1、课程设计（说明书）螺旋弹簧热处理工艺设计学 院 ： 机 械 工 程 学 院 专 业 ： 材 料 成 型 及 控 制 工 程 姓 名 ： 张 忠 东 学 号 ： 1111012072 指 导 教 师 ： 姜 英 副 教 授 2014 年 6 月3目录一 热处理工艺课程设计的目的 .1二 设计任务 .12.1 给定零件 .12.2 技术要求 .22.3 选材论证 .2三、工艺流程 .33.1 60 钢的各类热处理工艺数据 .33. 热处理工艺流程 .53.3 热处理工艺参数设定 .5四、 工艺曲线 .7五、热处理后检验 .75.1 热处理后检验方法 .75.2 热处理规范及操作守则 .9六、热处理
2、材料组织、性能分析及常见缺陷分析 .106.1 退火 .106. 2 分级淬火 .116.3 回火 .11七、加热设备 .12八、参考书籍 .13九、心得体会 .13十、热处理工艺卡 .14附表 .15附表 热处理工艺课程设计任务书 .161一 热处理工艺课程设计的目的热处理工艺课程设计是材控专业热处理方向学生的一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节，其目的是：1、培养学生综合运用所学热处理知识去解决工程问题的能力，并使所学知识得到巩固和发展。2、学习热处理工艺课程设计的一般方法，热处理设备选用和装夹具设计等。3、进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用
3、设计资料、手册、标准和规范。二 设计任务2.1 给定零件给定零件为 60 钢螺旋弹簧，如下图所示。22.2 技术要求硬度：46-48HRc；工艺路线：退火-成型-等温淬火（或分级淬火）-回火。2.3 选材论证2.3.1 弹簧用钢性能要求弹簧是利用弹性变形吸收能量以缓和振动和冲击，或依靠弹性储能产生驱动作用。根据工作要求，弹簧应具有以下性能特点。1） 高的弹性极限，以保证弹簧具有高的弹性变形能力和弹性承载能力，为此应具有高的屈服强度。2） 高的疲劳极限，因为弹簧一般在交变载荷下工作。众所周知，抗拉强度越高，疲劳极限也越高。另外，表面质量对疲劳极限影响极大，弹簧钢表面不应有脱碳、裂纹、折叠、斑疤和
4、夹杂等缺陷。3） 足够的塑性和韧度，以免发生脆断。2.3.2 弹簧用钢的成分特点合金弹簧钢的化学成分有如下特点：）中、高碳钢 为了保证高的弹性极限、疲劳极限及高的强度，弹簧钢的碳含)量一般为 0.45%0.70% 。）加入 Si、Mn 为主的提高淬透性的元素 Si 和 Mn 主要提高淬透性，同时也提高屈服比，其中以 Si 的作用最突出，但它在热处理时促进表面脱碳，Mn则使钢易于过热。因此重要用途的弹簧钢，必须加入 Cr、V、W 等元素。）此外，弹簧钢的净化对疲劳强度有很大的影响，所以弹簧钢均为优质钢（P0.04%,S0.04%）或高级优质钢（P0.035%,S0.03%）。2.3.3 弹簧钢的
5、品种按生产方法弹簧钢分为热轧钢和冷拉钢。热轧钢包括用来制造螺旋弹簧的圆钢，方钢和扁钢。冷拉钢包括用于制造较小的螺旋弹簧的冷拉钢丝和用于制造发条和各种形式的弹簧片的冷轧钢。3热轧钢一般截面比较大，制造弹簧时采用加热成形，然后经淬火回火处理。冷拉钢截面尺寸较小，弹簧采用冷态成形制造，成形后或经淬火回火处理，或经消除应力回火处理。由于要求加工的弹簧为小截面弹簧，所以选用冷拔钢丝；只有硬度要求的普通弹簧，采用中高碳优质钢即可；由硬度要求查询表。中温回火基本都可达到硬度要求，因弹簧钢含碳量一般选用大于或等于0.6%的优质，因此材料暂定为 60 钢。表 2-1 不同回火温度的硬度值淬火 回火不用温度回火后
6、的硬度值 HRC牌号 温度/冷却介质硬度150 200 300 400 50055050 830 水或油 59 58 55 50 41 33 2655 820 水或油 63 63 56 50 45 34 3060 820 水或油 63 63 56 50 45 34 3065 800 水或油 63 63 58 50 45 37 3270 800 水或油 63 63 58 50 45 37 32三、工艺流程3.1 60 钢的各类热处理工艺数据3.1 60 钢的化学成分（质量分数，）60 钢的化学成分，如表 3-1 所示。4表 3-1 60 钢的化学成分（质量分数，%）元素 含量（）C 0.570.
