熱處理工藝課程設(shè)計--鋼的熱處理工藝設(shè)計

1、<p><b>　　鋼的熱處理工藝設(shè)計</b></p><p><b>　　說明書</b></p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　設(shè)計題目 加工中心主軸 </p><p>　　指導(dǎo)教師

2、 </p><p>　　系 主 任 </p><p>　　完成日期 年 月 日</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分。通過熱處理可以改變材料的加工工藝性能，充分發(fā)揮材料的潛力

3、，提高工件的使用壽命。本課程設(shè)計是在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》﹑《金屬熱處理工藝學(xué)》﹑《失效分析》﹑《金屬力學(xué)性能》等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開設(shè)的，是理論與實踐相結(jié)合的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過該課程設(shè)計，可使學(xué)生在綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識能力方面得到訓(xùn)練，學(xué)會獨(dú)立分析問題和解決問題的方法，提高工程意識和工程設(shè)計能力。</p><p>　　熱處理工藝是整個機(jī)械加工過程種的一個重要環(huán)節(jié)，它與工件設(shè)計及其它加工工藝之間存在密切關(guān)系

4、。如何實現(xiàn)工件設(shè)計時提出的幾何形狀和加工精度，滿足設(shè)計時所要求的多種性能指標(biāo)，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關(guān)重要的作用。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　一．熱處理工藝課程設(shè)計的目的……………………………………………………5</p>

5、<p>　　二．熱處理工藝課程設(shè)計的任務(wù)……………………………………………………5</p><p>　　三．熱處理工藝課程設(shè)計設(shè)計內(nèi)容和步驟…………………………………………5</p><p>　　3.1零部件簡圖，鋼種和技術(shù)要求………………………………………………5</p><p>　　3.2零部件的工作條件、破壞方式和性能要求的分析………………………

6、…6</p><p>　　3.3零部件用鋼的分析 …………………………………………………………6</p><p>　　3.3.1 相關(guān)鋼種化學(xué)成分的作用 ……………………………………………6</p><p>　　3.3.2.相關(guān)鋼種的熱處理工藝性能分析 ……………………………………7</p><p>　　3.3.3鋼材的組織性能與各種熱處理工

7、藝的關(guān)系 …………………………8</p><p>　　3.4熱處理工藝方案及工藝參數(shù)的論述………………………………………11</p><p>　　3.4.1零件的加工工藝路線及其簡單論證…………………………………11</p><p>　　3.4.2鍛造工藝曲線…………………………………………………………11</p><p>　　3.4.3預(yù)備

8、熱處理工藝方案、工藝參數(shù)及其論證…………………………12</p><p>　　3.4.4最終熱處理工藝方案，工藝參數(shù)及論證……………………………12</p><p>　　3.4.4.1 20CrMnMo的正火工藝…………………………………………12</p><p>　　3.4.4.2 20CrMnMo的滲碳工藝…………………………………………14</p&g

9、t;<p>　　3.4.4.3 20CrMnMo的淬火工藝…………………………………………17</p><p>　　3.4.4.4 20CrMnMo的回火工藝…………………………………………19</p><p>　　3.4.4.5 總的熱處理工藝曲線……………………………………………22</p><p>　　3.4.5 輔助工序方案 ………………

10、………………………………………22</p><p>　　四．選擇加熱設(shè)備……………………………………………………………………22</p><p>　　4.1 中溫井式電阻爐……………………………………………………………22</p><p>　　4.2 井式滲碳爐…………………………………………………………………23</p><p>　　五．工

11、裝圖 …………………………………………………………………………25</p><p>　　六．工序質(zhì)量檢驗項目、標(biāo)準(zhǔn)方法…………………………………………………27</p><p>　　七．熱處理工藝過程中缺陷分析 …………………………………………………28</p><p>　　7.1常見的滲碳缺陷 …………………………………………………………28</p>

12、<p>　　7.2常見的淬火缺陷 …………………………………………………………29</p><p>　　7.3常見的回火缺陷 …………………………………………………………29</p><p>　　八．心得體會………………………………………………………………………30</p><p>　　九．參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………3

13、1</p><p>　　一、熱處理工藝課程設(shè)計的目的</p><p>　　1. 深入了解熱處理課程的基本理論</p><p>　　2. 初步學(xué)會制定零部件的熱處理工藝</p><p>　　3. 了解與本設(shè)計有關(guān)的新技術(shù),新工藝</p><p>　　4. 設(shè)計盡量采用最新技術(shù)成就,并注意和具體實踐相結(jié)合,是設(shè)計具有一定的

14、先進(jìn)性和實踐性.</p><p>　　二、熱處理工藝課程設(shè)計的設(shè)計任務(wù)</p><p>　　1. 編寫設(shè)計說明書</p><p>　　2. 編制工序施工卡片</p><p>　　3. 繪制必要的工裝圖</p><p>　　三、熱處理工藝課程設(shè)計內(nèi)容和步驟</p><p>　　3.1零部件簡圖、鋼

15、種和技術(shù)要求</p><p><b>　　1.簡圖</b></p><p>　　2.鋼種: 20CrMnMo</p><p><b>　　3.技術(shù)要求：</b></p><p>　　1.要求主軸頭部144.4mm及尾部30mm處滲碳淬火，滲碳層深度1.3~1.5mm；</p><

