缸体热处理工艺

课程设计说明书 （ —— 学年 第 学期）

课程设计名称： 姓 名： 专 业 班 级 ： 学 号： 实 习 时 间 ：

设计说明书批改情况（由指导教师填写） 设计说明书成绩 教师 签字 批改 日期 （百分制,占课 程设计总成绩的70%） 报告评语 河南理工大学材料学院制

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目录

一、课程设计任务、目的及意义 ................................................................. 错误！未定义书签。

（一）设计任务： ................................................................................. 错误！未定义书签。 （二）设计目的： ................................................................................. 错误！未定义书签。 （三）设计意义： ................................................................................. 错误！未定义书签。 二、发动机缸体简介 ....................................................................................................................... 3 三、制造工艺 ................................................................................................................................... 4

（一）服役条件与性能分析 ................................................................................................... 4 （二）选材 ............................................................................................................................... 4 （三）缸体的机械加工工艺流程 ........................................................................................... 5 （四）缸体的热处理工艺流程 ............................................................. 错误！未定义书签。 四、具体热处理工艺 ..................................................................................... 错误！未定义书签。

（一）退火处理 ....................................................................................................................... 7 （二）正火处理 ....................................................................................................................... 7 （三）淬火处理 ....................................................................................................................... 8 （四）高温回火 ....................................................................................................................... 8 五、发动机缸体失效形式及解决办法 ........................................................................................... 8 六、总结........................................................................................................................................... 9 七、参考文献 ................................................................................................................................. 10

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题目：汽车发动机转向器轴齿的选材、工艺流程、热处理工艺及性能设计 一、课程设计任务、目的及意义

（一）设计任务：缸体是支承和保证活塞、连杆、曲轴等运动部件工作时的准确位置；保证发动机的换气、冷却和润滑；提供各种辅助系统、部件及发动机的安装。汽车发动机的缸体和上曲轴箱常.铸成一体，称为缸体——曲轴箱。

缸体是发动机的重要部件之一，随着汽车发动机技术的发展，对发动机缸体的尺寸精度和力学性能要求越来越高，因此对缸体铸件产品质量提出了更高的要求。缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。

根据缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把缸体分为以下三种形式。(1)一般式缸体：其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差(2)龙门式缸体：其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度较好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。(3)隧道式缸体：这种形式的缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。为了能够使缸体内表面在高温下正常工作，必须对缸体和缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。水冷发动机的缸体周围和缸盖中都加工有冷却水套，并且缸体和缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对缸体和缸盖起冷却作用。现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，缸体还可以分成单列式、V型和对置式三种。

（二）设计目的：（1）培养综合运用所学的材料学专业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。

（三）设计意义：通过热处理工艺课程设计的学习，把所学到的材料科学基础、金属材料学、热处理原理与工艺等专业课程知识灵活的运用到实践中，真正的通过自己对材料的选择、认识，工艺的掌握和运用，来熟练掌握这项基本工艺设计能力，从而反过来巩固所学专业知识，做到讲理论知识灵活恰当地运用到生产实践中。

二、发动机缸体简介

发动机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连成一体，是安装活塞、曲轴以及其他零件和附件的支承骨架。

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三、制造工艺

（一）服役条件与性能分析

服役条件：（1）缸体通常工作在高温、高载荷、磨损剧烈的条件下，承受较大的压力，受力复杂（2）工作在汽油的沉浸下，工作环境潮湿。

性能要求：缸体的工作条件决定了缸体必须具有高强度、高刚度、高硬度、高耐磨性以及良好的散热性，同时要有很好的密封性、防漏性、减振性等。 （二）选材

燃料喷射到气缸内，在气缸内压缩燃烧（柴油机）或者点燃（汽油机），燃烧后有很大压力，这个压力可以推动活塞运动，活塞运动给发动机提供动力来源。所以气缸工作表面经常与高温、高压的燃气相接触，且活塞在其中作高速往复运动，所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。为了满足以上条件，常常采用优质合金铸铁作为气缸体的材料，气缸的内壁按2级精度并经过珩磨加工，使其工作表面的表面粗糙度、形状和尺寸精度都达到比较高的要求。为了提高气缸表面的耐磨性，一般是用优质灰铸铁，有时在灰铸铁中加入少量合金元素如镍、钼、铬、磷等。但是，如果缸体材料全部用优质耐磨材料来制造，将造成材料上的浪费。因为除了与活塞配合的汽缸体表面之外，其他各部分的耐磨性要求并不高，所以近年来广泛采用镶入气体内的气缸套，形成气缸工作表面。这样，缸套可用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，以延长气缸使用寿命，而缸体则可采用价格降低的普通铸铁或铝合金等材料制造。 在这里我选择普通铸铁:HT200 HT250

（1）HT200较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理。

（2）HT250强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性能较优，需进行人工时效处理。

HT200的成分及含量（质量百分数）

C:3.0～3.6 S:≤0.12 P：<0.15 Mn：0.6～1.0 Si：1.4～2.0 HT250的成分及含量（质量百分数）

C:3.16～3.30 S:0.094~0.125 P:0.12~0.17Mn：0.89～1.04 Si：1.79～1.93 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。 硫（S）：在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。在高温下，降低钢的塑性，是一种有害元素，它以熔点较低的FeS的形式存在；单独存在的FeS的熔点只有1190℃，而在钢中与铁形成共晶体的共晶温度更低，只有988℃，当钢凝固时，硫化铁析集在原生晶界处。钢在1100-1200℃进行轧制时，晶界上的FeS就将熔化，大大地削弱了晶粒之间的结合力，导致钢的热脆现象。因此对硫应严加控制，一般控制在0.020%-0.050%。为了防止因硫导致的脆性，应加入足够的锰，使其形成熔点较高的MnS。若钢中含硫量偏高，焊接时由于SO2的产生，将在焊接金属内形成气孔和疏松。

磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变

坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。磷在钢中固溶强化和冷作硬化作用强，作为合金元素加入低合金结构钢中，能提高其强度和钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。磷与硫和锰联合使用，能增加钢的被切削性能，增加加工件的表面质量，用于易切钢，所以易切钢含磷也较高。磷溶于铁素体，虽然能提高钢的强度和硬度，最大的害处是偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工时容易脆裂，也即所谓”冷脆”现象。磷对焊接性也有不良影响。磷是有害

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元素，应严加控制，一般含量不大于0.030%-0.040%

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碍或不起作用，可推迟珠光体相变使C曲线右移，Ms点降低，提高过冷奥氏体的稳定性，从而降低淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。显著地减慢马氏体在较低温度的分解，显著阻碍碳化物的聚集，阻碍钢在回火时消除各类畸变的作用，从而增强了钢的回火稳定性。可提高a相的再结晶温度，可使钢回火脆性显著增强。

HT250淬火可达HRC60，但是灰口铸铁(HT200、HT250等)一般都是在退火或正火状态下使用,不进行淬火处理.如果是局部需要硬度的话,可进行高、中频淬火既可。中频淬火：淬硬层3~ 5毫米，硬度HRC50，工件变形较小。高频淬火：淬硬层1~2毫米，淬火温度850℃，表面硬度HRC50以上；淬火温度900~1000℃，表面硬度可达HRC60。 （三）缸体的机械加工工艺流程

通常采用铸造（砂型铸造）的方法，（缸盖制造如

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