热处理工艺课程设计-柱塞设计

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1、课程设计说明书1前言热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命。这次课程设计是在《材料科学基础》、《金属热处理工艺学》、《金属力学性能》、《失效分析》等课程学习的基础上开设的，是理论与实践相结合的重要教学环节。通过该课程设计我们在综合运用所学专业知识能力方面得到训练，学会独立分析问题和解决问题的方法，提高工程意识和工程设计能力。总的来说本次热处理与工艺课程设计的目的有（1）初步掌握典型零件部件生产工艺过程；（2）掌握典型零件的选材、热处理原则和工艺指定原理；（3）理论联系实际，综合运用基础课及专业课程多方面的

2、知识去认识和分析零部件热处际问题，培养解决问题的能力。热处理工艺是机械加工过程中的一个重要环节，它与工件设计及其他加工工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所要求的多种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。设计热处理工艺之前，应该准确分析零件图，分析其工作条件，使用性能，技术要求等，才能为下一步材料的选择做准备。根据上一步的分析和对各种金属材料的学习，选择几种常用材料，并进行对比选择，选出最佳的材料进行下一步的工艺制定。要想对工艺设计合理的热处理工艺，必须了解所选材料的合金化原理，相变温度以及零件的服役条件，技术要求等，从而制

3、定出合理的退火、正火、淬火、回火的工艺参数。此外合理的选择热处理设备也是重点之一，准确的选择加热和冷却设备可以确保有效的利用资源!热处理工艺的最佳方案可以保证零件可以达到所要求的使用性能及质量稳定可靠、工序简单、管理方便、生产效率高、原材料消耗少、生产成本低廉，并能能到节能、环保的要求。但是单一的热处理工艺方案通常情况是很难达到这几个方面的要求，所以可以根据零件的技术要求，通过几种热处理工艺方案的合理结合达到。任何零件在进行完热处理工艺后都会产生各种程度的缺陷，所以最后的检验是非常必要的，通过检验才知道是否符合我们的技术要求，我们通过分析这种种因素后才能确定出一种最佳的方案。第25

4、页共25页课程设计说明书2零件图分析2.1零件的服役条件该零件是一个柱塞泵柱塞的零件，柱塞和套筒是柴油机喷油泵最主要偶件，在使用是，燃油中的杂质和磨料会随同燃油以很高的压力和流速冲刷柱塞副的工作表面并造成异常磨损。柱塞的主要功能是传递小动力，其工作时需要承受不大的冲击载荷，不过要求有较高的强度和刚度。由于表面会磨损。所以必须有足够的硬度和耐磨性。2.2零件的性能要求柱塞在使用过程中要求表面硬度高。为满足这一要求，可选用含碳量较低的合金结构钢，通过表面渗碳淬火，表面具有较高硬度，而芯部硬度不高，具有较高韧性。3材料的选择3.1选材20CrMnTi是低碳合金钢，该钢具有较高的机械性能，

5、在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为58—62HRC，芯部硬度为30—第25页共25页课程设计说明书45HRC。此外，20CrMnTi的工艺性能较好，由于合金元素Ti的影响，对过热不敏感，故在渗碳后可直接降温淬火。且渗碳速度较快，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小，适合于制造承受高速中载及冲击、摩擦的重要零件。因此根据齿轮磨床主轴的工作条件选用20CrMnTi钢是比较合适的。经过910～940℃渗碳，870℃淬火，180～200℃回火后，机械性能：抗拉强度≥1100Mpa,屈服强度≥850Mpa,延伸率≥10℅，断面收缩率≥45℅，冲击韧性≥680，硬度为58—62HRC3.220CrMn

6、Ti钢化学成分及合金元素作用3.2.120CrMnTi钢化学成分见下表CMnSiCrS0.17～0.230.8～1.100.17～0.371.00～1.30≤0.0353.2.2化学元素作用Cr元素:主要是提高钢的淬透性,Cr元素固溶强化基体组织，并改善基体组织的回火性和硬度。Mn元素：主要是提高钢的淬透性，Mn元素从基体组织中扩散到析出的渗碳体中，形成合金渗碳体,改善其硬度。Ti元素：主要是为了细化晶粒。2.2.3320CrMnTi钢相变点相变点Ac1Ac3Ar1温度730℃820℃690℃3确定零件加工路线加工工艺主要包括机加工和热处理工艺。机加工是指通过加工机械精确去除材料的

7、加工工艺。它直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。工艺流程为：下料——锻造——正火——机加——渗碳——淬火——回火——机加第25页共25页课程设计说明书5热处理工艺方法的选择5.1正火工艺的选择5.1.1正火目的细化晶粒，消除组织缺陷，以获得珠光体+少量铁素体组织。并使加工硬度适中，有利于切削。5.1.2加