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20CrMO热处理工艺设计

20CrMO热处理工艺设计
20CrMO热处理工艺设计

前言

众所周知,齿轮是机械设备中关键的零部件,它广泛的用于汽车、飞机、坦克、轮船等工业领域。它具有传动准确、结构紧凑使用寿命长等优点。齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械振动是传递机械动力和运动的一种重要形式、是机械产品重要基础零件。它与带、链、摩擦、液压等机械相比具有功率范围大,传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长、尺寸结构小等一系列优点。因此它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件,也是机器中所占比例最大的传动形式。由于齿轮在工业发展中的突出地位,使齿轮被公认为工业化的一种象征。

得益于近年来汽车、风电、核电行业的拉动,汽车齿轮加工机床、大规格齿轮加工机床的需求增长十分耀眼。据了解,随着齿轮加工机床需求的增加,近年来涉及齿轮加工机床制造的企业也日益增多。无论是传统的汽车、船舶、航空航天、军工等行业,还是近年来新兴的高铁、铁路、电子等行业,都对机床工具行业的快速发展提出了紧迫需求,对齿轮加工机床制造商提出了新的要求。据权威部门预测2012 年将达到200 万吨。20CrMo钢作为一种典型的低合金渗碳结构钢在工程中广泛用于制造轴类、齿轮类零件。

由于齿轮的工作条件复杂,所以要求齿轮既要具有优良的耐磨性又要具备高的抗接触疲劳和抗弯曲疲劳性能。

在齿轮热处理工艺显著提高的背景下,我国已能自行生产各类高参数的齿轮。但我国齿轮的质量与其他发达国家的同类产品相较还是具有一定的差距,主要表现在齿轮的平均使用寿命、单位产品能耗、生产率这几方面上。要提高齿轮的质量,除了要选材合适之外,必须对材料的热处理工艺进行优化,通过新工艺和新设备引进吸收和自主创新,实现齿轮热处理工艺朝节能、环保、智能化方向发展。

本设计是在课堂学习热处理知识后的探索和尝试,其内容讨论如何设计齿轮的热处理工艺,重点是制定合理的热处理规程,并按此设计齿轮的热处理方法。

目录

1齿轮热处理概述 (1)

2齿轮热处理工艺设计 (2)

2.1 齿轮的服役条件、失效形式及性能要求 (2)

2.1.1 服役条件、失效形式 (2)

2.1.2 性能要求 (2)

2.2 齿轮材料的选择 (2)

2.3 20CrMo齿轮的热处理工艺设计 (3)

2.3.120CrMo的工艺流程 (3)

2.3.2 20CrMo的热处理工艺设计 (4)

2.4 20CrMo齿轮的热处理工艺理论基础 (5)

2.5.1 20CrMo的正火工艺理论基础 (6)

2.5.2 20CrMo的气体渗碳工艺理论基础 (7)

2.5.3 20CrMo渗碳后淬火工艺原理基础 (8)

2.5.4 20CrMo回火工艺理论基础 (9)

2.6选择设备、仪表和工夹具 (9)

2.6.1设备 (9)

2.6.2仪表 (11)

2.6.3设计工夹具 (12)

2.7 20CrMo齿轮热处理质量检验项目、内容及要求 (12)

2.8 20CrMo齿轮热处理常见缺陷的预防及补救方法 (13)

2.8.1马氏体粗大及奥氏体过量 (13)

2.8.2碳氮化合物过量 (13)

2.8.3渗层不均匀 (13)

2.8.4热处理畸变 (13)

2.9 热处理工艺卡 (1)

2.9.1 20CrMo正火工艺卡 (1)

2.9.2 20CrMo渗碳工艺卡 (1)

2.9.3 20CrMo淬火工艺卡 (2)

2.9.4 20CrMo回火工艺卡 (2)

3. 参考文献 (20)

1 齿轮热处理概述

齿轮或一般都要承受交变载荷甚至冲击载荷,接触应力大,齿面易磨损。因此,对齿轮的要求是表面硬且耐磨,心部强而韧,具有高的抗疲劳强度,表面不崩裂,不压陷,不点蚀,为了满足这些性能的要求,常常采用低碳钢经正火、渗碳、淬火加低温回火的热处理工艺。

正火是一次预备热处理,主要目的是为了提高钢的硬度,便于钢坯的切削加工。渗碳的目的是提高工件表面材料的含碳量,以便在后续淬火工序中得到高的表面硬度,同时保持芯部韧性,淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变,得到马氏体或贝氏体组织,然后配合以不同温度的回火,以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等,回火目的是减低或消除淬火钢件中的内应力,或降低其硬度和强度,以提高其延性或韧性,提高零件尺寸的稳定性。

通过齿轮的热处理的分析,更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间,保温时间,冷却方式,其目的就是通过正确的热处理工艺,使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。

