65Mn弹簧热处理工艺设计

攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：65Mn弹簧热处理工艺设计学生姓名： X X 学号： ********XXXX 所在院(系)：材料工程学院专业： 20XX级材料成型及控制工程班级：材料成型及控制工程指导教师： X X X 职称：讲师2013年12月13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课程设计（论文）指导教师成绩评定表摘要本课设计了65Mn弹簧的热处理工艺设计。

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。

通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。

65Mn弹簧钢，锰提高淬透性，φ12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。

用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。

关键词：Mn钢低温回火压缩实验目录摘要 (Ⅰ)1、设计任务 (1)1.1设计任务 (1)1.2设计的技术要求 (1)2、热处理件零件图 (2)3、设计方案 (3)3.1 65Mn弹簧的热处理工艺设计分析 (3)3.1.1工作条件 (3)3.1.2失效形式 (3)3.1.3性能要求 (3)3.2钢种材料 (4)4、设计说明 (5)4.1加工工艺流程 (5)4.2具体热处理工艺 (5)4.2.1预备热处理工艺 (6)4.2.2渗碳工艺 (7)4.2.3淬火+低温回火热处理工艺 (8)5、设计质量检验项目 (9)6、热处理缺陷及预防或补救措施 (10)7、分析与讨论 118、结束语 (12)9、热处理工艺卡片 (13)参考文献 (14).1 设计任务1.1设计任务65Mn弹簧的热处理工艺设计1.2设计的技术要求①65Mn简介65Mn弹簧钢，锰提高淬透性，φ12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。

用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。

②特性及适用范围热处理及冷拔硬化后，强度较高，具有一定的韧性和塑性；在相同表面状态和完全淬透情况下，疲劳极限与合金弹簧相当。

但淬透性差，主要用于较小尺寸的弹簧，如调压调速弹簧、测力弹簧、一般机械上的圆、方螺旋弹簧或拉成钢丝作小型机械上的弹簧。

2 热处理件零件图3 设计方案3.1 65Mn弹簧的热处理工艺设计分析3.1.1工作条件由于是制造弹簧垫圈，因此其工作环境为受力较大的地方，其目的是为了分担共建所承受螺母的应力，所以弹簧一般耐磨性和硬度要求很高3.1.2失效形式由于弹簧的服役条件的复杂性和苛刻性，其失效形式有多种多样，主要有断裂失效和应力松弛（变形）失效两大类。

在断裂失效中又可分为脆性断裂和塑性断裂，其中突发性的脆性断裂的危害性最大。

在断裂失效中又可分为脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂及疲劳腐蚀断裂。

此外还有氢脆、镉脆及黑脆等。

其中疲劳断裂约占其断裂失效形式的80%到90%。

在生产实践中可依据起断口特征来判断其断裂方式，可根据其受力条件来找到断裂源，分析其断裂的扩展速率。

应力松弛（变形）失效是弹簧垫圈在工作过程中普遍存在的现象，但一般不被重视，而它对那些执行控制性元件中则是影响产品效率、灵敏度及可靠性的关键性零件。

弹簧垫圈的早期失效对钢材的浪费相当严重、造成直接和间接的经济损失巨大。

所以弹簧的失效分析和预防是一项重要的技术任务3.1.3性能要求①力学性能方面由于弹簧是在弹性范围内工作，不允许产生永久性变形。

弹性好坏可以用应变能或弹性比功表示，根据应力应变曲线可知，弹性应变能（比功）与材料的弹性极限的平方成正比，与弹性模量成反比。

要求弹性应变能或比功较大，也就是要求弹簧材料有良好的微塑性变形抗力，即弹性极限、屈服极限和屈强比要高，所以弹簧钢一般属于高强度或超高强度钢。

弹簧材料的种类和热处理工艺对上述性能影响很大。

相对而言，它们对钢材的弹性模量的影响较小。

为延长其使用寿命，它的第二相指点匀、细、圆、显微组织均匀、不耗脆性马氏体等。

②理化性能方面弹簧的工作情况很复杂，有些是在高温下长期工作的，因此要求其有良好的耐热性，即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。

相反有些是在低温地带工作则要求材料要有较高的低温冲击韧度、低温的脆性转化温度，以免发生冷脆。

在腐蚀介质中工作的弹簧垫圈，其表层金属与腐蚀介质发生化学货电化学反应，弹簧表层巨匠被腐蚀，易造成腐蚀脆性断裂。

特别是在交变应力作用下，材料的疲劳极限将显著降低，弹簧更易发生腐蚀疲劳断裂失效。

所以必须具备良好的耐腐蚀能力。

在高强度工作中，弹簧垫圈更易磨损消耗，所以要有更强的耐磨能力。

③工艺性能方面对于要求淬火而其截面尺寸较大的弹簧，其钢材应有相应的淬透性、较小的过热敏感性和表面脱碳倾向小，才能保证弹簧表里组织和性能的均匀性，在冷、热成形时要求材料有足够的塑性和良好的耐磨、抗压性能。

