【正文】 材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)論文題目：60Si2Mn彈簧鋼的熱處理工藝學(xué)院： 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院專業(yè)： 金屬材料與熱處理技術(shù)班級： 0975130姓名： 張常波日期：。16指導(dǎo)老師： 薛書微32目錄1 選材任務(wù)書 1 給定條件 1 技術(shù)要求： 12 選材論證 1 彈簧鋼定義： 1 彈簧鋼分類 2 截面硬度分布曲線 63 熱處理理工藝卡片 64 設(shè)計(jì)說明書 7 工藝流程 7 原材料檢驗(yàn) 8 預(yù)備熱處理 12 淬火加中溫回火 13 去應(yīng)力退火 16 交驗(yàn) 18 工裝圖 195 技術(shù)文件 20 真空爐設(shè)備的簡介及操作規(guī)程 20 工藝守則 22 金相組織檢驗(yàn)規(guī)程 24 常用爐型的選擇 271 選材任務(wù)書 給定條件零件名稱： 彈簧 材料： 60Si2Mn 凈重: 批量：大批量零件簡圖： 技術(shù)要求：熱處理態(tài)及硬度: HRC4245 變形要求： ≤1% 組織： 馬氏體+回火托氏體 其它：能承受極限載荷10000N，單圈剛度》=1500N/mm，工作極限載荷下的單圈變形量《=6mm，許用應(yīng)力740MPa。2 選材論證 彈簧鋼定義：彈簧鋼是指由于在淬火和回火狀態(tài)下的彈性，而專門用于制造彈簧和彈性元件的鋼。鋼的彈性取決于其彈性變形的能力，即在規(guī)定的范圍之內(nèi)，彈性變形的能力使其承受一定的載荷，在載荷去除之后不出現(xiàn)永久變形。彈簧鋼應(yīng)具有優(yōu)良的綜合性能，如力學(xué)性能 (特別是彈性極限、彈性極限、屈強(qiáng)比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)。為了滿足上述性能要求，彈簧鋼具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量(高的純潔度和均勻性)、良好的表面質(zhì)量(嚴(yán)格控制表面缺陷和脫碳)、精確的外形和尺寸。根據(jù)GB/T 13304《鋼分類》標(biāo)準(zhǔn)，按照基本性能及使用特性一，彈簧鋼屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼；按照質(zhì)量等級，屬于特殊質(zhì)量鋼，即在生產(chǎn)過程中需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能的鋼。按照我國習(xí)慣，彈簧鋼屬于特殊鋼，制作彈簧鋼的時候技術(shù)要求比較高，技術(shù)的過硬直接決定品質(zhì)的高低 彈簧鋼分類 按照化學(xué)成分分類根據(jù)GB/T 13304 標(biāo)準(zhǔn)，彈簧鋼按照其化學(xué)成分分為非合金彈簧鋼(碳素彈簧鋼)和合金彈簧鋼。1碳素彈簧鋼碳素彈簧鋼的碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%~%。按照其錳含量又分為一般錳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%~%)如670、85和較高錳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (~%)，如65Mn兩類。合金彈簧鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)加入一種或幾種合金元素來提高鋼的力學(xué)性能、淬透性和其他性能，以滿足制造各種彈簧所需性能的鋼。合金彈簧鋼的基本組成系列有，硅錳彈簧鋼、硅鉻彈簧鋼、鉻錳彈簧鋼、鉻釩彈簧鋼、鎢鉻釩彈簧鋼等。在這些系列的基礎(chǔ)上，有一些牌號為了提高其某些方面的性能而加入了鉬、釩或硼等合金元素。此外，還從其他鋼類，如優(yōu)質(zhì)碳素金鉤剛、碳素工具鋼、高速工具鋼、不銹鋼，選擇一些牌號作為彈簧用鋼。 按照生產(chǎn)加工方法分類1. 熱軋 (鍛)鋼材包括熱軋軋圓鋼、方鋼、扁鋼、鋼板，鍛制圓鋼、方鋼。2.冷拉(軋) 鋼材 包括鋼絲、鋼帶、冷拉材 (冷拉圓鋼)。 按照鋼材交貨狀態(tài)分類1. 熱軋 (鍛) 鋼材 (鍛) 狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)熱成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。2. 冷拉 (軋) 鋼材① 鉛浴等溫退火冷拉鋼絲(又稱派登脫處理冷拉鋼絲) 鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行低溫回火，以消除應(yīng)力。