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热处理原理与工艺设计课程设计报告

热处理原理与工艺设计课程设计报告
热处理原理与工艺设计课程设计报告

* * 大学

热处理原理与工艺课程设计

题目: 50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺设计

院(系):机械工程学院

专业班级:**

学号:*******

学生姓名:**

指导教师:**

起止时间:2014-12-15至2014-12-19

课程设计任务及评语

院(系):机械工程学院教研室:材料教研室

学号******* 学生姓名** 专业班级*** 课程设计

题目

50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺设计

课程设计要求与任务一、课设要求

熟悉设计题目,查阅相关文献资料,概述50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺,制定出热处理工艺路线,完成工艺设计;分析50Si2Mn弹簧钢的成分特性;阐述50Si2Mn弹簧钢淬火、回火热处理工艺理论基础;阐述各热处理工序中材料的组织和性能;阐明弹簧钢的热处理处理常见缺陷的预防及补救方法;选择设备;给出所用参考文献。

二、课设任务

1.选定相应的热处理方法;

2.制定热处理工艺参数;

3.画出热处理工艺曲线图;

4分析各热处理工序中材料的组织和性能;

5.选择热处理设备

三、设计说明书要求

设计说明书包括三部分:1)概述;2)设计内容;3)参考文献。

工作计划

集中学习0.5天,资料查阅与学习,讨论0.5天,设计6天:1)概述0.5天,2)服役条件与性能要求0.5天,3)失效形式、材料的选择0.5天,4)结构形状与热处理工艺性0.5天,5)冷热加工工序安排0.5天,6)工艺流程图0.5天,7)热处理工艺设计1.5天,8)工艺的理论基础、原则0.5天, 09)可能出现的问题分析及防止措施0.5天,10)热处理质量分析0.5天,设计验收1天。

成绩:学生签字:指导教师签字:

年月日

目录

一、概述---------------------------------------------------------1

1.课程设计的目的--------------------------------------------------1

2.课程设计的任务--------------------------------------------------1

3.课程设计的题目--------------------------------------------------1

4.课程设计的内容及步骤--------------------------------------------1

二、热处理工艺课程设计的内容及要求--------------------------------1

1、零件的技术要求及选材-------------------------------------------1

2、化学特点和性能-------------------------------------------------2

3、制定热处理工艺路线---------------------------------------------3

4、工艺参数-------------------------------------------------------3

5、热处理工艺曲线-------------------------------------------------7

6、分析各热处理工序中材料的组织和性能-----------------------------7

7、缺陷分析-------------------------------------------------------8

8、选择热处理设备-------------------------------------------------10

9、测温仪器和温度控制方式-----------------------------------------10

三、收获和体会----------------------------------------------------11

四、参考文献------------------------------------------------------11

第一部分概述

1、课程设计的目的

热处理工艺课程设计是高等学校金属材料工程专业一次专业课设计练习,是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是:

(1)培养学生综合运用所学热处理课程的知识去解决工程问题的能力,并使其所学知识得到巩固和发展。

(2)学习热处理工艺设计的一般方法,热处理设备的选用等。

(3)进行热处理设计的基本技能训练,如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。

因此,本课程设计要求我们综合运用所学知识来解决生产实践中的热处理工艺制定问题,包括工艺设计中的细节问题,如设备的选用,夹具的设计等。要求我们设计工艺流程,这需要查阅大量的文献典籍。如何灵活使用资料、手册,怎样高效查找所需信息,以及手册的查找规范和标准等,均不是一蹴而就的事情,需要我们在实践中体会并不断地总结,才能不断进步。

2、课程设计的任务

根据技术要求,选定相应的热处理方法,制定热处理工艺参数,画出热处理工艺曲线图,分析各热处理工序中材料的组织和性能,选择热处理设备。

3、课程设计的题目

50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺

第二部分热处理工艺课程设计的内容及要求

1、零件的技术要求及选材

热处理态及硬度: HRC42-45

变形要求:≤1%

组织:马氏体+回火托氏体

其它:能承受极限载荷10000N,单圈刚度》=1500N/mm,工作极限载荷下的单圈变形量《=6mm,许用应力740MPa.

弹簧选材的原则是:首先满足功能要求,其次是强度要求,最后才考虑经济性。 碳素弹簧钢是弹簧钢中用途广泛,用量最大的钢类。钢中含0.60%~0.90%的碳和0.3%~1.20%的锰,不再添加其它合金元素,使用成本相对较低。碳素弹簧钢丝经适当的加工或热处理,可以获得很高的抗拉强度,足够的韧性和良好的疲劳寿命。但碳素钢丝的淬透性低,抗松弛性能和耐蚀性能差,弹性模量的温度系数较大(高达300×10-6/℃),适用于制造截面较小,工作温度较低(120℃>)的弹簧。

合金弹簧钢一般含0.45%~0.70%的碳和一定量的Si ,Mn ,Cr ,V ,W 及B 等合金元素。合金元素的加入改善弹簧钢的抗松弛性能,提高钢的韧性,同时显著提高钢的淬透性和使用温度,适用于制造较大截面,较高温度下使用的弹簧。

2、50Si 2Mn 弹簧钢的化学特点和性能要求

由于弹簧是在弹簧范围内工作,不允许产生永久变形。弹簧钢应具有优良的综合性能,如力学性能 (特别是弹性极限、弹性极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能,又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。为了满足上述性能要求,弹簧钢具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、精确的外形和尺寸。

表一:50Si 2Mn 弹簧钢的成分

⑴、C:每种合金元素形成碳化物时都要有一定数量的碳与之化合,含碳量低会使部分合金元素失去析出硬化的机会;含碳量过高,多余的碳会和铁形成化合物或其他稳定性差的碳化物,从而降低钢的可加工性及韧性。

⑵、W :钨是提高高速钢回火稳定性和耐热性的主要元素。在马氏体中,钨原子和碳原子的结合力很大,提高了马氏体在受热时的分解稳定性,使钢在高达550~600℃时仍能保持高的硬度。钨的碳化物在高温加热时有力的起到阻止晶粒长大的作用。高速钢淬火后

钢号 C Si

Mn Cr Ni ≤ P ≤ S ≤ 50Si2Mn 0.56~0.64

1.50~

2.

00 0.60~0.90 0.70~1.00 0.35 0.040 0.040

在560℃回火时,碳化物析出并作均匀弥散分布;钢中残余奥氏体在回火后冷却时转为马氏体,将产生二次硬化作用。这些都能进一步提高钢的耐磨性和切削性能。

⑶、Cr:铬可提高钢的淬透性和回火稳定性,促进W、V等碳化物的析出硬化。V:钒也是提高高速钢回火稳定性和耐热性的元素。钒的碳化物硬度高,晶粒细,有较强的抗集聚能力,随着钒含量增加,钢的耐磨性大幅度提高,但可磨削性显著降低,增加了刃磨困难。为此钒的含量一般不超过3%。

⑷、Si:有助于提高钢的耐热性和热硬性,但韧性较差。

⑸、Al: 铝的作用和钴相似,并有容易形成致密氧化膜而起着防止沾刀的作用。

⑹、S、N:加入少量的硫,可以得到易切削的高速钢;加入少量的氮,可以增加钢的红硬性,提高刀具的切削性能。

3、制定热处理工艺路线

原材料检查——前期预处理——下料(剪断)——料头锻扁——加热——卷绕成型——淬火(淬火介质为油)——中温回火(带芯棒)——初步检验——整形——去应力退火(带芯棒)——检验——喷砂——立定处理——断面加工——检验——表面防腐处理4、工艺参数

加热温度:钢:小于A1 碳钢及低合金钢:550~650℃

高合金钢:600~750℃铸铁:500~550℃

加热速度:100~150℃/h 保温时间:3~5min/mm

冷却速度:50~100℃/h

(1)正火

正火是将钢加热到Ac3或AC cm以上30~50℃并保温一定时间,然后出炉在空气中冷却的热处理工艺。与完全退火相比,二者的加热温度及保温时间相同,但正火冷却速度较快,转变温度较低,发生伪共析转变。正火工艺参数示意图如下

