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1、攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：60si2CrVA弹簧的热处理工艺设计学生姓名：学号：所在院(系)：材料工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材料成型及控制工程指导教师：职称：讲师2012年12月28日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目60si2CrVA弹簧的热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计60si2CrVA弹簧的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能力。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容：（1）明确设计任务（包括用途、服役条件及性能要求）（2）绘出热处理件零件图（3）给
2、出设计方案（4）写出设计说明（5）设计质量检验项目（6）设计热处理工艺卡片（7）60si2CrVA弹簧的热处理缺陷及预防或补救措施要求：（1）通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。（2）分析热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（3）提交设计说明书（报告），2千字以上。3、主要参考文献1 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20052 中国机械工程学会热处理分会热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.3 张玉庭主编热处理技师手册机械工业出版社2006第一版4 中国机械工程学会热处理学会热处理手册机械工业出版社2003第三版.4
3、、课程设计工作进度计划第十四周：对给定的题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。第十五周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年月日教研室意见：年月日学生（签字）：接受任务时间：年月日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识
4、和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）
5、质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名：年月日摘要本课设计了60si2CrVA弹簧热处理工艺设计。主要的工艺过程包括热轧、淬火、回火等过程。通过这些过程以达到相应的强度和韧性。60si2CrVA弹簧用作重要的和重载下工作的螺旋弹簧和板簧。弹簧是量大面广的基础零件，对于动力机械、仪器仪表及武器的控制性元件是非常关键的零件。它的基本功能是利用材料的弹性和弹簧
6、的结构特点，在产生及恢复变形时，可以把机械功转变为形变能，或者把形变能转变为动能，以便达到缓冲或减震、储能或测量的目的。所以，在各类机械设备、仪器仪表等都广泛使用。影响弹簧质量和使用寿命的因素很多，如设计、材料选择、生产工艺等。其中，材质和热处理对弹簧的各种性能有重要的甚至是决定性的影响。关键词：60si2CrVA、热轧、淬火、回火目录摘要1、设计任务11.1设计任务11.2设计的技术要求12、设计方案22.1 60si2CrVA弹簧的分析22.1.1工作条件22.1.2失效形式22.1.3性能要求22.2钢种材料33、设计说明43.1加工工艺流程43.2具体热处理工艺43.2.1预备热处理工
7、艺53.2.2机械加工53.2.3淬火+回火热处理工艺64、分析与讨论85、结束语96、热处理工艺卡片10参考文献111 设计任务1.1设计任务60si2CrVA弹簧热处理工艺设计1.2设计的技术要求60si2CrVA弹簧是一种低合金钢，主要用作极重要的和重载下工作的螺旋弹簧与板簧。其化学成分为C（0.560.64）、Si（1.401.80）、Mn（0.400.70）、Cr(0.35)、V（0.100.20）Ni、P、S为固定成分。热轧热处理后的力学性能要求是：淬火温度850，淬火介质为油，回火温度是410。60Si2CrVA弹簧钢与硅锰钢相比，当塑性相近时，具有较高的抗拉强度和屈服强度，钢的
8、淬透性较大，有回火脆性。60Si2CrVA弹簧钢用于承受高应力及工作温度在300350以下的弹簧。60Si2CrVA弹簧钢力学性能：抗拉强度b (MPa)：1862(190)屈服强度s (MPa)：1666(170)伸长率5 (%)：6断面收缩率 (%)：20硬度：热轧+热处理,300HB;冷拉+热处理,321HB60Si2CrVA弹簧钢热处理规范及金相组织：热处理规范：淬火85020,油冷; 回火41050(特殊需要时,30)。2 设计方案2.1 60si2CrVA弹簧的分析2.1.1工作条件60Si2CrVA弹簧钢用于承受高应力及工作温度在300350以下的弹簧，如调速器弹簧、汽轮机汽封弹
9、簧、破碎机用簧等。60Si2CrVA钢还用以制作极重要的弹簧，如常规武器取弹钩弹簧、破碎机弹簧。2.1.2失效形式由于弹簧服役条件的复杂性和苛刻性，其失效方式多种多样，只常见的是断裂失效和应力松弛失效两大类。在断裂失效中可分为脆性断裂和疲劳断裂还有应力腐蚀断裂等。其中疲劳断裂占80%90%。应力松弛失效是弹簧工作过程中普遍存在的现象，但一般不被重视，而他对那些执行元件中则是影响产品效率、灵敏度及可靠性的关键零件。2.1.3性能要求物理性能60Si2CrVA弹簧钢化学成份：碳 C ：0.560.64硅 Si：1.401.80锰 Mn：0.400.70硫 S ：0.030磷 P ：0.030 图1
