缸體熱處理工藝

1、缸體熱處理工藝缸體熱處理工藝缸體熱處理工藝V:1.0精細(xì)整理，僅供參考 缸體熱處理工藝日期：20 xx年X月課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （ 學(xué)年 第 學(xué)期） 課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 姓 名： 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) ： 學(xué) 號(hào)： 實(shí) 習(xí) 時(shí) 間 ： 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)批改情況（由指導(dǎo)教師填寫(xiě)）教師簽字批改日期設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)成績(jī)（百分制,占課程設(shè)計(jì)總成績(jī)的70%）報(bào)告評(píng)語(yǔ) 河南理工大學(xué)材料學(xué)院制目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc15249 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)、目的及意義 PAGEREF _Toc15249 3 HYPERLINK l _Toc25518 （一）設(shè)計(jì)任務(wù)： PAGEREF _Toc25518

2、3 HYPERLINK l _Toc31793 （二）設(shè)計(jì)目的： PAGEREF _Toc31793 3 HYPERLINK l _Toc32008 （三）設(shè)計(jì)意義： PAGEREF _Toc32008 3 HYPERLINK l _Toc25745 二、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc25745 3 HYPERLINK l _Toc23231 三、制造工藝4 HYPERLINK l _Toc30582 （一）服役條件與性能分析4 HYPERLINK l _Toc2456 （二） 選材4 HYPERLINK l _Toc2456 （三）缸體的機(jī)械加工工藝流程5（四）缸體的熱處理工藝流程

3、 HYPERLINK l _Toc2456 PAGEREF _Toc2456 6 HYPERLINK l _Toc7956 四、具體熱處理工藝 PAGEREF _Toc7956 7 HYPERLINK l _Toc12836 （一）退火處理 PAGEREF _Toc12836 7 HYPERLINK l _Toc6361 （二）正火處理7 HYPERLINK l _Toc30142 （三）淬火處理8 HYPERLINK l _Toc6646 （四）高溫回火8 HYPERLINK l _Toc29382 五、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體失效形式及解決辦法8 HYPERLINK l _Toc19147 六、 總結(jié)9

4、 HYPERLINK l _Toc17642 七、 參考文獻(xiàn)10題目：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向器軸齒的選材、工藝流程、熱處理工藝及性能設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)、目的及意義（一）設(shè)計(jì)任務(wù)：缸體是支承和保證活塞、連桿、曲軸等運(yùn)動(dòng)部件工作時(shí)的準(zhǔn)確位置；保證發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣、冷卻和潤(rùn)滑；提供各種輔助系統(tǒng)、部件及發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體和上曲軸箱常.鑄成一體，稱(chēng)為缸體曲軸箱。缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一，隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的尺寸精度和力學(xué)性能要求越來(lái)越高，因此對(duì)缸體鑄件產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求。缸體上部的圓柱形空腔稱(chēng)為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動(dòng)的空間。在缸體內(nèi)部鑄有許多加強(qiáng)筋

5、，冷卻水套和潤(rùn)滑油道等。根據(jù)缸體與油底殼安裝平面的位置不同，通常把缸體分為以下三種形式。(1)一般式缸體：其特點(diǎn)是油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度。這種缸體的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)體高度小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便；但其缺點(diǎn)是剛度和強(qiáng)度較差(2)龍門(mén)式缸體：其特點(diǎn)是油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。它的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度和剛度較好，能承受較大的機(jī)械負(fù)荷；但其缺點(diǎn)是工藝性較差，結(jié)構(gòu)笨重，加工較困難。(3)隧道式缸體：這種形式的缸體曲軸的主軸承孔為整體式，采用滾動(dòng)軸承，主軸承孔較大，曲軸從缸體后部裝入。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強(qiáng)度好，但其缺點(diǎn)是加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。為了能夠使

