20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上攀枝花學院學生課程設計（論文）題 目：20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設計學生姓名： X X 學 號： XX 所在院(系)： 材料工程學院 專 業(yè)： 20XX級材料成型及控制工程 班 級： 材料成型及控制工程 指 導 教 師： X X X 職稱： 講 師 2013年12月15日攀枝花學院教務處制專心-專注-專業(yè)攀枝花學院本科學生課程設計任務書題目20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設計1、課程設計的目的使學生了解、設計20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設計，主要目的：（1）培養(yǎng)學生綜合運用所學的熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其

2、所學知識得到鞏固和發(fā)展。（2）學習熱處理工藝設計的一般方法、熱處理設備選用和裝夾具設計等。（3）進行熱處理設計的基本技能訓練，如計算、工藝圖繪制和學習使用設計資料、手冊、標準和規(guī)范。2、課程設計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）內(nèi)容：進行零件的加工路線中有關熱處理工序和熱處理輔助工序的設計。根據(jù)零件的技術要求，選定能實現(xiàn)技術要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇熱處理設備，設計或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫出設計說明書，說明書中要求對各熱處理工序的工藝參數(shù)的選擇依據(jù)和各熱處理后的顯微組織作出說明。要求：（1）分析生產(chǎn)加工及熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷

3、，針對這些缺陷提出預防措施或補救措施。（2）提交設計說明書（或設計報告），35千字，提交設計說明書。3、主要參考文獻1 崔明擇主編.工程材料及其熱處理M. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.7.2崔忠析主編.金屬學與熱處理（第二版）M. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.53王建安. 金屬學與熱處理M. 北京：機械工業(yè)出版社，19804 中國機械工程學會.熱處理手冊M. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.75 范逸明.簡明金屬熱處理工手冊M.北京：國防工業(yè)出版社，2006.34、課程設計工作進度計劃第16周：對給定題目進行認真分析，查閱相關文獻資料，做好原始記錄。 第17周：撰寫課程設計說明書，并進

4、行修改、完善，提交設計說明書。指導教師（簽字）日期年 月 日教研室意見：年 月 日學生（簽字）： 接受任務時間： 年 月 日注：任務書由指導教師填寫。課程設計（論文）指導教師成績評定表題目名稱評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學習態(tài)度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學工作態(tài)度。02科學實踐、調(diào)研7通過實驗、試驗、查閱文獻、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與課程設計有關的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運用知識的能力10能運用所學知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進行理論分析，得出有價值的結論。05應用文獻的能力5

5、能獨立查閱相關文獻和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設計（實驗）能力，方案的設計能力5能正確設計實驗方案，獨立進行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機應用能力5具有較強的數(shù)據(jù)運算與處理能力；能運用計算機進行資料搜集、加工、處理和輔助設計等。08對計算或實驗結果的分析能力（綜合分析能力、技術經(jīng)濟分析能力）10具有較強的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質量45%09插圖（或圖紙）質量、篇幅、設計（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設計說明書

6、（論文）質量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結論嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學。11創(chuàng)新10對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。成績指導教師評語指導教師簽名： 年月日摘 要 本課設計了20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設計。主要的工藝過程包括鍛造、預備熱處理（完全退火）、滲碳、淬火+低溫回火等過程。通過各種不同的工藝過程進行恰當?shù)奶幚砜梢垣@得各種性能良好的材料并且滿足各項性能的要求。20CrNi2MoA鋼能承受高強度摩擦和載荷，有極高的韌性，可以作為型的應用于齒輪、等零件上；也可以經(jīng)后應用于諸如(鎬牙)、磨損件等要求耐磨損、耐沖擊的零件上 軸承套圈是火車中重要的承受

7、載荷的零件。其在輪轂中起到固定連接其他部件的作用，并且在火車運動過程中起到緩沖的作用，降低主要工作部件承受的載荷，減少其損耗。關鍵詞：20CrNi2MoA鋼，完全退火，低溫回火，火車軸承套圈目 錄011 設計任務1.1設計任務20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設計。1.2設計的技術要求20CrNi2MoA 是一種滲透鋼材料，它具有20CrNi2MoA，能承受高強載荷。它的化學成分為碳 C ：0.170.23 硅 Si：0.170.37 錳 Mn：0.600.95 硫 S ：允許殘余含量0.035 磷 P ：允許殘余含量0.035 鉻 Cr：0.400.70 鎳 Ni：0.350.75