(2)淬火加中温回火

将工件加热保温后,在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬,但同时变脆。为了降低钢件的脆性,将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温,再进行冷却,这种工艺称为回火。

(3)淬火加热方式及加热温度的确定原则

淬火一般是最终热处理工序。因此,应采用保护气氛加热或盐炉加热。只有一些毛坯或棒料的调质处理(淬火、高温回火)可以在普通空气介质中加热。因为调质处理后尚须机械切削加工,可以除去表面氧化、脱碳等加热缺陷。但是随着少、无切削加工的发展、调质处理后仅是一些切削加工量很小的精加工,因而也要求无氧化,脱碳加热。

淬火加热一般是热炉装料。但对工件尺寸较大,几何形状复杂的高合金钢制工件,应该根据生产批量的大小,采用预热炉(周期作业)预热,或分区(连续炉)加热等方式进行加热。

1:淬火加热温度:

淬火加热温度,主要根据钢的相变点来确定。对亚共析钢,一般选用淬火加热温度为Ac3+(30—50℃),过共析钢则为Ac1+(30—50℃)。之所以这样确定,因为对亚共析钢来说,若加热温度低于Ac3,则加热状态为奥氏体与铁素体二相组成,淬火冷却后铁素体

保存下来,使得零件淬火后硬度不均匀,强度和硬度降低。比Ac3点高30—50℃的目的是为了使工件心部在规定加热时间内保证达到Ac3点以上的温度,铁素体能完全溶解于奥氏体中,奥氏体成分比较均匀,而奥氏体晶粒又不致于粗大。对过共析钢来说,淬火加热温度在Ac1~Ac3之间时,加热状态为细小奥氏体晶粒和未溶解碳化物,淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的球状碳物。这种组织不仅有高的强度和硬度、高的耐磨性,而且也有较好的韧性。如果淬火加热温度过高,碳化物溶解,奥氏体晶粒长大,淬火后得到片状马氏体(孪晶马氐体),其显微裂纹增加,脆性增大,淬火开裂倾向也增大。由于碳化物的溶解,奥氏体中含碳量增加,淬火后残余奥氏体量增多,钢的硬度和耐磨性降低。高于Ac1点30—50℃的目的和亚共析钢类似,是为了保证工件内各部分温度均高于Ac1。

2:注意:确定淬火加热温度时,尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却介质和冷却方式等因素。

在工件尺寸大、加热速度快的情况下,淬火温度可选得高一些。因为工件大,传热慢,容易加热不足,使淬火后得不到全部马氏体或淬硬层减薄。加热速度快,工件温差大,也容易出现加热不足。另外,加热速度快,起始晶粒细,也允许采用较高加热温度。在这种情况下,淬火温度可取Ac3+(50—80℃),对细晶粒钢有时取Ac3+100℃。对于形状较复杂,容易变形开裂的工件,加热速度较慢,淬火温度取下限。

考虑原始组织时,如先共析铁素体比较大,或珠光体片间距较大,为了加速奥氏体均匀化过程,淬火温度取得高一些。对过共析钢为了加速合金碳化物的溶解,以及合金元素的均匀化,也应采取较高的淬火温度。例如高速钢的Ac1点为820—840℃,淬火加热温度高达1280℃。

考虑选用淬火介质和冷却方式时,在选用冷却速度较低的淬火介质和淬火方法的情况下,为了增加过冷奥氏体的稳定性,防止由于冷却速度较低而使工件在淬火时发生珠光体型转变,常取稍高的淬火加热温度。

二、淬火加热时间的确定原则

淬火加热时间应包括工件整个截面加热到预定淬火温度,并使之在该温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需的时间。因此,淬火加热时间包括升温和保温两段时间。在实际生产中,只有大型工件或装炉量很多情况下,才把升温时间和保温时间分别进行考虑。一般情况下把升温和保温两段时间通称为淬火加热时间。当把升温时间和保温时间分别考虑时,由于淬火温度高于相变温度,所以升温时间包括相变重结晶时间。

保温时间实际上只要考虑碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需时间即可。在具体生产条件下,淬火加热时间常用经验公式计算,通过试验最终确定。常用经验公式是D

α

τ

*

K*式中

t——加热时间,(min);

a——加热系数,(min/mm);

K——装炉修正系数;

D——零件有效厚度(mm)。

加热系数口表示工件单位厚度需要的加热时间,其大小与工件尺寸、加热介质和钢的化学成分有关。装炉量修正系数X是考虑装炉的多少而确定的。装炉量大时,K值也应取得较大,一般由实验确定;工件有效厚度D的计算,可按下述原则确定:圆柱体取直径,正方形截面取边长,长方形截面取短边长,板件取板厚,套筒类工件取壁厚,圆锥体取离小头2/3长度处直径,球体取球径的0.6倍作为有效厚度D。

三、淬火介质及冷却方式的选择与确定

淬火介质的选择,首先应按工件所采用的材料及其淬透层深度的要求,根据该种材料的端淬曲线,通过一定的图表来进行选择。其选择方法已在本章淬透性一节讲述。若仅从淬透层深度角度考虑,凡是淬火烈度大于按淬透层深度所要求的淬火烈度的淬火介质都可采用。但是从淬火应力变形开裂的角度考虑,淬火介质的淬火烈度愈低愈好。综合这两方面的要求,选择淬火介质的第一个原则应是在满足工件淬透层深度要求的前提下,选择淬火烈度最低的淬火介质。

(4)中温回火(350~500℃)

中温回火后的组织为回火托氏体,它是由尚未发生再结晶的针状铁素体和弥散分布的极细小的片状或粒状渗碳体组成,其形态仍为淬火马氏体的片状或板条状。中温回火的主要目的是为了获得高的屈强比,高的弹性极限,高的韧性,回火托氏体的硬度为35~45HRC。中温回火主要用于处理各种弹簧、锻模。所以我们在工艺中选择中温回火。(5)去应力退火

定义:为了去除由于塑性形变加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。

冷形变后的金属在低于再结晶温度加热,以去除内应力,但仍保留冷作硬化效果的热处理,称为去应力退火。

在实际生产中,去应力退火工艺的应用要比上述定义广泛得多。热锻轧、铸造、各种冷变形加工、切削或切割、焊接、热处理,甚至机器零部件装配后,在不改变组织状态、保留冷作、热作或表面硬化的条件下,对钢材或机器零部件进行较低温度的加热,以去除(全部或部分的)内应力,减小变形、开裂。

进行去应力退火时,金属在一定温度作用下通过内部局部塑性变形(当应力超过该温度下材料的屈服强度时)或局部的弛豫过程(当应力小于该温度下材料的屈服强度时)使残余应力松弛而达到消除的目的。在去应力退火时,工件一般缓慢加热至较低温度(灰口铸铁为500~550℃,钢为500~650℃,有色金属合金冲压件为再结晶开始温度以下),保持一段时间后,缓慢冷却,以防止产生新的残余应力。

去应力退火并不能完全消除工件内部的残余应力,而只是大部分消除。要使残余应力彻底消除,需将工件加热至更高温度。在这种条件下,可能会带来其他组织变化,危及材料的使用性能。

(6)50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺曲线是:

加热温度:钢:小于A1

碳钢及低合金钢:550~650℃

高合金钢:600~750℃

铸铁:500~550℃

加热速度:100~150℃/h

保温时间:3~5min/mm

冷却速度:50~100℃/h

图一:50Si 2Mn 弹簧钢热处理工艺曲线图

5、分析各热处理工序中材料的组织和性能

(1)淬火 对亚共析钢来说,若加热温度低于Ac3,则加热状态为奥氏体与铁素体二相组成,淬火冷却后铁素体保存下来,使得零件淬火后硬度不均匀,强度和硬度降低。比Ac3点高30—50℃的目的是为了使工件心部在规定加热时间内保证达到Ac3点以上的温度,铁素体能完全溶解于奥氏体中,奥氏体成分比较均匀,而奥氏体晶粒又不致于粗大。对过共析钢来说,淬火加热温度在Ac1~Ac3之间时,加热状态为细小奥氏体晶粒和未溶解碳化物,淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的球状碳物。这种组织不仅有高的强度和硬度、高的耐磨性,而且也有较好的韧性。如果淬火加热温度过高,碳化物溶解,奥氏体晶粒长大,淬火后得到片状马氏体(孪晶马氐体),其显微裂纹增加,脆性增大,淬火开裂倾向也增大。由于碳化物的溶解,奥氏体中含碳量增加,淬火后残余奥氏体量增多,钢的硬度和耐磨性降低。高于Ac1点30—50℃的目的和亚共析钢类似,是为了保证工件内各部分温度均高于Ac1。