10、铬 Cr：0.901.20镍 Ni：0.35铜 Cu：0.25钒 V ：0.100.20力学性能60Si2CrVA弹簧钢力学性能：抗拉强度b (MPa)：1862(190)屈服强度s (MPa)：1666(170)伸长率5 (%)：6断面收缩率 (%)：20硬度：热轧+热处理,300HB;冷拉+热处理,321HB60Si2CrVA弹簧钢热处理规范及金相组织：热处理规范：淬火85020,油冷; 回火41050(特殊需要时,30)。2.2钢种材料钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr、25Cr2MoVA合金管钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示
11、。当平均合金含量1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字1，例如钢号12CrMoV和12Cr1MoV，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量1.5%、2.53.5%时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4等。钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。高级优质钢应在钢号最后加A，以区别于一般优质钢。专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀
12、）代表该钢种用途的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。3 设计说明3.1加工工艺流程60Si2CrVA弹簧钢热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 扁钢剪断热卷成形后淬火并中温回火喷丸装配。表1 60Si2CrVA弹簧钢化学成分（质量分数，%）C SiMnCrVNi PS0.560.641.401.800.400.700.350.100.200.350.0350.030工艺分析：为了防止氧化和脱碳，应尽量采用快速加热，最好在盐炉或带有保护性气氛的炉中进行，淬火后尽量快回火，以防延迟断裂。对于含硅弹簧钢来说，回火温度一般为400450
13、，其组织为回火托氏体。此时的马氏体已充分分解，分解出来的渗碳体以细小粒状分布在相基体上；相的回复过程也已经充分进行，开始多边化，但亚结构尚未长大；钢中的残留奥氏体已经分解，内应力已经大幅度下降。Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(s/b),以及疲劳强度和疲劳比(-1/b)等。硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。3.2具体热处理60Si2CrVA弹簧钢的热处理包括淬火和回火。60Si2CrVA弹簧钢热处理工艺分析：钢的淬火：将钢加热至临界点Ac3或Ac1以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体的热处理工艺叫做淬火。淬火的主要目的
14、是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后以不同温度回火获得各种需要的性能。钢的回火：回火是将淬火钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却到室温的工艺过程。回火的主要目的是减少或消除淬火应力，保证相应的组织转变，提高钢的韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合3.2.1预备热处理工艺退火是将偏离平衡状态的金属坯料或零件加热至较高温度，保持一定的时间后通常以相当缓慢的速度冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法。退火的目的是：a消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。b消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷。c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。d细化晶粒，均
15、匀组织，为后续热处理做组织准备。e消除钢中的内应力，以防止变形与开裂5。Ac3Ac1图2钢完全退火工艺曲线加热温度：Ac3+3050；加热速度：小于200/h；保温时间：2min/mm83.2.2机械加工由于我们专业并不怎么涉及机加工方面的知识，因此此处只能说明其在车床上进行加工。3.2.3淬火+低温回火热处理工艺淬火淬火是将钢加热至临界温度点Ac3或Ac1以上一定的度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。其目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能。钢的理想淬火冷却曲线如图3.47所示Ac3Ac1A AP A
16、BMs图3.4低温回火回火是将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理操作。其目的在于：a.降低脆性，消除内应力。工件淬火后存在着很大的内应力和脆性，若不及时回火，零件会产生变形或开裂。b.得到对工件所要求的力学性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，为了了获得对工件要求的性能，可以用回火温度调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性、强度和硬度。c.稳定工件尺寸。淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，这两种组织都是不稳定的，会自发地逐渐地发生组织转变，因而引起工件尺寸和形状的改变。通过回火，可以促使这些组织转变。达到较稳定状态，以便在以后的使用过程中不发生变形8。3.2.
