资源预览内容
第1页 / 共21页
第2页 / 共21页
第3页 / 共21页
第4页 / 共21页
第5页 / 共21页
第6页 / 共21页
第7页 / 共21页
第8页 / 共21页
第9页 / 共21页
第10页 / 共21页
亲,该文档总共21页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
. . . . 目 录第一章 金属热处理课程设计简介 1一、课程设计的任务与性质 1二、课程设计的目的 1三、设计容与基本要求 1四、设计步骤 2第二章 材料16Mn基本参数 2一、16Mn材料简介 2二、16Mn材料的性能与用途 3三、16Mn材料化学成分 3四、16Mn物理力学性能 3第三章 热处理工艺设计 4一、16Mn热处理概述4二、16Mn热处理 4三、基本 参数 确定9第四章 16Mn钢热处理分析10一、16Mn钢热处理后组织分析10二、16Mn钢热处理后材料性能检测 13第五章 设计与心得体会17参考文献19第一章 金属热处理课程设计简介一、课程设计的任务与性质 金属热处理原理与工艺课程是一门重要的专业课程,金属材料热处理工艺设计与实验操作是一种重要的教学环节,通过金属材料热处理工艺金相组织分析、性能检测等实验,可以培养学生掌握热处理实验方法、原理与相关设备,运用热处理的基本原理和一般规律对实验结果进行分析讨论,有助于强化学生解决问题、分析问题的能力。二、课程设计的目的1、课程设计属于金属热处理原理与工艺课程的延续,通过设计实践,进一步学习掌握金属热处理工艺设计的一般规律和方法。2、培养综合运用金属学、材料性能学、金属工艺学、金属材料热处理与结构工艺等相关知识,进行工程设计的能力。3.培养使用手册、图册、有关资料与设计标准规的能力。4.提高技术总结与编制技术文件的能力。5.是金属材料工程专业毕业设计教学环节实施的技术准备。三、设计容与基本要求设计容:完成合金结构钢(16Mn)的热处理工艺设计,包括工艺方法、路线、参数的确定,热处理设备与操作,金相组织分析,材料性能检测等。 基本要求: 1.课程设计必须独立的进行,每人必须完成不同的某一种钢材热处理工艺设计,能够较清楚地表达所采用热处理工艺的基本原理和一般规律。 2.合理地确定工艺方法、路线、参数,合理选择热处理设备并正确操作。 3.正确利用TTT、CCT图等设计工具,认真进行方案分析。 4.正确运用现代材料性能检测手段,进行金相组织分析和材料性能检测等。 5.课程设计说明书力求用工程术语,文字通顺简练,字迹工整,图表清晰。四、设计步骤方案确定:1.根据零件服役条件合理选择材料与提出技术要求。 2.零件按材料、形状、尺寸、重量和性能要求等确定其热处理工艺方法、路线与相关参数。 3.选择热处理设备与温度控制方式、冷却介质。 4.热处理工艺实例。 5.热处理后材料性能检测。 6.金相组织分析. 7.利用Fe-Fe3C相图、TTT、CCT图等设计工具,认真进行方案分析。 一般,根据零件使用性能与技术要求,提出所可能实施的几种热处理工艺方案,首先从其所可能达到的性能要求,工艺操作的繁简与质量可靠性等进行分析比较,再根据生产批量的大小,现有设备条件与国外热处理技术发展趋势,进行综合技术经济分析,确定最佳热处理工艺方案。材料选择:选择16Mn合金结构钢零件设计:试样为16Mn无缝钢管,拟定板厚50mm,在低温环境下工作,要求有良好的综合力学性能,在低温环境下,塑性和焊接性行良好,具有良好的切削性能。第二章 材料16Mn基本参数一、16Mn材料简介16Mn是旧国标GB/T15911988中的低合金高强度结构钢的牌号,新国标GB/T15911994中的牌号为Q345(Q345有5个质量等级,Q345AQ345E),Q345A对应美国ASTM的牌号是Gr.50 (中间的点不是小数点,是上下对中的,像个“乘号”点一样。) 16Mn为钢材中的一种材质。过去钢材的一种叫法。现在的称法为:Q345(见Q345)。16,所代表的为这种钢材中的碳的含量在0.16%左右。而Mn单独提出来,是因为五大元素(碳C,硅Si,锰Mn,磷P,硫S)中,锰的含量高,才单独提出来,大约在1.20-1.60%左右。 16Mn属低合金钢板系列,在此系列中,为最普通材质,或者牌号的钢板。16Mn为钢材中的一种材质。过去钢材的一种叫法。 16Mn钢属于碳锰钢,碳的含量在0.16%左右,屈服点等于343MPa(强度级别属于343MPa级)。16Mn钢的合金含量较少,焊接性良好,焊前一般不必预热。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大,所以在低温下(如冬季露天作业)或在大刚性、大厚度结构上焊接时,为防止出现冷裂纹,需采取预热措施。二、16Mn材料的性能与用途综合力学性能良好,低温性能尚可,塑性和焊接性良好,用做中低压容器、油罐、车辆、矿山机械、电站、桥梁等承受动载荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件,热轧或正火状态使用,可用于-40以下寒冷地区的各种结构。主要特性:综合性能好,低温性能好,冷冲压性能,焊接性能和可切削性能好。应用举例:矿山,运输,化工等各种机械。