16Mn钢热处理课程设计汇本Word文件下载.docx

1、第五章 设计与心得体会17参考文献19第一章 金属热处理课程设计简介一、课程设计的任务与性质 金属热处理原理与工艺课程是一门重要的专业课程，金属材料热处理工艺设计及实验操作是一种重要的教学环节，通过金属材料热处理工艺金相组织分析、性能检测等实验，可以培养学生掌握热处理实验方法、原理及相关设备，运用热处理的基本原理和一般规律对实验结果进行分析讨论，有助于强化学生解决问题、分析问题的能力。二、课程设计的目的1、课程设计属于金属热处理原理与工艺课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握金属热处理工艺设计的一般规律和方法。2、培养综合运用金属学、材料性能学、金属工艺学、金属材料热处理及结构工艺等相关知识

2、，进行工程设计的能力。3.培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规的能力。4.提高技术总结及编制技术文件的能力。5.是金属材料工程专业毕业设计教学环节实施的技术准备。三、设计容与基本要求设计容：完成合金结构钢（16Mn）的热处理工艺设计，包括工艺方法、路线、参数的确定，热处理设备及操作，金相组织分析，材料性能检测等。 基本要求： 1.课程设计必须独立的进行，每人必须完成不同的某一种钢材热处理工艺设计，能够较清楚地表达所采用热处理工艺的基本原理和一般规律。 2.合理地确定工艺方法、路线、参数，合理选择热处理设备并正确操作。 3.正确利用TTT、CCT图等设计工具，认真进行方案分析。 4.正确运用

3、现代材料性能检测手段，进行金相组织分析和材料性能检测等。 5.课程设计说明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整，图表清晰。四、设计步骤方案确定： 1.根据零件服役条件合理选择材料及提出技术要求。 2.零件按材料、形状、尺寸、重量和性能要求等确定其热处理工艺方法、路线及相关参数。 3.选择热处理设备及温度控制方式、冷却介质。 4.热处理工艺实例。 5.热处理后材料性能检测。 6.金相组织分析. 7.利用Fe-Fe3C相图、TTT、CCT图等设计工具，认真进行方案分析。 一般，根据零件使用性能及技术要求，提出所可能实施的几种热处理工艺方案，首先从其所可能达到的性能要求，工艺操作的繁简及质量可靠

4、性等进行分析比较，再根据生产批量的大小，现有设备条件及国外热处理技术发展趋势，进行综合技术经济分析，确定最佳热处理工艺方案。材料选择：选择16Mn合金结构钢零件设计：试样为16Mn无缝钢管，拟定板厚50mm，在低温环境下工作，要求有良好的综合力学性能，在低温环境下，塑性和焊接性行良好，具有良好的切削性能。第二章 材料16Mn基本参数一、16Mn材料简介16Mn是旧国标GB/T15911988中的低合金高强度结构钢的牌号，新国标GB/T15911994中的牌号为Q345（Q345有5个质量等级，Q345AQ345E），Q345A对应美国ASTM的牌号是Gr.50 （中间的点不是小数点，是上下对中

5、的，像个“乘号”点一样。） 16Mn为钢材中的一种材质。过去钢材的一种叫法。现在的称法为：Q345（见Q345）。16，所代表的为这种钢材中的碳的含量在0.16%左右。而Mn单独提出来，是因为五大元素（碳C，硅Si，锰Mn，磷P，硫S）中，锰的含量高，才单独提出来，大约在1.20-1.60%左右。 16Mn属低合金钢板系列，在此系列中，为最普通材质，或者牌号的钢板。16Mn为钢材中的一种材质。 16Mn钢属于碳锰钢，碳的含量在0.16%左右，屈服点等于343MPa（强度级别属于343MPa级）。16Mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以

6、在低温下（如冬季露天作业）或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。二、16Mn材料的性能及用途综合力学性能良好，低温性能尚可，塑性和焊接性良好，用做中低压容器、油罐、车辆、矿山机械、电站、桥梁等承受动载荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40以下寒冷地区的各种结构。主要特性:综合性能好，低温性能好，冷冲压性能，焊接性能和可切削性能好。应用举例：矿山，运输，化工等各种机械。三、16Mn材料化学成分表一 16Mn化学成分标准牌号化学成分（重量百分比）Chemicai composition（WT%）16Mn碳（C）硅（Si）锰（Mn）

7、铬（Cr）0.130.190.200.601.201.600.30磷（P）硫（S）镍（Ni）铜（Cu）0.0300.25四、16Mn物理力学性能16Mn密度为7.85，16Mn钢板密度为7.85.16Mn低合金钢管是低合金高强度结构钢：Mn含碳量为0.1%-0.25%,加入主要合金元素锰、硅、钒、铌和钛等；它的含合金总量3%。按强度分为300、350、400和450MPa等4个级别。主要有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。：“Q”是屈服的“屈”字的汉语拼音大写字头，其后数字为该牌号最小屈服点（s）值，其后的符号是按照该钢杂质元素（硫、磷）含量由高到低并伴随碳、锰元素的变化而分为