3.2钢种材料65Mn钢具有较高的硬度,淬透性好,脱碳倾向少,价格低廉,切削性好等优点,但它有过热敏感性,易产生淬火裂纹,并有回火脆性。

在65Mn中，锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化，一部分锰也溶于Fe3C中，形成合金渗碳体，锰还能增加珠光体相对量，并使它变细，从而提高钢的强度。

锰能与S化合成为MnS，以减轻S的有害作用锰钢具有过热倾向。

65Mn钢属于高碳钢，加上Mn与Si的联合作用，使其碳当量达0.8%以上。

这就使65Mn钢具有极大的淬硬倾向，焊接性极差。

4 设计说明4.1加工工艺流程65Mn弹簧的热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程:备料－→轧制－→预备热处理－→机加工－→最终热处理（淬火+回火）－→打磨切削。

65Mn钢属于高碳钢，其成分[1]如下表3.1.表3.1 65Mn钢的化学成分（质量分数，%）C Mn P S Cr Ni Cu Si0.62~0.70 0.9~1.2≤0.035≤0.035≤0.25≤0.25≤0.250.17～0.37成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。

它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。

Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。

Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。

硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb),以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等。

硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。

4.2具体热处理热处理流程：预热→加热→冷却→检查硬度和金相组织→低温回火→检查硬度热处理后犁铧片的技术要求有：①淬火后得到的显微组织为马氏体；②回火后得到的显微组织为回火马氏体；③基体平面硬度为35~48HRC，4.2.1预备热处理工艺退火是将偏离平衡状态的金属坯料或零件加热至较高温度，保持一定的时间后通常以相当缓慢的速度冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法。

退火的目的是：a消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。

b消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷。

c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。

d细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做组织准备。

e[5]3Ac1图3.2 65Mn钢完全退火工艺曲线加热温度：Ac3+30~50℃；加热速度：小于200℃/h；保温时间：2min/mm[8] 4.2.2渗碳工艺渗碳是将工件放入渗碳气氛中，并在900~950℃的温度下加热、保温，使其表面层增碳的一种工艺操作。

渗碳的目的在于使工件在继续经过相应热处理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部任保持一定的强度和较高的任性。

固体渗碳工艺如图3.3[6]所示。

h图3.3 65Mn钢的渗碳工艺曲线4.2.3淬火+低温回火热处理工艺①淬火淬火是将钢加热至临界温度点Ac3或Ac1以上一定的度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。

其目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能。

钢的理想淬火冷却曲线如图3.4[7]所示图3.4②低温回火回火是将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理操作。

其目的在于：a.降低脆性，消除内应力。

工件淬火后存在着很大的内应力和脆性，若不及时回火，零件会产生变形或开裂。

b.得到对工件所要求的力学性能。

工件淬火后，硬度高，脆性大，为了了获得对工件要求的性能，可以用回火温度调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性、强度和硬度。

c.稳定工件尺寸。

淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，这两种组织都是不稳定的，会自发地逐渐地发生组织转变，因而引起工件尺寸和形状的改变。

通过回火，可以促使这些组织转变。

达到较稳定状态，以便在以后的使用过程中不发生变形[8]。

回火规范如表3.2 [9]。

方案淬火温度/℃回火用途加热温度/℃介质硬度HRCⅠⅡⅢ820~840消除应力去除应力，降低硬度去除应力，降低硬度150~170200~275400~425油——61~6357~5955~57ⅣⅤⅥ去除应力及形成二次硬化去除应力及形成二次硬化去除应力及形成二次硬化530~550℃多次回火-78℃冷处理加530~550℃一次回火-78℃冷处理加一次530~550℃回火，再-78℃冷处理———60~6160~6161~624.2.5力学性能抗拉强度σb (MPa)：≥980(100)屈服强度σs (MPa)：≥784(80)伸长率δ10 (%)：≥8断面收缩率ψ (%)：≥30硬度：热轧,≤302HB;冷拉+热处理,≤321HB5质量检验项目质量检验是用一定的方法对产品进行测量，把测量值与标准值相比较，从而判定一批或一件产品是否合格的一系列活动。

质量检验是生产过程中的一个独立工序，它不仅要求检验出劣质产品．而且还要求事前预防，进行生产过程控制，从而减少损失，提高生产的经济效益。

质量检验包括以下内容：产品质量标准的宣传；产品制造质量的度量；比较质量结果与质量标准的符合程度，从而作出判断；合格产品的安排及不良产品的处理；数据记录；整理分析；提出预防方案；供决策者参考。

质量检验贯穿于原材料进厂、生产过程、产品出厂各道工序中。

每个企业可根据企业的实际情况构成不同的工作系统。

质量检验根据不同的方法进行分类：(1)按检验的工作性质分类，有外观、尺寸、可靠性等检验。

(2)按工艺过程分类，有进厂、工序和入库等的检验。

(3)按检验数量分类，有全数检验与抽样调查等等。