根据齿轮的工作条件,失效形式及性能要求,本设计选择20CrMo钢作为渗碳齿轮材料;在设计正火-渗碳-淬火-低温回火热处理工艺中,借鉴了《热处理工程师手册》,《钢的热处理》,《金属材料学》,《机床零件用钢》,《齿轮热处理译文集》等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程,使热处理的20CrMo齿轮表面除具有高硬度,高耐磨性外高的疲劳强度,还要使心部具有高的强度和韧性,从而满足齿轮的质量要求。

2齿轮热处理工艺设计

2.1 齿轮的服役条件、失效形式及性能要求

2.1.1 服役条件、失效形式

齿轮工作时,全部扭矩作用在啮合的轮齿的齿根上,使其承受很大的弯曲应力和交变应力,而且是周期性地作用于每一个轮齿上,使其承受复交变应力的作用。齿轮在啮合

传递扭矩的过程中转速变化范围广,齿轮表面承受较大的接触应力,并在高速下承受强

烈的摩擦力。齿轮有时在过载和强烈冲击条件下工作,使齿轮出现多种不同的失效形式

如下:

1.接触疲劳:在齿面上出现浅层麻点和深层剥落。主要发生在高速长时间运行之后。

2.弯曲疲劳:局部或整个牙断裂。主要出现在过载、冲击的使用条件下。

3.磨损:齿面相互滑动造成的擦伤和磨损。主要发生在载荷过大、转速较低的情况下。此外,变速箱齿轮端部会发生撞击磨损。

2.1.2 性能要求

表面要求耐磨,心齿硬度为58-63HRC;齿根硬度为33-45HRC;其余力学性能要求为:抗拉强度σb≥1000MPa;屈服强度σs:≥490 MPa 伸长率δ5 (%):≥11 ;断面收缩率ψ (%):≥45 ;冲击功Akv (J):≥55 ;冲击韧性值αkv (J/cm2):≥69(7)

2.2 齿轮材料的选择

1.根据齿轮的承载能力:

具体齿轮材料的选用主要是根据齿轮工作时载荷的大小、转速的高低及齿轮的精度要求来确定的。载荷大小主要是指齿轮传递转矩的大小。通常以齿面上单位压应力作为衡量标志。一般分为:轻载荷、中载荷、重载荷和超重载荷。齿轮工作时转速越大,齿面

和齿根受到的交变应力次数越多、齿面磨损越严重。因此可以把齿轮转动的圆周速度v

的大小作为材料承受疲劳和磨损的尺度。一般分为低速齿轮(1~9 m/ s) 、中速齿轮(6~10 m/ s) 、高速齿轮(10~15 m/ s) 。齿轮的精度高,则齿形准确,公差小,啮合紧密,传动平稳且无噪声。机床齿轮精度一般为6~8 级(中、低速) 和8~12 级(高速) 。拖拉机小齿

轮精度一般为6~8 级。

2.根据齿轮的失效形式:

由齿轮的失效形式可知齿轮的基本要求为:(1)齿面应有足够的硬度;(2)齿芯应有足够的强度和韧性;(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能。

3.根据齿轮的工作条件来选择:

对于一般比较简单的小磨具渗碳齿轮,心部主要保证有足够的韧性,采用低碳钢即可,但对于受载荷较大的齿轮来说,不仅仅要求心部有足够的硬度,外部还要有高的强度。

常见用来制作齿轮金属的金属材料为锻钢(软齿面,硬齿面),铸钢,铸铁,齿轮它的受力较大、受冲击较频繁因此对材料要求较高。由于弯曲与接触应力都很大,所以重要齿轮都需要渗碳、淬火处理以提高耐磨性和疲劳抗力。为了保证心部有足够的强度及韧性、材料的淬透性要求较高,心部硬度应在HRC35~45。所以选择20CrMo作为制造齿轮的材料。

通过查找《热处理手册》获得20CrMo的C曲线:

2.3 20CrMo齿轮的热处理工艺设计

2.3.1 20CrMo的工艺流程

1.下料--毛坯锻造--正火--加工齿形--渗碳--预冷淬火--低温回火--喷丸--磨齿

2. 锻造工艺设计造齿轮轴的毛坯经过锻造后获得基本的形状。锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形,已获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。齿轮轴的锻造工艺与齿轮相差不大,用棒料镦经切削加工制成的齿轴,其纤维组织弯曲呈放射状,所有齿部的正应力都平行于纤维组织的方向,力学性能得到很大的提高。《热查阅处理工艺规范数据手册》可以找出20CrMo钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式,本设计具体的锻造工艺参数如下表所示

20CrMo钢的热加锻造工艺规范图

项目加热温度始锻温度终锻温度

钢坯1200℃1240~1260℃>750℃

经锻造将获得最大外径约是88mm,高26mm的齿坯,采用缓冷。下图是20CrMo齿轮零件图。

图2 20CrMo拖拉机齿轮零件图

2.3.2 20CrMo的热处理工艺设计

1.正火处理

正火处理可消除齿轮内部过大的应力, 目的是为了细化晶粒、改善组织,增加齿轮的韧性、改善材料的切削性能,为最终热处理做好准备。

2.20CrMo的渗碳处理:

