1前言金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過(guò)熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程。“千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。說(shuō)實(shí)話，課程設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累。然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)成果，漫漫回味這周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。雖然這是我剛學(xué)會(huì)走完的第一步，也是人生的一點(diǎn)小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一種“春眠不知曉”的感悟。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使我深深體會(huì)到，干任何事都必須耐心，細(xì)致。課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，有時(shí)不免令我感到有些心煩意亂。但一想起老師平時(shí)對(duì)我們耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，想到世界上因?yàn)槟承┘?xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無(wú)比震驚的事故，我不禁時(shí)刻提示自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對(duì)待的良好習(xí)慣。這次課程設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練。短短四周是課程設(shè)計(jì)，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)能力是如此的不足，幾年來(lái)的學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會(huì)用。所以我會(huì)更加努力。最后，我要感謝我的老師們，是您嚴(yán)厲批評(píng)喚醒了我，是您的敬業(yè)精神感動(dòng)了我，是您的教誨啟發(fā)了我，是您的期望鼓勵(lì)了我，我感謝老師您今天又為我增添了一幅堅(jiān)硬的翅膀。今天我為你們而驕傲，明天你們?yōu)槲叶院馈?零件圖分析2.1零件的總體分析提動(dòng)閥和提動(dòng)閥座組成一對(duì)偶件，相互配合面很小，近似線接觸，以保證控制的靈敏和準(zhǔn)確。在工作過(guò)程中，提動(dòng)閥在彈簧的作用下與提動(dòng)閥座在配合處發(fā)生沖擊磨損，往往因提動(dòng)閥錐面被局部磨損或沖擊產(chǎn)生缺陷而造成高壓油的泄露，使整個(gè)閥失去控制作用。提動(dòng)閥座在提動(dòng)閥的沖擊作用下，接觸面將逐漸增大，使油封性能降低。因此，提動(dòng)閥座應(yīng)具有較高強(qiáng)度，在承受提動(dòng)閥沖擊時(shí)，不致產(chǎn)生打的塑性畸變。液壓技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)液壓元件的性能上要求高壓、大流量、高轉(zhuǎn)速、高容積效率等方向發(fā)展，在結(jié)構(gòu)上要求微型化，在質(zhì)量上要求高的可靠性。液壓元件的零件特點(diǎn)是體積小而精度要求，在工作中承受復(fù)雜的服役條件。因此，在選材上與熱處理上應(yīng)保證高的強(qiáng)度，良好的韌性，高的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性高。2.2零件的結(jié)構(gòu)形狀分析零件結(jié)構(gòu)形狀如圖所示2.3零件的尺寸及技術(shù)要求分析尺寸要求：大圓直徑：13mm小圓直徑：12mm長(zhǎng)度：16mm技術(shù)要求：調(diào)質(zhì)硬度為2832HRC碳氮共滲的化合物層深度1020m2.4零件的服役條件及失效形式分析2.4.1服役條件提動(dòng)閥和提動(dòng)閥座組成一對(duì)偶件，相互配合面很小，近似線接觸。提動(dòng)閥座在提動(dòng)閥的沖擊作用下，接觸面將逐漸增大，使封油性能降低。2.4.2失效形式提動(dòng)閥和提動(dòng)閥座在工作過(guò)程中，提動(dòng)閥在彈簧的作用下與提動(dòng)閥座在配合處發(fā)生沖擊磨損，往往因提動(dòng)閥座面被局部磨損或沖擊產(chǎn)生缺陷而造成高壓油泄露，使整個(gè)閥失去控制作用。