热处理工艺设计

50钢调速弹簧的

热处理工艺设计

1 热处理工艺课程设计的意义

热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是：

（1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。

（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。

2热处理课程设计的任务

①普通热处理工艺设计

②特殊热处理工艺设计

③制定热处理工艺参数

④选择热处理设备

⑤设计热处理工艺所需的挂具、装具或夹具

⑥分析热处理工序中材料的组织和性能

⑦填写工艺卡片

350调速弹簧的技术要求及选材

3.1 技术要求

50钢喷油泵调速弹簧技术要求如下：

硬度：46～51

3.2 零件图

喷油泵调速弹簧的零件如图3.1所示。

图3.1 喷油泵调速弹簧

3.3 材料的选择

3.3.1零件用途

喷油泵调速弹簧，利用弹簧的受力形变和恢复来调节气门的开合，从而调节喷油泵的喷油速度与喷油量。

3.3.2工作条件

（1）喷油泵调速弹簧工作时，要承受高应力。

（2）喷油泵调速弹簧要承受高频率往复运动。

（3）喷油泵调速弹簧要在较高的温度下工作。

3.3.3性能要求

弹簧的性能要求为如下几个方面：

力学性能：由于弹簧是在弹性范围内工作，不允许有永久变形。要求弹簧材料有良好的微塑性变形能力，即弹性极限、屈服极限和屈强比要高。

理化性能方面：喷油泵调速弹簧的工况很复杂，要在较高的温度下长期工作，因此要求弹簧材料有良好的耐热性，即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。

工艺性能方面：尺寸较小的弹簧热处理时变形大、难以校正和保证弹簧产品质量，宜选用已强化的弹簧材料，冷成型后不经淬火、回火，只须进行低温退火。这样更能保证大批量小弹簧的产品质量和成本低廉。

3.3.4材料选择

选用50钢热轧弹簧钢丝卷制。由于50钢中含有铬能够提高淬透性并且可降低锰引起过热的敏感性，铬熔于铁素体中使弹性极限提高。钒可以细化组织，减少过热敏感性，提高钢的强度和冲击韧性。可用作特别重要的承受高应力的各种尺寸的螺旋弹簧，也可也用作在300°C以下工作的重要弹簧，如各种阀门弹簧，喷油嘴弹簧。

3.3.550钢化学成分及合金元素作用

表3.1 50钢的化学成分[1]（3077-1990）ω

C V P S

0.44～0.54 0.17～0.37 0.50～0.80 0.80～1.10 0.10～0.20 ≤0.35 ≤0.035 ≤0.030 50钢的化学成分示于表3.1

化学元素作用：

① C ：保证形成碳化物所需要的碳和保证淬火马氏体能够获得的硬度

②：提高钢的淬透性并有二次硬化作用，是刚在高温时仍具高强度和高硬度，增加钢的耐磨性，增高钢的淬火温度。

③：能提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合机械性能，还能增高淬火温度，阻碍碳元素溶于钢中。

④：能增加钢的强度和硬度，有脱氧及脱硫的功效（形成），防止热脆，故能改善钢的锻造性和韧性，可增进刚的硬化深度，降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善机械性能。

⑤ V：可以细化组织，减少过热敏感性，提高钢的强度和冲击韧性。

3.3.6 50钢热处理临界转变温度

50钢热处理的临界转变温度见表3.2

表3.2 50钢临界转变温度[2]

临界温度（近似值）（℃）

钢号

131

50 740 810 688 3.3.6 50钢的淬透性曲线

图3.2 50钢的淬透性曲线

3.450钢调速弹簧加工制造工艺流程

50钢调速弹簧加工制造工艺流程如下：

钢材检查→盘旋与调整→淬火→清洗→中温回火→校正→检验→法兰

450调速弹簧的热处理工艺

4.1 50钢的淬火工艺

4.1.1 淬火目的

淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体转变，得到马氏体组织，然后配合以不同温度的回火，提高弹簧的强度和弹性，获得所需的力学性能。

4.1.2 热处理设备

选用系列埋入式盐浴炉，盐浴炉参数见表 4.1。

说明：盐浴炉适用于中小型工件加热。加热速度快，温度均匀，中性介质，不易氧化、脱碳；炉口敞开，便于吊挂，工件变形小。

装炉方式：40件/炉，用专用夹具，悬挂入炉。

表4.1 100-13 埋入式盐浴炉[3]

型号额定功率

电源

额定温度工作空间尺寸(×) 相数电压

100-13 100() 3 380(V) 1300℃450×350×560

4.1.3 淬火温度

淬火温度：860±10℃

依据：加热温度3＋30～50℃，

810+50=860℃故取860±10℃。

4.1.4 加热方式

盐浴炉加热，温度均匀，加热速度快。

4.1.5 加热介质

加热介质：50502

4.1.6 保温时间

保温时间：5

选定的依据：加热时间可按下列公式进行计算：×K×D，式中t为加热时间（），K为反映装炉时的修正系数，可根据表4.3可得K取1.4，a为加热系数,

加热系数a 可根据钢种与加热介质、加热温度，参数按照表4.2选取，D 为工件有效厚度（）可得×K×0.75×1.4×3.2=3.36。考虑到夹具的随炉加热，所以， 取保温时间5

表4.2 工件加热系数a [4]

钢号 退火、正火（箱式炉）

淬火

箱式炉 盐炉 碳钢 0.7～0.8 0.7～0.8 20～30 合金钢 0.9～1.0 0.9～1.0 30～45 高合金钢 1.0～1.5 预热1 加热45 预热30 加热16 高速钢

2～3

2～2.5

预热15～30 加热8～12

表4.3 工件装炉修正系数K

4.1.7 冷却方式

由于50钢淬透性较好，冷却速度越大，则淬火内应力越大，淬火变形也越大，工件容易变形开裂。使用冷却较为缓和的淬火介质，其热应力就相对较小。所以选择油冷。

工件装炉方式 修正系数

1.0

2.0

1.4

1.3

1.7