毕业设计论文65Mn弹簧垫圈的热处理工艺设计.docx

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毕业设计论文65Mn弹簧垫圈的热处理工艺设计

攀枝花学院

学生课程设计（论文）

题目：

65Mn弹簧垫圈的热处理工艺设计

学生姓名：

学号：

所在院（系）：

材料工程学院

专业：

20XX级材料成型及控制工程

班级：

材料成型及控制工程

指导教师：

XXX职称：

讲师

2013年11月25日

攀枝花学院教务处制

攀枝花学院本科学生课程设计任务书

题　目

65Mn弹簧垫圈的热处理工艺设计

1、课程设计的目的

使学生了解、设计65Mn弹簧垫圈的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能力。

2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）

内容：

（1）明确设计任务（包括用途、服役条件及性能要求）

（2）绘出热处理件零件图

（3）给出设计方案

（4）写出设计说明

（5）设计质量检验项目

（6）设计热处理工艺卡片

（7）65Mn弹簧垫圈的热处理缺陷及预防或补救措施

要求：

（1）通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。

（2）分析热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。

（3）提交设计说明书（报告），2千字以上。

报告格式请参照“毕业论文（设计）”格式。

3、主要参考文献

[1]夏立芳主编.金属热处理工艺学.哈尔滨:

哈尔滨工业大学出版社,2005

[2]中国机械工程学会热处理分会．热处理工程师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2003．第一版.

[3]张玉庭主编．热处理技师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2006．第一版

[4]中国机械工程学会热处理学会．热处理手册［Ｍ］．机械工业出版社．2003．第三版.

4、课程设计工作进度计划

第十四周：

对给定的题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。

第十五周：

撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。

指导教师（签字）

孙青竹

日期

2013年11月25日

教研室意见：

年月日

学生（签字）：

接受任务时间：

年月日

注：

任务书由指导教师填写。

课程设计（论文）指导教师成绩评定表

题目名称

评分项目

分值

得分

评价内涵

工作

表现

20%

01

学习态度

6

遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。

02

科学实践、调研

7

通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。

03

课题工作量

7

按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。

能力

水平

35%

04

综合运用知识的能力

10

能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。

05

应用文献的能力

5

能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。

06

设计（实验）能力，方案的设计能力

5

能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。

07

计算及计算机应用能力

5

具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。

08

对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）

10

具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。

成果

质量

45%

09

插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度

5

符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。

10

设计说明书（论文）质量

30

综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。

11

创新

10

对前人工作有改进或突破，或有独特见解。

成绩

指导教师评语

指导教师签名：

年　月　日

摘要

本课设计了65Mn弹簧垫圈热处理工艺设计。

主要的工艺过程包括下料、冲孔、冷压成型、热处理定型等过程。

通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。

65Mn波浪形弹簧垫圈原有的回火工艺加以改，采用不同的工艺对其进行热处理，并作压缩试验检测弹性性能，比较、分析各种工艺热处理后弹簧垫圈压缩试验的结果，起结果表明弹簧垫圈最佳热处理工艺为260℃低温回火。

预备热处理采用去应力退火，为增加其耐磨性最终热处理采用等温淬火+低温回火。

关键词：

65Mn，弹簧垫圈，低温回火

目录

摘要Ⅰ

1、设计任务1

1.1设计任务1

1.2设计的技术要求1

2、热处理零件图2

3、设计方案3

3.1弹簧垫圈设计的分析3

3.2钢种材料4

4、设计说明5

4.1加工工艺流程5

4.2具体热处理工艺5

5、质量检验项目9

6、分析与讨论10

6.165Mn弹簧垫圈热处理缺陷及产生原因10

6.2预防或补救措施10

7、结束语11

8、热处理工艺卡片12

参考文献13

1设计任务

1.1设计任务

65Mn弹簧垫圈的热处理工艺设计

1.2设计的用途及技术要求

65Mn钢强度.硬度.弹性和淬透性均比一般钢材要好的多。

具有过热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。

退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差，表面脱碳倾向比硅钢小，这些作为弹簧垫圈是很好的先决条件。

该钢强度较高，淬透性较大，脱碳倾向小，但有过热敏感性，易出现淬火裂纹，并有回火淬性，65Mn弹簧垫圈的失效形式主要是断裂。

在退火状态下切削加工性尚好，焊接性好，冷变形塑性低，带材可进行一般弯曲成型加工。

65Mn弹簧钢易过热，注意加热温度和保温时间。

建议加热820度，适当保温。

回火温度：

320度时间要充分。

硬度：

45－48HRC．使用性能较好。

盐浴NaCl:

BaCl=3:

7左右即可加热温度820，时间30秒/mm（mm指零件有效厚度），油冷。

回火温度280，空气炉时间2小时，硝盐炉时间30分钟（只供参考，具体温度及时间看技术要求而定）

热处理规范：

淬火830℃±20℃,油冷;回火540℃±50℃（特殊需要时,±30℃）。

金相组织：

屈氏体。

抗拉强度σb（MPa）：

≥980（100）

屈服强度σs（MPa）：

≥784（80）

伸长率δ10（%）：

≥8

断面收缩率ψ（%）：

≥30

硬度：

热轧,≤302HB;