(2)中温回火

中温回火后的组织为回火托氏体,它是由尚未发生再结晶的针状铁素体和弥散分布的极细小的片状或粒状渗碳体组成,其形态仍为淬火马氏体的片状或板条状。中温回火的主要目的是为了获得高的屈强比,高的弹性极限,高的韧性

6、缺陷分析

(1)疏松 550~650℃

空冷 温

时间

A

1

疏松是钢不致密的表现,多出现于钢锭的上部,在化学成分上疏松点的碳、硫、磷含量比集体偏高。根据疏松在横断面上的分布位置,将疏松分为一般疏松和中心疏松。

(1)一般疏松。钢材横截面上组织不致密,腐蚀后整个截面上呈分散的小孔隙和暗黑色小圆点。

(2)中心疏松。钢材横截面上轴心区域组织不致密,腐蚀后有聚集的小孔隙、凹陷的暗黑点和中心变黑的现象。

(2)缩孔

在钢材横截面的轴心区域,浸蚀后显现出不规则的皱折缝隙或空洞,周围集聚严重的疏松、偏析和非金属夹杂物。由于热加工的影响,缩孔的位置常常造成偏心。在钢材的纵向截面上,缩孔表现为非结晶构造的条带和疏松,有时存在杂质。正常情况下,钢锭在切除冒口时即可将冒口切去,但若缩孔较深或产生二次缩孔,以及钢锭切头量过少使缩孔未能切净,钢中仍会存在部分缩孔,或因此引起的二次裂纹,称为缩孔残余。

(3)偏析

偏析是指钢中化学成分分布不均匀的现象。在化学成分上,偏析带上的碳、硫、磷以及其它杂质的含量较基体较高,其中以碳的增高为最显著。经浸蚀后可能见到的偏析主要有方框形偏析、中心偏析和点状偏析。

(1)方框形偏析。在钢材的横截面上,腐蚀后显现出由致密的暗黑色小点组成的颜色较深的方框形,方框以内的组织较外部不致密。由于热加工变形的影响,方框有时变成不规则的“◇”形、“×”形乃至任意形状。

(2)中心偏析。在钢材横截面的中心部位,腐蚀后显现出形状不规则的深暗色斑点。

(3)点状偏析。在钢材的横截面上,腐蚀后显现出分散的、不同形状、不同大小、略有低陷的暗黑色斑点,在钢材的纵断面上呈暗色条带,严重时往往伴有气泡出现。(4)夹杂

钢中的夹杂分为三类:金属夹杂、非金属夹杂和翻皮。

(1)金属夹杂。在钢材的横截面上,浸蚀后显现出边界清晰、与基体金属颜色明显不同的异形金属块。

(2)非金属夹杂。在钢材的横截面上,浸蚀后表现为有一定深度又不规则的小空洞,有时可见到白色或其它颜色的夹杂颗粒,分布无一定规律。

(3)翻皮。在钢材横截面上,浸蚀后可见到亮白色或暗色的、弯曲且不规则的细长带,缺陷内部及周围常常有非金属夹杂和气孔。在纵向截面上,显示为不同颜色的非结晶构造的条纹。,严重时呈层状。

(5)白点

在钢材的横截面上,浸蚀后可见到直的、弯曲的或锯齿形的细长裂纹,位置多在1/3~1/2半径(或壁厚)处,也有的处于中心位置。白点的位置与钢材及锻件的冷却条件有关,冷却越快白点越接近表面,冷却缓慢则白点趋向中心。冷却快形成的白点数量多长度短,冷却慢形成的白点数量少长度较长。在纵向断口上,白点多显示为圆形或椭圆形的银白色斑点,直径从零点几毫米至十几毫米乃至几十毫米。

(6)裂纹

(1)轴心晶间裂纹。轴心晶间裂纹是钢锭凝固结晶时产生的热裂纹,在热轧和锻压时未能焊合而遗留在成材中,在钢材横截面的中心区域,浸蚀后显示为蜘蛛网状裂纹。

(2)发纹。发纹是钢中夹杂和气孔等缺陷在加工时延伸而形成的,它表现为沿钢材的加工方向的类似头发丝粗细的裂纹。

(7)去应力退火常见缺陷

温度高了,烧化了,组织不正常了是缺陷,吊装中磕碰,温度低了,内应力没有消除。

7、热处理设备的选择

(1)前期预处理和热处理都是用的是真空炉

50Si2Mn弹簧淬火前应上硼砂,以防脱碳(操作方法:将弹簧加热到400-500℃时出炉淬入100-150℃硼砂饱和水溶液中,停留片刻,待表面涂上一层硼砂后,再入炉加热),调质后应喷砂上油。

弹簧淬火时,应水平方向淬入冷却液,一般在油中可以不运动,但对较大弹簧在油中应运动一段时间,然后静止冷却。

淬火油使用温度要求为20-60℃。

(2)清洗设备:废水池。

(3)烘干设备:烘箱。

8、测温仪器和温度控制方式

一次仪表(热电耦,辐射高温计)自动控制装置

第三部分课程设计的收获与体会

通过这次课程设计,让我更加深刻了解课本知识,和以往对知识的疏忽得以补充,使我更加扎实的掌握了有关热处理方面的知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考、检查并查阅资料终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。在课程设计过程中,我们不断发现错误,不断改正,不断领悟,不断获取,最终完成了这次课程设计。同时,课程设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。让我对学过的知识更加的融会贯通。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,着是我们迈向社会,从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”,通过这次课程设计,我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计,学会脚踏实地迈开这一步,就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

课程设计诚然是一门专业课,给我很多专业知识以及专业技能上的提升,同时又是一门讲道课,一门辩思课,给了我许多道,给了我很多思,给了我莫大的空间。在今后社会的发展和学习实践过程中,一定要不懈努力,不能遇到问题就想到要退缩,一定要不厌其烦的发现问题所在,然后一一进行解决,只有这样,才能成功的做成想做的事,才能在今后的道路上劈荆斩棘,而不是知难而退,那样永远不可能收获成功,收获喜悦,也永远不可能得到社会及他人对你的认可!

第四部分参考文献

[1]机械设计手册成大先第三版北京化学工业出版社 2006.4.

[2]热处理手册薄鑫涛郭海洋袁凤松第一版上海上海科学技术出版社2009.1.

[3]热处理技术数据手册樊东黎徐跃明佟晓辉第二版机械工业出版社 2006.4.

[4]热处理手册孙大勇第三版北京机械工业出版社 2001.6.

[5]钢的热处理谢希文西北工业大学出版社

[6]金属材料检测技术赵峰中南大学出版社

[7]材料的力学性能郑修麟西北工业大学出版社

[8]机械零件失效分析刘瑞堂哈尔滨工业大学出版社

热处理工艺课程设计

热处理工艺课程设计 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】

热处理工艺课程设计高速高载齿轮的热处理工艺 姓名:成** 学号:******* 学院:扬州大学机械工程学院 专业:材料成型及控制工程 设计指导老师:黄新

前言 热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能,充分发挥材料的潜力,提高工件的使用寿命。本课程设计是在《材料科学基础》﹑《金属热处理工艺学》﹑《失效分析》﹑《金属力学性能》等课程学习的基础上开设的,是理论与实践相结合的重要教学环节。通过该课程设计,可使学生在综合运用所学专业基础理论和专业知识能力方面得到训练,学会独立分析问题和解决问题的方法,提高工程意识和工程设计能力。 热处理工艺是整个机械加工过程种的一个重要环节,它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度,满足设计时所要求的多种性能指标,热处理工艺制定的合理与否,有着至关重要的作用。 现代工业的飞速发展对机械零部件﹑工模具等提出的要求愈来愈高。热处理不仅对锻造机械加工的顺利进行和保证加工效果起着重要作用,而且在改善或消除加工后缺陷,提高工件的使用寿命等方面起着重要作用。为获得理想的组织与性能,保证零件在生产过程中的质量稳定性和使用寿命,就必须从工件的特点﹑要求和技术条件,认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能失效形式,正确选择材料;再根据生产规模﹑现场条件﹑热处理设备提出几种可行的热处理方案,最后根据其经济性﹑方便性﹑质量稳定性和便于管理﹑降低成本等因素,确定出一种最佳方案。

