15Cr活塞销的热处理工艺设计

攀枝花学院

学生课程设计（论文）

题目：15Cr活塞销的热处理工艺设计

学生姓名： X X X 学号： 2011111020XX 所在院(系)：材料工程学院

专业： 2011级材料成型及控制工程

班级：材料成型及控制工程（1）班

指导教师： X X X 职称：讲师

2013年12月15日

攀枝花学院教务处制

攀枝花学院本科学生课程设计任务书

注：任务书由指导教师填写。

课程设计（论文）指导教师成绩评定表

摘要

本课设计了15Cr活塞销热处理工艺设计。主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（完全退火）、渗碳、淬火+低温回火等过程。15Cr钢是一种常用的低碳合金渗碳钢，活塞销在较高温度下工作，承受很大的周期性冲击载荷，损坏形式主要是表面磨损和疲劳裂纹。因此要求其具有足够的强度和刚度，表面应耐磨，心部有较好的韧性和较高的疲劳强度。渗碳钢活塞销在渗碳后经淬火、低温回火处理。性能要求较高的活塞销采用二次淬火、回火。对合金元素含量较高及尺寸稳定性要求较高的活塞销，渗碳淬火后要进行深冷处理，

活塞销是连接活塞和连杆小头，在运动时相当于双点支撑梁，在较高工作温

度下承受非对称交变载荷和一定的冲击载荷，其表面长期在润滑条件差的摩擦条

件下工作。

活塞销的主要失效方式是表面磨损和疲劳裂纹。

关键词：15Cr钢，活塞销,完全退火，，渗碳，淬火，低温回火，

目录

摘要 (Ⅰ)

1、设计任务 (1)

1.1设计任务 (1)

1.2设计的技术要求 (1)

1.3热处理工件图 (1)

2、设计方案 (2)

2.1 活塞销设计的分析 (2)

2.1.1工作条件 (2)

2.1.2失效形式 (2)

2.1.3性能要求 (2)

2.2钢种材料 (3)

3、设计说明 (4)

3.1加工工艺流程 (4)

3.2具体热处理工艺 (4)

3.2.1预备热处理工艺 (5)

3.2.2机械加工 (5)

3.2.3渗碳工艺 (5)

3.2.4淬火+低温回火热处理工艺 (6)

3.2.5活塞销的质量检验 (7)

4、分析与讨论 (8)

4.1缺陷及防治措施 (8)

5、结束语 (9)

6、热处理工艺卡片 (10)

参考文献 (11)

1 设计任务

1.1设计任务

15Cr活塞销热处理工艺设计

1.2设计的技术要求

15Cr钢是一种常用的低碳合金渗碳钢，在渗碳时可显著地增加表面含碳量，增大渗碳深度，但在高温长时间渗碳时有晶粒长大倾向及形成网状碳化物的倾向；对形状简单、要求不高的零件，渗碳后可直接降温淬火，但热处理后变形较大，又有回火脆性，钢的淬透性较15号碳钢高，在油中临界淬透直径为2～15mm，在水中临界淬透直径为6～29mm。此外，钢的冷变形塑形高，焊接性良好，在退火状态下可切削性甚好。由于它的含碳量低(在0.12-0.16%之间)所以，硬度比较低。因此，为满足其在制造活塞销的寿命要求，应提高其硬度。活塞销在较高温度下工作，承受很大的周期性冲击载荷，损坏形式主要是表面磨损和疲劳裂纹。因此要求其具有足够的强度和刚度，表面应耐磨，心部有较好的韧性和较高的疲劳强度。[1]活塞销对渗碳及热处理的要求较高，外圆表面硬度要求HRC55-62，渗碳层厚一般控制在0.8-1.2mm范围内，心部和内孔表面硬度要求严格控制在HRC38以下。这种工艺要求的依据就是基于传统理论的分析，外表面淬硬是为适应脉动单向最大弯曲应力发生在外表面的分布情况，而心部和内孔壁面不得渗碳的要求是用来满足抗冲击性能的。[2]

在15Cr钢进行热处理时，即去应力退火，渗碳，淬火和回火时应严格按照卡片所列出的时间进行保温以及其它操作的要求。

1.3 热处理工件图

图1 活塞销工件图

2 设计方案

2.1活塞销设计的分析

2.1.1工作条件

活塞销在高温下承受很大周期性冲击载荷，并且润滑条件也比较差，因此，要求强度高耐冲击且表面耐磨损。为减小活塞销本身的往复惯性力，还要求重量尽量轻。[3]

2.1.2失效形式

活塞销的主要失效形式是表面磨损和疲劳断裂。

表面磨损。活塞销在发动机工作时，承受较大的交变载荷，它与活塞销座孔和连杆衬套间的配合处产生相对运动而发生磨损。磨损后配合间隙增大，从而使配合件间出现不正常的敲击声，加速零件的磨损

疲劳断裂。主要是活塞销与销孔和衬套配合间隙过大，在交变冲击力作用下，活塞销疲劳折断或者活塞销质量差。[4]

2.1.3性能要求

活塞销的制造尺寸、公差、材质在设计上是非常严格的。原厂发动机设计的活塞销形式大都使用半浮式设计，也就是活塞销固定在连杆小端是不转动的，而在活塞两侧的销孑L内，销子是可以转动的。如果活塞已经升级为锻造活塞，这时的活塞销几乎全都需要采用全浮式的设计，即销子相对于连杆小头、相对于活塞座孔都是可以转动的。

全浮式和半浮式在结构上的差别只是装配上的公差配合不同。因此，在装配全浮式活塞销时，一定要仔细测量活塞销孔和连杆小端的尺寸与配合公差。如果连杆小端的间隙比活塞孔间隙大时，受负荷后，活塞部分因紧度的差别可能会停止转动，唯一能转动的部分只剩下连杆小端，接着就会发生活塞销和连杆小端异常的磨损，甚至会有咬死的现象产生，对发动机将造成致命性的损害。[5] 15Cr钢其塑性、韧性高，但强度、硬度高，锻造、焊接和冷冲压性能不良，冷变形塑性高，但切削加工时不易得到光洁的表面。用于制造受力不大、韧性要求高的零件和渗碳件，紧固件和冲模锻件以及不经热处理的低负荷零件。

15Cr钢力学性能：抗拉强度σb (MPa)：≥735，屈服强度σs (MPa)：≥490，伸长率δ5/（%）：≥11。