热处理工艺设计Word下载.docx
《热处理工艺设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热处理工艺设计Word下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
3.3.2工作条件
（1）喷油泵调速弹簧工作时，要承受高应力。
（2）喷油泵调速弹簧要承受高频率往复运动。
（3）喷油泵调速弹簧要在较高的温度下工作。
3.3.3性能要求
弹簧的性能要求为如下几个方面：
力学性能：
由于弹簧是在弹性范围内工作，不允许有永久变形。
要求弹簧材料有良好的微塑性变形能力，即弹性极限、屈服极限和屈强比要高。
理化性能方面：
喷油泵调速弹簧的工况很复杂，要在较高的温度下长期工作，因此要求弹簧材料有良好的耐热性，即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。
工艺性能方面：
尺寸较小的弹簧热处理时变形大、难以校正和保证弹簧产品质量，宜选用已强化的弹簧材料，冷成型后不经淬火、回火，只须进行低温退火。
这样更能保证大批量小弹簧的产品质量和成本低廉。
3.3.4材料选择
选用50CrVA钢热轧弹簧钢丝卷制。
由于50CrVA钢中含有铬能够提高淬透性并且可降低锰引起过热的敏感性，铬熔于铁素体中使弹性极限提高。
钒可以细化组织，减少过热敏感性，提高钢的强度和冲击韧性。
可用作特别重要的承受高应力的各种尺寸的螺旋弹簧，也可也用作在300°
C以下工作的重要弹簧，如各种阀门弹簧，喷油嘴弹簧。
3.3.550CrVA钢化学成分及合金元素作用
表3.150CrVA钢的化学成分[1]（GB/T3077-1990）ω/%
C
Si
Mn
Cr
V
Ni
P
S
0.44～0.54
0.17～0.37
0.50～0.80
0.80～1.10
0.10～0.20
≤0.35
≤0.035
≤0.030
50CrVA钢的化学成分示于表3.1
化学元素作用：
①C：
保证形成碳化物所需要的碳和保证淬火马氏体能够获得的硬度
②Cr：
提高钢的淬透性并有二次硬化作用，是刚在高温时仍具高强度和高硬度，增加钢的耐磨性，增高钢的淬火温度。
③Si：
能提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合机械性能，还能增高淬火温度，阻碍碳元素溶于钢中。
④Mn：
能增加钢的强度和硬度，有脱氧及脱硫的功效（形成MnS），防止热脆，故Mn能改善钢的锻造性和韧性，可增进刚的硬化深度，降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善机械性能。
⑤V：
可以细化组织，减少过热敏感性，提高钢的强度和冲击韧性。
3.3.650CrVA钢热处理临界转变温度
50CrVA钢热处理的临界转变温度见表3.2
表3.250CrVA钢临界转变温度[2]
钢号
临界温度（近似值）（℃）
Ac1
Ac3
Ar1
50CrV
740
810
688
3.3.650CrVA钢的淬透性曲线
图3.250CrVA钢的淬透性曲线
3.450CrVA钢调速弹簧加工制造工艺流程
50CrVA钢调速弹簧加工制造工艺流程如下：
钢材检查→盘旋与调整→淬火→清洗→中温回火→校正→检验→法兰
450CrVA调速弹簧的热处理工艺
4.150CrVA钢的淬火工艺
4.1.1淬火目的
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体转变，得到马氏体组织，然后配合以不同温度的回火，提高弹簧的强度和弹性，获得所需的力学性能。
4.1.2热处理设备
选用RDM系列埋入式盐浴炉，盐浴炉参数见表4.1。
说明：
盐浴炉适用于中小型工件加热。
加热速度快，温度均匀，中性介质，不易氧化、脱碳；
炉口敞开，便于吊挂，工件变形小。
装炉方式：
40件/炉，用专用夹具，悬挂入炉。
表4.1RDM-100-13埋入式盐浴炉[3]
型号
额定功率
电源
额定温度
工作空间尺寸（mm×
mm）
相数
电压
RMD-100-13
100（KW）
3
380（V）
1300℃
450×
350×
560
4.1.3淬火温度
淬火温度：
860±
10℃
依据：
加热温度t=Ac3＋30～50℃，
t=810+50=860℃故取860±
10℃。
4.1.4加热方式
盐浴炉加热，温度均匀，加热速度快。
4.1.5加热介质
加热介质：
50%NaCl+50%BaCl2
4.1.6保温时间
保温时间：
5min
选定的依据：
加热时间可按下列公式进行计算：
t=a×
K×
D，式中t为加热时间（min），K为反映装炉时的修正系数，可根据表4.3可得K取1.4，a为加热系数min/mm,加热系数a可根据钢种与加热介质、加热温度，参数按照表4.2选取，D为工件有效厚度（mm）可得t=a×
D=0.75×
1.4×
3.2=3.36min。
考虑到夹具的随炉加热，所以，