16、p>　　2.硬度為60~65HRC.</p><p>　　3.2零部件的工作條件、破壞方式和性能要求的分析</p><p>　　1.零部件的工作條件</p><p>　　作為機(jī)床的傳動件，主軸是傳遞動力的零件，傳遞著動力和各種負(fù)荷，它的前后端由于承受一定的扭轉(zhuǎn)和摩擦力，它的合理選材直接影響整臺車床的精度和使用壽命。</p><p>　　

17、2.零部件的主要破壞方式</p><p>　　(1)受橫向力并傳遞扭矩，承受交變彎曲應(yīng)力和扭應(yīng)力，常常發(fā)生疲勞斷裂。</p><p>　　(2)承受一定的過載和沖擊和載荷，產(chǎn)生過量彎曲變形，甚至發(fā)生折斷或扭斷。 </p><p>　　(3)軸頸和花鍵等部位發(fā)生相對運(yùn)動，承受較大的摩擦，軸頸表面產(chǎn)生過量的磨損。</p><p><b&g

18、t;　　3.零部件性能要求</b></p><p>　　主軸是機(jī)床上的傳動力的零件，由于負(fù)荷不同，受力大小也不同，常承受彎曲，扭矩，沖擊，同時受到在滑移和轉(zhuǎn)動部位的摩擦作用。因此主軸的性能要求是高硬度，足夠的韌性及疲勞強(qiáng)度，強(qiáng)度和形狀畸變要求。</p><p>　　3.3零部件用鋼的分析</p><p>　　3.3.1 相關(guān)鋼種化學(xué)成分的作用</p

19、><p>　?。?）20CrMnMo</p><p>　　表1. 20CrMnMo的化學(xué)成分</p><p><b>　　化學(xué)成分作用：</b></p><p>　　A. 碳（C）的影響</p><p>　　從鐵碳平衡圖中，我們能清楚的看到，鋼隨著含碳量的增加，鋼的基本組織不同，而且在加熱與冷卻時

20、，組織轉(zhuǎn)變的溫度也不相同。純鐵在加熱與冷卻過程中，僅發(fā)生晶格的變化（同素異形轉(zhuǎn)變）。所以熱處理時其機(jī)械性能幾乎不發(fā)生影響。但是隨著含碳量的增加，熱處理將發(fā)生顯著地作用。如亞共析鋼隨著含金量的增高，淬火后強(qiáng)度、硬度都有顯著提高；同時含碳量的多少也確定了鋼的熱處理工藝。</p><p>　　B. 鉻（Cr）的影響 鉻為碳化物形成元素。它能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性；阻止晶粒長大，增加鋼的

21、淬透性，降低鋼的臨界冷卻速度。因而，使鋼在熱處理時，退火、正火、淬火的加熱溫度有所提高。并使它在油中便能淬硬。但它降低了鋼的馬氏體點，因而增加了鋼殘余奧氏體量。使鋼的奧氏體不穩(wěn)定區(qū)域變?yōu)?00-500℃和400-250℃。提高了鋼的硬度和強(qiáng)度，增加了鋼在高溫回火時強(qiáng)度降低的抗力。C. 鉬（Mo）的影響 提高鋼的淬透性，熱強(qiáng)性，有二次硬化的作用，能降低回火脆性。D. 硅（Si）的影響 Si能升高Ac1和Ac3點，從而使

22、熱處理時的退火、正火、淬火的加熱溫度增高。能增加奧氏體的穩(wěn)定性，降低臨界冷卻速度，增加鋼的淬透性很多，故能使Si合金鋼在油中淬硬。</p><p>　　E. 錳（Mn）的影響 Mn為碳化物形成元素。他降低鋼的Ac1和Ac3而使鋼在熱處理時的溫度有所降低。增加奧氏體的穩(wěn)定性，降低鋼的臨界冷卻速度，同時增加鋼的淬透性，但它使殘余奧氏體量增加。可以減少鋼在淬火時的變形和增加鋼的強(qiáng)度和硬度。使鋼的回火脆性與晶粒長

23、大的作用增大。</p><p>　　F. 硫（S）的影響</p><p>　　硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。</p><p>　　G. 銅

24、(Cu)和鎳(Ni)的影響</p><p>　　銅在合金鋼中，使鋼的Ac3下降。Ni能強(qiáng)化鐵素體，降低鋼的Ac1和Ac3點，從而使熱處理時的退火、正火、淬火的加熱溫度有所降低。增加了奧氏體的穩(wěn)定性，降低了鋼的臨界冷卻速度，對鋼的淬透性略有增加；但它降低了鋼的馬氏體點，增加了鋼的殘余奧氏體量。對鋼的強(qiáng)度和硬度有所提高，但阻止晶粒長大的作用不明顯。</p><p>　　3.3.2.相關(guān)鋼種的熱

25、處理工藝性能分析</p><p>　?。?）20CrMnMo 熱處理基本參數(shù)</p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　　A.淬透性：淬透性隨淬火溫度的提高而增加，因為溫度升高，奧氏體晶粒尺寸增大，淬透性提高。但是如果溫度過高，奧氏體晶粒過于粗大淬火后會產(chǎn)生開裂或變形。</p><p>　　B.淬硬

