凸轮轴的设计说明书
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
无锡职业技术学院课程设计说明书
二缸油泵凸轮轴材料设计
班级：材料 10971 学号：10400971 姓名：
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书 机械学院
课程设计任务书
机械系
材料 10971 班
学生
学号 10400971
课程设计课题：二缸油泵凸轮轴材料设计
一、课程设计工作日 自 2011 年 9 月 5 日至 2011 年 9 月 9 日星期五
质处理后获得回火索氏体，此组织中的渗碳体为颗粒状，使钢的硬度高，塑性、
韧性较好，具有较好的综合性能，达到对心部强韧性的要求。
20CrMnTi
20CrMnTi 的预先热处理工艺相关要求如表 4：
工艺
加热温度
保温时间
冷却方式
硬度（HBS）
去应力退火 560~580℃
1~2h
炉冷
≤217
表 4 20CrMnTi 的预先热处理工艺相关要求 因 20CrMnTi 硬度过高，故先采用去应力退火，以改善其切削加工性能，为 最终热处理作准备。 （2）最终热处理分析 45Mn2B 1）工艺：高频感应加热淬火+低温回火 2）温度：850~900℃ 3）介质：水或油 4）硬度：59~63HRC 5）使其表面获得回火索氏体，已达到足够的硬度和耐磨性。 20CrMnTi 1）工艺：渗碳淬火+低温回火 2）渗碳温度：930±10℃ 3）一次淬火温度：860±10℃ 4）淬火介质：油 5）硬度：56~62HRC 6）使其表面获得细针状马氏体+颗粒状碳化物+奥氏体，心部：铁素体+珠光 体，已达到足够的硬度和耐磨性。
而不使钢变脆，含量超过 12％时，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介
第 5 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
质腐蚀作用，还增加钢的热强性，是不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素；铬能
提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率；在调质结构钢中
提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形
提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率；在调质结构钢中
提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形
成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性；铬能提高工具钢的耐磨性、硬度
和红硬性，有良好的回火稳定性。
Ti：固溶强化作用强，但降低固溶体的韧性，固溶于奥氏体中提高钢的淬透
低。
去应
20CrMn 力退
Ti
火
渗碳 渗碳 细针状回火
层深：
淬火+ 表面： 马氏体+粗
1.7~2.2
低温 56~63 状碳化物+
mm。表面
回火 一次 少量残余奥
有较高
淬火 氏体。
的硬度
≤217
﹥30
高 和耐磨
低温
性，心部
回火
有较高
50~61
韧性和
强度。
表 5 材料的最终使用性能比较
45Mn2B 综合力学性能良好，但淬透性较低;20CrMnTi 表面具有较高的硬度和
第 4 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
（1）凸轮轴要有一定的抗弯强度和足够的韧性，能承受一定的抗扭转载荷，
保证受力后无明显的变形。
（2）凸轮轴表面要有较高的粗糙度、中等强度和硬度以及一定的耐磨性，防
止凸轮轴在工作过程中产生磨损、刮伤、断裂等缺陷。
（3）凸轮轴需要具有较好的耐磨性能和切削加工性能。
加热温度
冷却方式
硬度（HBS）
调质
860±5℃ 淬火 650℃高温回火
水冷 空冷
≤235
表 3 45Mn2B 的预先热处理工艺相关要求 45Mn2B 经锻造后，锻件凸轮轴内存在残余应力，对凸轮轴在以后的机加工
第 7 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
或使用中潜在地使其产生变形或开裂，预备热处理采用调质，消除锻造应力。调
回火脆性及冷脆敏感性。
Ni：提高塑性及韧性（提高低温韧性更明显），改善耐蚀性能，与铬、钼联
合使用，提高热强性，是热强钢及不锈耐酸钢的主要合金元素之一。
Cu：在钢中的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷
配合使用时，加入铜能提高钢的强度和屈服比，含量较高时对热变形加工不利，