17、4物理性能经过上述各种热处理后弹簧钢的韧性、硬度都有所甚至很大的提升，应力下降。4 分析与讨论缺陷及防止措施： 缺陷：夹杂、脱碳、表面缺陷、异常组织等a夹杂：在钢材酸浸试片上颜色与基体组织不同，无一定形状的金属块b脱碳：加热造成的脱碳保留到钢材上称之为脱碳c表面缺陷：有缩孔、剥落d异常组织：铁素体晶体粗大，正火状态的的组织在检验中出现枝晶偏离 防止措施：a 弹簧的热处理后还用喷丸处理来进行表面强化，使表面层产生残留压应力，提高其疲劳强度。b为了克服Si-Mn钢的缺点，加入Cr、V、W这些碳化物形成元素，它们可以防止钢的过热和脱碳，还可以细化晶粒，并可保证在载高温下仍具有较高的弹性极限和屈服极限
18、。5 结束语这次60Si2CrVA弹簧热处理工艺设计的完成，让我不仅通过自己的努力大致了解了60Si2CrVA弹簧的制作流程，还学会了把自己书本上学到的知识运用到实际物体上去。60Si2CrVA弹簧钢是用于承受高应力及工作温度在300350以下的弹簧，如调速器弹簧、汽轮机汽封弹簧、破碎机用簧等。60Si2CrVA钢还用以制作极重要的弹簧，如常规武器取弹钩弹簧、破碎机弹簧。前段时间在没有认真学习金属学时，我觉得这个课程设计很难很难，但现在经过我对金属学的充分认识，我重新把这套支撑辊的设计完成了一遍，也从中发现了很多原作者的问题，使我从中吸取了精华部分。金属学都是理论上的成型工艺，在实际生产中肯定
19、还有许多细节问题需要我们去解决和改进。在这次的课程设计中，发挥出了自己单独设计60Si2CrVA弹簧热处理工艺设计能力和综合运用书本知识，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，尤其是热处理加工工艺，是自己很有成就感。同时各科相关的课程都有了全面的复习与运用，独立思考的能力也有所提高，更为重要的是：在这次60Si2CrVA弹簧热处理工艺设计中，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，进而加以弥补。6 热处理工艺卡片零件名称：60Si2CrVA弹簧热处理工艺卡处理要求：淬火和回火热处理技术要求：恰当控制温度和时间硬度：大于等于302HBS材料：60Si2CrVA弹簧钢工序号名称设备工具装料工艺
20、规范冷却备注工具数量一工具装数量/件温度/加热时间保温时/h间合计介质温度/1-234淬火850油5低温回火410油678910更该日期更改单号更改标准更改者参考文献1 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20052 中国机械工程学会热处理分会热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.3 张玉庭主编热处理技师手册机械工业出版社2006第一版4 中国机械工程学会热处理学会热处理手册机械工业出版社2003第三版.5 林约利,程芝苏.简明金属热处理手册（第二版）M.上海,上海科技出版社.2003,3.6 7刘永铨. 钢的热处理M. 北京：机械工业出版社，1981.8夏立芳. 金属热处理工艺学M. 哈尔滨工业大学出版社，1986.9石德柯. 材料科学基础M.北京：机械工业出版社，1999.10黄天佑. 材料加工工艺M. 北京：清华大学出版社，2004.
