1、.wd.wd.wd.熱處理工藝課程設(shè)計說明書課程名稱： 金 屬 熱 處 理 工 藝 學(xué) 設(shè)計題目： 飼料粉碎機(jī)錘片熱處理工藝的設(shè)計 院 系： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 班 級： 材料成型及控制工程 0901 學(xué) 號： 0 9 1 1 0 1 1 0 7 學(xué)生姓名： 范 維 健 指導(dǎo)教師： 黃 新 熱處理工藝課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：飼料粉碎機(jī)錘片熱處理工藝的設(shè)計學(xué)生姓名：范維健院系專業(yè)：機(jī)械工程學(xué)院材料0901班設(shè)計要求：1.相變點(diǎn)確實定 2.熱處理工藝參數(shù)的制定 3.熱處理設(shè)備的選擇 4.組織特點(diǎn)和性能分析 5.工藝卡片填寫學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)：進(jìn)展零件的加工路線中有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工序的設(shè)

2、計。根據(jù)零件的技術(shù)要求，選定能實現(xiàn)技術(shù)要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇設(shè)備，設(shè)計或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫出設(shè)計說明書，說明書中要求對各種熱處理工序的工藝參數(shù)的選擇依據(jù)和各種熱處理后的顯微組織作出說明。任務(wù)下達(dá)日期:任務(wù)完成日期：辯論日期：指導(dǎo)教師：黃新 學(xué)生簽名：目錄1 熱處理工藝課程設(shè)計的目的 -42 零件的技術(shù)要求及選材 -4 2.1技術(shù)要求 -42.2錘片的服役條件及可能的失效形式-52.3材料的選擇-7 2.4化學(xué)成分及合金元素的作用 -73 熱處理工藝課程設(shè)計的內(nèi)容及步驟 -8 3.1相變點(diǎn)確實定 -8 3.2熱處理工藝 -93.2.1工藝流

3、程 -9 3.2.2熱處理工藝參數(shù)的制定 -93.2.3所選熱處理工藝的目的 -123.2.4操作過程中的本卷須知 -13 3.3熱處理設(shè)備的選擇 -14 3.4組織特點(diǎn)和性能的分析 -154 飼料粉碎機(jī)錘片熱處理工藝的改良-155 收獲和體會 -166 參考文獻(xiàn) -177 附表1 熱處理工藝卡 -181 熱處理工藝課程設(shè)計的目的熱處理工藝課程設(shè)計是高等學(xué)校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設(shè)計練習(xí)，是熱處理原理與工藝課程的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：1培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學(xué)知識得到穩(wěn)固和開展。2學(xué)習(xí)熱處理工藝設(shè)計的一般方法、熱處理設(shè)備選用和夾具設(shè)計等。3

4、進(jìn)展熱處理設(shè)計的 根本技能訓(xùn)練，如計算、零件繪圖和學(xué)習(xí)使用設(shè)計資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)。因此，本課程設(shè)計要求我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識來解決生產(chǎn)實踐中的熱處理工藝制定問題，包括工藝設(shè)計中的細(xì)節(jié)問題，如設(shè)備的選用，夾具的設(shè)計等。要求我們設(shè)計工藝流程，這需要翻查大量的文獻(xiàn)典籍。若何靈活使用資料、手冊，若何高效查找所需信息，以及手冊的查找標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)等，均不是一蹴而就的事情，需要我們在實踐中體會并不斷地總結(jié)，才能不斷進(jìn)步。材料熱處理工藝課程設(shè)計是培養(yǎng)材料專業(yè)學(xué)生在熱處理原理方面能力的重要環(huán)節(jié)，紙上談兵是經(jīng)不起考驗的，扎實的理論唯有通過實踐才能夠證明，且科學(xué)的實踐能夠有效穩(wěn)固甚至開展原有的理論，因此，本課程設(shè)計

5、通過給出20余種不同牌號的材料，要求學(xué)生以個人允許討論或組隊的方式完成熱處理工藝的設(shè)計，對學(xué)生穩(wěn)固已學(xué)熱處理知識、學(xué)習(xí)使用工具書、增強(qiáng)團(tuán)隊合作意識等是大有裨益的。2零件的技術(shù)要求及選材2.1技術(shù)要求 隨著家禽、家畜等動物養(yǎng)殖業(yè)在我國的大量開展, 需要大量的農(nóng)作物秸桿作為其飼料。這些作物秸桿有許多是經(jīng)粉碎后, 添加一些精料來作為飼料的。為此, 農(nóng)作物秸桿如玉米桿、稻桿等的粉碎機(jī)械飼料粉碎機(jī), 在我國廣闊農(nóng)村和專業(yè)養(yǎng)殖場得到大量應(yīng)用。粉碎機(jī)在工作過程中, 旋轉(zhuǎn)的錘片不停地錘擊切斷作物秸桿, 使它們變成碎片。但并不將切斷作物秸桿的錘片稱作刀片, 主要是因為它并沒有用于切削的鋒利刀口, 而是用幾毫米厚

