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辽宁工业大学工艺课程设计（）

题目：2Cr13活塞杆的热处理工艺设计

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课程设计（）任务及评语

目录

1 活塞杆热处理概述

活塞杆是压缩机的重要零件之一,它在高温、高速、干摩擦和易被腐蚀的环境下工作。活塞杆是支持活塞杆做功的连接部件，是一个运动频繁、技术要求高的运动部件，对同轴度、耐磨性要求严格。因此，活塞杆必须具有足够的强度和表面硬度及抗腐蚀、抗摩擦、抗疲劳、抗咬合的能力。其质量好坏直接影响气缸的精度和使用寿命。为了满足这些性能的要求，选用2Crl3经锻压成型、退火、调质、稳定化、中频或高频淬火及低温回火的热处理工艺。

2Cr13钢机械加工性能好，经热处理后具有优良的耐腐蚀性能，较好的强韧性，适宜制造承受高负荷并在腐蚀介质作用下的模具。它的含碳质量分数比较低，一次预备热处理是退火，主要目的是降低硬度，以利于切削加工。提高塑性韧性，以利于冷变形加工，改善钢的性能或为以后热处理做好组织准备。消除2Cr13钢中的残余内应力，防止变形和开裂。高频淬火的目的是在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，而其心部仍保持着表面淬火前的组织状态（调质或正火状态），以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性、韧性的工件。

通过对经典2Cr13钢热处理工艺的分析，更加明确在执行热处理工艺过程中所需要

注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。

根据活塞杆的工作条件，失效形式及性能要求，本设计选择的活塞杆材料为2Cr13不锈钢；在设计退火-调质-高频淬火加低温回火热处理工艺中，本设计借鉴了《热处理工程师手册》，《钢的热处理》等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的2Cr13活塞杆表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的耐点蚀性能，高的疲劳强度，还具有高的的强度和韧性，从而满足活塞杆的质量要求。

2 2Cr13活塞杆热处理工艺设计

2.1 活塞杆的服役条件、失效形式及性能要求

2.1.1 服役条件、失效形式

活塞杆在工作过程中活塞杆裸露在外直接和环境相接触，虽然在导向套上装有防尘圈及密封件等，但也难免将尘埃、污物带入液压系统，加速密封件和活塞杆等的划伤和磨损，从而引起泄漏。颗粒污染为活塞杆损坏最快的因素之一。活塞杆在上述不同条件作用下导致不同的失效形式，主要有活塞杆或密封导向套的损坏，液压油的污染，压力过高或过低，化学物质的侵蚀等。

2.1.2 性能要求

1.具有高的接触疲劳极限；

2.具有高的抗弯强度；

3.具有高的耐磨性；

4.具有足够的冲击韧性；

5.具有高的传递精度和最小的工作响音。

2.2 活塞杆材料的选择

活塞杆常用材料为35、45、40Cr等钢材，粗加工后要调质处理，硬度可达230~285HBS,但耐磨性差，需进行高频淬火，必要时还需表面镀鉻，并对镀鉻层进行抛光，存在裂纹多、硬化硬度低、冲击韧性差等问题。经处理后的2Cr13材料，能够达到：

1、提高表面硬度和耐磨性，降低产生淬火裂纹的品质。表面硬度值达到HRC50

以上，表面层深达1.5毫米以上。传统高频淬火表面硬度值仅在HRC45左右，表面形成的是淬火马氏体组织，经过低温回火使用;若采用空冷淬火，硬化层金相组织存在15%左右的铁素体，所以硬度低;若加热到1000℃一1020℃采用喷液冷却，加热温度高存在隐形淬火裂纹危险或是直接产生裂纹;而压缩空气进行表面淬火，可以避免隐形淬火裂纹或是直接裂纹的产生，并且可以把硬度提高到HRC50以上;由于提高了表面的硬化层硬度，因此也提高了耐磨性15%以上。

2、采用580℃一590℃保温3一5小时空冷或炉冷的稳定化工艺，2Cr13钢并没有明显

的韧性下降趋势,稳定化工艺采用空冷或炉冷，一个重要的原因在于调质序时，本次采用960℃一980℃保温2~5小时淬火工艺，这一温度在2Cr13钢的亚温淬火区内,亚温淬火的一个明显特点即是提高各种钢的低温冲击韧性。亚温淬火后得到了少量游离铁素体+马氏体+弥散分布的极细小的残余奥氏体组织,P、Sn、Sb、As等有害杂质集中在铁素体晶内，而不能在原奥氏体晶界上析出，极细小的奥氏体使裂纹扩展变得困难，从而使2Cr13钢的冲击韧性没有明显降低,采用580℃一590℃保温3一5小时空冷或炉冷的稳定化工艺，充分消除了加工应力等各种应力，因此在高频或中频淬火时能保证工件的畸变量。

3、对2Cr13活塞杆采用亚温热处理技术后，工件韧性指标冲击功提高10%以上;由于

采用了亚温淬火，产生了少量细小针状铁素体，分布于残余奥氏体晶粒内，这样，P、Sn、Sb、As等有害杂质集中在铁素体晶内，在奥氏体晶粒内部的细小针状铁素体和针状奥氏体相间分布形成“晶粒边界效应”，减弱了有害的促进脆性的杂质元素在原奥氏体晶界的分布，从而减低了脆性倾向,亚温淬火的温度较常规淬火温度低很多，这样就抑制了晶粒的长大，淬火后不能形成粗大的残余奥氏体晶粒，增加了晶界的表面积，界面能也就有了很大的提高，并且单位面积内的杂质含量也就自然降低;在脆断时，就需要很高的能量，脆性表现也就不明显。

2.3 2Cr13钢的C曲线

图1. 2Cr13钢C曲线

通过查找《热处理手册》获得2Cr13钢的C曲线如上图1所示，成分如表1。

表1 2Cr13钢的成分一览表

材料化学成分(质

量分数）%

Ac1 Ac3 Ar1

2Cr13C:0.16~0.24

Si:≦0.60

Mn:≦0.80

P:≦0.35

S: ≦0.30

Cr: ≦0.40

820℃950℃780℃

2.4 2Cr13活塞杆的热处理工艺设计

2.4.1 2Cr13的工艺流程

1.加工路线

锻压退火→粗加工→调质→半精加工→消应力→粗磨→高频淬火→回火→精加工

2.锻造工艺设计

锻造活塞杆的毛坯经过锻造后获得基本的形状。锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，已获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。该工艺采用自由锻和型锻联合成型来加工活塞杆，不仅成型出了活塞杆的头部形状，且实现了活塞杆的头杆为一整体，同时这种工艺实现1套模具生产几个不同规模的产品。查阅《热处理工艺规范数据手册》可以找出2Cr13钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式，本设计具体的锻造工艺参数如表2所示。

表2 2Cr13钢的热加锻造工艺规范

项目Ac1（Ar1）Ac3（Ar3）加热温度始锻温度终锻温度

钢坯715℃（625℃）830℃（755℃）1200～1240℃1160～1200℃＞800℃

经锻造将获得最大外径是120mm，高35mm的零件。图3是2Cr13活塞杆零件图：