箱式电阻炉(材料热处理课程设计说明书)

化学与材料工程学院 材料热处理课程设计说明书 学生姓名: 专业:金属材料工程 学号: 班级:材料金属 指导老师:刘

目录 一、设计任务书 (3) 二、工艺设计 (3) 1.型的选择 (3) 2.炉膛尺寸的确定 (3) 3.炉子砌砖设计 (4) 4.中温箱式电阻炉功率的计算 (4) 5.电热元件 (5) 6.电热元件的设计计算 (5) 三、工艺流程图和设备装置图 (7) 四、进度安排 (9) 五、总结与体会 (9)

一、设计任务书 为某厂设计一台热处理电阻炉,其技术条件如下: 1)用途:中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火及退火处理,处理对象为 中小型零件,无定型产品,处理批量为多种,小批量。 2)生产率:160 kg/h 3)工作温度:最高使用温度950℃ 4)生产特点:周期式成批装料,长时间连续生产。 二、工艺设计 1.炉型的选择 根据设计的具体要求和生产特点,进行综合技术经济分析。决定选用箱式电阻炉,不通保护气体,炉子最高温度为950℃。属中温箱式电阻炉。 2.炉膛尺寸的确定 (1)查表,箱式电阻炉单位炉底面积生产率P 0 ,取P =100[kg/(m2·h)] (2)炉底面积采用加热能力指标法计算,F 效= P P0 =125 100 =1.25 m2 炉底有效面积炉底总面积=F 有效 F 总 = 0.75 - 0.85,取上限,0.85,炉底总面积: 1.25 F 总 = 0.85 F 总 = 1.5625 m2 炉底板宽度 B =1 2F 总 =1 2 ?1.5625 =0.88 m 炉底板长度 L =2F 总 =2?1.5625 =1.77 m (3).炉膛高度的确定炉膛高度H与宽度B之比H B =0.52– 0.9,取0.7 高度H = 0.628 m (4).炉膛有效尺寸(可装工件) L 效×B 效 ×H 效 =1.77m × 0.88m × 0.628m (5).炉膛尺寸 宽 B =B 效 +2×(0.1-0.15)取0.1 B=0.88+2×0.1=1.08 m

化工原理课程设计报告

课程设计任务书 设计题目:水冷却环己酮换热器的设计 一、设计条件 1、处理能力53万吨/年 2、设备型式列管式换热器 3、操作条件 a.环己酮:入口温度120℃,出口温度为43℃ b.冷却介质:自来水,入口温度20℃,出口温度40℃ c.允许压强降:不大于1×105Pa d.每年按330天计,每天24小时连续运行 4、设计项目 a.设计方案简介:对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 b.换热器的工艺计算:确定换热器的传热面积。 c.换热器的主要结构尺寸设计。 d.主要辅助设备选型。 e.绘制换热器总装配图。 二、设计说明书的内容 1、目录; 2、设计题目及原始数据(任务书); 3、论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择; 4、换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直 径等); 5、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等); 6、主体设备设计计算及说明;

目录 1. 前言 (1) 1.换热器简介 (1) 2. 列管式换热器分类: (2) 2. 设计方案简介 (2) 2.1换热器的选择 (2) 2.2流程的选择 (2) 2.3物性数据 (2) 3. 工艺计算 (3) 3.1试算 (3) 3.1.1计算传热量 (3) 3.1.2计算冷却水流量 (3) 3.1.3计算两流体的平均传热温度 (3) 3.1.4计算P、R值 (3) 3.1.5假设K值 (4) 3.1.6估算面积 (5) 3.1.7拟选管的规格、估算管内流速 (5) 3.1.8计算单程管数 (5) 3.1.9计算总管数 (5) 3.1.10管子的排列 (6) 3.1.11折流板 (6) 3.2核算传热系数 (6) 3.2.1计算管程传热系数 (6) 3.2.2计算壳程传热系数 (7) 3.2.3污垢热阻 (7) 3.2.4计算总传热系数 (7) 3.3核算传热面积 (7) 3.3.1计算估计传热面积 (7) 3.3.2计算实际传热面积 (8) 3.4压降计算 (8) 3.4.1计算管程压降 (8) 3.4.2计算壳程压降 (8) 3.5附件 (9) 3.5.1接管 (9) 3.5.2拉杆 (9) 4. 换热器结果一览总表 (10) 5. 设计结果概要 (11) 1.结果 (11) 6. 致谢 (12)

16Mn钢(热处理课程设计)

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、设计内容与基本要求 (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材料的性能及用途 (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及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、原理及相关设备,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、金属材料热处理及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、有关资料及设计标准规范的能力。 4.提高技术总结及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、设计内容与基本要求 设计内容: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,热处理设备及操作,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及提出技术要求。

汽车发动机活塞销的选材与热处理工艺课程设计讲课讲稿

汽车发动机活塞销的选材与热处理工艺课 程设计

1 汽车发动机活塞销的零件图如下 图1 汽车发动机活塞销零件尺寸图

2 服役条件与性能分析 活塞销(英文名称:Piston Pin),是装在活塞裙部的圆柱形销子,它的中部穿过连杆小头孔,用来连接活塞和连杆,把活塞承受的气体作用力传给连杆。为了减轻重量,活塞销一般用优质合金钢制造,并作成空心。塞销的结构形状很简单,基本上是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易,但活塞销的质量较大;两段截锥形孔的活塞销质量较小,且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大,所以接近于等强度梁,但锥孔加工较难。本次设计选用内孔为原形的活塞销。 服役条件:(1)高温条件下承受周期性强烈冲击和弯曲、剪切作用 (2)销表面承受较大的摩擦磨损。 失效形式:由于承受周期性的应力,使其发生疲劳断裂和表面严重磨损。 性能要求:(1)活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷,且由于活塞销在销孔内摆动角度不大,难以形成润滑油膜,因此润滑条件较差。为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性,质量尽可能小,销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量。在一般情况下,活塞销的刚度尤为重要,如果活塞销发生弯曲变形,可能使活塞销座损坏;(2)具有足够的冲击韧性;(3)具有较高的疲劳强度。 3 技术要求 活塞销技术要求: ①活塞销全部表面渗碳,渗碳层深度为0.8 ~ 1.2mm,渗碳层至心部组织应均匀过渡,不得有骤然转变。 ②表面硬度58 ~ 64 HRC,同一个活塞销上的硬度差应≤3 HRC。 ③活塞销心部硬度为24 ~ 40 HRC。

化工原理课程设计

《化工原理》课程设计报告精馏塔设计 学院 专业 班级 学号 姓名 指导教师

目录 苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计任务 (3) 一.设计题目 (3) 二.操作条件 (3) 三.塔设备型式 (3) 四.工作日 (3) 五.厂址 (3) 六.设计内容 (3) 设计方案 (4) 一.工艺流程 (4) 二.操作压力 (4) 三.进料热状态 (4) 四.加热方式 (4) 精馏塔工艺计算书 (5) 一.全塔的物料衡算 (5) 二.理论塔板数的确定 (5) 三.实际塔板数的确定 (7) 四.精馏塔工艺条件及相关物性数据的计算 (8) 五.塔体工艺尺寸设计 (10) 六.塔板工艺尺寸设计 (12) 七.塔板流体力学检验 (14) 八.塔板负荷性能图 (17) 九.接管尺寸计算 (19) 十.附属设备计算 (21) 设计结果一览表 (24) 设计总结 (26) 参考文献 (26)