26、性：淬硬性表示鋼淬火時的硬化能力。它主要與鋼的含碳量有關(guān)，更確切的是說是它取決于淬火后馬氏體中的含碳量，馬氏體中的含碳量越高鋼的淬硬性越高。</p><p>　　C.變形傾向：淬火后變形分兩種：翹曲變形和體積變形，翹曲變形主要是加熱時工件在爐內(nèi)放置不當(dāng)或搓火前后沒有定型處理貨冷卻不均勻做造成的，另一方面淬火前后組織不一樣引起體積變形，淬火前一般為珠光體組織，淬火后為馬氏體組織，由于兩種組織的比容不同，淬火前后講引

27、起體積變化，從而產(chǎn)生變形，但這種變形只按比例使工件脹縮而不改變形狀。</p><p>　　3.3.3鋼材的組織性能（硬度、強(qiáng)度、耐磨性、塑韌性等）與各種熱處理工藝的關(guān)系</p><p>　　從鐵碳合金相圖來看, 20CrMnMo鋼屬于亞共析鋼, 緩慢冷卻到室溫后的組織為鐵素體+ 珠光體;從鋼的分類來看, 20CrMnMo 鋼屬于高級滲碳結(jié)構(gòu)鋼, 可加工和熱加工性能良好，強(qiáng)度,塑性和韌性都較

28、高，過熱傾向小，無回火脆性，既可作為滲碳鋼使用，也可作為調(diào)質(zhì)鋼使用，滲碳加淬火后具有較高的抗彎強(qiáng)度和耐磨性，但是磨削時容易產(chǎn)生裂紋，淬火及低溫回火具有良好的綜合力學(xué)性能和低溫沖擊韌性。20CrMnMo鋼采用滲碳+淬火+低溫回火，表面可以獲得60~65HRC的高硬度，因淬透性較高，心部具有較高的強(qiáng)度和韌性</p><p>　　20CrMnMo的含碳量為0.20％屬于低碳鋼,滲碳時保證了碳元素的正常滲入。鋼中合金元素

29、為Cr<1.4％、Mn<1.2％、Mo<0.3％。Cr、Mn合金元素能提高鋼鐵索體的強(qiáng)度,同時提高鋼的淬透性。Mo元素提高鋼的淬透性，熱強(qiáng)性。加工中心主軸根據(jù)使用性能要求表面耐磨,所以要對20CrMnMo鋼進(jìn)行表面滲碳處理,滲碳淬火后表面得到高碳馬氏體, 具有較高的硬度和耐磨性。</p><p>　　表3-2 20CrMnMo的臨界溫度及常規(guī)熱處理工藝參數(shù)</p><p&g

30、t;<b>　　續(xù)表2</b></p><p>　　圖3-3 20CrMnMo鋼淬透性曲線</p><p>　　表3-4 熱處理工藝規(guī)范</p><p>　　圖3-5 滲碳后力學(xué)性能</p><p>　　表3-6 滲碳熱處理工藝規(guī)范</p><p>　　圖3-7 鋼

31、的等溫轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖</p><p>　　3.4熱處理工藝方案及工藝參數(shù)的論述</p><p>　　3.4.1零件的加工工藝路線及其簡單論證</p><p>　　論證：首先正火可以細(xì)化晶粒，使組織均勻化，消除切削加工后的組織硬化現(xiàn)象和去除內(nèi)應(yīng)力，提高低碳鋼零件的硬度，提高切削性能。接著需要表面硬度，發(fā)揮結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)越的機(jī)械性能，常將結(jié)構(gòu)鋼表面滲碳淬火，這樣就能得

32、到需要的表面硬度。滲碳處理一般用于表面耐磨、芯部耐沖擊的重載零件，其耐磨性比調(diào)質(zhì)＋表面淬火高。經(jīng)熱處理后，表面可以獲得很高的硬度（HRC58~62），芯部硬度低，耐沖擊。</p><p>　　3.4.2鍛造工藝曲線</p><p>　　查閱《熱處理工藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊》可以找出20CrMnMo鋼的鍛造工藝的加熱溫度、始鍛溫度冷卻方式，如下表所示：</p><p>　　表

33、3-8 20CrMnMo鋼的鍛造工藝圖表</p><p>　　3.4.3預(yù)備熱處理工藝方案、工藝參數(shù)及其論證</p><p>　　論證：20CrMnMo鋼經(jīng)熱加工后，必須經(jīng)過預(yù)備熱處理來降低硬度，消除熱加工時造成的組織缺陷，細(xì)化晶粒，改善組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。對于20CrMnMo鋼而言，正火可以細(xì)化晶粒，使組織均勻化，消除切削加工后的組織硬化現(xiàn)象和去除內(nèi)應(yīng)力。接著進(jìn)行滲碳淬火，得到

34、高強(qiáng)度，高硬度，高抗彎強(qiáng)度和耐磨性，滿足加工中心主軸的使用要求。</p><p>　　鋼經(jīng)滲碳后，僅使其表面層的含碳量提高到0.70%～1.05%，仍達(dá)不到表層高硬度和耐磨的要求，因此，滲碳后還需淬火和低溫回火，使工件表層具有高的硬變和耐磨性。滲碳目的是提高工件表面碳濃度,以便淬火后達(dá)到提高表面硬度和耐磨性的目的。 滲碳后淬火加低溫回火是達(dá)到表層高硬度的熱處理方式,淬火后低溫回火,表層得到回火馬氏體組織,耐磨性達(dá)