6、缸體內(nèi)表面在高溫下正常工作，必須對(duì)缸體和缸蓋進(jìn)行適當(dāng)?shù)乩鋮s。冷卻方法有兩種，一種是水冷，另一種是風(fēng)冷。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體周?chē)透咨w中都加工有冷卻水套，并且缸體和缸蓋冷卻水套相通，冷卻水在水套內(nèi)不斷循環(huán)，帶走部分熱量，對(duì)缸體和缸蓋起冷卻作用?，F(xiàn)代汽車(chē)上基本都采用水冷多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，氣缸的排列形式?jīng)Q定了發(fā)動(dòng)機(jī)外型尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的剛度和強(qiáng)度也有影響，并關(guān)系到汽車(chē)的總體布置。按照氣缸的排列方式不同，缸體還可以分成單列式、V型和對(duì)置式三種。（二）設(shè)計(jì)目的：（1）培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)的材料學(xué)專(zhuān)業(yè)課程的知識(shí)去解決工程問(wèn)題的能力， 并使其所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展。（2）學(xué)習(xí)熱處理工藝設(shè)計(jì)的一

7、般方法、熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計(jì)等。（3）進(jìn)行熱處理設(shè)計(jì)的基本技能訓(xùn)練，如計(jì)算、工藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì) 資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。（三）設(shè)計(jì)意義：通過(guò)熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，把所學(xué)到的材料科學(xué)基礎(chǔ)、金屬材料學(xué)、熱處理原理與工藝等專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)靈活的運(yùn)用到實(shí)踐中，真正的通過(guò)自己對(duì)材料的選擇、認(rèn)識(shí)，工藝的掌握和運(yùn)用，來(lái)熟練掌握這項(xiàng)基本工藝設(shè)計(jì)能力，從而反過(guò)來(lái)鞏固所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，做到講理論知識(shí)靈活恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。二、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體簡(jiǎn)介發(fā)動(dòng)機(jī)的主體，它將各個(gè)氣缸和曲軸箱連成一體，是安裝活塞、曲軸以及其他零件和附件的支承骨架。三、制造工藝（一） 服役條件與性能分析 服役條件：（1）缸體通常工作在高溫

8、、高載荷、磨損劇烈的條件下，承受較大的壓力，受力復(fù)雜 （2）工作在汽油的沉浸下，工作環(huán)境潮濕。性能要求：缸體的工作條件決定了缸體必須具有高強(qiáng)度、高剛度、高硬度、高耐磨性以及良好的散熱性，同時(shí)要有很好的密封性、防漏性、減振性等。（二）選材燃料噴射到氣缸內(nèi)，在氣缸內(nèi)壓縮燃燒（柴油機(jī)）或者點(diǎn)燃（汽油機(jī)），燃燒后有很大壓力，這個(gè)壓力可以推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞運(yùn)動(dòng)給發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力來(lái)源。所以氣缸工作表面經(jīng)常與高溫、高壓的燃?xì)庀嘟佑|，且活塞在其中作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以必須耐高溫、耐磨損、耐腐蝕。為了滿足以上條件，常常采用優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵作為氣缸體的材料，氣缸的內(nèi)壁按2級(jí)精度并經(jīng)過(guò)珩磨加工，使其工作表面的表面粗糙度、形

9、狀和尺寸精度都達(dá)到比較高的要求。為了提高氣缸表面的耐磨性，一般是用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵，有時(shí)在灰鑄鐵中加入少量合金元素如鎳、鉬、鉻、磷等。但是，如果缸體材料全部用優(yōu)質(zhì)耐磨材料來(lái)制造，將造成材料上的浪費(fèi)。因?yàn)槌伺c活塞配合的汽缸體表面之外，其他各部分的耐磨性要求并不高，所以近年來(lái)廣泛采用鑲?cè)霘怏w內(nèi)的氣缸套，形成氣缸工作表面。這樣，缸套可用耐磨性較好的合金鑄鐵或合金鋼制造，以延長(zhǎng)氣缸使用壽命，而缸體則可采用價(jià)格降低的普通鑄鐵或鋁合金等材料制造。在這里我選擇普通鑄鐵: HT200 HT250 （1）HT200較高強(qiáng)度鑄鐵，基體為珠光體，強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好；鑄造性能較好，需要進(jìn)行人工時(shí)效處

