熱處理工藝課程設計---飼料粉碎機錘片熱處理工藝的設計

1、<p><b>　　熱處理工藝</b></p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　課程名稱： 金 屬 熱 處 理 工 藝 學 </p><p>　　設計題目： 飼料粉碎機錘片熱處理工藝的設計 </p><p>　　院 系： 機 械 工 程 學 院

2、 </p><p>　　班 級： 材料成型及控制工程 0901 </p><p>　　熱處理工藝課程設計任務書</p><p>　　設計題目：飼料粉碎機錘片熱處理工藝的設計</p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p>　　院系專業(yè)：機械工程學院材料0901班&

3、lt;/p><p><b>　　設計要求：</b></p><p><b>　　1.相變點的確定</b></p><p>　　2.熱處理工藝參數(shù)的制定</p><p>　　3.熱處理設備的選擇</p><p>　　4.組織特點和性能分析</p><p>&

4、lt;b>　　5.工藝卡片填寫</b></p><p><b>　　學生應完成的任務：</b></p><p>　　進行零件的加工路線中有關熱處理工序和熱處理輔助工序的設計。根據(jù)零件的技術要求，選定能實現(xiàn)技術要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇設備，設計或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫出設計說明書，說明書中要求對各種熱處

5、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。</p><p><b>　　任務下達日期:</b></p><p><b>　　任務完成日期：</b></p><p><b>　　答辯日期：</b></p><p><b>　　指導老師： </b&

6、gt;</p><p><b>　　學生簽名：</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 熱處理工藝課程設計的目的 --------------------4</p><p>　　2 零件的技術要求及選材 ------------------------4

7、</p><p>　　2.1技術要求 -------------------------------4</p><p>　　2.2錘片的服役條件及可能的失效形式---------5</p><p>　　2.3材料的選擇----------------------------7</p><p>　　2.4化學成分及合金元素的作用 -

8、--------------7</p><p>　　3 熱處理工藝課程設計的內(nèi)容及步驟 -------------8</p><p>　　3.1相變點的確定 ---------------------------8</p><p>　　3.2熱處理工藝 -----------------------------9</p><p&

9、gt;　　3.2.1工藝流程 -------------------------9</p><p>　　3.2.2熱處理工藝參數(shù)的制定 -------------9</p><p>　　3.2.3所選熱處理工藝的目的 -------------12</p><p>　　3.2.4操作過程中的注意事項 -------------13</p

10、><p>　　3.3熱處理設備的選擇 -----------------------14</p><p>　　3.4組織特點和性能的分析 -------------------15</p><p>　　4 飼料粉碎機錘片熱處理工藝的改進-----------15</p><p>　　5 收獲和體會 ---------------

11、------------------16</p><p>　　6 參考文獻 -----------------------------------17</p><p>　　7 附表1 熱處理工藝卡 -------------------------18</p><p>　　§1 熱處理工藝課程設計的目的</p><p>

12、;　　熱處理工藝課程設計是高等學校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設計練習，是熱處理原理與工藝課程的最后一個教學環(huán)節(jié)。其目的是：（1）培養(yǎng)學生綜合運用所學熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學知識得到鞏固和發(fā)展。</p><p>　?。?）學習熱處理工藝設計的一般方法、熱處理設備選用和夾具設計等。</p><p>　?。?）進行熱處理設計的基本技能訓練，如計算、零件繪圖和學習使用設計資

13、料、手冊、標準和規(guī)范。</p><p>　　因此，本課程設計要求我們綜合運用所學知識來解決生產(chǎn)實踐中的熱處理工藝制定問題，包括工藝設計中的細節(jié)問題，如設備的選用，夾具的設計等。要求我們設計工藝流程，這需要翻查大量的文獻典籍。如何靈活使用資料、手冊，怎樣高效查找所需信息，以及手冊的查找規(guī)范和標準等，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，才能不斷進步。</p><p>　　材

14、料熱處理工藝課程設計是培養(yǎng)材料專業(yè)學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，且科學的實踐能夠有效鞏固甚至發(fā)展原有的理論，因此，本課程設計通過給出20余種不同牌號的材料，要求學生以個人（允許討論）或組隊的方式完成熱處理工藝的設計，對學生鞏固已學熱處理知識、學習使用工具書、增強團隊合作意識等是大有裨益的。</p><p>　　§2零件的技術要求及選材<

