目录前言 (1)1设计原则 ........................... 错误!未定义书签。

1.1热处理零件结构和形状尺寸设计 (2)1.2 热处理工艺设计 (3)1.3 本次课程设计的任务要求 (4)2工件的选材和加工工艺设计 (4)2.1 工件的服役条件和失效分析 (4)2.2 材料的设计方案，原理和优化比较 (6)2.3 ZGMn13履带板加工工艺流程设计 ..... 错误!未定义书签。

3热处理车间设计 (14)3.1 热处理车间设计概述 (15)3.2 设计思路 (15)3.3车间主要设备选择 (15)3.4生产纲领 (16)4热处理车间布置 (19)4.1厂房建筑参数 (19)4.2厂房高度： (19)4.3车间平面布置： (19)4.4热处理车间的生产组织与人员 (21)4.5热处理车间的建设投资及成本 (22)4.6车间在厂区内的位置................ 错误!未定义书签。

金属材料课程设计前言履带是由主动轮驱动、围绕着主动轮、负重轮、诱导轮和托带轮的柔性链环。

履带由履带板和履带销等组成。

履带销将各履带板连接起来构成履带链环。

履带板的两端有孔，与主动轮啮合，中部有诱导齿，用来规正履带，并防止坦克转向或侧倾行驶时履带脱落，在与地面接触的一面有加强防滑筋（简称花纹），以提高履带板的坚固性和履带与地面的附着力。

一:课程设计1.1热处理零件结构和形状尺寸设计履带板的实物图如图所示图一主要技术参数：（1）履带板片：203mm×105mm×52mm（2）齿高：60mm（3）履带板总质量：400kg1.2 热处理工艺设计（1）坦克履带坦克履带按结构型式可分为：金属销铰链式和金属橡胶铰链式两大类。

其中,金属橡胶铰链又可分为单销式和双销式两种。

金属销式履带结构简单,销和销孔直接干摩擦,磨损快,寿命短,在坦克维修保养时,往往会发现履带销被磨成“糖葫芦”状。

履带销也是易损件之一。

金属橡胶铰接履带,是在金属销上硫化多个橡胶套环,压配合在履带板销孔中,这样,履带销和履带板销孔之间无直接摩擦,扭转时只有橡胶套环产生弹性扭转,噪音小,寿命长,当然结构也复杂些,造价较高。

双销式金属橡胶履带用端部连接器连接两块履带板的两销,受力情况好,拆装较方便,但结构较复杂,是主战坦克上的主流履带形式（2）高锰钢履带板及其热处理方法履带应具有高强度和高耐磨性。

目前大多数坦克使用铸造高锰钢履带板，高锰钢是奥氏体组织，适合于在较高冲击的条件下使用，通过加工硬化提高硬度。

这类履带板平均使用寿命大约3700km在锰硼铸造马氏体+贝氏体钢的基础上增加固溶强化型合金元素，适当提高含碳量，增加强度，提高耐磨性，同时保持一定韧性，满足履带板疲劳韧性的要求。

铸造成形，经热处理，抗拉强度达到1550 MPa; 屈服强度达到1260MPa; 延伸率达到：8.8 %；U形缺口冲击韧性达到：40J/cm2。

这类履带板寿命据预计超过6000km（3）双销挂胶履带板挂胶履带不是简单地把胶快挂在原有的履带上，而是更换整条的挂胶履带，并且还要更换配合挂胶履带的主动轮爬齿。

挂胶履带多为双销式，销耳和履带销之间有橡胶衬套，履带板和诱导齿用履带销串联，履带销彼此间用端部连接器相连接。

拆卸起来要比金属单销铰式方便的多，挂胶履带虽然贵，但是使用寿命却比全钢的久，综合效费比相对于全钢的来说要划算(减少磨损），而且不毁伤路面和其他的附属公共设施。

阅兵时的坦克都使用挂胶履带。

（4）履带板的断裂履带板各部位特别是连接筋走向复杂的地方必定带有一定的围观与宏观裂纹。

由于履带板载荷为动载荷，可能引起动态断裂韧性降低，同时履带板各部位的应力状态时时刻变化的，即使在低应力状态下，这种不规则的交变应力也容易引起疲劳裂纹的扩展，在应力较高时，裂纹尖端的应力集中。