10、理。（2）HT250強(qiáng)度 、耐磨性、耐熱性均較好，減振性良好，鑄造性能較優(yōu)，需進(jìn)行人工時(shí)效處理。 HT200的成分及含量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）C: S: P： Mn： Si：HT250的成分及含量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）C: S: P: Mn： Si：各元素的作用： 碳（C）：使基體達(dá)到一定的強(qiáng)韌度主要貢獻(xiàn)元素。 硫（S）：在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于%。在鋼中加入的硫，可以改善切削加工性，通常稱(chēng)易切削鋼。在高溫下，降低鋼的塑性，是一種有害元素，它以熔點(diǎn)較低的FeS的形式存在；單

11、獨(dú)存在的FeS的熔點(diǎn)只有1190 ，而在鋼中與鐵形成共晶體的共晶溫度更低，只有988 ，當(dāng)鋼凝固時(shí)，硫化鐵析集在原生晶界處。鋼在1100-1200進(jìn)行軋制時(shí)，晶界上的FeS就將熔化，大大地削弱了晶粒之間的結(jié)合力，導(dǎo)致鋼的熱脆現(xiàn)象。因此對(duì)硫應(yīng)嚴(yán)加控制，一般控制在%。為了防止因硫?qū)е碌拇嘈?，?yīng)加入足夠的錳，使其形成熔點(diǎn)較高的MnS。若鋼中含硫量偏高，焊接時(shí)由于SO2的產(chǎn)生，將在焊接金屬內(nèi)形成氣孔和疏松。磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。磷在鋼中固溶強(qiáng)化和冷作硬化作用強(qiáng)，作為合金元素加入

12、低合金結(jié)構(gòu)鋼中，能提高其強(qiáng)度和鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其冷沖壓性能。磷與硫和錳聯(lián)合使用，能增加鋼的被切削性能，增加加工件的表面質(zhì)量，用于易切鋼，所以易切鋼含磷也較高。磷溶于鐵素體，雖然能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，最大的害處是偏析嚴(yán)重，增加回火脆性，顯著降低鋼的塑性和韌性，致使鋼在冷加工時(shí)容易脆裂，也即所謂”冷脆”現(xiàn)象。磷對(duì)焊接性也有不良影響。磷是有害元素，應(yīng)嚴(yán)加控制，一般含量不大于%錳（Mn）：Mn強(qiáng)化鐵素體，其固溶強(qiáng)化效果非常明顯；Mn降低相變G驅(qū)動(dòng)力使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，提高淬透性；奧氏體形成元素，降低鋼的A1溫度，促進(jìn)顆粒長(zhǎng)大，增大鋼的過(guò)熱敏感度；Mn促進(jìn)有害元素在晶界上的偏聚，增大鋼的

13、回火脆性?xún)A向。 硅（Si）：有利于鐵素體組織的形成，在鋼中不形成碳化物，主要固溶于鐵中。對(duì)奧氏體形成速度無(wú)甚影響，可升高A1點(diǎn)，相對(duì)的減緩了奧氏體的形成速度。對(duì)加熱時(shí)奧氏體晶粒大小稍有阻礙或不起作用，可推遲珠光體相變使C曲線右移，Ms點(diǎn)降低，提高過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而降低淬火臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。顯著地減慢馬氏體在較低溫度的分解，顯著阻礙碳化物的聚集，阻礙鋼在回火時(shí)消除各類(lèi)畸變的作用，從而增強(qiáng)了鋼的回火穩(wěn)定性?？商岣遖相的再結(jié)晶溫度，可使鋼回火脆性顯著增強(qiáng)。 HT250淬火可達(dá)HRC60，但是灰口鑄鐵(HT200、HT250等)一般都是在退火或正火狀態(tài)下使用,不進(jìn)行淬火處理.如果是局