3材料選擇3.1提動(dòng)閥座的性能要求根據(jù)提動(dòng)閥座的工作狀況，可以初步得出其材料應(yīng)滿足的性能要求：一是具有良好的耐沖擊韌性、耐腐蝕性和強(qiáng)度，以保證提動(dòng)閥座滿足液壓元件在高壓和高沖擊在閥座下具有足夠高的耐沖擊韌性；二是具有良好的疲勞性能，是提動(dòng)閥座能夠在良好的服役條件下長(zhǎng)時(shí)間工作。因此，一般要求表面耐磨而心部要求良好的韌性，閥座多用15CrMo。提動(dòng)閥座在承受提動(dòng)閥沖擊時(shí)，不致產(chǎn)生打的塑性畸變應(yīng)選用42CrMo，并一般施以低溫的化學(xué)熱處理以提高其耐磨性。為提高提動(dòng)閥座的耐磨性和硬度，在最后精加工錢一般進(jìn)行碳氮共滲。由于液壓元件一般要求尺寸精度高，所以提動(dòng)閥座加工精度要求也較高，為此，熱處理過(guò)程中要嚴(yán)格控制畸變。其主要措施是鐵絲捆扎、垂直吊掛加熱等。工件有優(yōu)良的機(jī)械、物理性能，它可以有各種不同的強(qiáng)度、硬度、韌性配合的綜合性能，還可兼具一種或多種特殊性能，如耐磨、耐高溫和低溫、耐腐蝕等。3.242CrMo的性能特點(diǎn)42CrMo鋼屬于超高強(qiáng)度鋼，具有高強(qiáng)度和韌性，淬透性也較好，無(wú)明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。該鋼適宜制造要求一定強(qiáng)度和韌性的大、中型塑料模具。強(qiáng)度、淬透性高，韌性好，淬火時(shí)變形小，高溫時(shí)有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。用于制造要求較35CrMo鋼強(qiáng)度更高和調(diào)質(zhì)截面更大的鍛件，如機(jī)車牽引用的大齒輪、增壓器傳動(dòng)齒輪、壓力容器齒輪、后軸、受載荷極大的連桿及彈簧夾，也可用于2000m以下石油深井鉆桿接頭與打撈工具，并且可以用于折彎?rùn)C(jī)的模具等。成分CSiMnCrMoNiPCuS42CrMo0.380.45%0.170.37%0.500.80%0.901.20%0.150.25%0.030%0.035%0.030%0.035%（1）C鋼中的主要元素，可產(chǎn)生古榕強(qiáng)化和硬化，增加淬透性（2）Si提高鋼的淬透性和耐回火性，對(duì)鋼的綜合力學(xué)性能特別是彈性極限有力，還可增強(qiáng)鋼在自然條件下的耐蝕性。（3）Mn擴(kuò)大相區(qū)，形成無(wú)限固溶體。對(duì)鐵素體和奧氏體均有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。與S形成熔點(diǎn)較高的MnS，可防止因FeS而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象。強(qiáng)烈提高淬透性，能提高耐磨性。（4）Cr縮小相區(qū)，在-Fe中無(wú)限固溶，可增加鋼的淬透性并有二次硬化作用，提高耐磨性，使鋼具有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)服飾的作用并增加鋼的熱強(qiáng)性。（5）Mo阻抑奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的能里很強(qiáng)，從而提高鋼的淬透性，能降低或抑制其他合金元素導(dǎo)致的回火脆性，在較高的回火溫度下形成彌散分布的特殊碳化物，二次硬化的作用提高熱強(qiáng)性和蠕變強(qiáng)度。（6）Ni細(xì)化鐵素體晶粒，對(duì)塑性韌性有所提高，特別是低溫塑性。4確定加工路線（冷、熱加工）加工工藝主要包括機(jī)加工和熱處理工藝。機(jī)加工是指通過(guò)加工機(jī)械精確去除材料的加工工藝。它直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱為機(jī)械加工工藝過(guò)程。熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過(guò)改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu),來(lái)控制其性能的一種金屬熱加工工藝。該零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)鑄造鑄出毛坯，通過(guò)機(jī)加工使其成型；之后進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除殘余內(nèi)應(yīng)力。