8、 銅 Cu：允許殘余含量0.030 鉬 Mo：0.200.30由于火車軸承套圈長期處于高強載荷，摩擦下，易疲勞。其主要失效形式為疲勞磨損。因此應提高其硬度，韌性，和接觸面光滑度。 在20CrNi2MoA鋼進行熱處理時，即去應力退火，淬火和高溫回火時應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。2 設計方案2.1火車軸承套圈設計的分析2.1.1工作條件由于是火車零件，因此其工作環(huán)境較為惡劣。零件長期處于高強摩擦和重載荷下。2.1.2失效形式火車軸承套圈的失效形式主要是接觸疲勞磨損，除此之外還存在斷裂、點蝕表面疲勞磨損發(fā)生在零件的表層或亞表層，是由工作時表面受到的多變的接觸壓力及反復作用應

9、起的。在這些力的作用下，表面發(fā)生微量塑變，進而導致，塑性降低。在缺陷部位的應力集中作用下產(chǎn)生裂紋源，在表層擴展累積，最終導致表面無知脫落2.1.3性能要求a.高的淬硬性和足夠的淬透性，以保證表面有均勻的、高的硬度，從而保證其耐磨性。b.高的接觸疲勞強度和抗壓強度，以保證其有長的使用壽命。c.高的彈性極限和沖擊韌度，以減少變形和偶然沖擊破壞。d.要有足夠的尺寸穩(wěn)定性，以保證在使用中不發(fā)生尺寸變化。e.一定的抗蝕性，以便抵抗大氣和潤滑油的化學腐蝕。f.良好的工藝性，以保證大量生產(chǎn)的需要。g.對于在特殊條件下工作的軸承零件要求能耐高溫和高的耐腐蝕性。20CrNi2MoA鋼力學性能：淬火加熱溫度（）：

10、850；冷卻劑：油 回火加熱溫度（）：200；冷卻劑：空 【力學性能】 抗拉強度 ：≥980(100) 屈服強度 ：≥785(80) 伸長率 5 ()：≥9 斷面收縮率 ()：≥40 沖擊功 ：≥47 沖擊韌性值 (J/cm2)：≥59(6)布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高溫回火狀態(tài)）：197 。2.2鋼種材料20CrNi2MoA鋼可以作為型的應用于齒輪、等零件上；也可以經(jīng)后應用于諸如(鎬牙)、磨損件等要求耐磨損、耐沖擊的零件上。類似的鋼種還有20、15Mn、20Cr2Ni4A、G20Cr

11、MoA3 設計說明3.1加工工藝流程20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設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: 備料鍛造正火等溫球化退火機加工淬火低溫回火磨削加工。20CrNi2MoA鋼化學成分為碳 C ：0.170.23 硅 Si：0.170.37 錳 ：0.600.95 硫 S ：允許殘余含量0.035 磷 P ：允許殘余含量0.035 鉻 Cr：0.400.70 鎳 Ni：0.350.75 銅 Cu：允許殘余含量0.030 鉬 Mo：0.200.30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

12、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,以及疲勞強度和疲勞比(-1/b)等。 硅能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。3.2具體熱處理20CrNi2MoA鋼的熱處理包括初期的鍛造和預先熱處理，以減少坯料的硬度為方便后面的機加工，也為后續(xù)滲碳、淬火、回火提供優(yōu)良的原始組織。20CrNi2MoA的熱處理工藝分析：由于20CrNi2MoA鋼的含碳量較低，對于齒輪這種要求剛強度和高

13、耐磨的特性，那么20CrNi2MoA鋼的最重要的就是提高其硬度和耐磨性。通過鍛造和隨后的退火，形成硬度較低的原始坯料，為后續(xù)的切削加工提供有利的方便和減少對于車床的磨損。滲碳是通過對其表面更加的硬度能夠更大程度的提升，保證質量。為了碎化、細化共晶碳化物，把粗大的枝晶狀共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均勻性，細化碳化物的粒度，一般20CrNi2MoA鋼使用時都需要進行鍛造和預先熱處理, 以減少碳化物的不均勻分布, 為后續(xù)淬火、回火提供優(yōu)良的原始組織4。3.2.1預備熱處理工藝鋼的退火指將鋼加熱到一定溫度并保溫一段時間，然后使它慢慢冷卻的過程。鋼的退火是將鋼加熱到發(fā)生相變或部分相變的溫度，經(jīng)過保溫

