为回火屈氏体，弹性性能很大提高，硬度和强度适中。

（2）加热温度不足时，加热后组织为马氏体+碳化物（大量），室温后组织

为回火马氏体。

硬度偏高。

（3）加热温度过高时，得到由铁素体和弥散分布于其中的细粒状渗碳体组

11

成的回火索氏体组织。

回火索氏体的塑性和韧性比较高，弹性不足。

6常见缺陷及防止方法

弹簧钢热处理常见缺陷及防止方法参考表 

6.1[5]

注：

1.操作要求严格执行热处理操作规范

2.热处理严格按照工艺执行

3.其他缺陷产生原因另行分析

6.1 

弹簧钢热处理常见缺陷及防止方法

常见缺陷产生原因防止方法

1 

淬火温度过高，残留奥氏体过 

严格执行工艺，控制好淬火温度和

硬度不足，弹性低

脆性大

变形

淬火开裂

表面脱碳或元素贫化

表面腐蚀

多

淬火加热表面脱碳

1.产生回火脆

2.过热

1.内应力大

2.残余奥氏体过多

1.淬火加热速度过快

2.冷却过快，淬火介质不当

3.加热温度过高，保温时间过

长

1.原材料脱碳超标

2.淬火加热的盐浴脱氧不充分

1.盐浴炉脱氧不良，或带硝盐

2.没有及时清理残盐

3.零件表面不洁净

12

保温时间

2.盐浴炉要充分及时脱氧，或采

用保护气氛、真空热处理

用快速冷却消除回火脆

2.严格控制淬火温度和保温时间

1.用专用夹具进行定型回火

2.延长回火时间

3 

多次回火

1.严格执行热处理工艺，严格控制

加热温度和保温时间，使用合适淬

火介质

1.严格原材料复检

2.盐浴炉充分及时脱氧

1.盐浴炉及时充分脱氧

2.及时清理残盐

3.零件热处理前表面清洗洁净

4.热处理后及时钝化和烘干

7. 

弹簧淬火及回火热处理夹具和装具

7.1 

弹簧淬火及回火热处理夹具

弹簧淬火和回火夹具

7.2 

淬火的夹具和入炉方式示意图

13

7.3 

弹簧回火装具

840Cr 

炉用结构件（炉体连接板）的渗铝热特殊热处理

8.1 

零件图

加热炉炉体连接板

14

8.2 

性能要求：

渗层厚度：

0.35mm

除满足一般力学性能外，要求组织均匀，有合理的组织稳定性，去除内应力，

抗高温氧化及热腐蚀。

8.3 

零件用途：

8.4 

工作条件：

工作在较高温度环境中，单位面积上承受的载荷较低，但易高温氧化。

8.5 

材料的选择

40Cr 

是常用的构件钢，价格低廉。

能够满足做炉用结构件的力学性能要求，

并且能够在 

560℃左右的温度环境中持续工作，对其表面进行渗铝处理，可延

长其使用寿命。

钢的化学成分[8]（GB/T3077-1990）ω/%

CSiMnCr

0.37～0.440.17～0.370.50～0.800.80～1.10

8.6 

工艺流程:

下料→焊接→热浸渗铝（代替退火）→检验

8.7渗铝工艺设计

8.7.1 

渗铝的目的：

1.表面渗铝，防热腐蚀，抗高温氧化

2.均匀组织，清除焊接内应力

8.7.2 

设备的选择：

外热式坩埚浴炉的基本尺寸

加热温度℃工作空间尺寸 

mm

≤900Ø

400×

600

15

浸剂：

90%铝粉+10%铁粉

20 

件/炉

8.7.3 

温度的选择：

根据图 

8.2渗层厚度与温度的关系曲线，选加热温度：

780℃

渗

层

厚

度

/m

m

加热温度/t

8.2渗层厚度与温度的关系曲线

8.7.4 

热浸时间：

8.3渗层厚度与保温时间的关系曲线可知，保温时间应大于

15min.热浸时间增加，渗层厚度增加，时间超过 

12min 

渗层厚度增加缓慢，因

为热浸时间增加，钢自身温度上升反吸附能力增强。

若要达到 

0.35mm 

渗层厚度，

应适当延长保温时间。

所以选择保温时间为：

40min

保温时间/min

渗层厚度与保温时间的关系曲线

16

8.7.5 

冷却方式：

空冷

8.7.6 

渗铝后的组织：

珠光体+少量铁素体

8.7.7 

渗铝工艺曲线

8.7.8检验

为检查渗层厚度是够达到 

技术要求，对工件进行金相组织检

查。

并对其内部组织进行检查。

9热处理工艺课程设计的的见解和体会

通过三周的课程设计，我充分利用大学期间学的知识和来自图书馆及网上

资料，对热处理的知识有了全新的理解和掌握，使我能够将我学过的知识整体

结合起来，让我从大量的课程中钻了出来，从更高的高度来看待我们的课程，

使我的学习与实际联系的更加紧密。

使我更有目的性而且将我以前搞不懂的东西更加清晰的展现在我的面前，

让我更加了解自己的知识的缺乏，使自己的学习更加有动力，而且我知道到了

热处理是一个很有技术含量的东西 

，这个过程也是使我锻炼自己动手能力的一

个很好的机会，尤其是在自己动手解决问题的方面。

热处理工艺课程设计让我学到很多专业知识，动手能力也得到提高，为我以后走进工厂做

好了准备！

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参考文献

[1]热处理技术数据手册/樊东黎等主编.—2 

版.—北京：

机械工业出版社，

2006.4

[2] 

热处理工程师手册/樊东黎等主编.—2 

机械工业出版社，2004.9

[3] 

吉泽升. 

热处理炉. 

哈尔滨工业大学出版社，2001.5

[4] 

热处理工程师手册，机械工业出版社出版，2004.9

[5]《实用热处理》编写组.实用热处理.湖南人民出版社，1974.11

[6] 

[7] 

[8]热处理技术数据手册/樊东黎等主编.—2 

18