改善其切削性能然后經(jīng)過(guò)機(jī)加工使其復(fù)合尺寸要求；接著調(diào)制使其達(dá)到硬度要求；再經(jīng)過(guò)化學(xué)熱處理（氮碳共滲）使表面獲得一層化合物滲層，提高零件表面耐磨性和抗疲勞性能；最后經(jīng)過(guò)研磨，以滿足尺寸精度，即可得到所需的零件。可采用的工藝流程：提動(dòng)閥座的整體加工工藝流程：下料鍛造預(yù)備熱處理一次機(jī)加工（粗加工）調(diào)制二次機(jī)加工（精加工）氮碳共滲。5熱處理工藝方法選擇5.1退火工藝的選擇42CrMo經(jīng)過(guò)鑄造及粗加工后組織不均勻內(nèi)應(yīng)力較大，易變形開(kāi)裂，所以在精加工前需施以消除內(nèi)應(yīng)力穩(wěn)定組織為目的的去應(yīng)力退火。其內(nèi)應(yīng)力主要產(chǎn)生在有塑性到彈性變形的過(guò)渡階段。因此在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，冷卻速度愈慢，內(nèi)應(yīng)力就愈小。消除內(nèi)應(yīng)力的退火應(yīng)該是將粗加工后鑄件緩慢加熱到高于塑性變形的溫度范圍內(nèi)，然后保溫，使鑄件各部分組織均勻，內(nèi)應(yīng)力減小。故一般在選用低溫去應(yīng)力退火。5.2調(diào)制工藝調(diào)制處理是使機(jī)械零件達(dá)到設(shè)計(jì)性能要求的關(guān)鍵。淬透性的大小直接影響剛的最后力學(xué)性能。調(diào)制鋼熱處理的第一步工序是淬火，一般合金調(diào)制鋼都在油中淬火。處于淬火狀態(tài)的鋼，內(nèi)應(yīng)力大，脆性很大，不能直接使用，必須要進(jìn)行第二步工序回火，其目的是消除內(nèi)應(yīng)力，增加韌性，調(diào)整強(qiáng)度，獲得良好的綜合力學(xué)性能。該提動(dòng)閥座應(yīng)加熱到(85010)，保溫1.5h后，進(jìn)行油淬，再在（58010），保溫1h進(jìn)行回火。6制定熱處理工藝制度6.1退火工藝的制定將冷變形后的金屬在低于再結(jié)晶溫度加熱，以消除內(nèi)應(yīng)力，但仍保留加工硬化效果的熱處理。在實(shí)際生產(chǎn)中，熱鍛軋、鑄造、各種冷變形加工、切削或切割、焊接、熱處理甚至機(jī)器零部件的裝配，在不改變組織狀態(tài)、保留冷作、熱作或表面硬化的條件下，將工件加熱至Ac1一下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以消除內(nèi)應(yīng)力，減小變形以及開(kāi)裂傾向的熱處理，統(tǒng)稱為去應(yīng)力退火。表42CrMo加熱和冷卻的臨界點(diǎn)Ac1Ac3Ms42CrMo730780360為了消除毛胚鍛造應(yīng)力，降低硬度以及改善切削加工性能，同時(shí)均勻組織，細(xì)化晶粒，為了后續(xù)加熱處理做準(zhǔn)備。（1）退火溫度，選用680700，退火溫度是將工件加熱到Ac1以下3050，42CrMo臨界溫度點(diǎn)為730，一般采用熱爐裝料，加熱過(guò)程中工件內(nèi)溫差較大，為了縮短工件在高溫時(shí)的停留時(shí)間，一般加熱溫度稍高。（2）退火保溫時(shí)間，保溫時(shí)間與鋼的化學(xué)成分、工件形狀、尺寸、爐子類型、裝爐量等多種因素有關(guān)，一般按每毫米厚度保溫1.5-2.5min估算。主軸的直徑為13mm，考慮加工余量5mm，因而其有效厚度為20mm，保溫時(shí)間為1.5h左右。6.2調(diào)制工藝的制定（1）加熱溫度，亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3+30-50，綜合考慮淬火加熱溫度應(yīng)選用850。（2）淬火加熱時(shí)間，應(yīng)包括工件整個(gè)截面加熱到預(yù)定淬火溫度，并使之在該溫度下完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所需的時(shí)間。常用經(jīng)驗(yàn)公式為：=kD式中加熱時(shí)間，min；加熱時(shí)間系數(shù)，min/mm；k裝爐量修正系數(shù)；D工件有效厚度，mm。對(duì)于管型工件的有效厚度，當(dāng)高度/壁厚1.5時(shí)，可按1.5壁厚計(jì)算，圖中最大壁厚為16mm，考慮到圓錐部位的壁厚稍大一些，因而取最大壁厚為20mm。工件的有效厚度D=50mm,加熱系數(shù)和裝爐修正系數(shù)k分別見(jiàn)表3和表4，對(duì)于42CrMo，=1.0，k=1.0，則=1.01.050=50min,考慮到透熱之后，還需要5-15min的組織轉(zhuǎn)變時(shí)間，因而我選擇1.5h的保溫時(shí)間。表3常用鋼的加熱