6、的矩形斷面將秸桿錘沖斷的緣故。由于大多數(shù)農(nóng)作物秸桿中的纖維是很堅韌的, 它們錘碎的過程中與錘片產(chǎn)生了很強(qiáng)烈的摩擦, 所以錘片的磨損十分嚴(yán)重, 需要經(jīng)常更換。 錘片式粉碎機(jī)具有適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣、構(gòu)造簡單、易于制造維修、造價廉價等一系列優(yōu)點(diǎn),所以在許多領(lǐng)域,特別是在飼料加工工業(yè)被廣泛應(yīng)用.錘片是錘片式粉碎機(jī)的重要部件,它影響著粉碎質(zhì)量、產(chǎn)量、電耗、成本,是粉碎機(jī)的關(guān)鍵部件之一。錘片在粉碎秸稈時，即為一切割的過程。錘片為其主要工作部件，也是易損件，多用于矩形錘片與銷軸和粉碎機(jī)轉(zhuǎn)盤相連接，在工作轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)，使錘片產(chǎn)生較大的沖擊能量，反復(fù)錘擊送進(jìn)的秸稈等過程中，使之粉碎.錘片在工作空間內(nèi)往復(fù)的運(yùn)動與與

7、農(nóng)作物秸稈直接碰擊。因此其失效的形式為受到大沖擊力而疲勞剝落或碎屑磨損等因此要求錘片本身具有足夠的強(qiáng)度與韌性，以承受沖擊載荷的作用。其工作的兩端應(yīng)有一定的硬度要求，錘片經(jīng)熱處理或淬火回火后的外表硬度為2228HRC。以下列圖為飼料粉碎機(jī)的工作原理圖2.2錘片的服役條件及可能的失效形式從飼料粉碎機(jī)的使用情況來看，錘片的使用壽命一般為幾十小時稻桿到幾百小時玉米桿，這與作物種類、干濕程度等有關(guān)。從圖2可以看出錘片與作物秸稈直接接觸的端部磨損得很厲害，原來的矩形邊，逐漸被磨損成了圓弧形出現(xiàn)這種情況后，粉碎機(jī)的生產(chǎn)效率明顯下降，有時幾乎無法繼續(xù)粉碎作物秸稈，只有將錘片拆下調(diào)換一下，即將錘片連接在銷軸上，

8、還未使用的那一端與磨損這一端換個位置，粉碎機(jī)才能繼續(xù)工作，直至新裝的這頭也被磨損呈圓弧形時那么整個錘片報廢。 錘片為主要的工作部件也是易損件，在工作中轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)，是錘片產(chǎn)生較大的沖擊能量，反復(fù)錘擊送進(jìn)的秸稈等過程中，使之粉碎。因此其失效的形式為受到大沖擊力而疲勞剝落或碎屑磨損等。其中磨損很大程度上是由于作物秸稈上附著著的高硬度砂礫所致。從金屬摩擦學(xué)角度來看砂礫對錘片的磨損型式屬于典型的磨粒磨損。2.3材料的選擇使用壽命的上下取決于其外表硬度同時要求心部能承受沖擊力和一定的韌性，因此提高錘片的耐磨性即提高生產(chǎn)效率降低了加工成本?？紤]以上因素，我們可以選用45鋼。45鋼的力學(xué)性能見下表22.1鋼

9、號抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度延長率斷面收縮率布氏硬度45鋼600MPa355MPa1640197表2-2.145鋼是中碳構(gòu)造鋼，冷熱加工性能都不錯，機(jī)械性能較好，且價格低、來源廣，所以應(yīng)用廣泛。45鋼的強(qiáng)度較高，調(diào)質(zhì)后塑性和韌性好，用于制作承受負(fù)載荷較大的小截面調(diào)質(zhì)件。它的最大弱點(diǎn)是淬透性低，截面尺寸大和要求對比高的工件不宜采用2.4化學(xué)成分及合金元素的作用45鋼為優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼鋼號CMnSiPSCrRE45鋼0.40.500.500.800.170.370.040.040.2545鋼的熱導(dǎo)率溫度/0100200300400/KWm-1c-152.3448.8544.1941.8734.8945鋼所含元