常用的渗碳方法有:固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳。气体渗碳最为常用其所用渗

剂的原始状态可以是气体,也可以是液体如煤油。但在化学热处理炉内均为气态。对所用渗剂要求能易于分解为活性原子,经济,易于控制,无污染,渗层具有较好性能。由于含碳量低,塑性和韧性较高,硬度和耐模性差,所以使用气体表面渗碳热处理,在表面层可获得板条状的马氏体体组织,即高硬度达到58HRC以上,但心部仍然是较高塑性和韧性,硬度为33-45HRC,屈服强度σs:≥490 MPa 伸长率δ5 (%):≥11。

3.淬火处理

面获得高硬度、强度、耐磨性和抗接触疲劳性能,心部仍高强韧性。要求淬火后心齿硬度为58-63HRC;齿根硬度为33-45HRC;其余力学性能要求为:抗拉强度σb≥

1000MPa;屈服强度σs:≥490 MPa 伸长率δ5 (%):≥11 。

4.低温回火

回火可以降低内应力,稳定组织和尺寸,大大提高韧性和得到良好的综合力学性。抗拉强度σb≥1000MPa;屈服强度σs:≥885 伸长率δ5 (%):≥11 ;断面收缩率ψ (%):≥45 ;冲击功Akv (J):≥55 ;冲击韧性值αkv (J/cm2):≥69(7)

图3 热处理总工艺曲线

2.4 20CrMo齿轮的热处理工艺理论基础

2.4.1 20CrMo的正火工艺理论基础

1.正火目的:

降低材料的硬度,便于切削加工,去除材料的内应力和组织硬化现象,为下一步的渗碳处理做准备。

2.正火温度的选择:

20CrMo约为825℃,为促使奥氏体均匀化,增大过冷奥氏体稳定性,选择的加热温

度在930~950 ℃。

图4 铁碳

相图

3.加热方法及保温时间:

采用到温加热的方法,是指当炉温加热到指定温度时,再将工件装进热处理炉进行加热。这样做的原因是避免金属组织的出现不需要的相转变,加热速度快,节约时间。便于小批量生产。

选定的依据:加热时间可按下列公式进行计算:t=a×K×D, 式中t为加热时间(min),K为反映装炉时的修正系数,可根据表2.2取 K为1.4。a为加热系数min/mm,加热系数a 可根据钢种与加热介质、加热温度进行取值,参数见表2.3。D为工件的有效厚度(mm),由公式可知,工件厚度=(工件最厚处直径+工件最薄处直径)/2。

可得t=a×K×D。

4.冷却方式:

出炉后空气冷却。

正火组织:细珠光体+铁素体

2.4.2 20CrMo的气体渗碳工艺理论基础

(1)渗碳的目的:

渗碳后进行淬火与回火,使其心部保持良好的韧性的同时,表层获得高的强度、硬度和耐磨性

(2)渗碳温度:

进行气体渗碳,加热900~920℃,以0.15~0.2mm/h计保温时间,加热温度不超过920℃,以避免晶粒粗大。

渗碳进行淬火回火处理,淬火加热820~850℃,保温后油冷,180℃低温回火。

(3)渗碳介质:甲醇和煤油

(4)渗碳温度时间:

渗碳温度在Ac3以上,考虑碳在钢中的扩散速度等因素,目前再生产上广泛采用温度为910~930℃。随着渗碳层深度的升高,碳在钢中的扩散系数呈指数上升,渗碳速度加快,蛋渗碳温度过高会使晶粒粗大,工件畸变增大,设备寿命降低等负面影响。渗层厚度为0.8~1.2mm,可以选取t=920℃。保温时间:5小时

(5)渗碳工艺:

装炉后排气,滴油量35~65滴/分钟,保温时间160~180滴/分钟,渗层达到要求后降温到850±10℃预冷30分钟,为淬火做准备。

渗碳工艺曲线见图5。

图5

2.4.3 20CrMo渗碳后淬火工艺原理基础

(1)淬火目的:

淬火的目的是为了使过冷奥氏体进行马氏体(或贝氏体)转变,得到马氏体(或贝氏体)组织,然后配合以不同温度的回火,以提高工件的硬度、强韧性、弹性、耐蚀性和耐磨性等,获得所需的力学性能。

(2)淬火温度:

淬火温度:840±10℃

依据:20CrMo为低碳钢,加热温度t=Ac3+30~50℃

(3)淬火介质:

油冷

(3)保温时间:20~30min

为工件在渗碳炉中保温的时间已经足够长无需再加热很长时间。

(4)淬火后组织:

渗碳淬火后齿轮由表面至心部的组织依次为:马氏体+碳化物(少量)+残余奥氏体→马氏体+残余奥氏体→马氏体→低碳马氏体(心部)。

图6

2.5.4 20CrMo回火理论基础

(1)低温回火目的:

低碳钢采取回火时可以使马氏体分解,析出碳化物转变成回火马氏体,淬火内应力得到部分消除,淬火时得到的微裂纹也得到大部分的愈合,因此低温回火可以在很少降低硬度的情况下使钢的韧性得到显著地提高,并提高钢的强度、耐磨性,使轴和齿轮部分得到优异的机械性能。并且可以稳定组织,使工件在适用过程中不发生组织转变,降低或消除淬火内应力,以减少工件的变形并防止开裂,从而保证工件的尺寸、形状不变。