苯-氯苯精馏塔的工艺设计 苯-氯苯分离过程精馏塔设计任务 一.设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔,要求年产纯度为99.6%的氯苯140000t,塔顶馏出液中含氯苯不高于0.1%。原料液中含氯苯为22%(以上均为质量%)。 二.操作条件 1.塔顶压强自选; 2.进料热状况自选; 3.回流比自选; 4.塔底加热蒸汽压强自选; 5.单板压降不大于0.9kPa; 三.塔板类型 板式塔或填料塔。 四.工作日 每年300天,每天24小时连续运行。 五.厂址 厂址为天津地区。 六.设计内容 1.设计方案的确定及流程说明 2. 精馏塔的物料衡算; 3.塔板数的确定; 4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算; 5.精馏塔主要工艺尺寸;

金属学课程设计——45号钢车床主轴热处理工艺设计

金属学课程设计——45号钢车床主轴热处理工艺设计《金属学与热处理》课程设计 45号钢车床主轴热处理工艺设计 学生姓名:X X X 学生学号:xxxxxxxxxxxxx 院(系):xxxxxxxx学院年级专业:xxxxxxxxxxxxxxx 指导教师:xxxxxxxxxxx 二〇一一年十二月 课程设计任务书 题目 45号钢车床主轴热处理工艺设计 1、课程设计的目的 使学生了解、设计45号钢车床主轴热处理生产工艺,主要目的:(1)培养学生 综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力,并使其所学知识得到巩固和发展。(2)学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。(3)进行热处理设计的基本技能训练,如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。 2、课程设计的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等) (1)零件使用工况及对零件性能的要求分析; (2)45号钢材料成分特点及性能特点分析; (3)车床主轴热处理工艺参数; (4)表面淬火方式确定; (5)设计说明书撰写,不低于3000字。 3、主要参考文献

[1] 崔明择主编.工程材料及其热处理[M]. 北京:机械工业出版社,2009.7. [2]崔忠析主编.金属学与热处理(第二版)[M]. 北京:机械工业出版社,2007.5 [3]王建安. 金属学与热处理[M]. 北京:机械工业出版社,1980 [4] 中国机械工程学会.热处理手册[M]. 北京:机械工业出版社,2006.7 [5] 范逸明.简明金属热处理工手册[M].北京:国防工业出版社,2006.3 4、课程设计工作进度计划 第18周:对给定题目进行认真分析,查阅相关文献资料,做好原始记录。 第19周:撰写课程设计说明书,并进行修改、完善,提交设计说明书。指导教师 日期年月日 (签字) 教研室意见: 年月日学生(签字): 接受任务时间: 年月日 课程设计(论文)指导教师成绩评定表题目名称 45号钢车床主轴热处理工艺设计 分得评分项目评价内涵值分 遵守各项纪律,工作刻苦努力,具有良好的科学01 学习态度 6 工作态度。 工作 表现通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠02 科学实践、调研 7 道获取与课程设计有关的材料。 20% 03 课题工作量 7 按期圆满完成规定的任务,工作量饱满。 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题, 04 综合运用知识的能力 10 能正确处理实验数据,能对课题进行理论分析, 得出有价值的结论。

热处理原理与工艺课程设计

* * 大学 热处理原理与工艺课程设计 题目: 50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺设计 院(系):机械工程学院 专业班级:** 学号:******* 学生姓名:** 指导教师:** 起止时间:2014-12-15至2014-12-19

课程设计任务及评语 院(系):机械工程学院教研室:材料教研室 学号******* 学生姓名** 专业班级*** 课程设计题目50Si 2 Mn弹簧钢的热处理工艺设计 课程设计要求与任务一、课设要求 熟悉设计题目,查阅相关文献资料,概述50Si 2 Mn弹簧钢的热处理工艺,制 定出热处理工艺路线,完成工艺设计;分析50Si 2 Mn弹簧钢的成分特性;阐述 50Si 2 Mn弹簧钢淬火、回火热处理工艺理论基础;阐述各热处理工序中材料的组织和性能;阐明弹簧钢的热处理处理常见缺陷的预防及补救方法;选择设备;给出所用参考文献。 二、课设任务 1.选定相应的热处理方法; 2.制定热处理工艺参数; 3.画出热处理工艺曲线图; 4分析各热处理工序中材料的组织和性能; 5.选择热处理设备 三、设计说明书要求 设计说明书包括三部分:1)概述;2)设计内容;3)参考文献。 工作计划 集中学习0.5天,资料查阅与学习,讨论0.5天,设计6天:1)概述0.5天,2)服役条件与性能要求0.5天,3)失效形式、材料的选择0.5天,4)结构形状与热处理工艺性0.5天,5)冷热加工工序安排0.5天,6)工艺流程图0.5天,7)热处理工艺设计1.5天,8)工艺的理论基础、原则0.5天, 09)可能出现的问题分析及防止措施0.5天,10)热处理质量分析0.5天,设计验收1天。 指 导 教 师 评 语 及 成 绩成绩:学生签字:指导教师签字: 年月日

化工原理课程设计报告样本

化工原理课程设计报告样本

《化工原理课程设计》报告 48000吨/年乙醇~水精馏装置设计 年级 专业 设计者姓名 设计单位 完成日期年月日 7

目录 一、概述 (4) 1.1 设计依据 (4) 1.2 技术来源 (4) 1.3 设计任务及要求 (5) 二:计算过程 (6) 1. 塔型选择 (6) 2. 操作条件的确定 (6) 2.1 操作压力 (6) 2.2 进料状态 (6) 2.3 加热方式 (7) 2.4 热能利用 (7) 3. 有关的工艺计算 (7) 3.1 最小回流比及操作回流比 的确定 (8) 3.2 塔顶产品产量、釜残液量及 7

加热蒸汽量的计算 (9) 3.3 全凝器冷凝介质的消耗量9 3.4 热能利用 (10) 3.5 理论塔板层数的确定 (10) 3.6 全塔效率的估算 (11) 3.7 实际塔板数P N (12) 4. 精馏塔主题尺寸的计算 (12) 4.1 精馏段与提馏段的体积流 量 (12) 4.1.1 精馏段 (12) 4.1.2 提馏段 (14) 4.2 塔径的计算 (15) 4.3 塔高的计算 (17) 5. 塔板结构尺寸的确定 (17) 5.1 塔板尺寸 (18) 5.2 弓形降液管 (18) 5.2.1 堰高 (18) 5.2.2 降液管底隙高度h019 7

5.2.3 进口堰高和受液盘 19 5.3 浮阀数目及排列 (19) 5.3.1 浮阀数目 (19) 5.3.2 排列 (20) 5.3.3 校核 (20) 6. 流体力学验算 (21) 6.1 气体通过浮阀塔板的压力 降(单板压降) h (21) p 6.1.1 干板阻力 h (21) c 6.1.2 板上充气液层阻力1h (21) 6.1.3 由表面张力引起的阻 (22) 力h 6.2 漏液验算 (22) 6.3 液泛验算 (22) 6.4 雾沫夹带验算 (23) 7. 操作性能负荷图 (23) 7.1 雾沫夹带上限线 (23) 7

课程设计论文热处理工艺设计

目录 第一章 热处理工设计目的 (1) 第二章 课程设计任务 (1) 第三章 热处理工艺设计方法 (1) 3.1 设计任务 (1) 3.2 设计方案 (2) 3.2.1 12CrNi3叶片泵轴的设计的分析 (2) 3.2.2 钢种材料 (2) 3.3设计说明 (3) 3.3.1 加工工艺流程 (3)

3.3.2 具体热处理工艺 (4) 3.4分析讨论 (11) 第四章 结束语 (13) 参考文献 (14)

12CrNi3叶片泵轴的热处理工艺设计 一. 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习,是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是: (1)培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力,并使其所学知识得到巩固和发展。 (2)学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。 (3)进行热处理设计的基本技能训练,如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。 二. 课程设计的任务 进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求,选定能实现技术要求的热处理方法,制定工艺参数,画出热处理工艺曲线图,选择热处理设备,设计或选定装夹具,作出热处理工艺卡。最后,写出设计说明书,说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。 三. 热处理工艺设计的方法 1. 设计任务 12CrNi3叶片泵轴零件图如图3.1

