畢業(yè)設(shè)計-15cr活塞銷的熱處理工藝設(shè)計(編輯修改稿)
2025-01-08 20:19 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 1 設(shè)計任務(wù) 1 1 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計任務(wù) 15Cr 活塞銷熱處理工藝設(shè)計 設(shè)計的技術(shù)要求 15Cr 鋼 是一種常用的低碳合金 滲碳鋼 ，在滲碳時可顯著地增加表面含碳量，增大滲碳深度，但在高溫長時間滲碳時有 晶粒 長大傾向及形成 網(wǎng)狀碳化物 的傾向；對形狀簡單、要求不高的零件，滲碳后可直接降溫淬火，但熱處理后變形較大， 又有 回火脆性 ，鋼的 淬透性 較 15 號碳鋼高，在油中臨界淬透 直徑 為 2～ 15mm，在水中臨界淬透直徑為 6～ 29mm。此外 ，鋼的冷變形塑形高， 焊接性 良好，在退火狀態(tài)下可切削性甚好。 由于它的含碳量低 (在 %之間 )所以，硬度比較低。 因此，為滿足其在制造活塞銷的壽命要求，應(yīng)提高其硬度。活塞銷在較高溫度下工作，承受很大的周期性沖擊載荷，損壞形式主要是表面磨損和疲勞裂紋。因此要求其具有足夠的強度和剛度，表面應(yīng)耐磨，心部有較好的韌性和較高的疲勞強度。 [1]活塞銷對滲碳及熱處理的要求較高，外圓表面硬度要求 HRC5562，滲碳層厚一般控制在 范圍內(nèi)，心部和內(nèi)孔表面硬度要求嚴格控制在 HRC38 以下。這種工藝要求的依據(jù)就是基于傳統(tǒng)理論的分析，外表面淬硬是為適應(yīng)脈動單向最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在外表面的分布情況，而心部和內(nèi)孔壁面不得滲碳的要求是用來滿足抗沖擊性能的。 [2] 在 15Cr鋼 進行熱處理時，即去應(yīng)力退火，滲碳，淬火和回火時應(yīng)嚴格按照卡片所列出的時間進行保溫以及其它操作的要求。 熱處理工件圖 圖 1 活塞銷工件圖 攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計（論文） 2 設(shè)計方案 2 2 設(shè)計方案 活塞銷 設(shè)計的分析 工作條件 活塞銷在高溫下承受很大周期性沖擊載荷，并且潤滑條件也比較差，因此，要求強度高耐沖擊且表面耐磨損。為減小活塞銷本身的往復(fù)慣性力，還要求重量盡量輕。 [3] 失效形式 活塞銷的主要失效形式是表面磨損和疲勞斷裂 。 表面磨損。 活塞銷在發(fā)動機工作時，承受較大的交變載荷，它與活塞銷座孔和連桿襯套間的配合處產(chǎn)生相對運動而發(fā)生磨損。磨損后配合間隙增大，從而使配合件間出現(xiàn)不正常的敲擊聲，加速零件的磨損 疲勞斷裂。主要是活塞銷與銷孔和襯套配合間隙過大，在交變沖擊力作用下，活塞銷疲勞折斷或 者活塞銷質(zhì)量差。 [4] 性能要求 活塞銷的制造尺寸、公差、材質(zhì)在設(shè)計上是非常嚴格的。原廠發(fā)動機設(shè)計的活塞銷形式大都使用半浮式設(shè)計，也就是活塞銷固定在連桿小端是不轉(zhuǎn)動的，而在活塞兩側(cè)的銷孑 L 內(nèi)，銷子是可以轉(zhuǎn)動的。如果活塞已經(jīng)升級為鍛造活塞，這時的活塞銷幾乎全都需要采用全浮式的設(shè)計，即銷子相對于連桿小頭、相對于活塞座孔都是可以轉(zhuǎn)動的。 全浮式和半浮式在結(jié)構(gòu)上的差別只是裝配上的公差配合不同。因此，在裝配全浮式活塞銷時，一定要仔細測量活塞銷孔和連桿小端的尺寸與配合公差。如果連桿小端的間隙比活塞孔間隙大時 ，受負荷后，活塞部分因緊度的差別可能會停止轉(zhuǎn)動，唯一能轉(zhuǎn)動的部分只剩下連桿小端，接著就會發(fā)生活塞銷和連桿小端異常的磨損，甚至?xí)幸赖默F(xiàn)象產(chǎn)生，對發(fā)動機將造成致命性的損害。 [5] 15Cr 鋼其塑性、韌性高，但強度、硬度 高 ，鍛造、焊接和冷沖壓性能不良 ，冷變形塑性高，但切削加工時不易得到光潔的表面。用于制造受力不大、韌性要求高的零件和滲碳件，緊固件和沖模鍛件以及不經(jīng)熱處理的低負荷零件 。 15Cr鋼 力學(xué)性能： 抗拉強度 σb (MPa)： ≥735， 屈服強度 σs (MPa)：≥490， 伸長率 δ5/（ %）： ≥11。 攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計（論文） 2 設(shè)計方案 3 鋼種材料 15Cr鋼 是一種常用的低碳合金 滲碳鋼 ，在滲碳時可顯著地增加表面含碳量，增大滲碳深度，但在高溫長時間滲碳時有 晶粒 長大傾向及形成 網(wǎng)狀碳化物 的傾向；對形狀簡單、要求不高的零件，滲碳后可直接降溫淬火，但熱處理后變形較大，又有 回火脆性 ，鋼的 淬透性 較 15 號碳鋼高，在油中臨界淬透 直徑 為 2～ 15mm，在水中臨界淬透直徑為 6～ 29mm。此外，鋼的冷變形塑形高， 焊接性 良好 ， 在 退火狀態(tài)下可切削性甚好。 攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計（論文） 3 設(shè)計說明 4 3 設(shè)計說明 加工工藝流程 15Cr 活塞銷熱處理工藝設(shè)計 的熱加工工藝流程經(jīng)過許多次改進形成如下的工藝流程 : 下料 → 鍛造 →預(yù)備熱處理 (完全 退火 )→ 機械加工 →滲碳→ 淬火 +低溫回火 →精加工→ 組裝。 A 鋼屬于低碳鋼，其成分 [6]如下表 1 表 1 A 鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)， %） C Mn P S Cr Si Ni 其他 ～ ～ ≤ ≤ ～ ～ 一 一 成分分析： Mn 是良好的脫氧劑和脫硫劑。它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。 Mn 和 Fe 形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度，經(jīng)固溶處理后有良好的韌性，當受到?jīng)_擊而變形時，表面層將因變形而 強化，具有高的耐磨性；同時又是碳化物形成元素，進入滲碳體中取代一部分鐵原子。 Si 能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強度。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈服比 (σs/σb),以及疲勞強度和疲勞比 (σ1/σb)等。 硅能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。 具體熱處理 大量生產(chǎn)的活塞銷均為冷擠壓或溫擠壓成形后進行滲碳，產(chǎn)量較小時則可采用棒料或管料經(jīng)機加工后進行滲碳。 冷擠壓活塞銷坯料需經(jīng)退火，使其硬度降至≤ 140HBS，提高塑性，為擠壓工藝作準備， 15Cr 鋼退火見預(yù)備熱處理工藝。退火后尚需磷 化處理，以減少擠壓成形時所需的擠壓力和提高擠壓模具的壽命。 滲碳鋼活塞銷在滲碳后經(jīng)淬火、低溫回火處理。性能要求較
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