(2)低温回火的温度选择:

由于渗碳钢零件表面要求具有很高的硬度,耐磨性,同时要求心部具有较好的塑韧性。因此低温回火可以满足性能要求,故选择低温回火,且工件适中,温度t:150~250℃。

(3)保温时间:

依据:工件有效厚度40mm,合金钢应按空气回火炉温表(表5.1),增加所列时间的1/3保温时间。

4)冷却方式与回火形态组织:出炉空冷;表面:氏体+碳化物+残余奥氏体;

心部:回火马氏体+残余奥氏体。

2.6选择设备、仪表和工夹具

2.6.1设备

(1)等温正火设备:

综合考虑选用RX3系列950℃箱式电阻炉,电阻炉参数见下表。

RX3-60-9 950℃箱式电阻炉

型号

额定

功率

电源

额定

温度

工作空间

尺寸(mm×mm)

相数电压

RX3-15-9 15(KW) 1 380(V) 950℃500×230×220

说明:适用于中,小型工件成批量生产。可进行退火、正火、淬火和高温及低温回火等热处理操作。该炉功率小空间相对于工件可以很好的利用,正是由于它的空间小它的加热时间短并且热利用率高。

图7 X3-60-9 950℃箱式电阻炉

(2)渗碳设备:

用井式气体渗碳炉,型号为RQ3-75-9D。渗碳炉子参数见下表

RX3-35-9D 950℃井式气体渗碳炉技术数据

额定

功率

KW

额定

电压

V

额定

度℃

加热

区数

电热

原件

接法

工作

空间

尺寸

(直

径×

空炉

升温

时间

h

空炉

损耗

功率

KW

炉温

均匀

性℃

深)

35 380 950 1 Y 300×

600

≦2.5 ≦9 ≦20

图8井式气体渗碳炉

(3)淬火设备:渗碳炉和油槽。

(4)回火设备:低温井式电阻炉,型号为Rj-35-6,电阻炉参数见下表

Rj-35-6低温井式电阻炉技术数据

定功率

KW

定电压

V

定温

度℃

热区数

作空间

尺寸(直

径×深)

炉升温

时间h

炉损耗

功率

KW

35 380 950 3 500×650 ≦4.5 ≦1 2.6.2仪表

1.温度检测表

热电偶:镍铬—镍硅(镍铝),温度范围40-1200℃。

2.温度显示与调节仪表

TA—091电子调节器,规格参数:位式+报警,该系列仪表所配用执行器:接触器、电磁阀、ZAP(ZAJ)直行程电机+ZM薄膜阀,可控硅电压调整器、DF-1伺服放大器+直行程电机+ZM薄膜阀,电气转换器+ZM气动薄膜阀。

3.数字式温度显示仪表:

面板是数字温度仪表:RY2312,测量范围:0-1300℃。

4.压力测量仪表

热处理设备工测量压力表主要测量煤气压力燃烧油压力。

2.6.3设计工夹具

零件在热处理过程中,根据零件的外形、尺寸及批量和所选用的加热炉型号,需要多种吊具和工夹具以保证零件的加热均匀,不致于变形,保证操作安全。

1.夹具:

圆锥台的大端有用于螺栓连接的法兰盘,在圆锥台锥面中间圆周上均布若干轴线垂直于锥面的通孔,通孔内有一台阶孔。

2.压板:

3.定位销:

头部是球体,中间是轴,尾部加工一个台阶,台阶的顶部是球面。

4.弹簧:

套在定位销上并一起安装在夹具体锥面上的通孔内。

5.变速箱齿轮渗碳夹具:

2.7 20CrMo理质量检验项目、内容及要求

1.外观形检查

检查工件表面有无腐蚀或氧化皮。不得有裂纹及碰伤,表面不得有锈蚀。

2.工件变形检查

根据图样技术要求检查工件的挠曲变形、尺寸及几何形状的变化。

3. 硬度测试

硬度检验:包括工件的表面和心部的硬度检验。选取三点进行硬度测试,根据原理HB=F/S(淬火钢球),用硬度实验测试。

4.渗层深度及组织检查

选取试样横截面切取,打磨试样,夹具夹持进行抛光,用4%硝酸酒精溶液侵蚀,在用酒精进行清洗,再吹干。用放大镜观察渗层厚度,在金相显微镜下进行观察试样的金相组织,按技术要求及标准行检查渗层碳化物的形态及分布,残留奥氏体数量,有无反