使裂纹尖端局部区域产生塑性变形。

由于高锰钢对加工硬化十分敏感，裂纹尖端区域变脆，使裂纹易于进一步扩展，在某时刻不利载荷出现时，高应力的出现有可能导致裂纹失稳扩展。

这从履带的疲劳扩展和亚临界扩展所致，有些裂纹贯穿整个板体，便发生失稳断裂。

（5）提高履带板的断裂韧性提高铸造质量，减少表面缺陷和裂纹，对履带板铸件进行表面加工硬化处理以获得适当的表面压应力，在不影响坦克运行性能和铸造工艺的前提下改变履带板各类筋的布置以减少应力集中等措施都是提高履带板断裂韧性的有效途径，因而提高履带板寿命。

1.3 课程设计的任务要求（1）履带板年产量为10万吨；（2）分析材料的服役条件和失效分析；（3）选材以及优化比较；（4）材料的加工工艺和热处理工艺；（5）车间设计和生产车间分布；2，工件的选材和加工工艺设计2.1 工件的服役条件、性能要求和失效分析服役条件和性能要求：（1）传动的过程中，履带板和齿轮的契合部位由于扭曲，履带板会受到很大的弯曲应力的作用，因此要求高的强度以及承受抗弯能力。

（2）坦克在前进时，履带板和履带销和齿轮之间会有滚动和滑动的接触，会受到很大的摩擦力的作用，因此要求有抗磨损能力，（3）履带板装车工作后，裸露在大气，潮湿的泥土中，砂灰中，水中，弱酸弱碱或盐碱等介质中，使得履带板长期受到水的腐蚀和砂砾的侵压和磨损。

因此要求它具有抗蚀能力和抗腐蚀磨损能力。

（4）由于履带板与履带销在转动时的强力摩擦发热，故要求履带板具有一定的热定型。

（4）坦克启动或运行中，常常受到较大的冲击载荷，因此要求履带板要有较高的冲击韧性。

失效形式：（1）疲劳断裂：履带板销孔由于受到很大的应变力作用且工作时间和持续时间长，会使销孔发生疲劳断裂。

图二（2）板面磨损：由于各种摩擦力的作用，履带板面板和和销孔均会发生严重的磨损。

图三（3）腐蚀断裂：在有水的环境下工作时，水中的某些物质可能和履带板材料形成原电池，发生电化学反应或者化学反应从而侵蚀履带板，造成履带板的硬度降低、形成裂纹、凹坑，再在应力的作用下使得履带板断裂。

图四2.2 材料的设计方案，原理和优化比较根据履带板的服役条件和实效形式，总结出履带板应满足的性能要求，即：（1）高的强度和韧性；（2）高的硬度和耐磨性；（3）难以发生化学腐蚀，好的表面处理。

由此选择了以下材料作为备选材料，即：①高锰钢(high manganese steel)：成分:高锰钢按照国家标准分为5个牌号，主要区别是碳的含量，其范围是0.75%－1.45%。

受冲击大，碳含量低。

锰含量在11.0%－14.0%之间，一般不应低于13%。

超高锰钢尚无国标，但锰含量应大于18%。

硅含量的高低，对冲击韧度影响较大，故应取下限，以不大于0.5%为宜。

低磷低硫是最基本的要求，由于高的锰含量自然起到脱硫作用，故降磷是最要紧的，设法使磷低于0.07%。

铬是提高抗磨性的，一般在2.0%左右。

用途:高锰钢是专为重工业提供使用的一种防磨钢材，应用领域包括采石、采矿、挖掘、煤炭工业、铸造和钢铁行业等。

加工工艺:高锰钢是一种优秀的耐磨材料。

高猛铸钢的化学成分特点是高碳、高猛（10%-14%Mn，0.9%-1.4%C,质量分数），为提高性能，还可加入Cr、Mo、Ni、Ti等元素。

由于该钢加工非常困难（存在加工硬化现象），所以基本都是采用铸件使用。

高锰钢的碳含量要根据具体情况而定，提高碳含量可以提高铸件的耐磨性但与此同时降低了其韧性，并且铸件的裂纹敏感性增大。

常用的高锰钢为ZGMn13型，主要有ZGMn13-1、ZGMn13-2、ZGMn13-3、ZGMn13-4、ZGMn13-5等牌号。

由于合金度高，在铸造条件下共析转变难以充分进行，铸态组织一般是奥氏体、珠光体、马氏体、碳化物等复合组织，力学性能差，耐磨性低，不宜直接使用。

经过水韧处理（即固溶处理）后的显微组织是单相奥氏体，软而韧。

高锰钢的力学性能为：硬度≤300HBS;冲击吸收能量KU2在150J左右；屈服强度ReL250-400M抗拉强度Rm一般为700-1000MPa；断后延伸率As一般为30%-50%。