7、65Si 0.170.37Mn 0.500.80Cr 0.25Ni 0.30Cu 0.25（续表）3.1.2 60 钢的淬火临界直径60 钢的淬火临界直径，如表 3-2。表 3-2 60 钢的淬火临界直径钢号 淬火介质60 静油 1220水 2440水 19.5205%（质量分数）NaCl 水溶液 25.53.1.3 60 钢的临界温度及常规热处理工艺参数60 钢的临界温度及常规热处理工艺参数，如表 3-3.表 3-3 60 钢的临界温度及常规热处理工艺参数临界温度/ 退火 淬火Ac1 Ac3 Ms牌号Ar1 Ar3 Mf温度/冷却方式硬度HBW温度/冷却方式硬度HBW5727 766 265
8、60690 743 -20800820炉冷 229 820 水或油 633. 热处理工艺流程工艺路线：退火 - 成型 - 分级淬火 - 回火。3.3 热处理工艺参数设定3.3.1 退火退火目的：退火是为了消除冶金及冷热加工过程中产生的组织与性能缺陷而进行的预备热处理工艺，并为以后的机械加工及热处理准备良好的组织状态。降低材料的硬度，提高塑性，改善切削性能及压延成型性能。加热方法：热炉装料。理由：缩短加热时间，节省能源。退火温度：800820退火温度选取依据：查询优质碳素结构钢的临界温度、退火正火工艺参数表（热处理工艺参数手册表 2-22）退火保温时间：12h3.3.2 成型将退火后的半成品按照
9、要求进行机械加工，达到规定的形状和尺寸。3.3.3 分级淬火分级淬火工艺方法：将奥氏体化后的工件淬入温度稍高于 Ms 点温度的淬火介质中冷却，直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后取出在空气中冷却至室温，发生马氏体转变。进行分级淬火的目的：分级淬火减少了马氏体转变时截面上的温度差，热应力降低，还由于工件各部分温度趋于均匀，使马氏体转变的不同时现象减少。淬火温度选择在 250附近。分级淬火后处于奥氏体状态的工件具有较大塑6（相变超塑性），因而创造了进行矫直和矫正的条件。分级淬火保持时间：因截面较小，保持 15min 即可。冷却介质：盐浴 3.4 回火回火温度：1）由表 2-1 查出回火温度在
10、 300400之间。2）为满足弹簧的高弹性极限性能一般采用中温回火。因此回火温度定为 350。回火保温时间依据：回火时间是从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算的。可参考经验公式：t= Kn + An*D4式中：t回火时间；（min）Kn回火时间基数；An 回火时间系数；D零件有效厚度；（mm）通过查热处理手册得 Kn 和 An 的推荐值见表 3-4表 3-4：Kn 及 An 的推荐值300以上 300450 450以上回火条件箱式炉 盐浴炉 箱式炉 盐浴炉 箱式炉 盐浴炉Kn 120 120 20 15 10 3An 1 0.4 1 0.4 1 0.47因此回火选用箱式炉即可，时间为 21.
11、25min。四、 工艺曲线五、热处理后检验5.1 热处理后检验方法5.1.1弹簧硬度的检测 卷制后不经淬火、回火处理的弹簧不考核硬度。经淬火、回火处理的弹簧，一般硬度值的范围为 HRC4452。工作应力高的弹簧，为防止永久变形，硬度值可超过 HRC52，最高可达 HRC54。硬度的检测一般用洛氏和维氏硬度计。1)硬度计的选用：试样厚度 05mm 以下用维氏硬度计；0510mm 用洛氏硬度 A 标；大于 10mm 用洛氏硬度 C 标。2)试样的选取和制作：在弹簧的工作圈部位截取试样；试样在切割和磨制过程中，不允许因温度升高而造成硬度变化；弹簧材料直径厚度在 8mm 以下的其纵截面和横截面均可作为硬度的测试面，材料直径或厚度在 8mm 以上的应取