常组织,心部组织是否粗大及铁素体是否超出技术要求等,一般在显微镜下放大400倍观察,若得到组织为回火索氏体,则符合工件热处理组织要求。

2.8 20CrMo齿轮热处理常见缺陷的预防及补救方法

2.8.1马氏体粗大及奥氏体过量

这主要是由于实际淬火温度过高,材料表面碳含量过高所造成的,因此,可以适当的降低淬火温度和表面脱碳或者是渗碳的时候掌握好时间等措施来解决这个缺陷。

2.8.2碳氮化合物过量

齿轮经过碳氮共渗能够增加碳化层的强度,但是由于操作不当,可能导致面层浓度过高,是析出的碳化物以角状或网状形态析出,会导致组织表面组织性能严重降低,容易产生齿崩,并且容易应力集中。解决方式是按照正确的工艺操作,严格按照工艺要求进行每一步热处理操作,并在热处理后仔细检测热处理参数,看是否达到热处理要求,否则必须重新热处理至达到要求。

2.8.3渗层不均匀

碳氮共渗中最容易出现的缺陷组织是黑色组织,可能造成齿轮的接触疲劳、弯曲疲劳及降低齿轮的耐磨性等,其产生的主要原因由于合金元素Mn被内氧化,而生成合金氧化物及氮原子的渗入而生成含Cr、Mn的C、N化合物造成的,因此在渗碳的过程中做好气体保护,控制好渗碳炉内的温度满足渗碳是环境条件,使齿轮内部合金元素不被氧化,贫化等使其达到渗碳所具备的条件。

2.8.4热处理畸变

在齿轮的热处理过程中,由于原材料的悬着,材料原始组织,热处理前序以及齿轮的几何形状因素等因素可能造成齿轮整体尺寸发生畸变。这种畸变可以通过适当的改变材料,增加后续处理工艺及控制设备,装炉方式等来减少尺寸畸变。

2.9 热处理工艺卡

2.9 15Cr正火工艺卡

热处理工艺卡零件名称20CrMo齿轮材料20CrMo

热处理类型正火热处理硬度HB163~217 工艺设计xxx

加热温度℃900~920℃加热速度℃/h 审核xxx

保温时间3h 冷却速度℃/h 100℃日期2011-7-12

2.9 15Cr渗碳工艺卡

热处理工艺卡零件名称15Cr拖拉机齿轮材料15Cr

热处理类型气体渗碳热处理硬度工艺设计xxx

900~920℃

加热速度℃/h 审核xxx 加热温度℃

840~860℃

渗碳时间 1.5h 碳层深度0.8mm 日期2011-7-12

2.9 15Cr 淬火工艺卡

2.9 15Cr 回火工艺

热处理工艺卡

零件名称

15Cr 拖拉机齿轮

材料

15Cr

热处理类型 回火 热处理硬度 外部硬度为>58HRC; 内部硬度为>33HRC

工艺设计

xxx

加热温度℃ 170~190℃ 加热速度℃/h 审 核 xxx 保温时间

2h

冷却方式

空冷

日 期

2011-7-12

热处理工艺卡

零件名称

15Cr 拖拉机齿轮

材料

15Cr

热处理类型 淬火 热处理硬度 >58HRC

工艺设计 xxx 加热温度℃ 830~850℃ 加热速度℃/h

审 核 xxx 保温时间

20~30min

冷却速度℃/h

300~600℃

日 期

2011-7-12

3. 参考文献

[1] 齿轮热处理编译组. 齿轮热处理译文集[M]. 北京: 国防工业出版社, 1980.

[2] 吴用新. 机床零件热处理[M]. 北京: 机械工业出版社, 1982.

[3] 陈良玉. 机械设计基础[M]. 沈阳: 东北大学出版社, 2000.

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[5] 潘健生. 热处理手册[M]. 北京: 机械工业出版社,2008

[6] 马鹏飞. 热处理技术[M]. 北京: 化学工业出版社,2008.

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[9] xxx. 金属材料学[M]. 北京:冶金工业出版社,2012.

金属材料热处理及其应用

金属材料热处理及其应用(一)---基本常识 金属材料热处理是机械制造中的重要工艺之一,与其它加工工艺相比,热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分,而是通过改变工件内部的显微组织,或改变工件表面的化学成分,赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量,而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能,除合理选用材料和各种成形工艺外,热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料,钢铁显微组织复杂,可以通过热处理予以控制,所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外,铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能,以获得不同的使用性能。 金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度,并在此温度中保持一定时间后,又以不同速度冷却的一种工艺。 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中,热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770~前222年,中国人在生产实践中就已发现,铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪,钢铁兵器逐渐被采用,为了提高钢的硬度,淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟,其显微组织中都有马氏体存在,说明是经过淬火的。随着淬火技术的发展,人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀,相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了,同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206~公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15~0.4%,而表面含碳量却达0.6%以上,说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密,不肯外传,因而发展很慢。1863年,英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织,证明了钢在加热和冷却时,内部会发生组织改变,钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论,以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图,为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时,人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法,以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。1850~1880年,对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889~1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 二十世纪以来,金属物理的发展和其它新技术的移植应用,使金属热处理工艺得到更大发展。一个显着的进展是1901~1925年,在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳;30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控,以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法;60年代,热处理技术运用了等离子场的作用,发展了离子渗氮、渗碳工艺;激光、电子束技术的应用,又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。 金属材料热处理的工艺 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程,有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接,不可间断。 加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多,最早是采用木炭和煤作为热源,进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制,且无环境污染。利用这些热源可以直接加热,也可以通过熔融的盐或金属,以至浮动粒子进行间接加热。 金属加热时,工件暴露在空气中,常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低),这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热,也可用涂料或包装方法进行保护加热。 加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一,选择和控制加热温度,是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异,但一般都是加热到相变温度以上,以获得高温组织。另外转变需要一定的时间,因此当金属工件表面达到要求的加热温度时,还须在此温度保持一定时间,使内外温度一致,使显微组织转变完全,这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时,加热速度极快,一般就没有保温时间,而化学热处理的保温时间往往较长。

