1、 第 1 页 共 23 页 1 前言前言 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 程设计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三个， （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
2、系实际， 综合运用基础课及专业课程多方面的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。 要想设计出合理的热处理工艺，必须了解所选材料的合金化原理，相变
3、温度以 及零件的服役条件，技术要求等，从而制定出合理的退火、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达到使用性能及质量 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，我们通过分析这种因素
4、 后才能确定出一种最佳的方案。 第 2 页 共 23 页 2 2 零件图分析零件图分析 图 1 柱塞零件图 2 2.1 .1 零件的服役条件零件的服役条件 该零件是一个柱塞泵柱塞的零件，该零件是细小的轴类零件，形状规则，尺寸 精度、形位精度要求均较高。柱塞和套筒是柴油机喷油泵最主要构件，在使用时， 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。 2.22.2 零件的实效条件零件的实效条件 对于材料来说，其失效形式主要有
5、：断裂、疲劳脱落及磨损等形式。 2.2.3 3 零件的性能要求零件的性能要求 柱塞在使用过程中要求表面硬度高，为满足这一条件，可选用含碳量较低的合 金结构钢，低碳合金结构钢用于渗碳件，通过表面渗碳淬火获取所需材料，使其表 面具有较高硬度，而心部硬度不高，具有较高韧性。 3 3 材料的选择材料的选择 合金结构钢常用于机器零件用的合金钢，常采用的合金元素 Mn、Cr、Si、Ni、 W、V、Ti、B 等，这些元素可增加钢的淬透性，并使晶粒细化，这样可以是大截 面零件经调质处理后，在整个截面上获得强韧结合的力学性能，同时，因淬透性的 提高，可采用冷却烈度较小的油类来淬火，从而减少淬火时的裂纹和变形倾向
6、。 第 3 页 共 23 页 3.13.1 选材选材 20Cr 钢常用来制造负荷不大、小尺寸的一般渗碳件，如小轴、小齿轮、 活塞销等，也可在调质状态下使用，制造工作速度较大并承受中等冲击载荷 的零件。这个钢在渗碳时易过热，表面也容易出现渗碳体网。 20CrMnTi 是应用最广泛的合金渗碳钢，用于截面在 30mm 以下、高速运 转并承受中等或重载荷的重要渗碳件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、轴等零 件。 20Cr2Ni4 钢用作大截面、较高载荷、交变载荷下工作的重要渗碳件，如 内燃机车的主动牵引齿轮、柴油机曲轴等。 20CrMnTi 是低碳合金钢， 该钢具有较高的机械性能， 在渗碳淬火低温回火后， 表面硬度为 58-62HRC， 心部硬度为 30-45HRC。 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重载及冲击、摩 擦的重零件，因此选用 20CrMnTi钢是比较合适的。 3.23.2 20CrMnTi20C