10、素的作用：碳主要與鉻、鎢、鉬和釩(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及紅硬性。錳 錳能強(qiáng)化鐵素體，有固溶強(qiáng)化，特別是在低合金普通構(gòu)造鋼中效果較好。錳提高鋼的淬透性。錳降低鋼的A1溫度，強(qiáng)化C的促進(jìn)晶粒長大作用，所以促進(jìn)晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性。錳促進(jìn)有害元素在晶界上的偏聚，所以提高了鋼回火脆性的傾向。錳強(qiáng)烈地降低鋼的Ms，因此增加了淬火鋼中的AR。錳與硫容易形成MnS所以能減輕或消除鋼的熱脆性;錳與氧容易形成MnO，因此是較好的脫氧劑。硅 硅是鐵素體形成元素，有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效果，所以可提高鋼的強(qiáng)度。含硅鋼的可切削性往往較差。硅阻止碳化物形核長大，使“C曲線右移，高C時作用

11、較大，所以也提高了鋼淬透性。硅抑制:-K形核長大及轉(zhuǎn)變，能提高鋼的低溫回火穩(wěn)定性。硅形成致密的氧化物，提高抗氧化性。磷 磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。硫 硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。鉻 鉻的碳化物Cr23C6在淬火加熱時幾乎全部溶于奧氏體，從而提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性和鋼的淬透性，同時還能提高鋼的抗氧化脫碳和抗腐蝕能力。3熱處理工藝課程設(shè)計的內(nèi)容及步驟3.1相變點(diǎn)確實定其相圖較復(fù)雜。由上示45鋼的變溫截面圖，并查找資料，可確定45鋼的相變點(diǎn)：工程Ac1Ac

12、3Ar1Ms溫度/7247806823303.2 熱處理工藝3.2.1工藝流程用45鋼制作飼料粉碎機(jī)錘片的工藝流程為：板材剪切堆焊淬火回火淬火及回火示意圖：溫 度840淬火 20min空冷560回火120min空冷45鋼的最終熱處理采用淬火+高溫回火的工藝3.2.2熱處理工藝參數(shù)的制定根據(jù)時間計算公式=aKD 【其中K-裝爐修正系數(shù)，D-工件有效厚度mm，a-由鋼種決定的加熱系數(shù)min/mm】，以及經(jīng)歷公式等，查找資料，將工藝參數(shù)制表如下：熱處理工藝參數(shù)表工藝溫度/時間/saKD加熱加熱+保溫淬火8108301.22.051220回火560600每次2h各參數(shù)確定如下：裝爐修正系數(shù)K確實定：在

13、45鋼熱處理時在吊籃中間隔為5mm，所以裝爐修正系數(shù)K取2.0。2由鋼種決定的加熱系數(shù)amin/mm確實定： 常溫鋼的加熱系數(shù) SEQ _常溫鋼的加熱系數(shù) * ARABIC 1工件材料工件直徑/mm500.30.40.40.51.01.21.21.5合金鋼0.450.500.500.551.21.51.51.8高合金鋼0.300.400.300.350.170.20高速鋼0.300.350.650.850.160.180.160.18實驗說明45鋼淬火溫度選擇為830時候獲得的力學(xué)性能是最正確的由上表得取加熱系數(shù)a=1.2 min/mm3工件有效厚度確實定：下表為不同形狀和尺寸的工件加熱計算時

14、的特征尺寸及形狀系數(shù)表，有此可計算出工件的有效厚度為：D=邊長形狀系數(shù)=7.10.7=5mm。根據(jù)時間計算公式=aKD 【其中K-裝爐修正系數(shù)，D-工件有效厚度mm，a-由鋼種決定的加熱系數(shù)min/mm】，以及經(jīng)歷公式等，查找資料，=aKD=1.22.05=12min4回火時間確實定：因為粉碎機(jī)的錘片的有效厚度只有5mm，可知保溫時間可以選為60min。但為了回透，選擇90120min。不同形狀和尺寸的工件加熱計算時的特征尺寸及形狀系數(shù) SEQ 不同形狀和尺寸的工件加熱計算時的特征尺寸及形狀系數(shù) * ARABIC 1工件形狀特征尺寸s形狀系數(shù)k球球徑0.7立方體邊長0.7圓柱直徑1.0菱形邊長