可导致铜脆现象。能提高钢中奥氏体的稳定性，所以可提高可淬性和淬透性，在
性，但化合钛却降低钢的淬透性；改善回火稳定性，并有二次硬化的作用，提高
耐热钢的抗氧化性和热强性，且改善钢的焊接性；在普通低合金钢中能提高塑性
和韧性，由于钛固定了氮和硫并形成碳化钛，提高了钢的强度。经正火使晶粒细
化，析出形成碳化物可使钢的塑性和冲击韧性得到显著改善。含钛的合金结构钢，
有良好的力学性能和工艺性能。
1、材料合金元素的作用分析
45Mn2B 的化学成分如表 1：
化学 C
Si
Mn
成分
含 量 0.42~ 0.17~0 ≤2
（％） 0.5 .37
Cr
S
P
Ni Cu
≤≤
≤
≤≤
0.25 0.035 0.035 0.25 0.25
表 1 45Mn2B 的化学成分
C：含量增加，钢的强度和硬度也提高，但塑性和韧性随之降低。
较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回火时产生石墨化。
Mn：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
善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加
晶粒粗化和回火脆性的影响。
Cr：能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高高碳钢的硬度和耐磨性
奥氏体不锈钢中加 2～3%Cu，可提高抗酸力及对应力腐蚀的稳定性；在铁素体钢
中加 Cu，可提高它在某些还原性介质中的耐蚀性和改善钢的韧性。
B: 辅加元素对主加元素作用的促进作用，是不能忽略的，只有通过元素之
间的相互影响和相互配合，才能得到性能优良的高质量钢。
20CrMnTi 的化学成分如表 2：
化学成分
2、材料加工工艺分析
（1）45Mn2B 工艺流程
下料→锻造→毛坯调质→机加工→热处理（高频表面淬火及回火）→精加
工
（2）20CrMnTi 的工艺流程
下料→锻造→去应力退火→机加工→热处理（渗碳淬火及回火）→精加工
3、热处理工艺分析
（1）预先热处理分析
45Mn2B 的预先热处理工艺相关要求如表 3：
工艺
成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性；铬能提高工具钢的耐磨性、硬度
和红硬性，有良好的回火稳定性。
S：改善切削性，产生热脆现象，恶化钢的质量。硫含量高，对焊接性产生
不好的影响。
P：固溶强化及冷作硬化作用很好，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的
耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能；与硫、锰联合使用，改善切削性，增加
二、同组学生：曹润、陈胜、封成尧、高兴、葛义尚、韩君、何东、侯存亿 三、课程设计任务要求
包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间主要参考资料等。 （1）目的和意义 1.熟悉课题、查阅资料：要求充分熟悉本课题，并查阅大量有关本课题内容 的资料。 2.对所属零件进行受力和失效分析，提出性能要求。 3.确定合金钢材料：要求在满足零件使用性能的前提下，兼顾经济型和工艺 性，合理选择材料。 4.确定热处理工艺方法和设备：要求选定热处理方法和热处理设备。 5.编写说明书：明确本课题设计方案的内容、确定原则和理由。 6.编制热处理工艺卡。 （二）基本要求 1 设计说明书一套 2 热处理工艺卡一套 3 课程设计小结一份 （三）参考资料 教材、课程设计指导书、手册、图册等。
第 8 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
4、材料的使用性能比较
材料
预先热处理 工艺
硬度 （HBS）
45Mn2B 调质 ≤235
最终热处理 工艺 硬 度
（ HRC ） 高频 淬火+ 低温 回火
48~58
金相组织
索氏体+少 量托氏体。
加工 工艺 成本
低
性 能
层深： 2.5mm。 综合力 学性能 良好，淬 透性较