(工艺技术)钢的热处理工艺设计经验公式

钢的热处理工艺设计经验公式 1钢的热处理 1.1 正火加热时间 加热时间t=KD (1) 式中t为加热时间(s); D使工件有效厚度(mm); K是加热时间系数(s/mm)。 K值的经验数据见表1。 表1 K值的经验数据 1.2 正火加热温度 根据钢的相变临界点选择正火加热温度 低碳钢:T=Ac3+(100~150℃)(2) 中碳钢:T=Ac3+(50~100℃)(3) 高碳钢:T=A Cm+(30~50℃)(4) 亚共析钢:T=Ac3+(30~80℃)(5) 共析钢及过共析钢:T=A Cm+(30~50℃)(6) 1.3 淬火加热时间 为了估算方便起见,计算淬火加热时间多采用下列经验公式: t=a· K ·D︱ (不经预热) (7) t=(a+b)· K ·D︱(经一次预热) (8) t=(a+b+c)· K ·D︱(经二次预热) (9) 式中t—加热时间(min); a—到达淬火温度的加热系数(min/mm); b—到达预热温度的加热系数(min/mm); c—到达二次预热温度的加热系数(min/mm); K—装炉修正系数; D︱--工件的有效厚度(mm)。 在一般的加热条件下,采用箱式炉进行加热时,碳素钢及合金钢a多采用1~1.5min/mm;b 为1.5~2min/mm(高速钢及合金钢一次预热a=0.5~0.3;b=2.5~3.6;二次预热a=0.5~0.3;b=1.5~2.5;c=0.8~1.1),若在箱式炉中进行快速加热时,当炉温较淬火加热温度高出100~150℃时,系数a约为1.5~20秒/毫米,系数b不用另加。若用盐浴加热,则所需时间,应较箱式炉中加热时间少五分之一(经预热)至三分之一(不经预热)左右。工件装炉修正系数K的经验值如表2: 表2 工件装炉修正系数K

化学热处理工艺及应用

一.化学热处理工艺及应用 除渗碳、渗氮外,渗金属主要有渗Al、Cr、V、Si、B、S等金属和非金属。下面简单介绍。 1.渗铬 适用于各种钢制件的耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化能力。 渗后硬度:低碳钢为200~250HV;高碳钢为1250~1300HV。 渗层深度:一般为0.10~0.30mm。 渗层金相组织:低碳钢50%左右铬在铁素体中的固溶体;高碳钢由铬的碳化物(Cr7C3)、(CrFe)7C3组成。 渗铬方法:固、液、气体渗,还有真空渗等。 固体法:将以下配方研成粒度小于50目(约0.297mm)粉末,然后装箱进行。 配方1:50%~55%铬铁粉末+40~50%氧化铝+2~3%氯化铵。 配方2:60%~65%铬铁粉末+30~35%耐火土+3~4%氯化铵。 装炉温度为800~850℃,保温1~1.5h后升温到1000~1050℃.。保温12~15h(视层深要求而定)。然后随炉冷却600~700℃出炉空冷即可。 液体法:采用70%氯化钡+30%氯化钠为基盐。将金属铬或铬铁粉末经盐酸处理后放入基盐中,加热到1000~1050℃保温1.0~1.5h即开始渗,同时应不间断地用惰 性气体或还原气体保盐浴表面不被氧化。 气体法:利用干净铬块+氯化铵+氢气,在950~1100℃通入氯化铜蒸汽进行。渗铬后的处理:在一定载荷下工作并要求一定的强度的零件,渗铬后正火处理可细化晶 粒,提高基体强度和韧性,淬火和回火处理可根据需要调整基体的性能。 2、渗B 渗硼是指将工件放在一定比例的含硼介质中加热。 适用范围:提高各种钢、铸铁和粉末冶金等材料制作的工件耐磨性。 渗后硬度:900~1200H V0.1以上。 金相组织:为致密的单相Fe2B。

课程设计论文热处理工艺设计

目录 第一章 热处理工设计目的 (1) 第二章 课程设计任务 (1) 第三章 热处理工艺设计方法 (1) 3.1 设计任务 (1) 3.2 设计方案 (2) 3.2.1 12CrNi3叶片泵轴的设计的分析 (2) 3.2.2 钢种材料 (2) 3.3设计说明 (3) 3.3.1 加工工艺流程 (3)