研究表明，高锰钢冷作硬化的本质是通过大形变在奥氏体基体中产生大量的层错、形变孪晶、马氏体，成为了位错运动的障碍。

经强烈的冲击后，耐磨件表面的硬度从原来的200HBW左右可提升到500HBW以上，硬化层深度可达到10-20mm，而芯部仍保持奥氏体组织，所以承受强有力的冲击载荷而不破裂。

在表面层逐渐被磨损掉的同时，在冲击载荷强烈的磨损作用下硬化层不断地向内扩展。

而在低应力磨损和低冲击载荷作用下，由于不能产生足够的加工硬化，这时候高锰钢的耐磨性往往不一定有相当高硬度的其他钢种好。

②低碳马氏体钢表面渗碳：成分:渗碳钢的含碳量取决于渗碳零件芯部的强度和韧度，从而影响到零件的整体性能。

一般渗碳钢含碳量在0.12%-0.25%（质量分数，下同），个别钢种可到0.28%。

低的碳含量可以保证在淬火时得到强韧性好的板条马氏体组织。

用途:渗碳钢大量用来制造齿轮、凸轮、活塞销等零件。

这些零件往往需要在滑动、滚动相对运动的工作状况下工作，工件之间有摩擦，同时还承受了一定的交变弯曲应力和接触疲劳应力，有时还会有一定的冲击力。

与服役条件相应，这些零件常见的实效形式有过量磨损、表面剥落，甚至断裂等。

因此，这些零件的技术要求是表面具有高硬度、高耐磨性，高接触疲劳抗力而芯部需具有较好的综合力学性能。

为此，零件可以采用渗碳钢制造，通过渗碳淬火工艺，使表面具有高的弯曲和疲劳强度及耐磨性，而芯部又有高强度和韧度。

加工工艺:渗碳钢中常含有的合金化的元素有Mn、Cr、Ni、W、V、Ti、Mo等。

合金元素锰、铬、镍的主要作用是提高钢的淬透性，以使较大的尺寸的零件在淬火时芯部能获得大量的板条马氏体组织。

钛、钒、钨、钼等元素可以奥氏体晶粒在高温渗碳时的长大，能细化晶粒。

锰、铬、镍等元素还可以改善渗碳层参数。

渗碳层参数很重要，直接影响了零件的表面接触疲劳和使用寿命。

渗碳层参数表层含碳量，表层浓度梯度和渗碳层深度。

表层含碳量要适宜，一般在0.80%-1.05%；浓度梯度宜平缓过渡，以免性能变化太大，内应力过大；渗碳层深度根据零件的需要而定。

原则上渗碳层深度应该大于零件最大切应力深度，以保证高的接触疲劳。

图五低碳马氏体钢表面渗碳组织形态③耐磨铸铁：成分:高铬铸铁铸态组织为马氏体、奥氏体、珠光体和合金碳化物的多相组织，其硬度在HRC45~50。

若在铸态下使用，实际上没有充分发挥高铬铸铁的潜力，抗磨性不良，使用寿命短，因此需要进行热处理。

耐磨铸铁的组织具有均匀的高硬度。

普通白口铸铁就是一种抗磨性高的铸铁，但其脆性大，因此常加入适量的Cu、Cr、Mo、W、Ni、Mn等合金元素，增加其韧性，并具有更高的硬度和耐磨性。

根据铬碳化物的类型将耐磨白口铸铁分为三个品种：加入铬但未改变渗碳体晶体类型，即碳化物仍为M3C型的铬白口铸铁称为低铬白口铸铁；加入铬量较高，大多数铬碳化物已由M3C型转变为M3C7型的铬白口铸铁称为高铬白口铸铁；组织中兼有M 3C 型和M 3C 7型的铬白口铸铁称为中铬白口铸铁。