35、到較高水平. 淬火的目的是提高硬度，淬火是得到盡量多的馬氏體組織，得到高硬度，回火是為了馬氏體二次分解形成索氏體，以便得到良好的機(jī)械性能。</p><p>　　3.4.4最終熱處理工藝方案，工藝參數(shù)及論證</p><p>　　3. 4. 4.1 正火</p><p><b>　　1.正火的目的</b></p><p>　

36、　正火可以細(xì)化晶粒，使組織均勻化。</p><p>　　消除切削加工后的組織硬化現(xiàn)象和去除內(nèi)應(yīng)力。</p><p>　　消除共析鋼中的網(wǎng)狀硬化物，為熱處理做好組織準(zhǔn)備。</p><p><b>　　2．加熱溫度</b></p><p>　　加熱溫度：870±10℃。</p><p>　　

37、因為20CrMnMo是亞共析鋼，鋼中含有碳化物形成元素。為使合金中難溶的特殊碳化物溶入奧氏體中，使奧氏體合金化程度增高，正火的加熱溫度為Ac3以上30～50℃，20CrMnMo的含碳量為0.20%，Ac3為830攝氏度，所以將鋼件的加熱溫度確定為870攝氏度。</p><p><b>　　3． 加熱方法</b></p><p>　　采用到溫加熱的方法，是指當(dāng)爐溫加熱到

38、指定的溫度時，再將工件裝進(jìn)熱處理爐進(jìn)行加熱。原因是加熱速度快，節(jié)約時間，便于批量生產(chǎn)</p><p><b>　　4． 加熱介質(zhì)</b></p><p><b>　　加熱介質(zhì)為空氣</b></p><p><b>　　5． 保溫時間 </b></p><p>　　保溫時間=保

39、溫時間系數(shù)×有效尺寸，保溫時間用τ 表示. 合金鋼保溫時間系數(shù)α（mm/min）</p><p>　　保溫時間=保溫時間系數(shù)×裝爐修正系數(shù)×工件厚度。工件加熱保溫時間與加熱介質(zhì)，材料成分，爐溫，工件的形狀和大小，裝爐量和裝爐量等因素有關(guān)。一般用經(jīng)驗公式來計算保溫時間：保溫時間=保溫時間系數(shù)×裝爐系數(shù)×工件的有效厚度。合金結(jié)構(gòu)鋼選擇750~900℃井式電阻爐加熱的保

40、溫時間系數(shù)α選為1.5，裝爐系數(shù)K一般選擇1.4。工件的有效厚度為D=(60-36)／2=12mm。</p><p>　　所以τ=α×K×D=1.5×1.4×12=25.2min取30min</p><p><b>　　6 正火工藝曲線</b></p><p>　　根據(jù)以上熱處理參數(shù)的確定工件的正火工藝

41、曲線見圖3-9</p><p>　　根據(jù)計算結(jié)果繪制出工件的正火曲線橫軸為時間，縱軸為溫度。</p><p><b>　　870±10℃</b></p><p><b>　　30min</b></p><p><b>　　時間/分鐘</b></p>&l

42、t;p>　　圖3-9 正火處理工藝曲線</p><p><b>　　7 冷卻方式</b></p><p>　　冷卻方式采用出爐空冷。</p><p><b>　　8 冷卻介質(zhì)</b></p><p><b>　　冷卻介質(zhì)：空氣。</b></p><

43、p><b>　　9 正火組織</b></p><p><b>　　細(xì)珠光體＋鐵素體。</b></p><p>　　3.4.4.2 20CrMnMo的滲碳工藝</p><p><b>　　1． 滲碳的目的</b></p><p>　　滲碳是將鋼件置于足夠的碳勢的介質(zhì)中加

44、熱到奧氏體狀態(tài)并保溫，使其形成一個富碳層的熱處理工藝。具體是將含碳(0.1~0.25)的鋼放到碳勢高的環(huán)境介質(zhì)中，通過讓活性高的碳原子擴(kuò)散到鋼的內(nèi)部,形成一定厚度的碳含量較高的滲碳層,再經(jīng)過淬火和回火，使工件的表面層得到碳含量高的M，而心部因碳含量保持原始濃度而得到碳含量較低的M，提高表面層的耐磨性(碳含量高的M)，同時保持心部有高的耐沖擊能力，即強(qiáng)韌性。采用甲醇-煤油滴注式氣體滲碳。高溫下甲醇的裂解產(chǎn)物H2O、CO2等將CH4和[C]

45、氧化。可使?fàn)t氣成分和碳勢保持在一定范圍內(nèi)。</p><p>　　滲碳可以再多方面提高鋼件的機(jī)械性能，可以提高鋼件的硬度和耐磨性，降低沖擊韌性和斷裂韌性（沖擊韌性和斷裂韌性隨著表面碳含量的越高、碳層越深，降低的越多），同時可以提高疲勞強(qiáng)度（碳層的高強(qiáng)度有助于疲勞強(qiáng)度的提高）。</p><p><b>　　2 滲碳溫度</b></p><p>　　