3.3.2 具体热处理工艺 (4) 3.4分析讨论 (11) 第四章 结束语 (13) 参考文献 (14)

12CrNi3叶片泵轴的热处理工艺设计 一. 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习,是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是: (1)培养学生综合运用所学的热处理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。 二. 课程设计的任务 进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求,选定能实现技术要求的热处理方法,制定工艺参数,画出热处理工艺曲线图,选择热处理设备,设计或选定装夹具,作出热处理工艺卡。最后,写出设计说明书,说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。 三. 热处理工艺设计的方法 1. 设计任务 12CrNi3叶片泵轴零件图如图3.1

图3.1 12CrNi3叶片泵轴 2、设计方案 2.1.工作条件 叶片泵是由转子、定子、叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。叶片泵的结构紧凑,零件加工精度要求高。叶片泵转子旋转时,叶片在离心力和压力油的作用下,尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积,先由小到大吸油再由大到小排油,叶片旋转一周时,完成两次吸油与排油。泵轴在工作时承受扭转和弯曲疲劳,在花键和颈轴处收磨损。因此,要求轴有高的强度,良好的韧性及耐磨性。 2.1.1失效形式 叶片泵轴的主要失效形式是疲劳断裂,在花键和轴颈处可能发生工作面的磨损、咬伤,甚至是咬裂。 2.1.2性能要求 根据泵轴的受力情况和失效分析可知 ,叶片泵轴主要是要求轴具有高的强度,良好的韧性及耐磨性,以保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。 2.2钢种材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢,比12CrNi2A钢有更高的淬透性,因此,可以用于制造比12CrNi2A钢截面稍大的零件。该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能,钢的低温韧性好,缺口敏感性小,切削加工性能良好,当硬度为HB260~320时,相对切削加工性为60%~70%。另外,钢退火后硬度低、塑性好,因此,既可以采用切削加工方法制造模具,也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性,模具成型后需要进行渗碳处理,然后再进行淬火和低温回火,从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性,该钢适宜制造大、中型塑料模具。12CrNi3高级渗碳钢的淬透性较高 ,退火困难。由于不渗碳表面未经镀铜防渗 ,因此渗碳后进行低温回火 , 降低硬度 , 便于切去不渗碳表

热处理工艺设计课程设计

北华航天工业学院 《热处理工艺设计》 课程设计报告 报告题目:CA8480轧辊车床主轴 和淬火量块 热处理工艺的设计 作者所在系部:材料工程系 作者所在专业:金属材料工程 作者所在班级:B10821 作者学号:20104082104 作者姓名:倪新光 指导教师姓名:翟红雁 完成时间:2013.06.27

课程设计任务书 课题名称 CA8480轧辊车床主轴和淬火量块 热处理工艺的设计 完成时间06.27 指导教师翟红雁职称教授学生姓名倪新光班级B10821 总体设计要求 一、设计要求 1.要求学生在教师指导下独立完成零件的选材; 2.要求学生弄清零件的工作环境。 3.要求学生通过对比、讨论选择出最合理的预先热处理工艺和最终热处理工艺方法; 4.要求学生分别制定出预先热处理和最终热处理工艺的正确工艺参数,包括加热方式、加热温度、保温时间以及冷却方式; 5.要求学生写出热处理目的、热处理后组织以及性能。 工作内容及时间进度安排 内容要求时间备注 讲解并自学《金属热处理工艺》课本第六章;收集资料, 分析所给零件的工作环境、性能要求, 了解热处理工艺设计的方法、内容和步骤; 通过对零件的分析,选择合适的材料以及技术要 求 0.5天 热处理工艺方法选择和工艺路线的制定 确定出几种(两种以上)工艺 线及热处理 方案,然后进行讨论对比优缺点, 确定最佳工艺 路线及热处理工艺方案 1.5天 热处理工艺参数的确定及热处理后组织、性能 查阅资料,确定出每种热处理工艺的参数, 包括加热方式、温度和时间,冷却方式等,并绘 出相应的热处理工艺曲线 1.5天 编写设计说明书按所提供的模板 0.5天 答辩1天 课程设计说明书内容要求 一. 分析零件的工作环境,确定出该零件的性能要求,结合技术要求,选出合适的材料,并阐述原因。 二. 工艺路线和热处理方案的讨论。要求两种以上方案进行讨论,条理清晰,优缺点明确。 三. 每种热处理工艺参数的确定(工序中涉及到的所有热处理工艺)。写出确定参数的理由和根据,(尽可能写出所使用的设备)要求每一种热处理工艺都要画出热处理工艺曲线; 四. 写出每个工序的目的以及该零件热处理后常见缺陷。

2021版热处理工艺在模具制造过程中的应用

( 安全管理 ) 单位:_________________________ 姓名:_________________________ 日期:_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 2021版热处理工艺在模具制造 过程中的应用 Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process