关键词 二缸凸轮轴、合金元素、加工工艺、热处理、性能、经济性。 一、二缸凸轮轴的工作环境、受力失效分析 1、二缸凸轮轴的工作环境分析 凸轮轴是发动机配气系统中的重要部件，凸轮轴的旋转是靠曲轴带动的，用 来保证各个气缸内进、排气门按一定的时间正常开启和关闭，保证发动机充分换 气，使进、排气门持久地保持燃烧室的密封性，确保发动机保持良好的可持续性 和动力性。另外凸轮轴还要用来驱动燃烧系统等零件。凸轮轴在工作过程中除承 受一定的弯曲和扭转载荷外，主要是凸轮部分承受周期变化的挤压应力以及与挺 杆体相互接触产生的滑动带滚动的摩擦。要求凸轮轴本身具有足够的强度和硬 度，还要有良好的抗擦伤性、抗接触疲劳能力和耐磨性，能承受冲击负荷，受力 后变形小。 2、二缸凸轮轴的失效分析 在低应力作用下凸轮轴与气门阀杆、挺杆构成摩擦副，在工作过程中承受连 杆挤压应力作用，其次受到一定的弯曲和扭曲的作用，同时又要承受周期性变化 的挤压应力以及与挺杆相接处产生的滑动带滚动摩擦的作用，也受到周期性的冲 击载荷和摩损。凸轮轴与顶柱配合接触面应力大，工作过程中摩擦生热，而散热 条件差，容易出现刮伤、撕裂、剥落以及早期的磨损等，故工作条件恶劣。凸轮 轴的主要损坏形式为解除疲劳破坏（黏着磨损及擦伤）、凸轮磨损、表面压应力 反复作用造成麻点和块状剥落等。 二、二缸凸轮轴的性能要求 综合二缸柴油机凸轮轴的工作环境和对其进行失效分析的情况，提出凸轮轴 具有以下性能要求：
指导教师签字：
第 2 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
目
录
一、二缸凸轮轴的工作环境、受力失效分析
1、凸轮轴的工作环境分析 2、凸轮轴的失效分析
二、二缸凸轮轴的性能要求
三、二缸凸轮轴材料选择及其性能分析
1、材料合金元素的作用分析 2、材料加工工艺分析 3、热处理工艺分析 4、材料的使用性能比较 5、确定材料材料的最终选择
（4）凸轮轴要具有准确的尺寸，轴颈要有中等的抗弯强度和抗扭转载荷及中
等的韧性和耐磨性。
三、二缸凸轮轴材料选择及其性能分析
凸轮轴的材料选择主要取决于：工作条件、使用情况；凸轮—挺杆间的最大
接触应力、相对滑动速度；润滑条件；润滑油的品种；匹配挺杆的材料、硬度及
表面状况。
故初步选定材料为：（1）45Mn2B （2）20GrMnTi
C
Si
Mn
Cr
Ti
含量（％） 0.17~0.23 0.17~0.37 0.80~1.10 1.00~1.30 0.04~0.10
表 2 20CrMnTi 的化学成分 C：含量增加，钢的强度和硬度也提高，但塑性和韧性随之降低。 Si：是常用的脱氧剂，有固溶强化的作用，能够提高电阻率，降低磁滞损耗， 改善磁导率，提高淬透性、抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限， 增加自然条件下的耐磨性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和 高碳钢易于在回火时产生石墨化。 Mn：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
第 6 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加
晶粒粗化和回火脆性的影响。
Cr：能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高高碳钢的硬度和耐磨性
而不使钢变脆，含量超过 12％时，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介
质腐蚀作用，还增加钢的热强性，是不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素；铬能
Si：能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，但含量超过 3%时将显
著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比以及疲劳强
度和疲劳比等。能降低钢的密度、热导率和电导率，是常用的脱氧剂，有固溶强
化的作用，能够提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率，提高淬透性、抗回火
性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件下的耐磨性。含量
耐磨性，心部具有较高的韧性和强度及抗冲击韧性。20CrMnTi 的淬透性较高，
在油中临界淬透直径达 12～30mm，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的
四、二缸凸轮轴材料 45Mn2B 热处理工艺
1、二缸凸轮轴选用的热处理设备 2、制定工艺流程 3、预备热处理工艺 4、最终热处理工艺
五、热处理工艺卡
六、结论
参考文献
课程设计小结
第 3 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
二缸油泵凸轮轴材料设计 姓名
摘要 此报告主要分析二缸油泵凸轮轴。分析内容首先从二缸凸轮轴工作 环境、受力分析、失效分析开始；提出其性能要求，接着分析二缸凸轮轴的材料， 用 45Mn2B、20CrMnTi 两种材料进行对比；然后是分析材料中合金元素的作用； 接着分析材料加工工艺以及热处理工艺和使用性能；最后在满足零件使用性能的 前提下，兼顾经济性与工艺性，合理选择材料。