图3.1 12CrNi3叶片泵轴 2、设计方案 2.1.工作条件 叶片泵是由转子、定子、叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。叶片泵的结构紧凑,零件加工精度要求高。叶片泵转子旋转时,叶片在离心力和压力油的作用下,尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积,先由小到大吸油再由大到小排油,叶片旋转一周时,完成两次吸油与排油。泵轴在工作时承受扭转和弯曲疲劳,在花键和颈轴处收磨损。因此,要求轴有高的强度,良好的韧性及耐磨性。 2.1.1失效形式 叶片泵轴的主要失效形式是疲劳断裂,在花键和轴颈处可能发生工作面的磨损、咬伤,甚至是咬裂。 2.1.2性能要求 根据泵轴的受力情况和失效分析可知 ,叶片泵轴主要是要求轴具有高的强度,良好的韧性及耐磨性,以保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。 2.2钢种材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢,比12CrNi2A钢有更高的淬透性,因此,可以用于制造比12CrNi2A钢截面稍大的零件。该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能,钢的低温韧性好,缺口敏感性小,切削加工性能良好,当硬度为HB260~320时,相对切削加工性为60%~70%。另外,钢退火后硬度低、塑性好,因此,既可以采用切削加工方法制造模具,也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性,模具成型后需要进行渗碳处理,然后再进行淬火和低温回火,从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性,该钢适宜制造大、中型塑料模具。12CrNi3高级渗碳钢的淬透性较高 ,退火困难。由于不渗碳表面未经镀铜防渗 ,因此渗碳后进行低温回火 , 降低硬度 , 便于切去不渗碳表

化工原理课程设计报告(换热器)

《化工原理课程设计任务书》(1) 一、设计题目: 设计一台换热器 二、操作条件: 1.苯:入口温度80℃,出口温度40℃。 2.冷却介质:循环水,入口温度35℃。 3.允许压强降:不大于50kPa。 4.每年按300天计,每天24小时连续运行。 三、设备型式: 管壳式换热器 四、处理能力: 1. 99000吨/年苯 五、设计要求: 1.选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2.管壳式换热器的工艺计算和主要工艺尺寸的设计。 3.设计结果概要或设计结果一览表。 4.设备简图。(要求按比例画出主要结构及尺寸) 5.对本设计的评述及有关问题的讨论。 一、选定管壳式换热器的种类和工艺流程 1.选定管壳式换热器的种类 管壳式换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。与其他种类的换热器相比,其主要优点是:单位体积具有的传热面积较大以及传热效果较好;此外,结构简单,制造的材料范围较广,操作弹性也较大等。因此在高压高温和大型装置上多采用管壳式换热器。 管壳式换热器中,由于两流体的温度不同,管束和壳体的温度也不相同,因此他们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温度差较大(50℃以上)时,就可能由于热应力而引起设备变形,甚至弯曲或破裂,因此必须考虑这种热膨胀的影响。根据热补偿方法的不同,管壳式换热器有下面几种形式。

(1)固定管板式换热器 这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜,但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上,管板分别焊在外壳两端,并在其上连接有顶盖,顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一些列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的,而管内管外是两种不同温度的流体。因此,当管壁与壳壁温差较大时,由于两者的热膨胀不同,产生了很大的温差应力,以致管子扭弯或是管子从管板上松脱,甚至毁坏换热器。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置,一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时,为安全起见,换热器应有温差补偿装置。但补偿装置(膨胀节)只能用在壳壁与管壁温差低于60-70℃和壳程流体压强不高的情况下。一般壳程压强超过0.6MPa时,补偿圈过厚,难以伸缩,失去温差补偿作用,就要考虑其他结构。其结果如下图所示: (2)浮头式换热器 换热器的一块管板用法兰与外壳相连接,另一块管板不与外壳连接,以使管子受热或冷却时可以自由伸缩,但在这块管板上连接一个顶盖,称之为“浮头”,所以这种换热器称为浮头式换热器。其优点是:管束可以拉出,以便清洗;管束的膨胀不受壳体约束,因此当两种换热器介质的温差大时,不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点是结构复杂,造价高。其结构如下: (3) U型管换热器 这类换热器只有一个管板,管程至少为两程,管束可以抽出清洗,管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难,管子更换困难,管板上排列的管子少。其结构如下图所示: (4)填料函式换热器 这类换热器管束一端可以自由膨胀,结构比浮头式简单,造价也比浮头式低廉。但壳程内介质有外漏的可能,壳程中不应处理一易挥发、易燃易爆和有毒的介质。其结构如下: 由设计书的要求进行分析: 一般来说,设计时冷却水两端温度差可取为5℃~10℃。缺水地区选用较大的温度差,水资源丰富地区选用较小的温度差。青海是“中华水塔”,水资源 相对丰富,故选择冷却水较小的温度差6℃,即冷却水的出口温度为31℃。T m -t m =80+4025+31 -=32 22 ℃<50℃,且允许压强降不大于50kPa,可选择固定管板式换 热器。 2.工艺流程图 主要说明:由于循环冷却水较易结垢,为便于水垢清洗,所以选定循环水走管程,苯走壳程。如图所示,苯经泵抽上来,经加水器加热后,再经管道从接管C进入换热器壳程;冷却水则由泵抽上来经管道从接管A进入换热器管程。两物质在换热器中进行换热,苯从80℃被冷却至40℃之后,由接管D流出;循环冷却水则从25℃变为31℃,由接管B流出。 二、管壳式换热器的工艺计算和主要工艺尺寸的设计 1.估算传热面积,初选换热器型号 (1)基本物理性质数据的查取

热处理箱式电阻炉课程设计

热处理箱式电阻炉课程设计 一、设计任务 1、炉型:箱式炉 2、设计要求:(1)生产率或一次装炉量:100kg/h (2)零件尺寸:长、宽、高尺寸最大不超过150mm (3)零件材料:中、低碳钢、低合金钢及工具钢 (4)零件热处理工艺:淬火加热 3、任务分析: (1)生产率或一次装炉量为100kg/h ,属小型炉; (2)生产长、宽、高尺寸最大不超过150mm 的零件,选择箱式炉合理; (3)淬火加热工艺表明所设计的箱式炉属于中温范畴。 二、电阻炉的炉体结构设计 1、炉型选择:由于所生产的零件尺寸较小,都不大于150mm ,且品种较多,热处理 工艺为淬火加热,具体品种的淬透性不同,工艺有所差别,故采用周期作业中温箱式热处理炉进行设计。(额定温度为950℃) 2、炉膛设计 (1)典型零件的选定 参照设计任务的要求,选用40Cr 钢齿轮模拟设计 ①齿轮参数:分度圆mm d 128= 齿顶圆mm d a 136= 齿数32=z 模数 4=m 齿宽mm b 70= 全齿高mm h 9= 齿根圆mm d f 118= 齿轮孔径mm d 40=孔 ②设定工艺曲线: 加热时间 t=a ×k ×D (a :加热系数,k :工件装炉条件修正系数,D :工件 《热处理手册》第四版第二卷,机械工业出版p55 工艺周期为5h 《热处理设备》p117表5-4

有效厚度) 查表得:a 为1.2-1.5min/mm 取1.3 min/mm k 取1.8 故时间 t=1.3×1.8×70=163.8min 取加热时间3h ,保温时间2h 工艺周期为5h (2)确定炉膛尺寸 一次装炉量=生产率×周期=100kg/h ×5h=500kg 单位重量 kg kg d d 337.6108.7b ])2 ( )2[(m 322 =???-=孔π 零件个数 809.78337 .6500 ≈== n 个 查表可知,炉底单位面积生产率 h m kg P ?=20100 有效面积 22 01100 100m m P P F === 有效 由于工件之间距离为工件高度的0.3-0.5,故取工件之间距离为30mm 设计每次装炉80个零件,分两层分布,每层40个,纵向8个,横向5个 实际炉底面积 224.125.18 .01 m m K F F ≈== = 有效实 (K 为炉底利用系数,通常为0.8-0.85) 取 长 L=1.4m , 宽 B=1.0m 炉子高度一般为(0.52-0.90)B ,取0.6B ,故H=0.6m 3、炉体各部分结构 (1)炉衬:分为内层耐火层和外层保温层 内层:用QN —1.0的轻质耐火粘土砖 外层:B 级硅藻土砖,热导率为t 1023.0131.03 -?+,最高使用温度为900℃ (2)炉墙: 耐火层:QN —1.0轻质耐火粘土砖,规格为230×113×65mm ,热导率为 t 3110256.029.0-?+=λ,厚度 mm 1131=δ 保温层:B 级硅藻土砖,规格为230×113×65mm ,热导率为 t 1023.0131.03 -2?+=λ,厚度 mm 2302=δ 炉膛尺寸: L=1.4m B=1.0m H=0.6m 《热处理设备课程设计指导书》附表2