冷拉+热处理，≤321HB

2热处理零件图

3设计方案

3.1弹簧垫圈设计的分析

工作条件

由于是制造弹簧垫圈，因此其工作环境为受力较大的地方，其目的是为了分担共建所承受螺母的应力，所以弹簧垫圈一般耐磨性和硬度要求很高。

失效形式

由于弹簧的服役条件的复杂性和苛刻性，其失效形式有多种多样，主要有断裂失效和应力松弛（变形）失效两大类。

在断裂失效中又可分为脆性断裂和塑性断裂，其中突发性的脆性断裂的危害性最大。

在断裂失效中又可分为脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂及疲劳腐蚀断裂。

此外还有氢脆、镉脆及黑脆等。

其中疲劳断裂约占其断裂失效形式的80%到90%。

在生产实践中可依据起断口特征来判断其断裂方式，可根据其受力条件来找到断裂源，分析其断裂的扩展速率。

应力松弛（变形）失效是弹簧垫圈在工作过程中普遍存在的现象，但一般不被重视，而它对那些执行控制性元件中则是影响产品效率、灵敏度及可靠性的关键性零件。

弹簧垫圈的早期失效对钢材的浪费相当严重、造成直接和间接的经济损失巨大。

所以弹簧垫圈的失效分析和预防是一项重要的技术任务。

性能要求

弹簧垫圈质量的好坏应包括弹簧材料、几何尺寸、尺寸精度和表面质量等，其中对弹簧材料的性能要求是其重点具体内容如下。

A.力学性能方面

由于弹簧垫圈是在弹性范围内工作，不允许产生永久性变形。

弹性好坏可以用应变能或弹性比功表示，根据应力应变曲线可知，弹性应变能（比功）与材料的弹性极限的平方成正比，与弹性模量成反比。

要求弹性应变能或比功较大，也就是要求弹簧垫圈材料有良好的微塑性变形抗力，即弹性极限、屈服极限和屈强比要高，所以弹簧钢一般属于高强度或超高强度钢。

弹簧垫圈材料的种类和热处理工艺对上述性能影响很大。

相对而言，它们对钢材的弹性模量的影响较小。

为延长其使用寿命，它的第二相指点匀、细、圆、显微组织均匀、不耗脆性马氏体等。

B.理化性能方面

弹簧垫圈的工作情况很复杂，有些是在高温下长期工作的，因此要求其有良好的耐热性，即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。

相反有些是在低温地带工作则要求材料要有较高的低温冲击韧度、低温的脆性转化温度，以免发生冷脆。

在腐蚀介质中工作的弹簧垫圈，其表层金属与腐蚀介质发生化学货电化学反应，弹簧垫圈表层巨匠被腐蚀，易造成腐蚀脆性断裂。

特别是在交变应力作用下，材料的疲劳极限将显著降低，弹簧垫圈更易发生腐蚀疲劳断裂失效。

所以必须具备良好的耐腐蚀能力。

在高强度工作中，弹簧垫圈更易磨损消耗，所以要有更强的耐磨能力。

C.工艺性能方面

对于要求淬火而其截面尺寸较大的弹簧垫圈，其钢材应有相应的淬透性、较小的过热敏感性和表面脱碳倾向小，才能保证弹簧垫圈表里组织和性能的均匀性，在冷、热成形时要求材料有足够的塑性和良好的耐磨、抗压性能。

3.2钢种材料

65Mn钢具有较高的硬度,淬透性好,脱碳倾向少,价格低廉,切削性好等优点,但它有过热敏感性,易产生淬火裂纹,并有回火脆性。

在65Mn中，锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化，一部分锰也溶于Fe3C中，形成合金渗碳体，锰还能增加珠光体相对量，并使它变细，从而提高钢的强度。

锰能与S化合成为MnS，以减轻S的有害作用锰钢具有过热倾向。

65Mn钢属于高碳钢，加上Mn与Si的联合作用，使其碳当量达0.8%以上。

这就使65Mn钢具有极大的淬硬倾向，焊接性极差。

4设计说明

4.1加工工艺流程

65Mn弹簧垫圈的热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程:

下料→锻造→预备热处理（完全退火）→机械加工→淬火+低温回火→平磨→组装。

65Mn钢属于高碳钢，其成分[1]如下表1.

表3.1A钢的化学成分（质量分数，%）

C

Mn

P

S

Cr

Ni

Cu

Si

0.62～0.70

0.90～1.20

≤0.035

≤0.035

≤0.25

≤0.30

≤0.25

0.17～0.37

成分分析：

Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。

它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。

Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。

Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。

硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比（σs/σb）,以及疲劳强度和疲劳比（σ-1/σb）等。

硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。

4.2具体热处理工艺

65Mn钢的热处理包括初期的锻造和预先热处理，以减少坯料的硬度为方便后面的机加工，也为后续淬火、回火提供优良的原始组织。

65Mn钢的热处理工艺分析：

第一、由于65Mn钢的含碳量较高，对于垫圈这种要求高强度和高耐磨的特性，那么65Mn钢的最重要的就是具有高硬度，需要调高其耐磨性。

第二、通过锻造和随后的退火，形成硬度较低的原始坯料，为后续的切削加工提供有利的方便和减少对于车床的磨损。

第三、渗碳是通过对其表面更加的硬度能