46、目前在生產(chǎn)上廣泛使用的溫度是920℃~940℃。對于薄層滲碳，溫度可以降到880℃ ~900℃，而對于深層滲碳（大于5mm）溫度往往提高到980℃ ~1000 ℃ （主要是縮短滲碳時間）。 溫度越高滲速越快，但是溫度過高會引起奧氏體晶粒長大，降低零件的力學(xué)性能，增加零件的畸變，降低使用壽命。通常滲碳的溫度選擇要根據(jù)滲層的深度確定。滲層深度與溫度的關(guān)系見表3-10</p><p>　　表3-10 滲層深度與溫度的關(guān)

47、系表</p><p>　　加工中心主軸的滲層深度為1.3～1.5mm所以選滲層深度的溫度應(yīng)為92510℃。</p><p><b>　　3 滲碳介質(zhì)</b></p><p><b>　　滲碳介質(zhì)：煤油</b></p><p>　　滲碳煤油在925℃的分解產(chǎn)物及含量見表3-11，井式爐煤油滴量表 3

48、-12</p><p>　　表3-11 滲碳煤油在925℃的分解產(chǎn)物及含量</p><p>　　表 3-12 井式爐煤油滴量</p><p><b>　　4 滲碳保溫時間</b></p><p><b>　　保溫時間6小時</b></p><p>　　依據(jù)：滲碳時間的確定

49、：根據(jù)公式：</p><p>　　其中δ(mm)為滲碳層深度；K為常數(shù)；t(h)為滲碳保溫時間。</p><p>　　925℃滲碳時取K為0.63</p><p>　　故t=（1.50/0.63）×（1.50/0.63）=5.66h</p><p>　　故選滲碳時間為6小時</p><p><b>

50、　　5冷卻方法：</b></p><p>　　冷卻方式：隨爐緩慢冷卻至850℃后出爐，組織的偏析基本消除，比較均勻。</p><p>　　對于重新加熱淬火的工件，為了減少表面的氧化，脫碳及變形，應(yīng)該爐冷至850~860攝氏度出爐空冷。最好是將坑冷。</p><p><b>　　6 滲碳后的組織</b></p><

51、p>　　表面：碳化物+珠光體＋鐵素體</p><p>　　心部：珠光體＋鐵素體</p><p><b>　　7 滲碳工藝曲圖</b></p><p>　　圖為RQ3-75-9井式滲碳爐的工藝圖</p><p>　　8 滲碳過程中注意的問題</p><p>　?。?）滲碳過程中，通?？山柚^察

52、排出廢氣的火苗，判斷爐內(nèi)的氣氛。正?；鹈绯尸F(xiàn)淺黃色，無黑煙和白亮的火束或火星。火苗長100~200mm，爐內(nèi)壓力為200~300pa。非正常的火苗有：火苗中有火星，表示爐內(nèi)炭黑過多，火苗過長而且尖端外緣出現(xiàn)亮白色，表示滲碳劑供給量過多，火苗短而且外呈淺藍(lán)色，有透明感，表示滲劑供給量不足。</p><p>　?。?）由于中段，內(nèi)里部分和端面不做滲碳要求，應(yīng)該涂上防滲碳涂料。</p><p>

53、　　（3）對于重新加熱淬火的工件，為了減少表面的氧化，脫碳及變形，應(yīng)該爐冷至850~860攝氏度出爐空冷，最好是坑冷（冷卻坑內(nèi)應(yīng)先加入一些甲醇，乙醇，以產(chǎn)生保護(hù)氣氛）。</p><p>　　3.4.4.3 20CrMnMo的淬火工藝</p><p>　　1 滲碳后一次重新加熱淬火的目的</p><p>　　提高硬度和耐磨性，如刃具、量具、模具等；</p&g

54、t;<p>　　提高強(qiáng)韌性，如各種機(jī)器零件；</p><p>　　提高耐腐蝕性和耐熱性，如不銹鋼和耐熱鋼。</p><p><b>　　2 淬火溫度</b></p><p>　　淬火溫度：840±10℃</p><p>　　依據(jù)：亞共析鋼淬火加熱溫度選用AC3+（30～50℃），這樣既保證充分奧

55、氏體化，又保持奧氏體晶粒的細(xì)小。</p><p><b>　　3 保溫時間</b></p><p>　　淬火加熱時間包括升溫和保溫時間兩段時間，升溫時間包括相變重結(jié)晶時間，保溫時間實際上只考慮碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所需要的時間。</p><p>　　在具體的生產(chǎn)條件下，淬火加熱時間常用經(jīng)驗公式計算，通過實驗最終確定。常用的經(jīng)驗公式為：

56、 </p><p>　　τ= a?K?D </p><p>　　式中 τ 加熱時間，min；</p><p>　　a 加熱系數(shù)，min/mm；</p><p>　　K 裝爐修正系數(shù)；</p><p>　　D 工件有效厚度，mm。</p>

57、<p>　　加熱系數(shù)a表示工件單位厚度需要的加熱時間，其大小與工件尺寸、加熱介質(zhì)和鋼的化學(xué)成分有關(guān)，下表是常用鋼的加熱系數(shù)。</p><p>　　表3-13 常用鋼的加熱系數(shù)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計的加工中心主軸，加熱系數(shù)a的大小取1.5。</p><p>　　裝爐量修正系數(shù)K是考慮裝爐的多少和方式來確定的。工件在爐內(nèi)的排布方式直接影響熱量傳遞

