42CrMo高强度联轴螺栓热处理工艺设计.doc
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工艺课程设计(论文)
题目:
42CrMo高强度联轴螺栓热处理工艺设计
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起止时间:
课程设计(论文)任务及评语
院(系):
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
42CrMo高强度联轴螺栓热处理工艺设计
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42CrMo淬火、回火热处理工艺理论基础,选择设备、仪表和工夹具,阐述螺栓热处理质量检验项目、内容及要求;阐明螺栓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.联轴螺栓材料的选择(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42CrMo的C曲线;
3.给出42CrMo联轴螺栓冷热加工工艺流程图;
4.制定42CrMo联轴螺栓淬火-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)
目录
1高强度联轴螺栓热处理概述 1
242CrMo高强度联轴螺栓热处理工艺设计 2
2.1齿轮的服役条件、失效形式及性能要求 2
2.1.1服役条件、失效形式 2
2.1.2性能要求 2
2.2螺栓材料的选择 2
2.342CrMo钢的C曲线 3
2.442CrMo钢的热处理工艺设计 4
2.4.142CrMo的工艺流程 4
2.4.242CrMo的热处理工艺设计 5
2.542CrMo高强度联轴螺栓的热处理工艺理论基础、原则 7
2.5.142CrMo高强度联轴螺栓的退火工艺理论基础、原则 7
2.5.242CrMo淬火工艺原理 8
2.5.342CrMo回火工艺理论基础、原则 10
2.6选择设备、仪表和工夹具 11
2.6.1设备 11
2.6.2仪表 12
2.6.3设计工夹具 13
2.742CrMo高强度联轴螺栓度热处理质量检验项目、内容及要求 14
2.842CrMo高强度联轴螺栓热处理常见缺陷的预防及补救方法 14
2.8.1加热时常见的缺陷的预防及补救方法 14
2.8.2淬火、回火缺陷与预防、补救 15
2.9热处理工艺卡 16
2.9.142CrMo退火工艺卡 17
2.9.242CrMo淬火工艺卡 18
2.9.342CrMo回火工艺卡 19
3.参考文献 20
20
1高强度联轴螺栓热处理概述
高强度螺栓是指性能等级在8.8级以上,不可重复使用,多用于桥梁、钢轨、高压及超高压设备的连接设备。
这种螺栓的断裂多为脆性断裂,应用于超高压设备上的高强度螺栓,为了保证容器的密封,往往需要施以较大的预应力。
高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力,需要较好的韧性、塑性、较高的强度、较细的晶粒。
为满足这些性能的要求常用经过调质处理后的45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢、42CrMo等。
用于高强度螺栓材料的钢,一次预备热处理是退火,主要目的是为了降低硬度,改善切削加工性;消除锻造残余应力,稳定尺寸,减少变形与裂纹倾向;细化晶粒,调整组织,消除组织缺陷。
随后经淬火加高温回火后,使零件表面得到高的硬度和耐磨性,而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性。
通过对经典合金结构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。
根据联轴螺栓的工作条件,失效形式及性能要求,本设计选择的联轴螺栓材料为42CrMo高强度联轴螺栓钢;在设计退火—淬火—高温回火热处理工艺中,本设计借鉴了《热处理工程师手册》,《热处理手册(共四卷)》,《高强度螺栓摩擦连接概论》,《工程结构设计原理》,《金属热处理工艺》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42CrMo联轴螺栓表面不仅具有高硬度,高耐磨性,高的耐点蚀性能,高的疲劳强度,而且心部还具有高的强度和韧性,从而满足联轴螺栓的质量要求。
242CrMo高强度联轴螺栓热处理工艺设计
2.1齿轮的服役条件、失效形式及性能要求
2.1.1服役条件、失效形式
联轴螺栓在工作时螺栓施加很大的预拉力,使连接构件间产生挤压力,从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力,而且螺栓处会产生较大的扭矩进而产生扭转应力的作用。
联轴螺栓和工件连接处在上述不同应力作用下导致不同的失效形式,主要有脆性断裂、疲劳磨损、皮下点蚀、弯曲疲劳折断,冲击折断等。
2.1.2性能要求
1.能承受使在接头中产生规定的摩擦力所必要的螺栓预紧力;
2.能准确的施加螺栓预紧力,也就是能可靠的进行拧紧作业;
3.能确保其预拉力;
4.在一般情况下,预拉力产生的螺栓应力对螺栓钢材来说是相当高的应力,但在这种情况下应不发生脆性破坏,而安全可靠;
5.要考虑腐蚀的问题;
6.制造简便,能大量生产,价格便宜。
2.2螺栓材料的选择
螺栓材料的选择在有特殊用途的时候必须考虑螺栓的硬度、强度等。