二缸油泵凸轮轴材料设计
班级：材料 10971 学号：10400971 姓名：
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书 机械学院
课程设计任务书
机械系
材料 10971 班
学生
学号 10400971
课程设计课题：二缸油泵凸轮轴材料设计
一、课程设计工作日 自 2011 年 9 月 5 日至 2011 年 9 月 9 日星期五
质处理后获得回火索氏体，此组织中的渗碳体为颗粒状，使钢的硬度高，塑性、
韧性较好，具有较好的综合性能，达到对心部强韧性的要求。
20CrMnTi
20CrMnTi 的预先热处理工艺相关要求如表 4：
工艺
加热温度
保温时间
冷却方式
硬度（HBS）
去应力退火 560~580℃
1~2h
炉冷
≤217
表 4 20CrMnTi 的预先热处理工艺相关要求 因 20CrMnTi 硬度过高，故先采用去应力退火，以改善其切削加工性能，为 最终热处理作准备。 （2）最终热处理分析 45Mn2B 1）工艺：高频感应加热淬火+低温回火 2）温度：850~900℃ 3）介质：水或油 4）硬度：59~63HRC 5）使其表面获得回火索氏体，已达到足够的硬度和耐磨性。 20CrMnTi 1）工艺：渗碳淬火+低温回火 2）渗碳温度：930±10℃ 3）一次淬火温度：860±10℃ 4）淬火介质：油 5）硬度：56~62HRC 6）使其表面获得细针状马氏体+颗粒状碳化物+奥氏体，心部：铁素体+珠光 体，已达到足够的硬度和耐磨性。
而不使钢变脆，含量超过 12％时，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介
第 5 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
质腐蚀作用，还增加钢的热强性，是不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素；铬能
提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率；在调质结构钢中
提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形
提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率；在调质结构钢中
提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形
成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性；铬能提高工具钢的耐磨性、硬度
和红硬性，有良好的回火稳定性。
Ti：固溶强化作用强，但降低固溶体的韧性，固溶于奥氏体中提高钢的淬透
低。
去应
20CrMn 力退
Ti
火
渗碳 渗碳 细针状回火
层深：
淬火+ 表面： 马氏体+粗
1.7~2.2
低温 56~63 状碳化物+
mm。表面
回火 一次 少量残余奥
有较高
淬火 氏体。
的硬度
≤217
﹥30
高 和耐磨
低温
性，心部
回火
有较高
50~61
韧性和
强度。
表 5 材料的最终使用性能比较
45Mn2B 综合力学性能良好，但淬透性较低;20CrMnTi 表面具有较高的硬度和
第 4 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
（1）凸轮轴要有一定的抗弯强度和足够的韧性，能承受一定的抗扭转载荷，
保证受力后无明显的变形。
（2）凸轮轴表面要有较高的粗糙度、中等强度和硬度以及一定的耐磨性，防
止凸轮轴在工作过程中产生磨损、刮伤、断裂等缺陷。
（3）凸轮轴需要具有较好的耐磨性能和切削加工性能。
加热温度
冷却方式
硬度（HBS）
调质
860±5℃ 淬火 650℃高温回火
水冷 空冷
≤235
表 3 45Mn2B 的预先热处理工艺相关要求 45Mn2B 经锻造后，锻件凸轮轴内存在残余应力，对凸轮轴在以后的机加工
第 7 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
或使用中潜在地使其产生变形或开裂，预备热处理采用调质，消除锻造应力。调
回火脆性及冷脆敏感性。
Ni：提高塑性及韧性（提高低温韧性更明显），改善耐蚀性能，与铬、钼联
合使用，提高热强性，是热强钢及不锈耐酸钢的主要合金元素之一。
Cu：在钢中的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷
配合使用时，加入铜能提高钢的强度和屈服比，含量较高时对热变形加工不利，