15、1.0環(huán)環(huán)寬度1.5環(huán)厚度1.5板厚度1.5管材壁厚開口通管2.0；長管4.0；閉口管4.05 淬火溫度確實定：45鋼淬火溫度在Ac3+(3050) ，在實際操作中，一般是取上限的?；鼗饻囟却_實定：45鋼淬火后回火采用簡易公式計算 t=819-10HRC HRC技術(shù)要求的硬度3.2.3所選熱處理工藝的目的淬火加熱溫度與冷卻方式對45 鋼的性能影響很大。因此通過改變加熱溫度和冷卻方式對提高45 鋼性能作用很大。其中淬火受加熱溫度的影響最為明顯，冷卻速度一定的情況下淬火加熱溫度過高或過低對其性能都會產(chǎn)生不利的影響。溫度過低會因珠光體和鐵素體的存在使硬度不均勻，溫度過高會形成粗大的馬氏體組織使力學(xué)性

16、能惡化。45 鋼加熱后快速冷卻可以得到馬氏體，緩慢冷卻會得到珠光體，隨著冷卻速度的改變還可能得到貝氏體和屈氏體等組織，無論是快速冷卻得到的馬氏體，還是緩慢冷卻所得到的珠光體都是從奧氏體轉(zhuǎn)化而來的。因此，無論是其組織性能還是力學(xué)性能都與其熱處理工藝有關(guān)，故控制其性能的關(guān)鍵在于其熱處理工藝。實驗證明在830淬火后所得到的鋼的性能最正確. 提高45鋼錘片的強(qiáng)度、硬度和耐磨性并且使其具有良好的綜合機(jī)械性能。高溫回火減少或消除淬火應(yīng)力，提高塑性和韌性，獲得強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的適當(dāng)配合，從而滿足不同的工件的性能要求。堆焊在錘片外表堆焊碳化鎢硬質(zhì)合金( 見圖1) , 其堆焊層硬度超過60 HRC, 耐磨

17、料磨損的能力很高。雖然其制造成本是整體淬火錘片的2倍, 但其使用壽命比后者遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出2 倍。因此綜合考慮, 經(jīng)這種工藝處理過的錘片具有較高的性價比。碳化鎢硬質(zhì)合金是由碳化鎢顆粒分布在金屬基體上構(gòu)成的一種堆焊合金, 其主要成分是: C 1. 5% 4%, W 40% 70%, 還含有少量的Ni 等其它元素。由于碳化鎢顆粒的硬度極高, 因此其堆焊合金的耐磨料磨損的性能非常好, 且具有一定的耐高溫和耐腐蝕性能, 這使得堆焊碳化鎢合金的錘片特別適合于粉碎堅硬而又具有酸性的飼料顆粒。錘片在進(jìn)展碳化鎢堆焊之前, 都必須先放入工業(yè)爐中進(jìn)展預(yù)熱。焊前預(yù)熱的主要目的是減小堆焊層金屬的冷卻速度, 從而減小焊接產(chǎn)生的

18、熱應(yīng)力并防止堆焊層及其周圍的熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。3.2.4操作過程中的本卷須知45鋼淬火溫度在A3+(3050) ，在實際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，外表氧化減少，且能提高工效。為使工件的奧氏體均勻化，就需要足夠的保溫時間。如果實際裝爐量大，就需適當(dāng)延長保溫時間。不然，可能會出現(xiàn)因加熱不均勻造成硬度缺乏的現(xiàn)象。但保溫時間過長，也會也出現(xiàn)晶粒粗大，氧化脫碳嚴(yán)重的弊病，影響淬火質(zhì)量。如裝爐量大于工藝文件的規(guī)定，加熱保溫時間需延長1/5。 因為45鋼淬透性低，故應(yīng)采用冷卻速度大的10%鹽水溶液。工件入水后，應(yīng)該淬透，但不是冷透，如果工件在鹽水中冷透，就有可能使工件開裂

19、，這是因為當(dāng)工件冷卻到180左右時，奧氏體迅速轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體造成過大的組織應(yīng)力所致。因此，當(dāng)淬火工件快冷到該溫度區(qū)域，就應(yīng)采取緩冷的方法。由于出水溫度難以掌握，須憑經(jīng)歷操作，當(dāng)水中的工件抖動停頓， 即可出水空冷如能油冷更好。另外，工件入水宜動不宜靜，應(yīng)按照工件的幾何形狀，作規(guī)那么運(yùn)動。靜止的冷卻介質(zhì)加上靜止的工件，導(dǎo)致硬度不均勻，應(yīng)力不均勻而使工件變形大，甚至開裂。 45鋼調(diào)質(zhì)件淬火后的硬度應(yīng)該到達(dá)HRC5659，截面大的可能低些。 45鋼淬火后的高溫回火，加熱溫度通常為560600，硬度要求為HRC2234。因為調(diào)質(zhì)的目的是得到綜合機(jī)械性能，所以硬度范圍對比寬?；鼗鸨貢r間，視硬度要求和工件大