取保温时间5min
表4.2工件加热系数a[4]
退火、正火（箱式炉）
淬火
箱式炉
盐炉
碳钢
0.7～0.8min/mm
20～30s/mm
合金钢
0.9～1.0min/mm
30～45s/mm
高合金钢
1.0～1.5min/mm
预热1min/mm
加热45s/mm
预热30s/mm
加热16s/mm
高速钢
2～3min/mm
2～2.5min/mm
预热15～30s/mm
加热8～12s/mm
表4.3工件装炉修正系数K
工件装炉方式
修正系数
1.0
2.0
1.4
1.3
1.7
4.1.7冷却方式
由于50CrVA钢淬透性较好，冷却速度越大，则淬火内应力越大，淬火变形也越大，工件容易变形开裂。
使用冷却较为缓和的淬火介质，其热应力就相对较小。
所以选择油冷。
4.1.8淬火方式
80°
C油冷，选用2号普通淬火油油淬
2号普通淬火油的冷却能力见表4.4
由于零件尺寸较小，油淬可以达到淬火临界冷却速度，并且油淬操作简单，经济，易于操作；
淬火过程中Ms点已经进入对流阶段，低温区冷却能力远小于水，可以减少工件应力的产生，减少由于内应力产生的变形和开裂。
表4.42号普通淬火油的冷却能力[5]
冷却介质
特性温度
特性时间
800～400℃冷却/s
800～300℃冷却/s
2号普通淬火油
633
2.25
3.15
4.55
4.1.9淬火后组织
马氏体＋残余奥氏体
4.1.10淬火后硬度
淬火后组织为马氏体＋残余奥氏体，具有较高的硬度，硬度可达50～56HRC，经过回火处理后可以满足零件的性能要求。
4.1.11淬火工艺曲线
淬火工艺曲线见图4.1
图4.1淬火工艺曲线
4.250CrVA的中温回火工艺
4.2.1回火目的
中温回火，使钢获得最高的弹性极限。
4.2.2热处理设备
选用RX3系列950℃箱式电阻炉，电阻炉参数见表4.5。
适用于中，小型工件成批量生产。
可进行退火，淬火和高温及低温回火等热处理操作。
新型结构炉衬保温性好，炉衬变薄，重量减轻，有效的减少了炉衬的散热和蓄热损失，降低了空载功率，缩短了空炉升温时间。
200件/炉，用专用夹具夹紧，用装具分层摆放
表4.5RX3-30-9Q950℃箱式电阻炉[6]
RX3-30-9Q
30（KW）
950℃
760×
360×
310
4.2.3回火温度
图4.250CrVA材料力学性能于回火温度关系曲线
回火温度：
480±
中温回火使钢获得最高的弹性极限，钢的弹性极限往往在回火温度为200～400℃之间时出现极大值。
在350～500℃范围内的中温回火就是利用这一特征，碳素弹簧钢的回火取此温度范围的下限，合金弹簧钢的回火取此温度范围的上限，因为合金元素提高了钢的回火抗力。
根据50CrVA材料力学性能于回火温度关系曲线，为保证材料符合力学性能要求选择温度范围为400～500℃。
所以回火温度取480±
4.2.4加热方式
用空气电阻炉采取到温加热方式，可以减少工件加热时间，回火后硬度下降较小
4.2.5加热介质
加热介质：
空气
4.2.6保温时间
依据表4.6保温时间约为35min，由于考虑到随炉加热的夹具和装具，故选定保温时间为60min。
60min
参见表4.6
表4.6硅锰和铬钒弹簧钢在回火温度为400～520℃时的保温时间[7]
材料直径/mm
≤10
10～15
15～20
20～25
25～42
保温时间/min
25～35
30～35
40～45
50～60
70～90
4.2.7冷却方式
出炉空冷。
4.2.8回火组织
回火屈氏体＋极少量残余奥氏体
4.2.9硬度
硬度46～51HRC
4.2.10回火工艺曲线
回火工艺曲线见图4.2
图4.2回火工艺曲线
4.3总的热处理工艺曲线
热处理总工艺曲线见图4.3
图4.3热处理总工艺曲线
4.4热处理工艺的检验
4.4.1试验设备
①HR-F洛式硬度计。
主要参数：
实验力：
1500N；
压头类型：
金刚石圆锥120℃；
实验力保持时间：
6-99s，可设置；
测试硬度范围20-70HRC。
②金相显微镜
4.4.2检验操作
①硬度的检验：
选取三点用金刚石压头进行硬度测试，取三次测量的平均值。
②金相组织检验：
试样制备：
选取试样横截面切取，夹具夹持进行抛光，50%盐酸水溶液加热70℃左右进行腐蚀，用20%酒精进行清洗，再吹干。
试样观察：
在金相显微镜下进行观察试样的金相组织，为回火屈氏体组织，符合工件热处理组织要求。
5热处理工序中材料的组织及性能
5.1淬火工艺材料中的组织及性能
（1）正常加热冷却：
工件加热到860℃后珠光体转变为奥氏体，保温时组织不变，晶粒细化，出炉油冷至室温时得到马氏体+残余奥氏体，具有较高的硬度。
（2）加热温度不足时，加热后组织为奥氏体+铁素体，室温后组织为马氏体+铁素体，硬度不足，塑性大。
（3）加热温度过高时：
加热后组织为（粗大）奥氏体，室温后组织为（粗大）马氏体，脆性太大，易断裂。
（4）冷却速度过大时，组织为马氏体，由于晶粒不均匀，性能较差，容易开裂和变形。
升级会员 