三、16Mn材料化学成分表一 16Mn化学成分标准牌号化学成分(重量百分比)Chemicai composition(WT%)16Mn碳(C)硅(Si)锰(Mn)铬(Cr)0.130.190.200.601.201.600.30磷(P)硫(S)镍(Ni)铜(Cu)0.0300.0300.300.25四、16Mn物理力学性能16Mn密度为7.85,16Mn钢板密度为7.85.16Mn低合金钢管是低合金高强度结构钢:Mn含碳量为0.1%-0.25%,加入主要合金元素锰、硅、钒、铌和钛等;它的含合金总量3%。按强度分为300、350、400和450MPa等4个级别。主要有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。:“Q”是屈服的“屈”字的汉语拼音大写字头,其后数字为该牌号最小屈服点(s)值,其后的符号是按照该钢杂质元素(硫、磷)含量由高到低并伴随碳、锰元素的变化而分为A、B、C、D四等。其中A、B级钢通常称16Mn 抗拉强度:470660牛/平方毫米; 屈服强度:275345牛/平方毫米; 伸长率:21%。具体值要根据钢材的厚度或直径,以上数据对应钢材的厚度或直径为:16100mm。第三章 热处理工艺设计一、16Mn热处理概述热处理的目的是改变钢的部组织结构,以改变钢的性能,通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能,延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料,充分挖掘材料性能潜力,降低结构重量,节省和能源,而且能够提高机械产品质量,大幅度延长机械零件的使用寿命。热处理的三阶段:加热,保温,冷却。这三个阶段决定了材料热处理后的组织和性能。加热是热处理的第一道工序。不同的材料,其加热工艺和加热温度都不同。加热分为两种,一种是在临界点A1以下的加热,此时不发生组织变化。另一种是在A1以上的加热,目的是为了获得均匀的奥氏体组织,这一过程称为奥氏体化。保温的目的是要保证工件烧透,防止脱碳、氧化等。保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。一般工件越大,导热性越差,保温时间就越长。冷却是热处理的最终工序,也是热处理最重要的工序。钢在不同冷却速度下可以转变为不同的组织。16Mn钢是目前国建筑用主要钢材之一,以热轧状态交货。16Mn属于低合金钢板系列,在此系列中为最普通材质或者牌号的钢板。根据特殊要求,可以对钢板进行一些特殊的处理:热处理和Z向性能。这里我们只讨论热处理。其热处理一般为控扎,正火等等。二、16Mn热处理设计采用膨胀法并结合金相-硬度法,膨胀曲线在G leeb-1500热模拟机上测定。为使加热温度接近16Mn钢的开轧温度保证微合金元素的充分溶解,根据已有文献,试样的奥氏体化温度定为1000(在2min将试样加热至此温度),保温15min。分别以13种不同的冷却速度(0.175/s)将试样冷却,获取其膨胀曲线,再由膨胀曲线确定相变温度。以喷水冷却(冷却速度约为400/s)测定其Ms点。用DTA方法(以2/min由500升温到1000)确定其临界点Ac1和Ac3,最后在POLYVAR-MET金相显微镜进行组织观察,并测得显微硬度(HV2)。测定结果为Ac1=917,Ac3=770,Ms400。根据不同冷却速度膨胀曲线上的拐点(切点或极值点),结合金相组织,确定的箱变温度见表二。将表二中的相变点绘制到温度-时间半对数坐标上,用连线法将个物理意义一样的点连接起来同时在该坐标上标出Ac1,Ac3和Ms即可绘制出CCT图(图一),冷却曲线旁的数字为冷却速度,冷却曲线下端的数字为以此冷却速度冷却后试样的室温维氏硬度值(HV2)。表二 不同冷却速度下的相变温度图1 16Mn钢的CCT图16Mn一般是淬火+低温回火热处理,250以下回火时为回火马氏体,450以上回火时为回火索氏体。已经测出的16Mn钢过冷奥氏体等温转变曲线(TTT图)有多个.由于所用试样的化学成分和奥氏体化工艺的差别,不同测试者可获得不同的结果,但小异,典型的TTT图如图2。图2 16Mn钢的TTT图加热到770+(2030),短时间保温或者不保温,油淬,然后250回火(+10-10),可以保证硬度在45-49之间,回火最好在淬后有余热时马上进行,这样可以最小程度减小变形.如果对疲劳性能有更高要求,可以在回火后再进行喷丸处理,这样光洁度也会好一点,出炉马上就得进油,不用水。 16Mn是结构钢低温回火,770淬火150250回火淬火+低温回火,所得组织为回火马氏体。其目的是获得高的屈服强度,弹性极限和较高的韧性。淬火后低温回火。可获得比较优良的综合性能。(1)16Mn钢的预热处理根据不同板厚与不同环境温度下16Mn钢的预热温度16以下 不低于10不预热,10以下预热100150; 1624 不低于5不预热,5以下预热100150; 2540 不低于0不预热,0以下预热100150; 40以上 均预热100150。给定试样16Mn钢预先热处理工艺示意图:图3 (a)图3 (b)(2)16Mn钢的退火将组织偏离平衡状态的钢件加热到适当的温度,保温一定时间,随后缓慢冷却,从而获得接近平衡状态的组织与性能的金属热处理工艺。16Mn属于低合金结构钢,为低碳钢,若采用通常的完全退火,则其硬度太低,切削性能不好。为改善切削性能,可采用高温退火,即在比通常完全退火更高的温度下加热,获得46级的粗晶粒,以提高切削性能。16Mn钢属于亚共析钢,合金元素含量较低,具有良好的韧性,强度和抗冷热疲劳性能与一定的耐磨性。温度选择为Ac3+(2030)。一
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号