热处理工艺设计课程设计

北华航天工业学院 《热处理工艺设计》 课程设计报告 报告题目:CA8480轧辊车床主轴 和淬火量块 热处理工艺的设计 作者所在系部:材料工程系 作者所在专业:金属材料工程 作者所在班级:B10821 作者学号:20104082104 作者姓名:倪新光 指导教师姓名:翟红雁 完成时间:2013.06.27

课程设计任务书 课题名称 CA8480轧辊车床主轴和淬火量块 热处理工艺的设计 完成时间06.27 指导教师翟红雁职称教授学生姓名倪新光班级B10821 总体设计要求 一、设计要求 1.要求学生在教师指导下独立完成零件的选材; 2.要求学生弄清零件的工作环境。 3.要求学生通过对比、讨论选择出最合理的预先热处理工艺和最终热处理工艺方法; 4.要求学生分别制定出预先热处理和最终热处理工艺的正确工艺参数,包括加热方式、加热温度、保温时间以及冷却方式; 5.要求学生写出热处理目的、热处理后组织以及性能。 工作内容及时间进度安排 内容要求时间备注 讲解并自学《金属热处理工艺》课本第六章;收集资料, 分析所给零件的工作环境、性能要求, 了解热处理工艺设计的方法、内容和步骤; 通过对零件的分析,选择合适的材料以及技术要 求 0.5天 热处理工艺方法选择和工艺路线的制定 确定出几种(两种以上)工艺 线及热处理 方案,然后进行讨论对比优缺点, 确定最佳工艺 路线及热处理工艺方案 1.5天 热处理工艺参数的确定及热处理后组织、性能 查阅资料,确定出每种热处理工艺的参数, 包括加热方式、温度和时间,冷却方式等,并绘 出相应的热处理工艺曲线 1.5天 编写设计说明书按所提供的模板 0.5天 答辩1天 课程设计说明书内容要求 一. 分析零件的工作环境,确定出该零件的性能要求,结合技术要求,选出合适的材料,并阐述原因。 二. 工艺路线和热处理方案的讨论。要求两种以上方案进行讨论,条理清晰,优缺点明确。 三. 每种热处理工艺参数的确定(工序中涉及到的所有热处理工艺)。写出确定参数的理由和根据,(尽可能写出所使用的设备)要求每一种热处理工艺都要画出热处理工艺曲线; 四. 写出每个工序的目的以及该零件热处理后常见缺陷。

钢的热处理工艺课程设计

钢的热处理工艺课程设计 一、目的 1、深入理解热处理课程的基本理论。 2、初步学会制定零部件的热处理工艺。 3、了解与本设计有关的新技术、新工艺。 4、设计尽量采用最新技术成就,并注意和具体实践相结合。使设计 具有一定的先进性和实践性。 二、设计任务 1、编写设计说明书。 2、编制工序施工卡片。 3、绘制必要的工装图。 三、设计内容和步骤 (一)零部件简图、钢种和技术要求。 技术要求: 钢种:柄部45#钢刃部W6Mo5Cr4V2高速钢 要求:扁尾硬度为HRC25~45 刃部的3/4硬度为HRC63~65 (二)零部件的工作条件、破坏方式和性能要求分析。 1、高速钢锥柄麻花钻的工作条件: 工具的工作条件比较复杂,各种工具的工作条件又有较大的差异,加工时往往以摩擦为主,常有较大的冲击。机用工具切削速度较高,会产生大量的切削热,有时会发生切削刃软化现象。 作为机床上使用的金属切削工具,其主要工作部分是刀刃或刀尖,刀具在进行切削时,刀尖与工件之间,刀尖与切除的切削之间要产生强烈的

摩擦,刀尖要承受挤压应力,弯曲应力,还要承受不同程度的冲击力。同时伴随摩擦会产生高温。 金属切削工具首先应具备高的硬度和耐磨性。在一定条件下,工具的硬度越高,其耐磨性也越高。同时切削工具还具备足够的韧性,否则可能因为脆性过大,在外力作用下产生蹦刃,折断,破碎等现象。红硬性也是切削工具的重要性能,特别是高速切削工具,红硬性特别重要。 2、高速钢锥柄麻花钻的失效形式 由于工具种类的不同以及使用条件的差异,起失效形式也有所不同。切削工具失效主要由于磨损、横刃、外缘点磨损、崩刃、剥落、折断或加工的工件打不到技术要求等原因造成的 (1)磨损 磨损时切削工具在正常使用情况下最常见的失效形式。当切削工具发生严重磨损时,工具与被加工工件之间摩擦力增大,表现为切削时发出尖叫声或严重的震动,甚至无法切削。 磨损的产生大都是由于工具的切削刃与被切削工件之间的摩擦所产生的。有时也可能是由于在工具表面形成积痟瘤,形成粘合磨损所造成的。(2)崩刃 崩刃也是常见的失效形式,其中包括大的崩刃,小的崩刃,掉牙,掉齿等现象,很多的崩刃产生是由于切削时切削刃长期受循环应力所造成的一种疲劳断裂现象。 对间断切削的工具或切削时承受较大的载荷的工具如何提高韧性,减少崩刃非常重要。这类工具要求材料组织均匀,不应有严重的碳化物偏析,热处理硬度不宜过高,不能产生淬火,过热及回火不足等增加工具脆性的现象。 (3)断裂,破碎

天津大学化工原理课程设计

《化工原理》课程设计报告 真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计 学院天津大学化工学院 专业化学工程与工艺 班级 学号 姓名 指导教师

化工流体传热课程设计任务书 专业化学工程与工艺班级姓名学号(编号) (一)设计题目:真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计 (二)设计任务及条件 1、蒸发系统流程及有关条件见附图。 2、系统生产能力:40 万吨/年。 3、有效生产时间:300天/年。 4、设计内容:Ⅱ效预热器(组)第 3 台预热器的设计。 5、卤水分效预热器采用单管程固定管板式列管换热器,试根据附图中卤水预热的温度要求对预热器(组)进行设计。 6、卤水为易结垢工质,卤水流速不得低于0.5m/s。 7、换热管直径选为Φ38×3mm。 (三)设计项目 1、由物料衡算确定卤水流量。 2、假设K计算传热面积。 3、确定预热器的台数及工艺结构尺寸。 4、核算总传热系数。 5、核算压降。 6、确定预热器附件。 7、设计评述。 (四)设计要求 1、根据设计任务要求编制详细设计说明书。 2、按机械制图标准和规范,绘制预热器的工艺条件图(2#),注意工艺尺寸和结构的清晰表达。

设计说明书的编制 按下列条目编制并装订:(统一采用A4纸,左装订) (1)标题页,参阅文献1附录一。 (2)设计任务书。 (3)目录。 (4)说明书正文 设计简介:设计背景,目的,意义。 由物料衡算确定卤水流量。 假设K计算传热面积。 确定预热器的台数及工艺结构尺寸。 核算总传热系数。 核算压降。 确定预热器附件。 设计结果概要或设计一览表。 设计评述。 (5)主要符号说明。 (6)参考文献。 (7)预热器设计条件图。 主要参考文献 1. 贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津: 天津大学出版社, 2002 2. 柴诚敬,张国亮. 化工流体流动和传热. 北京: 化学工业出版社, 2007 3. 黄璐,王保国. 化工设计. 北京: 化学工业出版社, 2001 4. 机械制图 自学内容: 参考文献1,第一章、第三章及附录一、三; 参考文献2,第五~七章; 参考文献3,第1、3、4、5、11部分。