在选择螺栓时首先要考虑材料问题。
目前市场上的螺栓标准件材料主要有碳钢螺栓、不锈钢螺栓、铜螺栓三种材料。
(1)碳钢。
我们以碳钢料中碳的含量区分低碳钢,中碳钢和高碳钢以及合金钢。
1、低碳钢:
C%≤0.25% 国内通常称为A3钢。
2、中碳钢:
含碳0.25%0.45%。
3、合金钢:
在普碳钢中加入合金元素,增加钢材的一些特殊性能:
如35、40铬钼、SCM435,10B38。
(2)不锈钢。
性能等级:
45,50,60,70,80主要分奥氏体不锈钢(18%Cr、8%Ni)耐热性好,耐腐蚀性好,可焊性好。
A1,A2,A4马氏体不锈钢、13%Cr不锈钢耐腐蚀性较差,强度高,耐磨性好。
C1,C2,C4铁素体不锈钢。
18%Cr奥氏体不锈钢镦锻性较好,耐腐蚀性强于马氏体不锈钢。
(3)铜。
常用材料为黄铜、锌铜合金。
市场上主要用H62、H65、H68铜做标准件。
高强度螺栓工作条件比普通螺栓差,特别是桥梁、轨道、水轮机等重要联接部分。
它受力较大、受扭力、横向切应力、冲击较频繁,因此对材料要求较高。
由于弯曲与接触应力都很大,所以重要螺栓都经过调质、淬火处理,以提高耐磨性和疲劳抗力。
为了保证心部有足够的强度及韧性,材料的淬透性要求较高,心部硬度应在HRC40~58。
另外,螺栓生产特点是批量大,利润低,因此在选钢材时,在满足力学性能的前提下对工艺性能必须予以足够的重视。
实践证明,42CrMo钢具有较高的力学性能,在淬火、高温回火后,材料内部成分均匀,获得更好的综合力学性能。
2.342CrMo钢的C曲线
通过查找《热处理手册》获得42CrMo钢的C曲线如图1所示,成分如表1。
图1.42CrMo钢C曲线
表142CrMo钢的成分
材料
化学成分(质量分数)%
原始状态
奥氏体化温度
奥氏体化时间
晶粒度
Ms
42CrMo
C:
0.38~0.45
Si:
0.17~0.37
Mn:
0.50~0.80
P:
≤0.035
S:
≤0.035
Cr:
0.90~1.20
Mo:
0.15~0.25
Ni,Cu≤0.030
球化退火
860℃
----
----
360℃
经锻造将获得螺栓的毛坯。
图2是高强度联轴螺栓的零件图。
图2高强度联轴螺栓的零件图
2.442CrMo钢的热处理工艺设计
2.4.142CrMo的工艺流程
1.加工路线
备料→锻造→退火→粗、半精加工→淬火、高温回火→射线探伤→精加工
2.锻造工艺设计
造联轴螺栓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,使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。
用棒料镦粗后经切削加工制成的联轴螺栓,其组织致密,金属内孔隙减少,纤维组织弯曲呈放射状,力学性能得到很大的提高。
查阅《热处理工艺规范数据手册》可以找出42CrMo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242CrMo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
730℃(690)
800℃(---)
1150~1200℃
1130~1180℃
>850℃
2.4.242CrMo的热处理工艺设计
1.预备热处理工序—退火
退火一般均安排在毛坯生产之后,切削加工之前,或粗加工之后,半精加工之前。
退火的目的是为了降低硬度,改善切削加工性;消除锻造残余应力,稳定尺寸,减少变形与裂纹倾向;细化晶粒,调整组织,消除组织缺陷。
作为用做联轴螺栓的中碳钢42CrMo需要球化退火,其退火工艺曲线如图3所示。
100~150℃/h
4~6h
680℃以上控制
冷却速20~30℃/h℃
680℃以下炉冷
550℃
空冷
0
时间/h
温度/℃
750~770℃
图342CrMo钢退火工艺曲线
2.淬火、高温回火
零件经最终热处理后硬度较高,除磨削外不宜再进行其他切削加工,因此工序位置一般安排在半精加工后,磨削加工前。
经淬火后表面获得高硬度、高的耐磨性,而心部仍维持良好的综合力学性能。
为降低表面淬火的淬火应力,保持高硬度、耐磨性,淬火后应高温回火。
注:
采用常规的调质工艺,在满足高强度的基础上,其塑性和韧性指标往往达不到技术要求。
本设计通过采用水-空间淬的淬火工艺,能够对截面大的零件提高冲击吸收攻,成功地解决了实际生产中采用油淬调质不能满足验收条件的难题。
图4为半加工后淬火、回火热处理工艺曲线。
850℃
4h
水-空间淬
600℃
6h
时间/h
图4淬火、回火热处理工艺曲线
空冷
温度/℃
0
3.射线探伤
作为五大常规无损检测方法之一的射线检测(Radiology),在工业上有着非常广泛的应用。
射线探伤是利用X射线对金属工件进行检测,根据射线穿透物质时的衰减特征来探测被检物中的不连续性并记录与显示其图象的方法。
X射线与自然光并没有本质的区别,都是电磁波,只是X射线的光量子的能量远大于可见光。
它能够穿透可见光不能穿透的物体,而且在穿透物体的同时将和物质发生复杂的物理和化学作用,可以使原子发生电离,使某些物质发出荧光,还可以使某些物质产生光化学反应。
如果工件局部区域存在缺陷,它将改变物体对射线的衰减,引起透射射线强度的变化,这样
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- 42 CrMo 强度 螺栓 热处理 工艺 设计
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