58、的通道，軸在爐中的擺布如下圖：</p><p>　　修正系數(shù)K的值取1.3</p><p><b>　　所以，淬火加熱時間</b></p><p><b>　　τ=a?K?D </b></p><p><b>　　≈23.4min</b></p><p>

59、;　　同時，工件在滲碳爐中保溫的時間已經(jīng)足夠長無需再加熱很長時間。</p><p>　　所以得到保溫時間是0.5h。</p><p>　　淬火工藝曲線見圖3-14</p><p>　　圖3-14 淬火工藝曲線</p><p><b>　　5 冷卻介質(zhì)</b></p><p>　　L-AN15(1

60、0號機(jī)械油)的冷卻能力見表3-15</p><p>　　表3-15 10號機(jī)械油的冷卻能力</p><p>　　依據(jù)：該冷卻介質(zhì)冷卻能力適中適合20CrMnMo小件零件的淬火工藝處理。淬火過程中Ms點已經(jīng)進(jìn)入對流階段，低溫區(qū)冷卻能力遠(yuǎn)小于水，可以減少工件應(yīng)力的產(chǎn)生，減少由于內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的變形和開裂。</p><p>　　6 淬火后組織組成</p>

61、<p>　　表面：高碳馬氏體＋碳化物＋殘余奧氏體 </p><p>　　心部：低碳馬氏體＋殘余奧氏體</p><p>　　依據(jù) 20CrMnMo的C曲線。由于表面滲碳含碳量較高在淬火后表面為馬氏體和網(wǎng)狀碳化物額和殘余奧氏體，心部由于含碳量相對低所以其組成為低碳馬氏體和殘余奧氏體。</p><p>　　3.4.4.4 20CrMnMo的回火工藝<

62、/p><p><b>　　1 回火目的</b></p><p>　　提高淬火鋼的塑性和韌性，降低其脆性，但卻往往不可避免地要降低其強(qiáng)度和硬度，回火的另一個目的是降低或消除淬火引起的殘余應(yīng)力，這對于穩(wěn)定工具鋼制品的尺寸特別重要。一般來說，淬火零件不經(jīng)回火就投入使用時危險地，也是不允許的。</p><p>　　回火可以在A1下很寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，鋼的

63、性能也可以在很寬的范圍內(nèi)變化，因此，回火是調(diào)整鋼制零件的性能以滿足使用要求的有效手段。</p><p><b>　　2回火溫度</b></p><p>　　回火加熱溫度選為160±10℃ </p><p>　　依據(jù)：低溫回火時，馬氏體發(fā)生分解，析出ε碳化物而成為馬氏體，淬火內(nèi)應(yīng)力得到部分消除，淬火時產(chǎn)的微紋也大部分得到愈合，因此低溫

64、回火也可以在很少降低硬度的同時使鋼的韌性明顯提高。滲碳和碳氮共滲零件，不僅要求表面硬而耐磨，同時也要求心部有較好的塑性和韌性。但因其實質(zhì)上相當(dāng)于表層高碳鋼與心部低碳鋼的一種復(fù)合材料，因此用低溫回火可以滿足兩部分要求。通常滲碳和滲氮零件的回火溫度是 ＜180℃ 。</p><p>　　表 3-16 常用鋼回火溫度與硬度的關(guān)系</p><p><b>　　3 加熱介質(zhì)</b&g

65、t;</p><p><b>　　加熱介質(zhì)：空氣</b></p><p><b>　　4 保溫時間</b></p><p><b>　　保溫時間：1.5h</b></p><p>　　確定回火保溫時間一般的做法是根據(jù)工件的截面厚度而定，一般每25mm厚度保溫1~2h，溫度高可酌

66、情縮短。</p><p>　　回火的保溫時間 回火時間一般為1～3小時</p><p>　　表3-17 在空氣爐中保溫時間</p><p>　　合金鋼的保溫時間按上述表格中所列出的時間增加20%～30%，空氣爐低溫回火的保溫時間不得低于120min；裝爐量大時，保溫時間應(yīng)適當(dāng)延長。所以軸的保溫時間確定為1.5h。</p><p>　　5

67、回火工藝曲線見圖3-18</p><p>　　圖3-18回火工藝曲線</p><p><b>　　6 冷卻方式</b></p><p><b>　　出爐空冷</b></p><p><b>　　7 硬度</b></p><p>　　表面硬度： ＞60

68、HRC </p><p>　　3.4.4.5 總的熱處理工藝曲線</p><p>　　熱處理總工藝曲線見圖3-19</p><p>　　圖 3-19 熱處理總工藝曲線</p><p>　　3.4.5 輔助工序方案</p><p>　　（1）噴砂：運(yùn)用噴砂機(jī)，將砂流沖到工件表面，利用高速砂流的沖擊作用清理和粗化機(jī)體表

69、面的過程，由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件表面的機(jī)械性能得到改善，提高工件的抗疲勞性，使工件顯得更加美觀，精細(xì)。</p><p>　?。?）表面防銹處理：利用拋光，刷防銹漆等方法進(jìn)行表面防銹處理。</p><p><b>　?。ㄋ模┻x擇加熱設(shè)備</b></p><p>　　4.1 中溫井式電阻爐</p><p>