可导致铜脆现象。能提高钢中奥氏体的稳定性，所以可提高可淬性和淬透性，在
性，但化合钛却降低钢的淬透性；改善回火稳定性，并有二次硬化的作用，提高
耐热钢的抗氧化性和热强性，且改善钢的焊接性；在普通低合金钢中能提高塑性
和韧性，由于钛固定了氮和硫并形成碳化钛，提高了钢的强度。经正火使晶粒细
化，析出形成碳化物可使钢的塑性和冲击韧性得到显著改善。含钛的合金结构钢，
有良好的力学性能和工艺性能。
1、材料合金元素的作用分析
45Mn2B 的化学成分如表 1：
化学 C
Si
Mn
成分
含 量 0.42~ 0.17~0 ≤2
（％） 0.5 .37
Cr
S
P
Ni Cu
≤≤
≤
≤≤
0.25 0.035 0.035 0.25 0.25
表 1 45Mn2B 的化学成分
C：含量增加，钢的强度和硬度也提高，但塑性和韧性随之降低。
较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回火时产生石墨化。
Mn：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
善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加
晶粒粗化和回火脆性的影响。
Cr：能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高高碳钢的硬度和耐磨性
奥氏体不锈钢中加 2～3%Cu，可提高抗酸力及对应力腐蚀的稳定性；在铁素体钢
中加 Cu，可提高它在某些还原性介质中的耐蚀性和改善钢的韧性。
B: 辅加元素对主加元素作用的促进作用，是不能忽略的，只有通过元素之
间的相互影响和相互配合，才能得到性能优良的高质量钢。
20CrMnTi 的化学成分如表 2：
化学成分
2、材料加工工艺分析
（1）45Mn2B 工艺流程
下料→锻造→毛坯调质→机加工→热处理（高频表面淬火及回火）→精加
工
（2）20CrMnTi 的工艺流程
下料→锻造→去应力退火→机加工→热处理（渗碳淬火及回火）→精加工
3、热处理工艺分析
（1）预先热处理分析
45Mn2B 的预先热处理工艺相关要求如表 3：
工艺
成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性；铬能提高工具钢的耐磨性、硬度
和红硬性，有良好的回火稳定性。
S：改善切削性，产生热脆现象，恶化钢的质量。硫含量高，对焊接性产生
不好的影响。
P：固溶强化及冷作硬化作用很好，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的
耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能；与硫、锰联合使用，改善切削性，增加
二、同组学生：曹润、陈胜、封成尧、高兴、葛义尚、韩君、何东、侯存亿 三、课程设计任务要求
包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间主要参考资料等。 （1）目的和意义 1.熟悉课题、查阅资料：要求充分熟悉本课题，并查阅大量有关本课题内容 的资料。 2.对所属零件进行受力和失效分析，提出性能要求。 3.确定合金钢材料：要求在满足零件使用性能的前提下，兼顾经济型和工艺 性，合理选择材料。 4.确定热处理工艺方法和设备：要求选定热处理方法和热处理设备。 5.编写说明书：明确本课题设计方案的内容、确定原则和理由。 6.编制热处理工艺卡。 （二）基本要求 1 设计说明书一套 2 热处理工艺卡一套 3 课程设计小结一份 （三）参考资料 教材、课程设计指导书、手册、图册等。
第 8 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
4、材料的使用性能比较
材料
预先热处理 工艺
硬度 （HBS）
45Mn2B 调质 ≤235
最终热处理 工艺 硬 度
（ HRC ） 高频 淬火+ 低温 回火
48~58
金相组织
索氏体+少 量托氏体。
加工 工艺 成本
低
性 能
层深： 2.5mm。 综合力 学性能 良好，淬 透性较