8、A、B、C、D四等。其中A、B级钢通常称16Mn 抗拉强度：470660牛/平方毫米； 屈服强度：275345牛/平方毫米； 伸长率：21%。具体值要根据钢材的厚度或直径，以上数据对应钢材的厚度或直径为：16100mm。第三章 热处理工艺设计一、16Mn热处理概述热处理的目的是改变钢的部组织结构，以改变钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料，充分挖掘材料性能潜力，降低结构重量，节省和能源，而且能够提高机械产品质量，大幅度延长机械零件的使用寿命。热处理的三阶段：加热，保温，冷却。这三个阶段决定了材料热处理后的组织和性能。加热是热

9、处理的第一道工序。不同的材料，其加热工艺和加热温度都不同。加热分为两种，一种是在临界点A1以下的加热，此时不发生组织变化。另一种是在A1以上的加热，目的是为了获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为奥氏体化。保温的目的是要保证工件烧透，防止脱碳、氧化等。保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。一般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。冷却是热处理的最终工序，也是热处理最重要的工序。钢在不同冷却速度下可以转变为不同的组织。16Mn钢是目前国建筑用主要钢材之一，以热轧状态交货。16Mn属于低合金钢板系列，在此系列中为最普通材质或者牌号的钢板。根据特殊要求，可以对钢板进行一些特殊的处理：热处理

10、和Z向性能。这里我们只讨论热处理。其热处理一般为控扎，正火等等。二、16Mn热处理设计采用膨胀法并结合金相-硬度法，膨胀曲线在G leeb-1500热模拟机上测定。为使加热温度接近16Mn钢的开轧温度保证微合金元素的充分溶解，根据已有文献，试样的奥氏体化温度定为1000（在2min将试样加热至此温度），保温15min。分别以13种不同的冷却速度（0.175/s）将试样冷却，获取其膨胀曲线，再由膨胀曲线确定相变温度。以喷水冷却（冷却速度约为400/s）测定其Ms点。用DTA方法（以2/min由500升温到1000）确定其临界点Ac1和Ac3，最后在POLYVAR-MET金相显微镜进行组织观察，并

11、测得显微硬度（HV2）。测定结果为Ac1=917，Ac3=770，Ms400。根据不同冷却速度膨胀曲线上的拐点（切点或极值点），结合金相组织，确定的箱变温度见表二。将表二中的相变点绘制到温度-时间半对数坐标上，用连线法将个物理意义相同的点连接起来同时在该坐标上标出Ac1,Ac3和Ms即可绘制出CCT图（图一），冷却曲线旁的数字为冷却速度，冷却曲线下端的数字为以此冷却速度冷却后试样的室温维氏硬度值（HV2）。表二 不同冷却速度下的相变温度图1 16Mn钢的CCT图16Mn一般是淬火+低温回火热处理，250以下回火时为回火马氏体，450以上回火时为回火索氏体。已经测出的16Mn钢过冷奥氏体等温转变

12、曲线（TTT图）有多个.由于所用试样的化学成分和奥氏体化工艺的差别,不同测试者可获得不同的结果,但小异,典型的TTT图如图2。图2 16Mn钢的TTT图加热到770+（2030）,短时间保温或者不保温,油淬,然后250回火（+10-10）,可以保证硬度在45-49之间,回火最好在淬后有余热时马上进行,这样可以最小程度减小变形.如果对疲劳性能有更高要求,可以在回火后再进行喷丸处理,这样光洁度也会好一点，出炉马上就得进油，不用水。 16Mn是结构钢低温回火，770淬火150250回火淬火+低温回火,所得组织为回火马氏体。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。淬火后低温回火。可获得比较优良

13、的综合性能。（1）16Mn钢的预热处理根据不同板厚及不同环境温度下16Mn钢的预热温度16以下 不低于10不预热,10以下预热100150；1624 不低于5不预热,5以下预热100150；2540 不低于0不预热,0以下预热100150；40以上 均预热100150。给定试样16Mn钢预先热处理工艺示意图：图3 （a）图3 （b）（2）16Mn钢的退火将组织偏离平衡状态的钢件加热到适当的温度，保温一定时间，随后缓慢冷却，从而获得接近平衡状态的组织与性能的金属热处理工艺。16Mn属于低合金结构钢，为低碳钢，若采用通常的完全退火，则其硬度太低，切削性能不好。为改善切削性能，可采用高温退火，即在比通常完全退火更高的温度下加热，获得4 6级的粗晶粒，以提高切削性能。16Mn钢属于亚共析钢，合金元素含量较低，具有良好的韧性，强度和抗冷热疲劳性能与一定的耐磨性。温度选择为Ac3+（2030）。一般先把钢管加热到 870-880 度 再炉冷至 500 度 然后炉外空冷。图4 16Mn退火后的显微组织（3）16Mn钢的正火正火是将钢加热到Ac3或Accm以上3050保温出炉空冷。低碳钢