活塞的材料分析及热处理工艺分析

摘要：活塞是一种做往复式活塞运动的零件。目前活塞多采用低碳渗碳钢、中碳渗碳钢或高碳钢制造，本文首先阐述了活塞的工作条件和主要损坏形式，然后再根据服役条件，失效分析和性能要求研究，同时考虑经济性的前提下，选择几种材料进行对比分析，认为在满足技术条件的情况下，选择最有效的材料。最后再进行需要材料所达到要求的热处理工艺。

关键词：活塞；工作条件；失效分析；力学性能；热处理

The analysis of piston material and heat treatment process

Abstract：Piston is a kind of parts do reciprocating piston movement. At present, a lot of piston carburizing steel which low-carbon carburizing steel, medium carbon or high carbon steel manufacturing, this paper expounds the working conditions of the piston and the main form of damage, and then according to the service condition, failure analysis and performance requirements, under the premise of considering economy, choose several kinds of materials, this paper compares and analyzes think in the case of technical conditions, choose the most effective materials. Finally, meet the requirements of heat treatment process to need the material.

Keywords：piston；failure analysis；The working conditions；Mechanical properties；Heat treatment

一、活塞的工作环境及失效分析

1.1活塞的工作环境…………………………………………………………1

1.2活塞的常见损坏和失效形式…………………………………………...2

1.3活塞的性能要求…………………………………………………………2

二、活塞的材料分析

2.1力学性能…………………………………………………………………4

2.2化学成分…………………………………………………………………4

2.3经济性……………………………………………………………………6

2.4比较分析…………………………………………………………………6

三、活塞的热处理工艺分析

3.1热处理工艺方法分析……………………………………………………7

3.2活塞材料的加工工艺路线………………………………………………8

3.3热处理工艺制度分析……………………………………………………9

3.4 热处理设备……………………………………………………………...16

四、结论………………………………………………………………………20

参考文献……………………………………………………............................21

结论

本文对30CrNi2MoV、40Cr和ZG45在硬度、力学性能、化学成分和经济性这几个方面进行了探讨，得出选用30CrNi2MoV作为活塞的材料。30CrNi2MoV有着中等的硬度，极高的抗拉强度和屈服强度，能很好的适应GCD1500冲击钻活塞的高速、高压、高频率的工作环境；较高的强韧性和抗冲击疲劳性，材料能有效地在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力；碳含量较低，所以焊接性能较高，同时含碳量较低时，还能增强钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的钢就不易锈蚀；极少的镍含量，有助于减小表面吸收碳原子的能力，降低表层含碳量，但增加淬透性和碳的扩散系数；在高温时能保持足够的强度和抗蠕变能力，还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性，提高其力学性能；断面结晶密实；作为合金钢，不高的经济成本。

合理的热处理工艺是提高30CrNi2MoV的力学性能的关键。30CrNi2MoV,采用渗碳、淬火与回火处理能满足液压冲击钻机冲击活塞整体高强韧性和抗冲击疲劳强度、活塞表层高硬度壳层结构、冲击工作端高硬度与高强韧性相配合的使用性能要求。渗碳处理后期应采取合适的扩散措施，使活塞渗碳层表层高碳量层向心部未渗碳区含碳量平缓过渡,并使活塞在淬火回火后表层向心部的硬度值下降能平缓过渡,防止渗碳层与心部未渗入区含碳量骤降而导致硬度突变，以避免表层易于剥落崩裂。渗碳、淬火回火处理之后,冲击活塞的表面硬度为HRC59~ 60、心部硬度为HRC46 左右为宜,冲击活塞用钢必须有良好的淬透性,表面的硬度、心部的硬度都分别要求均匀一致,不允许性能不均匀的现象存在,这是保证冲击活塞正常使用并获得高使用寿命的关键。渗碳、淬火回火之后，冲击活塞表层为细片状回火马氏体、心部为细密板条状回火马氏体是比较理想的金相组织。

参考文献

【1】刘舜尧.液压冲击钻机冲击活塞的选材与热处理工艺研究【D】，中南大学.

【2】王忠，郑明新.机械工程材料【M】.北京：清华大学出版社，2006-01-09.

【3】吴承建，强文江.陈国良等编著.金属材料学【M】.北京：冶金工业出版社.2009.

【4】胡光立，谢希文.钢的热处理【M】.西安,西北工业大学出版社，2010-02

【5】中国机械工程学会热处理学会热处理手册编委会.热处理手册第一册热处理设备和工辅材料【J】.北京：机械工业出版社，2008，187.

【6】中国机械工程学会热处理专业分会《热处理手册》编委会.热处理手册第三卷热处理设备和工辅材料（第三版）【J】.北京,机械工业出版社，2001-01.

【7】吉泽升.热处理炉【M】.哈尔滨工业大学出版社.2008.