金屬材料課程設(shè)計--內(nèi)燃機氣門彈簧的選材與工藝設(shè)計-文庫吧
2025-05-18 10:53 本頁面
【正文】 主視圖 左視圖 俯視圖 4 材料的選擇 彈簧材料簡介 彈簧是在較高的應(yīng)力下工作，材料表面受力最大，彈簧材料的綜合力學性能和材料表面質(zhì)量，直接影響到彈簧的質(zhì)量。保證和提高彈簧材料力學性能和物理化學性能，是確保彈簧正常工作的關(guān)鍵。 彈簧鋼用于制造彈簧零件，按化學成分可分為碳素彈簧鋼的合金彈簧鋼，按生產(chǎn)工藝可分為熱軋彈簧鋼和冷軋彈簧鋼。由于彈簧一般在負荷下工作，因此，彈簧鋼應(yīng)具有高的抗拉強度，屈強比和疲勞強度，且具有高的抗拉強度和韌性以及高的表面質(zhì)量，同時還要求有較好的淬透性及脫碳敏 感性，在冷熱狀態(tài)下容易卷繞成型。 選材及理由 本次設(shè)計所采用的原材料為閥門用油淬火回火鉻釩合金彈簧鋼絲（ YB/T5008），此種鋼絲是用彈簧鋼中的 50CrVA 鋼（ GB/T 12222021）制造的。 50CrVA 鋼是一種 中碳合金彈簧鋼 ， 具有 良好的力學性能和工藝性能，淬透 6 性較高 。 鋼的最終熱處理為淬火、回火，該鋼在熱處理后使用溫度在 300℃時，其彈性仍可保持 ，穩(wěn)定工作 。鋼的切削加工性能尚好，但冷變形時塑性低，焊接性較差。 50CrVA 的優(yōu)勢： 60Si2Mn 等傳統(tǒng)的硅錳鋼冶煉成材工藝 難度大，硅酸鹽夾雜物較多，難以徹底消除，熱加工脫碳傾向大，嚴重影響淬火質(zhì)量和疲勞壽命。 50CrVA 中 釩是強碳化物形成元素，形成的碳化釩質(zhì)點穩(wěn)定性好，溶解溫度較高，彌散分布，能有效阻止晶界移動，從而使 鋼的晶粒細化，降低過熱敏感性 ，提高回火穩(wěn)定性， 提高強度和韌性，具有高的疲勞強度，但焊接性 和磨削型較差。 鉻元素能夠有效提高鋼的淬透性和彈性極限 ，但促進回火脆性。 發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高對彈簧的彈性極限、疲勞強度等有了更高的要求。根據(jù)工作特點可知，選用的材料要求在200℃左右仍然有良好的彈性強度和疲勞強度。 50CrVA 鋼中溫回火后硬度和強度得到提高，釩與碳結(jié)合成的碳化釩十分穩(wěn)定，阻止了晶粒的長大，淬火后獲得細小的馬氏體組織。由于該鋼的回火穩(wěn)定性好，即使在 500℃左右回火仍具有高的屈服點和抗拉強度，對缺口的敏感性小，可抵抗沖擊載荷的作用。加上加熱時不易過熱和脫 碳，成為氣門彈簧的首選材料。 5 彈簧材料的檢驗 為確保彈簧質(zhì)量，在投料前對所使用的閥門用油淬火回火鉻釩合金彈簧鋼絲進行表面缺陷、力學性能、金相組織及化學成分的檢驗。 表面 質(zhì)量 的檢 驗 閥門用油淬火回火 鉻釩合金彈簧鋼絲 牌號 50CrVA 類型 冷拔強化鋼絲 淬火溫度 850℃ 淬火介質(zhì) 油 回火溫度 500℃ 屈服強度 1124MPa 抗拉強度 1274MPa 伸長率 δ 5 10％ 斷面收縮率 40％ 7 合金彈簧鋼絲的表面質(zhì)量規(guī)定，目視檢查，允許深度為不使鋼絲直徑超出極限尺寸的局部凹坑和劃痕。