14、后緩慢冷卻的熱處理方法。退火的目的是為了消除組織缺陷，改善組織使成分均勻化以及細化晶粒，提高鋼的力學性能，減少殘余應力；同時可降低硬度，提高塑性和韌性，改善切削加工性能。所以退火既為了消除和改善前道工序遺留的組織缺陷和內(nèi)應力，又為后續(xù)工序作好準備，故退火是屬于半成品熱處理，又稱預先熱處理3.2.2滲碳工藝滲碳是將工件放入滲碳氣氛中，并在900950的溫度下加熱、保溫，使其表面層增碳的一種工藝操作。滲碳的目的在于使工件在繼續(xù)經(jīng)過相應熱處理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部任保持一定的強度和較高的任性。固體滲碳工藝如圖3.36所示。圖2 鋼的滲碳工藝曲線3.2.4淬火+低溫回火熱處理工藝淬火

15、0;將鋼加熱到Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過共析鋼)以上（3050）某一溫度，保持一定時間，然后在水或油中快速冷卻的操作工藝稱為淬火。 其目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體，然后配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。鋼的淬火是熱處理工藝中最重要、也是用途最廣泛的工序低溫回火回火是將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，經(jīng)過保溫，然后以一定的冷卻方法冷至室溫的熱處理操作。其目的在于：a.降低脆性，消除內(nèi)應力。工件淬火后存在著很大的內(nèi)應力和脆性，若不及時回火，零件會產(chǎn)生變形或開裂。b.得到對工件所要求的力學性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，為了了獲得對工件要求的性能，可以用回火溫度調(diào)整硬度

16、，減小脆性，得到所需要的塑性、強度和硬度。c.穩(wěn)定工件尺寸。淬火后的組織是馬氏體和殘余奧氏體，這兩種組織都是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地逐漸地發(fā)生組織轉變，因而引起工件尺寸和形狀的改變。通過回火，可以促使這些組織轉變。達到較穩(wěn)定狀態(tài)，以便在以后的使用過程中不發(fā)生變形8。淬火，回火工藝曲線如圖圖3 淬火，回火工藝曲線回火規(guī)范如表3.2 9。 表3.5 20CrNi2MoA回火規(guī)范表  方案    淬火溫度 / 回 火用 途 加熱溫度/ 介質硬度HRC       10201040   消除應力   去除應力，降低硬度

17、去除應力，降低硬度150170 200275   400425 油或硝鹽      6163   5759  5557           11151130 去除應力及形成二次硬化 去除應力及形成二次硬化 去除應力及形成二次硬化 510520多次回火   -78冷處理加510520一次回火 -78冷處理加一次510520回火，再-78冷處理     6061 6061  61623.2.5物理性能經(jīng)過上述各種熱處理后20CrNi2MoA鋼的韌性、

18、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提升。4 分析與討論 20CrNi2MoA火車軸承套圈的熱處理工藝設計已經(jīng)在前面展示，單就其性能以及熱處理的過程想必是沒多大問題，若放入實際生產(chǎn)中有很多不可預知的問題，因此，不能紙上談兵須得到工廠或者實驗室中反復的通過實驗數(shù)據(jù)進行分析，然后在得出最重要的結論用于實踐中，從而在生產(chǎn)中減低成本、提高效率并且減少工時，降低能源消耗。5 結束語 20CrNi2MoA鋼制造火車軸承套圈熱處理工藝設計終于完成了，我這設計過程中大致了解了火車軸承套圈制作的工藝流程，并從中明白了軸承套圈在火車運動過程中起到的重要作用，并對金屬熱處理過程有了更深刻的認識。說實話，在前段時間上金屬學理

19、論知識課時不太認真，許多知識都模模糊糊是懂非懂，當?shù)弥瓿蛇@個課程設計時，非?？鄲?，不這道怎么下手，但現(xiàn)在經(jīng)過我詳細查閱資料，終于對金屬學有了充分認識，找到了入手點后，一切變得簡單了。經(jīng)過長久的努力終于完成了這個課設。這次課設對格式的要求很嚴格，字體大小，數(shù)字分號，表格圖片的編輯，都做了嚴格的規(guī)定。原本我不太理解，覺得太麻煩，過于約束，還浪費時間，現(xiàn)在想來這正是一種理科生應該有的嚴謹態(tài)度。在未來的工作中，作為工科出身的我們，必須避免因馬虎，取巧而造成的事故，只有在任何事情上做到謹小慎微，嚴格規(guī)范，才能減少錯誤的發(fā)生。最后感謝導師的指導，和學校的安排，相信這次課設經(jīng)歷能為我們今后的人生留下寶貴財富。6 熱處理工藝卡片零件名稱：火車軸承套圈熱處理工藝卡處理要求： 下料、鍛造、預備熱處理