70、;　　國產(chǎn)電阻爐的編號采用漢語拼音+阿拉伯?dāng)?shù)字來表示，編號的一般格式為前有三個漢語拼音字母，后面為兩組數(shù)字。第一個字母R代表電阻爐，第二個字母表示設(shè)備的特點（J—加熱，Y—鹽浴，Q—?dú)怏w滲或保護(hù)氣等），第三個字母表示爐膛的形式（X—箱式，J—井式，D—電極式，M—埋入式等），第一組數(shù)代表設(shè)備的功率，第二組數(shù)代表使用的溫度。例如RJJ-75-6、RYD-100-13、RJX-75-9等，通過設(shè)備的型號可以看出類型、加熱特點、爐膛大小以及使

71、用溫度等，便于正確選用設(shè)備。</p><p>　　我的加工中心主軸，它大端的直徑是80mm，小端直徑為60mm，長度是300mm.材料是低碳合金鋼20CrMnMo。它的正火溫度在870℃左右?？紤]到中溫爐在中溫測量時比較準(zhǔn)確，因而選用中溫井式爐。結(jié)構(gòu)圖4-1如下</p><p>　　圖4-1 中溫井式爐結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1-爐蓋機(jī)構(gòu)口;2-爐蓋;3-保溫材

72、料;4-熱電偶孔;5-電熱元件;6-耐火材料 </p><p>　　根據(jù)我設(shè)計的加工中心主軸大小，正火，淬火選用的電阻爐為RJ2-40-9。回火選用RJ2-55-6低溫井式電阻爐。</p><p>　　表4-2 標(biāo)準(zhǔn)系列中溫井式電阻爐技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　4.2 井式滲碳爐</b></p><p>　　

73、滲碳爐是新型節(jié)能周期作業(yè)式熱處理電爐，主要供鋼制零件進(jìn)行氣體滲碳。由于選用超輕質(zhì)節(jié)能爐襯材料和先進(jìn)的一體化水冷爐用密封風(fēng)機(jī)，滲碳爐爐溫均勻、升溫快、保溫好 ，工件滲碳速度加快，碳勢氣氛均勻，滲層均勻，在爐壓提高時，亦無任何泄漏，提高了生產(chǎn)效率和滲碳質(zhì)量。RQ系列井式氣體滲碳爐系周期作業(yè)式電爐，主要供碳鋼機(jī)件的氣體滲碳等用。與電爐控制柜配合使用可自動控制及自動記錄電爐的溫度其結(jié)構(gòu)主要由爐體、加熱元件和溫控系統(tǒng)組成。爐體外殼由型鋼及鋼板焊接

74、而成，內(nèi)用超輕質(zhì)高鋁泡沫磚砌筑成爐膛。保溫層采用硅酸鋁耐火纖維、硅藻土（或蛭石粉）散料結(jié)構(gòu)，以提高爐體保溫性能。加熱元件安放在擱絲磚上，并有電阻絲小鉤使其定位。爐膛內(nèi)有一耐熱板焊接成爐罐及料筐，被處理工件安放在料筐內(nèi)。為使被處理工件均勻的與滲碳?xì)怏w接觸，在爐殼上裝有通風(fēng)機(jī)，用來強(qiáng)制氣流循環(huán)，以使?fàn)t內(nèi)溫度和氣體均勻。在風(fēng)機(jī)軸套上有一防止漏氣的密封裝置，并采用冷卻水冷卻。爐蓋的升降均有液壓升降機(jī)構(gòu)來完成。當(dāng)需將爐蓋升起時，只要開動液壓裝置，

75、爐蓋即徐徐上升；如需爐蓋下降，只要旋松液壓裝置中內(nèi)螺紋截止閥，爐蓋即緩緩下降。在升降軸處，有兩限位開關(guān)，當(dāng)升降軸上升時，</p><p>　　RQ系列電爐的液體滴入系統(tǒng)備有可進(jìn)行三種液體同時滴入的滴量器，并可通過流量計及針形閥控制其流量。在爐蓋上方設(shè)有水冷卻的試樣管、取氣孔、排氣孔，如與紅外線CO2分析儀配合及改裝，則可進(jìn)行碳勢自動控制的工藝操作。</p><p>　　表4-3 RQ系

76、列滲碳井式爐的型號 </p><p>　　根據(jù)我設(shè)計加工中心主軸的大小，選擇型號為RQ3-75-9系列的井式滲碳爐比較合適。</p><p>　　圖4-4 RQ3-75-9井式滲碳爐結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖4-5 RQ3-75-9井式滲碳爐實圖</p><p><b>　?。ㄎ澹┕ぱb圖</b></p&

77、gt;<p>　　RQ3-75-9井式滲碳爐的爐膛尺寸（直徑×深度）為Φ450×900，中溫井式電阻爐為RJ2-40-9爐膛尺寸（直徑×深度）為Φ600×900。以滲碳爐的尺寸為設(shè)計原則。</p><p>　　如圖4-6 尺寸：Ф450×900×2 （直徑×深度×層數(shù)），每個孔的直徑為60mm。</p>