15、;/p><p><b>　　2.1技術要求 </b></p><p>　　隨著家禽、家畜等動物養(yǎng)殖業(yè)在我國的大量發(fā)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） 的粉碎機械—飼料粉碎機, 在我國廣大農(nóng)村和專業(yè)養(yǎng)殖場得到大量應用。粉碎機在工作過程中, 旋轉的錘片不停地錘擊（切斷）作物秸

16、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)生了很強烈的摩擦, 所以錘片的磨損十分嚴重, 需要經(jīng)常更換。</p><p>　　錘片式粉碎機具有適應性強、用途廣、構造簡單、易于制造維修、造價便宜等一系列優(yōu)點,所以在許多領域,特別是在飼料加工工業(yè)被廣

17、泛應用.錘片是錘片式粉碎機的重要部件,它影響著粉碎質(zhì)量、產(chǎn)量、電耗、成本,是粉碎機的關鍵部件之一。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轉盤相連接，在工作轉盤高速旋轉，使錘片產(chǎn)生較大的沖擊能量，反復錘擊送進的秸稈等過程中，使之粉碎.錘片在工作空間內(nèi)往復的運動與與農(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度與韌性，以承受沖

18、擊載荷的作用。其工作的兩端應有一定的硬度要求，錘片經(jīng)熱處理或淬火回火后的表面硬度為22～28HRC。</p><p>　　下圖為飼料粉碎機的工作原理圖</p><p>　　2.2錘片的服役條件及可能的失效形式</p><p>　　從飼料粉碎機的使用情況來看，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。從圖2可以看出錘片與作

19、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，還未使用的那一端與磨損這一端換個位置，粉碎機才能繼續(xù)工作，直至新裝的這頭也被磨損呈圓弧形時則整個錘片報廢。</p><p>　　錘片為主要的工作部件也是易損件，在工作中轉盤高速旋轉，是錘片產(chǎn)生較大的沖擊能量，反復錘擊送進的秸稈等過

20、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。從金屬摩擦學角度來看砂礫對錘片的磨損型式屬于典型的磨粒磨損。</p><p><b>　　2.3材料的選擇 </b></p><p>　　使用壽命的高低取決于其表面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

21、低了加工成本?？紤]以上因素，我們可以選用45鋼。45鋼的力學性能見下表2—2.1</p><p><b>　　表2-2.1</b></p><p>　　45鋼是中碳結構鋼，冷熱加工性能都不錯，機械性能較好，且價格低、來源廣，所以應用廣泛。45鋼的強度較高，調(diào)質(zhì)后塑性和韌性好，用于制作承受負載荷較大的小截面調(diào)質(zhì)件。它的最大弱點是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜

22、采用</p><p>　　2.4化學成分及合金元素的作用</p><p>　　45鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼 </p><p><b>　　45鋼的熱導率</b></p><p>　　45鋼所含元素的作用：</p><p>　　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

23、磨性及紅硬性。</p><p>　　錳 錳能強化鐵素體，有固溶強化，特別是在低合金普通結構鋼中效果較好。錳提高鋼的淬透性。錳降低鋼的A1溫度，強化C的促進晶粒長大作用，所以促進晶粒長大，增大鋼的過熱敏感性。錳促進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。<

24、/p><p>　　硅 硅是鐵素體形成元素，有較強的固溶強化效果，所以可提高鋼的強度。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時作用較大，所以也提高了鋼淬透性。硅抑制:ε-K形核長大及轉變，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。</p><p>　　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。&l

25、t;/p><p>　　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?，降低耐腐蝕性。</p><p>　　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。</p><p>　　§3熱處理工藝

26、課程設計的內(nèi)容及步驟</p><p><b>　　3.1相變點的確定</b></p><p>　　其相圖較復雜。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：</p><p><b>　　3.2 熱處理工藝</b></p><p><b>　　3.2.1工藝流程</b&

27、gt;</p><p>　　用45鋼制作飼料粉碎機錘片的工藝流程為：</p><p>　　板材→剪切→堆焊→淬火→回火</p><p><b>　　淬火及回火示意圖：</b></p><p>　　45鋼的最終熱處理采用淬火+高溫回火的工藝</p><p>　　3.2.2熱處理工藝參數(shù)的制定 &

28、lt;/p><p>　　根據(jù)時間計算公式τ=a×K×D 【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)驗公式等，查找資料，將工藝參數(shù)制表如下：</p><p><b>　　熱處理工藝參數(shù)表</b></p><p><b>　　各參數(shù)確定如下：</b>&l