20、小而定，回火后的硬度取決于回火溫度，與回火時間關(guān)系不大，但必須回透，一般工件回火保溫時間總在2小時以上。3.3熱處理設(shè)備的選擇45鋼淬火830與高溫回火560可以選擇中溫箱式保護(hù)氣氛電阻爐：額定功率75kW,最高工作溫度950,爐膛尺寸(mm):800900550,重量5350kg3.4組織特點(diǎn)和性能的分析3.4.1淬火組織 45鋼750水淬所得到的基體組織與840所得到的組織具有明顯的差異。我們知道45 鋼為亞共析鋼，750在其臨界點(diǎn)Ac3780以下，所以加熱溫度為750時其組織中含有大量的鐵素體。而840時其室溫組織基體均為馬氏體，840時的馬氏體組織略細(xì)。這是因為將45 鋼加熱到840時

21、奧氏體晶粒較細(xì)，并且融入了足夠的碳，因此淬火后可以得到細(xì)晶的馬氏體組織。3.4.2回火組織45鋼在840淬火后選擇在560回火，獲得回火索氏體組織。從而消除淬火鋼的剩余內(nèi)應(yīng)力，得到不同強(qiáng)度、硬度與韌性。與正火處理相比鋼調(diào)質(zhì)后，在一樣條件下，鋼的屈服強(qiáng)度，韌性和塑性明顯提高。4 飼料粉碎機(jī)錘片熱處理工藝的改良 我國飼料粉碎機(jī) 根本上由小型農(nóng)機(jī)廠制造，基于這些工廠的生產(chǎn)條件，采用45鋼堆焊碳化鎢的工藝。由于每個錘片均要堆焊碳化鎢合金，而堆焊工藝要求高，否那么碳化鎢合金在錘片上焊不牢，使用中易崩掉，因此，只適合設(shè)備和技術(shù)力量較強(qiáng)的專業(yè)工廠生產(chǎn)。那么能否在現(xiàn)有的小型農(nóng)機(jī)廠生產(chǎn)設(shè)備的根基上，制造出耐磨性

22、良好的錘片呢 由于錘片的損失形式是以磨損為主，因此尋找既能提高錘片硬度，又能在一般飼料粉碎機(jī)制造廠完成的熱處理工藝。實驗說明以45鋼制的錘片為基體，在其外表滲硼的外表化學(xué)處理工藝是可行的。 45鋼的滲硼工藝，有固體、液體鹽浴和氣體三種。由于氣體滲硼法對設(shè)備和操作工藝要求較高，一般小廠難以做到，所以可以選用錘片的固體滲硼和鹽浴滲硼兩種熱處理方法。參考文獻(xiàn) 張兆德.金屬學(xué)及熱處理根基.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19885 收獲和體會這次課程設(shè)計我與王娟娟同學(xué)一組，進(jìn)展了飼料粉碎機(jī)錘片的熱處理工藝設(shè)計，熱處理工藝設(shè)計主要是進(jìn)展零件的加工路線中有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工序的設(shè)計。根據(jù)零件的技術(shù)要求，選定能實現(xiàn)技術(shù)要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇設(shè)備，作出熱處理工藝卡，以上這些內(nèi)容已經(jīng)在本說明書中作了詳細(xì)表達(dá)?，F(xiàn)將在設(shè)計過程中的點(diǎn)滴體會記錄如下：個人覺得本次設(shè)計最有難度的是查找資料。雖然可以在手冊上找到很多資料，但是無論我們?nèi)艉伪日辗治觯疾荒芎芎玫陌颜业降馁Y料直接應(yīng)用到我們的設(shè)計中去。因為45鋼的普遍所以描述多，資料多，各處均能找到有關(guān)的資料，這么多的信息堆疊在一起，要從中篩選出有用且不重復(fù)的東西，需要我們深入學(xué)習(xí)所找到的資料，對45鋼有更深入的認(rèn)識。只有在理解的根基上再應(yīng)用到設(shè)