沈阳理工大学-大创版-热处理工艺课程设计教学大纲

《热处理工艺课程设计》教学大纲 (Design of Heat Treating Processes) 课程编号:050251002 学时/学分:3周/6学分 一、大纲说明 本大纲根据金属材料工程专业2012年教学计划制订 (一)适用专业:金属材料工程 (二)课程设计性质:金属材料工程专业必修课、考查课。 (三)主要先修课程和后续课程 1、先修课程:材料的力学性能,材料工程基础,材料的现代检测方法,材料科学基础 2、后续课程:工程材料学,热处理设备设计,材料的表面处理 二、课程设计目的及基本要求 1. 课程设计目的 (1)培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力,并使其受到卓越工程师基本的训练。 (2)学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。 (3)进行热处理设计的基本技能训练,如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。 2. 基本要求 在指导教师的指导下,独立完成2个典型零件的热处理工艺设计,写出设计说明书。 两个热处理工艺的类型为:(1)设计典型零件的一个普通热处理工艺;(2)钢的化学热处理工艺设计、表面热处理工艺设计、特种热处理工艺设计、铸铁热处理工艺设计和有色金属材料热处理工艺设计,任选其一。 热处理工艺制定以学生生产实习的企业为设计依据,包括零件图纸、材料种类、设备条件、管理规程等。 三、课程设计内容及安排 第一周钢的普通热处理工艺设计 第二周钢的化学热处理工艺设计、表面热处理工艺设计、特种热处理工艺设计、铸铁热处理工艺设计和有色金属材料热处理工艺设计,任选其一。 第三周周一~周三撰写设计说明书 周四~周五答辩 四、指导方式 教师面对面指导设计工作,解答疑难问题。

课程设计论文--热处理工艺设计(精选.)

沈阳理工大学热处理工艺课程设计 目录 第一章 热处理工设计目的 (1) 第二章 课程设计任务 (1) 第三章 热处理工艺设计方法 (1) 3.1 设计任务 (1) 3.2 设计方案 (2) 3.2.1 12CrNi3叶片泵轴的设计的分析 (2) 3.2.2 钢种材料 (2) 3.3设计说明 (3) 3.3.1 加工工艺流程 (3) 3.3.2 具体热处理工艺 (4) 3.4分析讨论 (11) 第四章 结束语 (13) 参考文献 (14)

沈阳理工大学热处理工艺课程设计 12CrNi3叶片泵轴的热处理工艺设计 一. 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习,是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是: (1)培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力,并使其所学知识得到巩固和发展。 (2)学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。 (3)进行热处理设计的基本技能训练,如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。 二. 课程设计的任务 进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求,选定能实现技术要求的热处理方法,制定工艺参数,画出热处理工艺曲线图,选择热处理设备,设计或选定装夹具,作出热处理工艺卡。最后,写出设计说明书,说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。 三. 热处理工艺设计的方法 1. 设计任务 12CrNi3叶片泵轴零件图如图3.1 图3.1 12CrNi3叶片泵轴

2、设计方案 2.1.工作条件 叶片泵是由转子、定子、叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。叶片泵的结构紧凑,零件加工精度要求高。叶片泵转子旋转时,叶片在离心力和压力油的作用下,尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积,先由小到大吸油再由大到小排油,叶片旋转一周时,完成两次吸油与排油。泵轴在工作时承受扭转和弯曲疲劳,在花键和颈轴处收磨损。因此,要求轴有高的强度,良好的韧性及耐磨性。 2.1.1失效形式 叶片泵轴的主要失效形式是疲劳断裂,在花键和轴颈处可能发生工作面的磨损、咬伤,甚至是咬裂。 2.1.2性能要求 根据泵轴的受力情况和失效分析可知 ,叶片泵轴主要是要求轴具有高的强度,良好的韧性及耐磨性,以保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。 2.2钢种材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢,比12CrNi2A钢有更高的淬透性,因此,可以用于制造比12CrNi2A钢截面稍大的零件。该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能,钢的低温韧性好,缺口敏感性小,切削加工性能良好,当硬度为HB260~320时,相对切削加工性为60%~70%。另外,钢退火后硬度低、塑性好,因此,既可以采用切削加工方法制造模具,也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性,模具成型后需要进行渗碳处理,然后再进行淬火和低温回火,从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性,该钢适宜制造大、中型塑料模具。12CrNi3高级渗碳钢的淬透性较高 ,退火困难。由于不渗碳表面未经镀铜防渗 ,因此渗碳后进行低温回火 , 降低硬度 , 便于切去不渗碳表面的渗碳层。材料加工成叶片泵轴需进行复杂的化学热处理,使心部硬度为 HRC31~HRC41,表面硬度不低于HRC60,从而使泵轴表面有较高硬度,心部呈现

课程设计退火炉温度控制系统

课程设计设计题目: 退火炉温度控制系统 学院: 专业: 班级: 姓名: 学号: 指导老师: 日期:

摘要 退火炉是金属热处理中的重要设备,它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间,然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。温度是退火炉的主要被控变量,是保证其产品质量的一个重要因素。退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。 本文以AT89C51单片机为控制核心,采用模块化的设计方案,包括硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括温度检测模块,按键模块,执行模块,LED显示模块,单片机最小系统。本设计要求采用电热丝加热,通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中,与系统给定值比较,从而对退火炉的温度进行控制,通过按键输入控制信号,三位LED显示炉温。最后设计出最少拍无纹波控制器,通过MATLAB 仿真检验是否有纹波。

目录 第1章绪论 (3) 1.1设计背景与算法 (3) 第2章课程设计的方案?5 2.1概述?5 2.2系统组成总体结构 (5) 第3章程序设计与程序清单 (7) 3.1单片机最小系统设计 (7) 3.1.1单片机选择 (7) 3.1.2时钟电路设计 (8) 3.1.3复位电路设计?9 3.2程序清单与电路图 (11) 3.3温度控制电路................................ 错误!未定义书签。第4章控制算法?18 4.1程序框图? 18 4.2算法设计 (19) 第5章课程设计总结?错误!未定义书签。

第1章 绪论 1.1 设计背景与算法 背景:退火炉是冶金和机械行业常用的热处理工业设备。一般说来,退货处理工艺师冶金和机械产品的最后处理工序,它的处理效果将直接影响产品的质量。因此,对退火炉的基本要求就是根据退火处理工艺曲线,提供准确的升温,保温及降温操作,同时保证颅内各处的温度均匀。在目前实际生产中,退火炉的种类很多,按燃料分有燃油炉、燃气炉、电炉等。电炉按台数计算占80%,燃油炉和燃气炉占20%。 退火是金属热处理中的重要工序,它是将金属缓慢加热到一定温度,保持足够时间,然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却,有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化,改善其塑性和韧性,使其化学成分均匀化,并去除其参与应力,或得到预期的物理性能。温度控制是热处理质量控制的重要技术措施,是退火控制的核心。智能温控将大大提高热处理质量,消除认为的不稳定因素,提高温度控制的精确程度,满足特殊材料的热处理要求。 同时,退火炉采用自动化技术控制温度,对保护生态环境方面也具有重要意义。退火炉的炉温动态特性直接影响产品的质量,生产过程中对钢材的温升曲线有较高的要求,温度过低,达不到退火的预期目的;温度过高将导致过热,甚至过烧。通过对退火炉中生产过程的优化控制和自动工艺管理控制,不但可以缩短生产周期,提高产量和质量,还可以减少人为因素造成的废品率。热处理后产生的废气对自然环境的污染很大,退火炉的燃料如果是欠氧燃烧,燃料燃烧不充分,则会产生大量黑烟,而过氧燃烧又会产生氮氧化合物等有害气体。若通过对燃烧过程进行有效控制,使燃烧在合理的空燃比下运行,则可以极大的减少退火炉对周边环境的污染,对构建科持续发展型社会就有积极的意义。 目前世界各国对能源消耗和大气环境的污染越来越重视,而我国既是钢铁大国又是能源大国,因此研究高性能退火炉温度控制系统具有极为重要的现实意义。 算法:在数字随动控制系统中,要求系统的输出值尽快地跟踪给定值的变化,最少拍控制是满足这一要求的一种离散化设计方法。 最少拍控制是一种直接数字设计方法。所谓最少拍,就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态,是系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。 闭环Z传函具有形式 z z z z N N ---+++=Φφφφ 221)(1

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