29、t;/p><p>　　裝爐修正系數(shù)K的確定：</p><p>　　在45鋼熱處理時在吊籃中間隔為5mm，</p><p>　　所以裝爐修正系數(shù)K取2.0。</p><p>　　2）由鋼種決定的加熱系數(shù)a（min/mm）的確定：</p><p>　　常溫鋼的加熱系數(shù) 1</p><p>　　實驗表明4

30、5鋼淬火溫度選擇為830℃時候獲得的力學性能是最佳的由上表得取加熱系數(shù)a=1.2（ min/mm）</p><p>　　3）工件有效厚度的確定：</p><p>　　下表為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)表，有此可計算出工件的有效厚度為：</p><p>　　D=邊長×形狀系數(shù)=7.1×0.7=5mm。</p>&

31、lt;p>　　根據(jù)時間計算公式τ=a×K×D 【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)驗公式等，查找資料，τ=a×K×D=1.2×2.0×5=12min</p><p>　　4）回火時間的確定：</p><p>　　因為粉碎機的錘片的有效厚度只有5mm，可知保溫時間

32、可以選為60min。但為了回透，選擇90～120min。</p><p>　　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) 1</p><p>　　5） 淬火溫度的確定：45鋼淬火溫度在Ac3+(30~50) ℃，在實際操作中，一般是取上限的。</p><p>　　回火溫度的確定：45鋼淬火后回火采用簡易公式計算</p><p>　　

33、t=819-10HRC</p><p>　　HRC——技術要求的硬度</p><p>　　3.2.3所選熱處理工藝的目的</p><p>　?、糯慊?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

34、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性能惡化。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化而來的。因此，無論是其組織性能還是力學性能都與其熱處理工藝有關，故控制其性能的關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佳. 提高45鋼錘片的強度、硬度和

35、耐磨性并且使其具有良好的綜合機械性能。</p><p>　?、聘邷鼗鼗?減少或消除淬火應力，提高塑性和韌性，獲得強度、硬度、塑性和韌性的適當配合，從而滿足不同的工件的性能要求。</p><p>　?、嵌押?在錘片表面堆焊碳化鎢硬質(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遠超出2 倍。因

36、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。錘片在進行碳化鎢堆焊之前, 都必須先放入工業(yè)爐中

37、進行預熱。焊前預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)生的熱應力并防止堆焊層及其周圍的熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。</p><p>　　3.2.4操作過程中的注意事項</p><p>　　45鋼淬火溫度在A3+(30~50) ℃，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，表面氧化減少，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

38、量大，就需適當延長保溫時間。不然，可能會出現(xiàn)因加熱不均勻造成硬度不足的現(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。</p><p>　　因為45鋼淬透性低，故應采用冷卻速度大的10%鹽水溶液。工件入水后，應該淬透，但不是冷透，如果工件在鹽水中冷透，就有可能使工件開裂，這是因為當工件冷卻到180℃左右時，奧氏體迅速轉變?yōu)轳R氏體造成

39、過大的組織應力所致。因此，當淬火工件快冷到該溫度區(qū)域，就應采取緩冷的方法。由于出水溫度難以掌握，須憑經(jīng)驗操作，當水中的工件抖動停止， 即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜動不宜靜，應按照工件的幾何形狀，作規(guī)則運動。靜止的冷卻介質(zhì)加上靜止的工件，導致硬度不均勻，應力不均勻而使工件變形大，甚至開裂。</p><p>　　45鋼調(diào)質(zhì)件淬火后的硬度應該達到HRC56～59，截面大的可能低些。</p>

40、<p>　　45鋼淬火后的高溫回火，加熱溫度通常為560~600℃，硬度要求為HRC22~34。因為調(diào)質(zhì)的目的是得到綜合機械性能，所以硬度范圍比較寬?；鼗鸨貢r間，視硬度要求和工件大小而定，回火后的硬度取決于回火溫度，與回火時間關系不大，但必須回透，一般工件回火保溫時間總在2小時以上。</p><p>　　3.3熱處理設備的選擇 </p><p>　　45鋼淬火（830℃）與

41、高溫回火（560℃）可以選擇中溫箱式保護氣氛電阻爐：額定功率75kW,最高工作溫度950℃,爐膛尺寸(mm):800×900×550,重量5350kg</p><p>　　3.4組織特點和性能的分析</p><p><b>　　3.4.1淬火組織</b></p><p>　　45鋼750℃水淬所得到的基體組織與840℃所得到