為了測量鋼絲表面缺陷的深度，可以用細砂紙清除表面缺陷后用精度為 的量具進行測量。經(jīng)磨光的鉻釩合金彈簧鋼絲的表面缺陷直徑 3mm以下的允許深度為 ， 3mm以上的允許深度為 。 彈簧鋼絲表面常見缺陷有下列數(shù)種： 裂紋 主要是材料制造過程中造成的，裂紋沿拉拔方向延伸，深度可從百分之幾 mm 到 1mm以上，呈縱向分布，有裂紋的材料不能用來制造彈簧。 鱗皮 材料坯料的氧化皮或雜質(zhì)清除不良造成的，用手觸摸可感受到材料表面粗糙不平，有時尖刺會刺入手指，輕微的鱗皮用手觸摸時可能不被發(fā)現(xiàn)，但卷成彈簧后會發(fā)現(xiàn)彈簧表面有起皮或起皺的現(xiàn)象，鱗皮現(xiàn)象嚴重的材料不能用來制造彈簧，局部有鱗皮的卷成彈簧后要予以剔除，輕微的可以通過拋丸消除，有局部鱗皮現(xiàn)象的材料，可以考慮制造部重要的彈簧。 劃痕和拉絲 主要是拉拔時模具的孔不光潔或潤滑不良引起的，卷簧時滾輪、導(dǎo)絲板、頂桿等工具表面粗糙也會在彈簧表面形成拉絲。原材料的拉絲一般沿拉拔方向分布。對劃痕和拉絲深度不超過鋼絲規(guī)定公差的可以制造要求不高的受靜荷載的彈簧，不宜用來制造疲勞性能要求高的彈簧，如氣門彈簧、柱塞彈簧等。 凹坑 大多是雜質(zhì)或氧化皮在鋼絲拉拔時附著在鋼絲的表面，以后又脫落形成凹坑，局部有凹坑的材料，卷成彈簧后應(yīng)剔除其中表面有凹坑的彈簧。凹坑分布面很廣的材料，則不宜用來制造彈簧。 銹蝕 造成銹蝕的原因一是材料出廠前防銹不良，另一種可能 是保管不當所造成的，銹蝕輕微的材料，經(jīng)砂紙輕輕打磨能除去。沒有形成明顯腐蝕坑的可以考慮使用，已造成腐蝕坑的則不宜用來制造彈簧。 發(fā)紋 也稱發(fā)裂，深度較淺，嚴重的發(fā)裂，目視可觀察到材料的表有發(fā)狀的人細絲，用手去拉發(fā)狀細絲可以撕下，有發(fā)紋的材料不宜用來制造彈簧。 力學性能的檢驗 彈簧材料力學性能檢驗的項目有拉伸試驗、扭轉(zhuǎn)試驗、彎曲試驗及纏繞試驗等，在這里不一一詳述。 金相組織的檢驗 8 原材料的金相檢驗主要目的是檢查微觀缺陷，如脫碳層的深度、夾雜物和金相組織形態(tài)等。原材料金相檢驗的試樣一 般取縱橫兩個截面，橫截面的檢查項目主要有： ，有否偏析石墨碳及其他異常組織； 、折迭、凹坑的深度及在截面上的分布情況； C,晶粒度大小的測定、非金屬夾雜物在整個截面上的分布。 縱截面的檢查項目主要有： ； ； 。 金相檢驗的取樣部位一般取材料的兩個端頭，因為這一部位往往是缺陷比較集中的地方。 化學成 分的檢驗 彈簧材料化學成分的定性分析 常用的方法有火花鑒別法與驗鋼鏡?；鸹ㄨb別法的檢查方法簡單，設(shè)備只需一臺砂輪機 ，但 是只能對材料的化學成分作出大致的判斷，要求檢驗人員有一定的經(jīng)驗，否則容易造成錯判 。 故本
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