② 油淬火和回火鋼絲 冷拉成所需尺寸后，進(jìn)行連續(xù)加熱、連續(xù)油淬火和鉛回火。鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行底溫火，以消除應(yīng)力。③ 冷拉鋼絲 (即不經(jīng)淬火和回火處理的鋼絲)a. 以冷拉狀態(tài)交貨。b. 以退火、正火或回火處理狀態(tài)交貨。以上兩種狀態(tài)交貨的鋼絲制成彈簧后均需進(jìn)行淬火和回火處理。① 冷軋狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行低溫回火，以消除應(yīng)力。② 淬火和回火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行低溫回火，以削除應(yīng)力。③ 退火火狀態(tài)交貨 制成彈簧后需進(jìn)行淬火和回火處理以退火狀態(tài)交貨 鋼材經(jīng)冷成形制成彈簧，然后進(jìn)行淬火和回火處理。 其他分類方法除以上所述外，還有一些其他分類方法，例如：按交貨條件要求不同可分為按化學(xué)成分(力學(xué)性能)交貨和按淬透性交貨。按彈簧工作條件可分為承受靜載荷彈簧鋼、承受沖擊載荷彈簧鋼、耐高(低)溫彈簧和耐腐蝕彈簧鋼等。性能要求：1力學(xué)性能方面：由于彈簧是在彈簧范圍內(nèi)工作，不允許產(chǎn)生永久變形。彈性好壞可用應(yīng)變能或彈性比功（U）表示，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變曲線，根據(jù)工件的硬度要求，查閱彈簧熱處理工藝手冊，可以得到牌號為65，85，55Si2Mn，55Si2MnB，55CrMn，60Si2Mn等都能符合要求[1]。進(jìn)一步查閱手冊，分析各種鋼的主要用途。 表 2—1牌號性能特點(diǎn)用途舉例65經(jīng)熱處理或冷作硬化后具有較高硬度與彈性，冷變形蘇醒地，淬透性不好，承受動載和疲勞載荷的能力低，一般采用油淬，大截面部件采用水淬，油淬或正火處理。應(yīng)用廣泛，多用于工作溫度不高、尺寸較小的彈簧，或不太重要的較大尺寸彈簧，如汽車。拖拉機(jī)、鐵道車輛及一般機(jī)械用的彈簧等。85具有很高的強(qiáng)度、硬度和去伏筆，但淬透性差，耐熱性不好，承受動載荷疲勞載荷的能力差。用于火車、汽車、拖拉機(jī)等變形彈簧，圓形螺旋彈簧及一般機(jī)械用彈簧等。55Si2Mn55Si2MnB有較高的強(qiáng)度和彈性極限，較高的抗松弛能力，抗回火穩(wěn)定性好，脫碳傾向大。55Si2MnB因含硼，淬透性明顯改善用于高應(yīng)力、高交表在和條件下工作的較大尺寸的螺旋彈簧、減震彈簧、碟形簧、汽封簧，還用于250℃以下工作的耐熱彈簧。55CrMn有較高的強(qiáng)韌性，淬透性好，熱加工性能、抗脫碳性能亦好，過熱敏感性比錳鋼低而比硅錳鋼高，對回火脆性較敏感，焊接性差。用作重載荷、高應(yīng)力條件下工作的大型彈簧，如汽車、拖拉機(jī)、機(jī)車的大截面板簧，直徑較大的螺旋彈簧等。60Si2Mn由于硅含量高，其強(qiáng)度和彈性極限均比55Si2Mn高，抗回火穩(wěn)定性好，淬透性不高，易脫碳和石墨化。用途很廣，主要用在汽車，機(jī)車，拖拉機(jī)的減震板簧，螺旋彈簧，氣缸安全閥簧，止回閥簧，也用于制作承受交變載荷及高應(yīng)力下工作的重要彈簧、抗磨損彈簧。綜合性能要求和經(jīng)濟(jì)性考慮，初選定60Si2Mn鋼為使用鋼材，所用材料為軋制態(tài)的60Si2Mn商品鋼。60Si2Mn的元素含量及臨界溫度表 2—2元素含量 %臨界溫度 ℃CSiMnCrMsAc1Ac3265755810淬透性的校核：淬透性：指鋼在淬火時能夠獲得M的能力，它是鋼材本身的一種屬性。它主要與鋼的過冷A的穩(wěn)定性與臨界淬火冷卻速度有關(guān)。表示方法：U曲線法，臨界直徑法和頂端淬火法。我采用的是[1]根據(jù)淬透性曲線確定鋼的臨界淬透直徑：借助于三個圖①碳含量與半馬氏體區(qū)硬度的關(guān)系圖；②鋼的淬透性曲線；③確定淬透性的線解圖。先根據(jù)65Si2Mn的含碳量，得到其半馬氏體硬度，然后通過65的淬透性曲線得到其距水冷端距離，再通過圓棒直徑及截面上的位置與端淬試樣上至水冷短距離的關(guān)系得到65Si2Mn的臨界淬透半徑。表 2—3含碳量硬度/HRC距水冷端距離臨界半徑%～%42~456mm22mm圖2—1圖 2—2圖 2—360Si2Mn的距水端距離由圖21和圖22確定，使用熱處理手冊[2]得到臨界半徑尺寸，由查閱熱處理技術(shù)數(shù)據(jù)手冊[3]得知，60Si2Mn的有關(guān)參數(shù)如下表所示：表 2—4強(qiáng)度級別σb/Mpa硬度/HRC推薦的回火溫