78、<p><b>　　圖4-6 </b></p><p><b>　　圖4-7</b></p><p>　　底面一圓實盤，中間兩個圓盤帶通孔若干，中間用軸，根據(jù)工件大小，爐子條件，可以做2層，增大裝爐量。材質(zhì)：Cr-Mn-N、Ni7N、2520等</p><p>　　零件的有效厚度為12mm，滲碳時零件之間的間隔

79、為：0.5×12=6mm</p><p>　　綜合考慮零件的間距和數(shù)學(xué)，幾何計算得出下表4-7： </p><p>　　所以可在井式爐內(nèi)一次放:(6+12+18)×2=72個。</p><p><b>　　表4-7</b></p><p>　　注R:距離圓心的距離；X:以R作圓后，可沿著周長作小圓的個

80、數(shù)；小圓與小圓的間距為6mm。</p><p>　　（六）工序質(zhì)量檢驗項目、標(biāo)準(zhǔn)方法</p><p>　　檢查主軸的外觀表面、滲層深度、硬度、金相組織等是否達(dá)到設(shè)計的要求。</p><p>　　a. 外觀：表面無損傷、燒傷、嚴(yán)重腐蝕等缺陷；使用測量工具測量，用顯微鏡看表面是否有裂紋。</p><p>　　b. 主軸頭部144.4mm及尾部30

81、mm滲層深度：1.3～1.5mm；金相法：步驟為打斷試樣、磨光、腐蝕，然后用放大鏡測出整個成烏黑色外層的厚度即為全滲層厚度。或硬度法，它是目前采用最廣泛的方法，便捷、精確、設(shè)備簡單，零件或式樣經(jīng)滲碳淬火后切取下來（切取時避免受熱回火）用砂紙磨光，然后垂直于滲碳表面（或呈一定角度）測維氏硬度（載荷9.8N），根據(jù)所測得硬度與至表面距離的關(guān)系曲線，以硬度大于HV550（相當(dāng)于HRC50）的層深作為優(yōu)先滲碳層深度。</p>&l

82、t;p>　　c. 硬度： 60～65HRC；洛氏硬度計打硬度。</p><p>　　d. 金相組織：馬氏體、殘余奧氏體及少量小條狀碳化物。參照J(rèn)B/T6141.3-1992《重載齒輪滲碳金相檢驗》評定，馬氏體及殘余奧氏體均為4級，碳化物為1級。用金相顯微鏡看金相組織。</p><p>　　f．工件變形檢查：根據(jù)圖樣技術(shù)要求檢查工件的撓曲變形、尺寸及幾何形狀的變化。</p>

83、<p>　　（七）熱處理工藝過程中缺陷分析</p><p>　　7.1常見的滲碳缺陷</p><p><b>　　常見的淬火缺陷 </b></p><p><b>　　常見的回火缺陷</b></p><p><b>　　（八） 心得體會</b></p>

84、<p>　　1.5周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去處理分析一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，雖然我是一個人做一個設(shè)計課題，什么都靠自己來動手查，但是我還是能和同學(xué)相互探討，從中相互學(xué)習(xí)的。</p><p>　　課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行

85、課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　通過這次熱處理課程設(shè)計，本人在多方面都有所提高。綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實際知識進(jìn)行一次齒輪熱處理工藝設(shè)計的實際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高個人獨(dú)立工作能力，鞏固熱處理等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握了熱處理的一些方法和步驟，掌握基本技能，懂得了怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了

86、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。此次設(shè)計過程中，我發(fā)現(xiàn)了我以前搞不懂的東西更加清晰的呈現(xiàn)在我面前，讓我更加了解自己只是的缺乏，使自己學(xué)習(xí)更加有目的性，更有動力，也讓我知道了熱處理技術(shù)是一門很有技術(shù)含量、很有發(fā)展?jié)摿Φ男录夹g(shù)。此次的課程設(shè)計過程是一個能鍛煉我自己動手能力的一個很好的機(jī)會。 </p><p>　　由于本人的設(shè)計能力有限，在設(shè)計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多

87、指教,我十分樂意接受你們的批評與指正，本人將萬分感謝。</p><p><b>　　（九）參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]樊東黎、徐躍明、佟曉輝.熱處理工程師手冊.機(jī)械工業(yè)出版社,2005年1月</p><p>　　[2]樊東黎、徐躍明、佟曉輝.熱處理技術(shù)數(shù)據(jù)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社 ,2006年4月</p><p&

88、gt;　　[3]范逸明.簡明金屬熱處理工手冊.國防工業(yè)出版社，2006年3月</p><p>　　[4]《熱處理手冊》編寫組.熱處理手冊1-4.機(jī)械工業(yè)出版社,1982年12月</p><p>　　[5]金屬熱處理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊.機(jī)械工業(yè)出版社,2005年8</p><p>　　[6]王曉敏.工程材料學(xué).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2005年3月</p>&l

89、t;p>　　[7]潘鄰.化學(xué)熱處理應(yīng)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社,2004年9月</p><p>　　[8]《熱處理工藝手冊》編寫組熱處理工藝手冊.七機(jī)部七O八所,1979年</p><p>　　[9]吉澤升,張雪龍,武云啟.熱處理爐.哈爾濱工程大學(xué)出版社,1999年1月</p><p>　　[10]魏琦全國最新機(jī)電設(shè)備目錄大全（第三冊）.水利電力出版社,河海大學(xué)出