65Mn弹簧垫圈的热处理工艺设计

攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：65Mn弹簧垫圈的热处理工艺设计学生姓名：学号：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11月25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攀枝花学院本科课程设计（论文）摘要摘要本课设计了65Mn弹簧垫圈热处理工艺设计。

主要的工艺过程包括下料、冲孔、冷压成型、热处理定型等过程。

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波浪形弹簧垫圈原有的回火工艺加以改，采用不同的工艺对其进行热处理，并作压缩试验检测弹性性能，比较、分析各种工艺热处理后弹簧垫圈压缩试验的结果，起结果表明弹簧垫圈最佳热处理工艺为260℃低温回火。

预备热处理采用去应力退火，为增加其耐磨性最终热处理采用等温淬火+低温回火。

关键词：65Mn，弹簧垫圈，低温回火攀枝花学院本科课程设计（论文）目录目录摘要 (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、热处理零件图 (2)3、设计方案 (3)3.1弹簧垫圈设计的分析 (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)5、质量检验项目 (9)6、分析与讨论 (10)6.165Mn弹簧垫圈热处理缺陷及产生原因 (10)6.2预防或补救措施 (10)7、结束语 (11)8、热处理工艺卡片 (12)参考文献 (13)1 设计任务1.1设计任务65Mn弹簧垫圈的热处理工艺设计1.2设计的用途及技术要求65Mn钢强度.硬度.弹性和淬透性均比一般钢材要好的多。

具有过热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。

退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差，表面脱碳倾向比硅钢小，这些作为弹簧垫圈是很好的先决条件。

该钢强度较高，淬透性较大，脱碳倾向小，但有过热敏感性，易出现淬火裂纹，并有回火淬性，65Mn弹簧垫圈的失效形式主要是断裂。

在退火状态下切削加工性尚好，焊接性好，冷变形塑性低，带材可进行一般弯曲成型加工。

65Mn弹簧钢易过热，注意加热温度和保温时间。

建议加热820度，适当保温。

回火温度：320度时间要充分。

硬度：45－48HRC．使用性能较好。

盐浴NaCl:BaCl=3:7左右即可加热温度820，时间30秒/mm（mm指零件有效厚度），油冷。

回火温度280，空气炉时间2小时，硝盐炉时间30分钟（只供参考，具体温度及时间看技术要求而定）热处理规范：淬火830℃±20℃,油冷;回火540℃±50℃(特殊需要时,±30℃)。

金相组织：屈氏体。

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，≤321HB2 热处理零件图3 设计方案3.1弹簧垫圈设计的分析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，所以弹簧垫圈一般耐磨性和硬度要求很高。

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。

所以弹簧垫圈的失效分析和预防是一项重要的技术任务。

③性能要求弹簧垫圈质量的好坏应包括弹簧材料、几何尺寸、尺寸精度和表面质量等，其中对弹簧材料的性能要求是其重点具体内容如下。

A.力学性能方面由于弹簧垫圈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，也就是要求弹簧垫圈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。

弹簧垫圈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。

B.理化性能方面弹簧垫圈的工作情况很复杂，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，弹簧垫圈表层巨匠被腐蚀，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，弹簧垫圈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。

C.工艺性能方面对于要求淬火而其截面尺寸较大的弹簧垫圈，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，才能保证弹簧垫圈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弹簧垫圈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: 下料→锻造→预备热处理(完全退火)→机械加工→淬火+低温回火→平磨→组装。

65Mn钢属于高碳钢，其成分[1]如下表1.表3.1 A钢的化学成分（质量分数，%）C Mn P S Cr Ni Cu Si0.62～0.70 0.90～1.20≤0.035≤0.035≤0.25≤0.30≤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具体热处理工艺65Mn钢的热处理包括初期的锻造和预先热处理，以减少坯料的硬度为方便后面的机加工，也为后续淬火、回火提供优良的原始组织。

65Mn钢的热处理工艺分析：第一、由于65Mn钢的含碳量较高，对于垫圈这种要求高强度和高耐磨的特性，那么65Mn钢的最重要的就是具有高硬度，需要调高其耐磨性。

第二、通过锻造和随后的退火，形成硬度较低的原始坯料，为后续的切削加工提供有利的方便和减少对于车床的磨损。

第三、渗碳是通过对其表面更加的硬度能够更大程度的提升，保证质量。

第四、④为了碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度，一般65Mn钢使用时都需要进行锻造和预先热处理, 以减少碳化物的不均匀分布, 为后续淬火、回火提供优良的原始组织。

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。

图1是65Mn钢的退货工艺曲线。

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.图1 65Mn钢退火工艺曲线②机械加工由于我们专业并不怎么涉及机加工方面的知识，因此此处只能说明其在车床上进行加工。

③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韧性。

固体渗碳工艺如图2所示。

h图2 65Mn钢的渗碳工艺曲线④淬火+低温回火热处理工艺A.淬火淬火是将钢加热至临界温度点Ac3或Ac1以上一定的温度，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所示图3B.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。

回火规范如表1。

方案淬火温度/℃回火用途加热温度/℃介质硬度HRCⅠⅡⅢ830消除应力去除应力，降低硬度去除应力，降低硬度540油61~6357~5955~57ⅣⅤⅥ60~61 60~61 61~62⑤物理性能经过上述各种热处理后65Mn钢的韧性、硬度、耐磨性都有了很大的提升。

5 质量检验项目①弹簧垫圈在加热和冷却过程中，应当彼此有适当的间距，叠压后要用夹具压紧回火，确保形变量符合要求；对于弹簧钢而言，为防止回火脆性的发生，在中温回火后应水冷。