汽车发动机活塞销的选材与热处理工艺课程设计.pdf

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1、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：PistonPin），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

2、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

3、有骤然转变。②表面硬度58～64HRC，同一个活塞销上的硬度差应≤3HRC。③活塞销心部硬度为24～40HRC。④活塞销渗碳层的显微组织应为细针马氏体，允许有少量均匀分布的细小粒状碳化物，不得有针状和连续网状分布的游离碳化物存在。心部的针状应是低碳马氏体及铁素体。...表1活塞销内、外圆渗碳技术要求活塞销壁厚外圆表面渗碳层厚度内孔表面渗碳层厚内外圆表面渗碳层厚mmmm度mm度之和占壁厚的比例%1.5~3≥0.25≤40≥0.053~4≥0.30≤354~6≥0.40≥0.106~80.50~1.20≤338~100.60~1.20≥0.40>100.80~1.70-4选材活塞销的

4、材料一般为低碳钢或低碳合金钢，如20、15Cr、20Cr或2OCrMnTi等。外表面渗碳淬硬，再经精磨和抛光等精加工。这样既提高了表面硬度和耐磨性，又保证有较高的强度和冲击韧性。（1）20钢为低碳钢，由于碳含量低，淬透性差，强度低，即使渗碳以后，强度仍然不高，只适应于表面耐磨、载荷小、冲击轻微要求强度低的小工件，如轴套、链条、小水阀等。（2）15Cr是一种常用的低碳合金渗碳钢，在渗碳时可显著地增加表面含碳量，增大渗碳深度，但在高温长时间渗碳时有晶粒长大倾向及形成网状碳化物的倾向；对形状简单、要求不高的零件，渗碳后可直接降温淬火，但热处理后变形较大，又有回火脆性。（3）20Cr与1

5、5Cr钢相比，有较高的强度及淬透性，在油中临界淬透直径达4～22mm，在水中临界淬透直径达11～40mm，但韧性较差，此钢渗碳时仍有晶粒长大倾向，降温直接淬火对冲击韧性影响较大，所以渗碳后需淬火以提高零件心部韧性，无回火脆性。(3)20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢。汽车上多用其制造传动齿轮，是中淬透性渗碳钢，其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳...硬化处理用钢。良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。主要用途有：用于齿轮，轴类，活塞类零配件以及汽车，飞机各种

6、特殊零件部位。综合这几种材料的性能与经济因素等，最终本次设计选用20Cr作为活塞销的加工材料。表220Cr钢的成分及含量（质量百分数）合金元素CSiMnCr含量wt%0.18～0.240.17～0.370.50～0.800.70～1.00各元素的作用：碳（C）：使基体达到一定的强韧度主要贡献元素。铬（Cr）：降低相变?Gγ→α驱动力,也阻止了相变时碳化物的形核长大，所以提高钢的淬透性；碳化物形成元素，回火时阻止M3C型长大，提高回火稳定性；Cr的碳化物稳定，不易长大，能细化晶粒，改善碳化物均匀性；Cr促进杂质原子偏聚，增大回火脆性倾向；同时能提高钢的抗氧化性；全部淬透零件在高温回

7、火后可获得高而均匀的综合力学性能，特别是高的屈强比，能提高材料的疲劳强度。锰（Mn）：Mn强化铁素体，其固溶强化效果非常明显；Mn降低相变?Gγ→α驱动力使奥氏体等温转变曲线右移，提高淬透性；奥氏体形成元素，降低钢的A1温度，促进颗粒长大，增大钢的过热敏感度；Mn促进有害元素在晶界上的偏聚，增大钢的回火脆性倾向。硅（Si）：有利于铁素体组织的形成，在钢中不形成碳化物，主要固溶于铁中。对奥氏体形成速度无甚影响，可升高A1点，相对的减缓了奥氏体的形成速度。对加热时奥氏体晶粒大小稍有阻