14、部需要硬度的話,可進(jìn)行高、中頻淬火既可。中頻淬火：淬硬層3 5毫米，硬度HRC50，工件變形較小。高頻淬火：淬硬層12毫米，淬火溫度850，表面硬度HRC50以上；淬火溫度9001000，表面硬度可達(dá)HRC60。（三）缸體的機(jī)械加工工藝流程通常采用鑄造（砂型鑄造）的方法，（缸蓋制造如特點(diǎn)，優(yōu)劣共存，我們需要根據(jù)不同缸體產(chǎn)品的不同質(zhì)量要求來(lái)確定相應(yīng)的生產(chǎn)材料。采用鑄造的方法不但可以滿足缸體的使用性能要求，而且生產(chǎn)成本較低。砂型鑄造流程：準(zhǔn)備爐料熔煉金屬澆注凝固冷卻落砂清理檢驗(yàn)合格鑄件。 缸體毛坯的技術(shù)要求：對(duì)非加工面不允許有裂紋、冷隔、疏松、氣孔、砂眼等鑄造缺陷。缸體毛坯質(zhì)量對(duì)加工的影響：加工余

15、量過(guò)大，會(huì)增加機(jī)床的負(fù)荷，影響機(jī)床和刀具的使用壽命，成本變高；飛邊過(guò)大，直接影響刀具使用壽命；由于冷熱加工基準(zhǔn)不統(tǒng)一，毛坯各部分相互間的偏移會(huì)造成機(jī)械加工時(shí)余量不均勻。 缸體的工藝特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜；加工的平面、孔多；壁厚不均；加工精度要求高，屬于典型的箱體類(lèi)加工零件。加工平面一般采用刨、銑削等方法加工，加工孔主要采用鏜削，加工小孔多用鉆削。由于缸體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此如何保證各表面的相對(duì)位置精度是加工中的一個(gè)重要問(wèn)題。選擇合理的加工工藝基準(zhǔn)，直接關(guān)系到能否保證零件的加工質(zhì)量。安排工藝順序的原則是：先粗后精，先面后孔，先基準(zhǔn)后其它。1）粗加工階段：在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的機(jī)械加工過(guò)程中，安排粗加工工序，對(duì)

16、毛坯全面進(jìn)行粗加工，切去大部分余量，以保證生產(chǎn)效率。2）半精加工階段：在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的機(jī)械加工中，為了保證一些重要表面的加工精度，安排一些半精加工工序，將精度和表面粗糙度要求中等的一些表面加工完成，而對(duì)要求較高的表面進(jìn)行半精加工，為以后的精加工做準(zhǔn)備。3）精加工階段：對(duì)精度和表面粗糙度要求高的表面進(jìn)行加工。4）次要小表面的加工：一些表面（如螺紋孔表面）可以在精加工主要表面后進(jìn)行，一方面工時(shí)對(duì)工件變形影響不大，同時(shí)廢品率也會(huì)降低；另外，如果表面加工出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，那么這些小表面也就不必加工了，這樣即避免了人力、物力、資金的浪費(fèi)。但是要注意的是，如果小表面的加工容易造成主要表面損傷的話，那么就應(yīng)該將小表

17、面加工放在主要表面的精加工之前。5）妥善安排輔助工序：這類(lèi)工序（如檢驗(yàn)工序）在零件粗加工階段之后、關(guān)鍵工序加工前后零件全部加工完畢后，都要適當(dāng)安排。對(duì)加工階段進(jìn)行劃分的優(yōu)點(diǎn)是：一是可以在粗加工之后采取措施消除工件內(nèi)應(yīng)力，保證精度；二是將精加工放在后面可以避免在運(yùn)輸過(guò)程中損壞工件已加工好的表面；三是先粗加工各表面可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并及時(shí)處理，以免工時(shí)不必要的浪費(fèi)。需要注意的是，在粗加工和精加工之前應(yīng)分別加上預(yù)備熱處理和最終熱處理的工序。熱處理的作用對(duì)材料進(jìn)行熱處理是改善金屬材料性能的一種常見(jiàn)的方法，它能夠使材料的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而達(dá)到改善加工工藝性能和強(qiáng)化力學(xué)性能的目的。對(duì)于缸體這種力學(xué)性

