1、学校代号 10731 学 号 092430105009 分 类 号 TG172； TG455 密 级 公开 工程 硕士学位论文 42CrMo 机车零件焊接修复及其磁痕分析 学位申请人姓名 培 养 单 位 材料科学与工程学院 导师姓名及职称 教授 学 科 专 业 材料工程 研 究 方 向 先进焊接技术 论文提交日 期 2011 年 4 月 20 日 学校代号 ： 10731 学 号 ： 092430105009 密 级 ： 公开 兰州理工大学硕士学位论文 42CrMo 机车零件焊接修复及其磁痕分析 学位申请人姓名： 导师姓名及职称： 教授 培养单 位 ： 材料科学与工程学院 专业名 称 ： 材料
2、工程 论文提交日 期 ： 2011 年 4 月 20 日 论文答辩日 期 ： 2011 年 5 月 30 日 答辩委员会主席： 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以 标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有
3、关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 .4 Abstract .5 第 1 章 绪论 .6 1.1 引言 .6 1.2 曲轴和连杆的应用和发展 .6 1.2.1 曲轴 .6 1.2.2 连杆 .7 1.3 TIG 和堆焊的特点及应用 . 11 1.3.1 TIG
4、特点及应用 . 11 1.3.2 堆焊的特点及应用 . 12 1.4 现阶段无损检验主要方法 . 13 1.4.1 无损检测的概述和研究进展 . 13 1无损检测的定义 . 13 2无损检测与评价的特点 . 14 3无损检测的研究与实践意义 . 14 1.4.2 磁粉检测 . 15 1磁粉检测的特点 . 15 2磁粉检 测的物理基础 . 15 3影响铁磁性的主要因素 . 16 4磁粉检测的原理以及主要影响因素 . 17 5磁痕分析的意义 . 18 1.5.本课题的研究意义 . 19 第 2 章 42CrMo 的焊接性能 . 20 2.1 母材 . 20 2.1.1 42CrMo 钢的化学成分及
5、机械性能 . 20 2.1.2 42CrMo 钢的特征及适用范围 . 21 2.1.3 40CrMo 钢的热处理工艺 . 22 2.2 42CrMo 的焊接性能分析 . 23 2.2.1 焊接产生的热裂纹 . 23 2.2.2 焊缝的淬透性和冷裂纹 . 23 2.3 42CrMo 焊接材料的选择 . 25 2.4 42CrMo 的焊接方法 . 26 2.5 42CrMo 的焊接工艺特点 . 26 2.6 本章小结 . 27 第 3 章 焊接过程和焊接结果分析 . 28 3.1 焊接工艺的制定 . 28 3.1.1 焊接方法的选择 . 28 3.1.2 实验设备 . 28 3.1.3 焊接材料的
6、选择 . 29 3.1.4 焊接规范 . 29 3.1.5 焊接前的准备 . 29 3.1.6 直流反接的特点 . 30 3.2 焊接过程及焊后无损检测结果 . 30 3.2.1 焊缝外貌形状 . 30 3.2.2 焊后处理 . 30 3.3.3 焊接质量检验 . 31 3.3.4 渗透检测验证 . 32 3.4 焊缝的金相组织分析 . 33 3.4.1 实验材料的制备 . 33 3.4.2 金相实验制备 . 33 3.4.3 金相组织分析 . 34 3.4.4 硬度分析 . 39 3.5 本章小结 . 42 第 4 章 焊后热处理及磁痕处理方法 . 43 4.1 非相关磁痕的分析 . 43
7、4.2 焊后热处理及分析 . 44 4.2.1 热处理规范 . 44 4.2.2 热处理后的宏观形貌 . 44 4.2.2 热处理后的金相组织分析 . 45 4.2.3 相关的物理分析 . 49 4.3 本章小结 . 50 结 论 . 51 参 考 文 献 . 53 致 谢 . 55 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 . 56 摘 要 随着我国经济的高速持续发展，已经成为人们日常出行的不过可替代的工具。因此，目前国内的机车市场需求量不断地提升就要求机车制造行业不断地加大产量，提供了车辆行业的良好的发展前景。但是再大产量的背后仍然有许多诸如质量问题的存在。尤其是机车的各个核心部位的零件
8、上的质量问题更加应该令人重视。 42CrMo 因其具有良好的 强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。 广泛用于重要的大截面机器零件，如制造高功率内燃机的曲轴、 连杆、汽轮发电机的主轴、叶轮等，或作为 500以下的高温零件的原材料耐热钢使用。 由于 42CrMo 的焊接性能较差，本文针对此种材料的焊接性能进行了分析。采用了 H08Mn2SiA 焊丝不用预热的焊接方法进行实验，并在不同焊接电流下进行了焊接质量的比较。针对焊后出现的热影响区的脆化和软化现象制定了焊后热处理工艺进行改善。针对焊后进行磁粉检测时出现的现象进行了分析。指出
9、并非所有磁痕显示都是由于裂纹导致，此次磁痕现象是由于热影响区的组织差异过大导致磁导率突变造成的。分析微观组织，结果证明热影响区的组织大部分为马氏体和渗碳体组织，而母材大部分为索氏体，焊缝为珠光体和铁素体。马氏体磁导率较低造成磁力线外溢形成磁痕。经过热处理后，组织均匀化，磁痕现象得到了改善。 关键词：堆焊 ；焊接性；热处理； 非相关显示 Abstract With the domestics economic situation high rapid development, locomotive have become necessary transport gradually into pe
10、oples lives in everyday. So at the domestic market Requirement of Locomotive Continue to improve require Locomotive manufacturing industries continue to increase production at present. Provide the Good prospects for development of Locomotive manufacturing industries. But in the back of manufacture h
11、ave many problem of the parts quality. Especially in the core parts of locomotive parts should be pay more attention to the quality. 42CrMo have good strength and toughness, hardenability. Temper brittleness is not obvious. It is hardened and tempered will have a high limit of fatigue, Anti-shocks a
12、nd low temperature impact toughness. It is used in large and important section of machine parts wildly. For example, it is used for high power internal combustion engine crankshaft, the link, turbine spindle, impeller and so on. Or it is used for heat-resistant steel below 500 as high temperature co