42、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Ac3（780℃）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。這是因為將45 鋼加熱到840℃時奧氏體晶粒較細，并且融入了足夠的碳，因此淬火后可以得到細晶的馬氏體組織。</p><p><b>　　3.4.2回火組織</b></p>

43、<p>　　45鋼在840℃淬火后選擇在560℃回火，獲得回火索氏體組織。從而消除淬火鋼的殘余內(nèi)應力，得到不同強度、硬度與韌性。與正火處理相比鋼調(diào)質(zhì)后，在相同條件下，鋼的屈服強度，韌性和塑性明顯提高。</p><p>　　4 飼料粉碎機錘片熱處理工藝的改進</p><p>　　我國飼料粉碎機基本上由小型農(nóng)機廠制造，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

44、要堆焊碳化鎢合金，而堆焊工藝要求高，否則碳化鎢合金在錘片上焊不牢，使用中易崩掉，因此，只適合設備和技術力量較強的專業(yè)工廠生產(chǎn)。那么能否在現(xiàn)有的小型農(nóng)機廠生產(chǎn)設備的基礎上，制造出耐磨性良好的錘片呢？</p><p>　　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制造廠完成的熱處理工藝。實驗表明以45鋼制的錘片為基體，在其表面滲硼的表面化學處理工藝是可行的。</p>

45、<p>　　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 張兆德.金屬學及熱處理基礎.北京：機械工業(yè)出版社，1988）</p><p>　　§5 收獲和體會 </p><p>　　這次課程設計我與王娟娟同學一組，進行了飼料粉碎機錘片的熱處理

46、工藝設計，熱處理工藝設計主要是進行零件的加工路線中有關熱處理工序和熱處理輔助工序的設計。根據(jù)零件的技術要求，選定能實現(xiàn)技術要求的熱處理方法，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敘述?，F(xiàn)將在設計過程中的點滴體會記錄如下：</p><p>　　個人覺得本次設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，但是無論我們怎么對比分析，都不能很好的把找到

47、的資料直接應用到我們的設計中去。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的東西，需要我們深入學習所找到的資料，對45鋼有更深入的認識。只有在理解的基礎上再應用到設計中，才能最貼切的表達出我們對設計要求。此外，資料多了，編排也是一個問題，怎樣才能讓“讀者”明白我們在說什么，這中間也要求有足夠的邏輯思維，先說什么后說什么，從因到果，或者有果及因，最重要的是讓“讀者”一目了然

48、。</p><p>　　本次課程設計讓我更加深刻的認識到，要把工件的設計工藝完全做出來并不簡單?；蛟S是因為我們太少經(jīng)理實踐，太少運用專業(yè)知識去處理事情。但是更多的是因為我們不知道要怎樣獲取我們所需要的知識，怎樣去結合知識完成設計工藝。理論聯(lián)系實際不是一句空話，真正的學以致用也不是一句標語，只有自己扎扎實實地做了，才能對曲線上的每個點有所體會，才能徹底嘆服前人無數(shù)次實驗的精華。</p><p&g

49、t;　　這中間牽扯到獨立思考和交流合作的問題。我們既是個人又是團隊，毫不掩飾地說，本次課程設計的大部分時間都花在了查找資料和相互討論上了，搜索信息的過程就是獨立思考問題的過程，相互討論是交流和取長補短。</p><p>　　熱處理工藝設計大家殊途同歸，每個人都有自己的出發(fā)點和獨到的見解，重要的不是完成一份說明書，而是在做課程設計的過程中我們學到了什么，這個過程遠比結果要重要得多。</p><p

50、>　　由于本人和一起合作的同學均無實際經(jīng)驗，見識尚淺薄，且能力和精力有限，說明書中有許多不足之處，懇請老師斧正，在此十分感謝。</p><p><b>　　§6 參考文獻</b></p><p>　　本說明書使用到的參考文獻如下：</p><p>　　1《熱處理工程師手冊》，樊東黎主編，機械工業(yè)出版社；</p>&

51、lt;p>　　2《熱處理技師手冊》，張玉庭主編，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　3《熱處理手冊（共4卷）》，中國機械工程學會熱處理學會，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　4《熱處理實用數(shù)據(jù)速查手冊》，葉衛(wèi)平主編，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　5《金屬熱處理工藝學》，夏立芳，哈爾濱工業(yè)大學出版社；</p><p>　　6