18、能要求較高的零件，合理安排熱處理工序非常重要。 （四）缸體的熱處理工藝流程熱處理工藝為：預(yù)備熱處理（去應(yīng)力退火+正火+去應(yīng)力退火）最終熱處理（淬火+高溫回火）預(yù)備熱處理安排在粗加工階段之前其目的是：消除殘余內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形、開(kāi)裂；改善組織，細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，改善切削性能。退火工藝規(guī)范為：加熱溫度500550，加熱速度60100h，經(jīng)一定時(shí)間保溫后，爐冷到150220出爐空冷。正火工藝規(guī)范：將鑄件加熱到880920，保溫13h，然后出爐空冷。正火后，為了消除正火時(shí)鑄件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，通常還要進(jìn)行去應(yīng)力退火。最終熱處理安排在精加工階段之前，其目的是：使材料具有使用時(shí)的所有力學(xué)性能。最終熱處理的

19、工藝規(guī)范為：將工件加熱至850900，保溫后油淬，然后在550600回火24h。四、具體熱處理工藝（一）退火處理（1）去應(yīng)力退火目的為了去除由于機(jī)械加工、變形加工、鑄造、熱處理等產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定幾何尺寸，減少或消除切削加工后產(chǎn)生的畸變。（2）退火溫度 普通灰鑄鐵當(dāng)溫度超過(guò)550時(shí)，即可能發(fā)生部分滲碳體的石墨化和?；?，使強(qiáng)度和硬度降低。HT250屬于普通灰鑄鐵，故加熱溫度選為500550（3）升溫速度 查熱處理手冊(cè)可得：100/h （4）保溫時(shí)間 按照查手冊(cè)得到的保溫時(shí)間為：46h（5）冷卻速度 鑄件去應(yīng)力退火的冷卻速度必須慢，以免產(chǎn)生二次殘余應(yīng)力，冷卻速度一般控制在2040/h，冷卻到20

20、0150以下，可出爐空冷。（5）退火設(shè)備選擇 熱處理電阻爐是以電為能源的，通過(guò)爐內(nèi)電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能而加熱工件的爐子，是一種造價(jià)相對(duì)便宜的爐子，以降低成本。中溫箱式電阻爐可用于退火、正火、回火或固體滲碳等。 本次退火設(shè)備選用RX3-15-9型中溫箱式電阻爐，額定功率15kw，最高工作溫度950，爐膛尺寸：600*300*250mm，最大裝載量80kg。（二）正火處理（1）正火目的灰鑄鐵正火的目的是提高鑄鐵的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，也可為表面淬火的預(yù)備熱處理，改善基體組織（2）正火溫度一般的正火是將鑄件加熱到Ac1上限+3050，在正火溫度范圍內(nèi)，溫度愈高，硬度也愈高。因此，要求正火后的鑄鐵具

21、有較高的硬度和耐磨性時(shí)，選擇加熱溫度上限。（3）保溫時(shí)間 按照查手冊(cè)得到的保溫時(shí)間為：13h（4）冷卻速度 正火后冷卻速度影響鐵素體的析出量，從而對(duì)硬度產(chǎn)生影響。冷速愈大，析出的鐵素體數(shù)量愈少，硬度愈高。因此采用空冷，調(diào)整鑄鐵硬度（5）正火設(shè)備：RX3箱式電爐 （三）淬火處理（1）淬火目的 使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，再配合高溫回火，大幅度提高鑄件的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等。（2）淬火溫度鑄鐵淬火工藝是將鑄件加熱到Ac1上限+3050，一般取850900，使組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，并在此溫度下保溫，以增加碳在奧氏體中的溶解度，然后進(jìn)行淬火，通常采用油淬。（3）保溫時(shí)間 按照查手冊(cè)得到的保溫時(shí)間為：30min（4）淬火設(shè)備淬火設(shè)備為RQ3-75-9T。（四）高溫回火處理（1）高溫回火目的目的是得到強(qiáng)度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能，回火后得到回火索氏體（2）