文档介绍：《金属热处理原理与工艺》课程设计
材料:结构钢40Mn2B
主要特性
    这是一种中碳调质锰钢,钢的强度、塑性和耐磨性都较高,可切削性及热处理工艺性能亦好,~23mm,在水中临界淬透直径达20~42mm;但存在回火脆性和过热敏感性,而且淬火时易于开裂。此钢有白点敏感性,冷变形塑性不高,焊接性差,需要预热到100~425℃后方可焊接。
应用举例
    一般在调质状态下使用,可用于制造重负荷条件下工作的零件,如轴、曲轴、车轴、活塞杆、蜗杆、杠杆、连杆、有负荷的螺栓、螺钉、加固环、弹簧以及其它调质件。一般用于直径小于50mm的小截面重要零件时,这种钢的静强度及疲劳性能均与40Cr钢相当,故可作40Cr的代用钢。
4-1材料分析
40Mn2B钢是一种合金钢,其中各元素含量为
碳 C :~% 硅 Si:~% 锰 Mn:~% 硼 B:%~% 硫 S :≤% 磷 P :≤%
铬 Cr:~% 镍 Ni:≤% 钒 V:~%。
1、Si:常用的脱氧剂,有固溶强化作用,提高电阻率,降低磁滞损耗,改善磁导率,提高淬透性,抗回火性,对改善综合力学性能有利,提高弹性极限,增强自然条件下的耐蚀性。含量叫干事,降低焊接性,且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回火时产生石墨化。
2、Mn:降低钢的下界临点,增加奥氏体冷却时的过冷度,细化珠光体组织以其改善其力学性能,为低合金钢的重要合金元素,能明显提高钢的淬透性,但有增加晶体粗化和回火脆性的不利影响。
3、B:微量硼能提高钢的淬透性,但随钢种含碳量的增加,淬透性的提高逐渐减弱以致完全消失。钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能,提高强度。具体有:
(1(1)提高淬透性的能力极强。%~%%锰、%铬、%%镍,因此其提高淬透性的能力为上述合金元素的几百倍乃至上千倍,故此只需极少量硼即可节约大量的贵重合金元素。
(2)具有最佳含量而且此含量极小。一般合金元素提高淬透性的效果随其在钢中含量增加而增长,但硼却有一个最佳含量(范围),过多或过少均对提高淬透性不利,而且此量很小,%,%~%。
(3)硼的淬透性效果与钢的成分有关。普遍认为钢中的碳和合金元素含量提高,硼提高淬透性的作用则下降。所以低碳、低合金钢中硼的淬透性效果最显著。硼淬透性系数fb与钢中碳含量关系的经验公式之一为fb=1+(-C)。
(4)硼的淬透性作用与奥氏体化条件有关。早期的研究表明两者间存在特殊关系,即在某一特定奥氏体化温度下硼的淬透性效果最佳;温度再升高,尽管奥氏体晶粒长大,硼的淬透性效果反而下降。但是近来亦有一些研究发现,以钛固定氮的硼钢在一定的奥氏体化温度范围内淬透性几乎没有变化。这些现象都与一般合金元素的淬透性效果与奥氏体化温度的关系不同。
(5)其他合金元素的作用除硼外,硼钢中还经常加入一些其他合金化元素,如硅、锰、铬、钼、铌、钒等,目的是进一步改善钢的淬透性及其他一些性能,如强度、韧性、回火脆性、疲劳性能、耐蚀性等。钼可大大加强硼的淬透性作用,二者具有复合作用,特别是当钼、硼含量配比合适时可使钢在相当宽的冷速范围内经空冷得到贝氏体组织。钼一硼系贝氏体钢就是根据这一现象设计出来的。钢中的铌处于固溶状态下与硼具有一定的复合作用,对奥氏体转变产生强烈的抑制作用。铌一硼的这种作用在控制轧制、直接淬火的钢中已经被利用。
4-2 力学性能要求
 结构钢40Mn2B的力学性能如下:
表4-1 结构钢40Mn2B的力学性能
钢号
σb/MPa
σs/MPa
δ( %)
ψ( %)
αK/ J·cm- 2
40Mn2B
885
735
12
45
55
4-3. 基于材料的零件设计
基于材料的价值应用及性能,现将给定材料设计成连杆螺栓。
图4-1 螺栓尺寸设计图
表4-2 螺栓设计尺寸参数
单位    mm
标称直径d/mm
螺距P/mm
d1/mm
H/ mm
B/mm
C/mm
D1/ mm
r(最大)/mm
K(约)/mm
S/mm
L/mm
M12
12
9
21
24﹒2
20
2
22
18~130
4-3-1 工作条件
连杆螺栓是发动机工作过程中最为关键的零部件,它与曲柄配合完成活塞运动,使发动机获得动力,连杆螺栓是紧固连杆大端及其端盖的重要部件,在工作过程中受到均匀拉伸应力的作用,由于曲柄旋转产生