13、mponents. Because of the poor weldability in 42CrMo In this paper, the weldability of this material was analyzed because of the poor weldability in 42CrMo. We have experiments for H08Mn2SiA welding wire in the situation of without preheating, and compare the quality of welding under different weldin
14、g current. Formulated a plan of heat hreatment after welded to improve the phenomenon which Heat affected zone is embrittlement and softening. Analyzed the the problem of Magnetic particle testing after welding. It indicated that the magnetic trace was because of heat affected zone have difference m
15、icrostructure, the difference microstructure have difference magnetic permeability. Not because of it have crack in the weld. The metallographic character was described and it proved the heat affected zone was fulled martensite and cementite, the majority of the base metal is sorbite, the majority o
16、f the weld is pearlite and ferrite. Martensitic have low Magnetic permeability cause magnetic field lines spillover. After heat treatment, metallographic structure is homogenizing, the phenomenon of magnetic marks have improved. Key words: overlaying; weldability; heat treatment; non relevant indica
17、tions 第 1 章 绪论 1.1 引言 随着我国经济的高速持续发展，机车逐渐步入人们的生活，已经成为人们日常出行的不过可替代的工具。因此，目前国内的机车市场需求量不断地提升就要求机车制造行业不断地加大产量，提供了车辆行业的良好的发展前景。但是再大产量的背后仍然有许多诸如质量问题的存在。尤其是机车的各个核心部位的零件上的质量问题更加应该令人重视。因此，本文以曲轴连杆为对象，对其修复及修复后的问题进行研究。 1.2 曲轴和连杆的应用和发展 1.2.1 曲轴 1 曲轴概述 曲轴（图 1.1）是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接 连杆的上下 (往复 )运动变成循环 (旋转 )运动。它是发动机上
18、的一个重要的机件， 主要包括 主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的旋转是发动机的动力源，也是整个机械系统的最核心的部位 1。曲轴在工作过程中既要承受周期性变化的气体压力、往复惯性力和离心力，又要承受他们所产生的扭矩和弯矩。因此，在上述载荷的作用下，曲轴承受着很大的弯曲、扭转应力，扭转振动和附加应力，以及交变负荷的冲击 2。这些载荷不仅数值较大，而且一般呈周期性变化，故容 易使曲轴产生扭转和弯曲变形，甚至产生裂纹和断裂 3。 图 1.1 典型的曲轴结构示意图 2 曲轴的材料选择 目前，车用发动机曲轴材质有球墨铸铁
19、和钢两类。由于球墨铸铁的切削性能良好，可获得较理想的结构形状，并且和钢质曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性。而球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的 1/3 左右，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。据统计资料显示，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材料的比例：美国为 90%、英国为 85%、日本为 60%，此外德国、比利时等国家也已经大 批量采用球墨铸铁材料。国内采用球墨铸铁曲轴的趋势则更加明显， 85%以上的中、小型功率发动机曲轴均采用球墨铸铁材料 3。就大功率车用柴油机曲轴而言，锻钢曲轴具有较高的综合机械性能。许多高强化的中高速大功率四冲程柴油机都无一
20、例外地采用锻钢曲轴。排量在1.6L 以上的发动机也都采用钢质模锻曲轴 4。 3 曲轴的加工工艺 进入 21 世纪以后，发动机曲轴在制造工艺、刀具等方面都发生了巨大的变化。领导了近半个多世纪的多刀车削工艺和手工磨削工艺，由于加工精度、低和柔性差等原因，正在逐步退出历史舞台。高速、高效的复合加工技 术及装备迅速进入汽车及零部件制造业，高速高效复合加工技术在曲轴加工生产中已有相当程度的应用，并将是其必然发展趋势。 目前，国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达
21、到合理的加工余量。精加工普遍采用 MQ8260 等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。 老式生产线一个主要的特点就是普通设备太多，按加工球墨铸铁曲轴来计算，一条生 产线有 35 40 台设备。粗加工采用普通外铣加工主轴颈和连杆颈，然后数控精车主轴颈和连杆颈，再经过多道工序的磨削方转入精加工工序。所以这条生产线设备达 60 多台，导致产品周转线长、场地占用面积大，其生产效率完全是靠多台设备分解工序和余量来提高的。另外由于曲轴的材料为高强度合金钢，难于加工和断屑，而且曲轴主轴颈和连杆轴颈几何形状复杂，因此作为发动机五大零件 (缸体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴 )之一的曲轴，其加工难度、加工工艺复杂程度在发动机各零部件中都首屈一指，它的结构参数和加工工艺水平直接影响着整机的尺寸和重量，以 及发动机的可靠性和寿命。因此世界各国对去曲轴的生产都非常重视，不断改善曲轴的加工工艺和加工设备。我国目前的曲轴生产也步入了正规化、国产化，但是在生产中的关键性技术仍然依靠国外，设备和刀具也依赖与国外。因材，在曲轴的加工上，对于设备和工艺的研究仍然有待提高。 57 1.2.2 连杆 1 连杆概述