关键词 二缸凸轮轴、合金元素、加工工艺、热处理、性能、经济性。 一、二缸凸轮轴的工作环境、受力失效分析 1、二缸凸轮轴的工作环境分析 凸轮轴是发动机配气系统中的重要部件，凸轮轴的旋转是靠曲轴带动的，用 来保证各个气缸内进、排气门按一定的时间正常开启和关闭，保证发动机充分换 气，使进、排气门持久地保持燃烧室的密封性，确保发动机保持良好的可持续性 和动力性。另外凸轮轴还要用来驱动燃烧系统等零件。凸轮轴在工作过程中除承 受一定的弯曲和扭转载荷外，主要是凸轮部分承受周期变化的挤压应力以及与挺 杆体相互接触产生的滑动带滚动的摩擦。要求凸轮轴本身具有足够的强度和硬 度，还要有良好的抗擦伤性、抗接触疲劳能力和耐磨性，能承受冲击负荷，受力 后变形小。 2、二缸凸轮轴的失效分析 在低应力作用下凸轮轴与气门阀杆、挺杆构成摩擦副，在工作过程中承受连 杆挤压应力作用，其次受到一定的弯曲和扭曲的作用，同时又要承受周期性变化 的挤压应力以及与挺杆相接处产生的滑动带滚动摩擦的作用，也受到周期性的冲 击载荷和摩损。凸轮轴与顶柱配合接触面应力大，工作过程中摩擦生热，而散热 条件差，容易出现刮伤、撕裂、剥落以及早期的磨损等，故工作条件恶劣。凸轮 轴的主要损坏形式为解除疲劳破坏（黏着磨损及擦伤）、凸轮磨损、表面压应力 反复作用造成麻点和块状剥落等。 二、二缸凸轮轴的性能要求 综合二缸柴油机凸轮轴的工作环境和对其进行失效分析的情况，提出凸轮轴 具有以下性能要求：
指导教师签字：
第 2 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
目
录
一、二缸凸轮轴的工作环境、受力失效分析
1、凸轮轴的工作环境分析 2、凸轮轴的失效分析
二、二缸凸轮轴的性能要求
三、二缸凸轮轴材料选择及其性能分析
1、材料合金元素的作用分析 2、材料加工工艺分析 3、热处理工艺分析 4、材料的使用性能比较 5、确定材料材料的最终选择
（4）凸轮轴要具有准确的尺寸，轴颈要有中等的抗弯强度和抗扭转载荷及中
等的韧性和耐磨性。
三、二缸凸轮轴材料选择及其性能分析
凸轮轴的材料选择主要取决于：工作条件、使用情况；凸轮—挺杆间的最大
接触应力、相对滑动速度；润滑条件；润滑油的品种；匹配挺杆的材料、硬度及
表面状况。
故初步选定材料为：（1）45Mn2B （2）20GrMnTi
C
Si
Mn
Cr
Ti
含量（％） 0.17~0.23 0.17~0.37 0.80~1.10 1.00~1.30 0.04~0.10
表 2 20CrMnTi 的化学成分 C：含量增加，钢的强度和硬度也提高，但塑性和韧性随之降低。 Si：是常用的脱氧剂，有固溶强化的作用，能够提高电阻率，降低磁滞损耗， 改善磁导率，提高淬透性、抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限， 增加自然条件下的耐磨性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和 高碳钢易于在回火时产生石墨化。 Mn：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
第 6 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加
晶粒粗化和回火脆性的影响。
Cr：能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高高碳钢的硬度和耐磨性
而不使钢变脆，含量超过 12％时，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介
质腐蚀作用，还增加钢的热强性，是不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素；铬能
Si：能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，但含量超过 3%时将显
著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比以及疲劳强
度和疲劳比等。能降低钢的密度、热导率和电导率，是常用的脱氧剂，有固溶强
化的作用，能够提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率，提高淬透性、抗回火
性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件下的耐磨性。含量
耐磨性，心部具有较高的韧性和强度及抗冲击韧性。20CrMnTi 的淬透性较高，
在油中临界淬透直径达 12～30mm，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的
四、二缸凸轮轴材料 45Mn2B 热处理工艺
1、二缸凸轮轴选用的热处理设备 2、制定工艺流程 3、预备热处理工艺 4、最终热处理工艺
五、热处理工艺卡
六、结论
参考文献
课程设计小结
第 3 页 共 15 页
无锡职业技术学院课程设计说明书
二缸油泵凸轮轴材料设计 姓名
摘要 此报告主要分析二缸油泵凸轮轴。分析内容首先从二缸凸轮轴工作 环境、受力分析、失效分析开始；提出其性能要求，接着分析二缸凸轮轴的材料， 用 45Mn2B、20CrMnTi 两种材料进行对比；然后是分析材料中合金元素的作用； 接着分析材料加工工艺以及热处理工艺和使用性能；最后在满足零件使用性能的 前提下，兼顾经济性与工艺性，合理选择材料。