2021版热处理工艺在模具制造过程中的应 用 现代工业的快速发展离不开模具,模具被广泛用于航空航天、船舶等各个行业,对制造业影响巨大,特别是对生产金属制品行业,工厂需要采用热处理技术,利用模具制造出高质量产品。 模具是一种制造用的模型,模具的制造程序可以分为多种类型的机械制造和热制造两道程序,众多类型程序中都用到了热处理技术,可以说热处理被应用在模具制作的整个过程,对模具进行加热处理可以增强模具的性能。采用同种结构的模具材料和结构及相同的客观条件,运用了热处理就能使模具的材料得到充分利用,且能够增加模具的使用时间。如果应用不正确的热处理方式,不仅不能弥补原有的材料缺陷,还会使缺陷加大,进而导致整个模具的变形,所以,热处理技术对模具的制造起着重要的作用。本文将讲述热处

理技术的含义,热处理技术对模具的制造的重要意义及热处理技术在模具的制造中的应用进行论述。 热处理技术的含义 热处理是通过把某些金属在特定环境下进行加热、保持恒温,然后冷却等一系列方法,从而是金属表面或内在结构发生变化,进而达到改变性能的技术。模具热处理大致分为模具制作前的热处理、最后热处理和表面修整处理。前期热处理为后期成品热处理打下基础,为提高模具产品的加工性能做准备;最后热处理是对模具进行回火处理来加大模具的强度、硬度和韧度;对模具的表面修整处理是通过对模具施加某些化学和物理作用改善模具性能,进而达到模具表面更加完好。热处理的手段包括退火、正火和淬火。退火依据不同材料应用不等的时间,慢慢冷却产品,使其接近金属的内部组织,取得良好的性能。正火是加热工件后使其在空中冷却,通过正火达到的内部组织更细腻,因此,正火经常用来改善工料削割性能。淬火是把工件在油、水等某些物质介质力冷却,冷却耗时短,淬火和回火经常结合一起使用。

45钢车床主轴的热处理工艺设计

《金属学与热处理》课程设计报告 45钢车床主轴的热处理工艺设计 学 院化学工程与现代材料 专 业 金属材料工程 姓 名 高治峰 学 号 指导教师 张美丽 完成时间 目录 2. 2. 2 45号钢的性能 ................................................................... ..4 2.3 热处理技术条件 .......................................... .. (5) 2.3.1加工工艺路线 .................................... 5 3热处理工艺分析 3.1 锻坯正火 ........................................................ .5 (5) 3.1.2 热处理工艺 ......................................... ..…….5 3.1.3 操作技巧 ............................................ ......5 3.2 调质 .................................................. .. (6) 3.2.1 调质目的 ...................................................... 6 3.2.2 热处理工艺 .................................................. .6 摘要 ....... 1引言…… 2设计分析 2 . 1 析 ........ 2.2 45 号钢的成分及性能点 ........ 2.2.1 45 号钢的元素成分及其作用 车床的使用工况及性能 ? (1) ….2 .4

热处理工艺的特点

热处理工艺的特点 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一,与其他加工工艺相比,热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分,而是通过改变工件内部的显微组织,或改变工件表面的化学成分,赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量,而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能,除合理选用材料和各种成形工艺外,热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料,钢铁显微组织复杂,可以通过热处理予以控制,所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外,铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能,以获得不同的使用性能。 热处理的发展史 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中,热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770至前222年,中国人在生产实践中就已发现,铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪,钢铁兵器逐渐被采用,为了提高钢的硬度,淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟,其显微组织中都有马氏体存在,说明是经过淬火的。 随着淬火技术的发展,人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀,相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了,同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206~公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15~0.4%,而表面含碳量却达0.6%以上,说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密,不肯外传,因而发展很慢。 1863年,英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织,证明了钢在加热和冷却时,内部会发生组织改变,钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论,以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图,为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时,人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法,以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。 1850~1880年,对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889~1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 二十世纪以来,金属物理的发展和其他新技术的移植应用,使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901~1925年,在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳;30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控,以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法;60年代,热处理技术运用了等离子场的作用,发展了离子渗氮、渗碳工艺;激光、电子束技术的应用,又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。

热处理种类应用

1.热处理工艺的分类 金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。 整体热处理是对工件整体加热,然后以适当的速度冷却,获得需要的金相组织,以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后,有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。 8.5补充手段之二 1.退火:指金属材料加热到适当的温度,保持一定的时间,然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有:再结晶退火、去应力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的:主要是降低金属材料的硬度,提高塑性,以利切削加工或压力加工,减少残余应力,提高组织和成分的均匀化,或为后道热处理作好组织准备等。 2.正火:指将钢材或钢件加热到或(钢的上临界点温度)以上,30~50℃保持适当时间后,在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的:主要是提高低碳钢的力学性能,改善切削加工性,细化晶粒,消除组织缺陷,为后道热处理作好组织准备等。 3.淬火:指将钢件加热到Ac3 或Ac1(钢的下临界点温度)以上某一温度,保持一定的时间,然后以适当的冷却速度,获得马氏体(或贝氏体)组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火,马氏体分级淬火,贝氏体等温淬火,表面淬火和局部淬火等。淬火的目的:使钢件获得所需的马氏体组织,提高工件的硬度,强度和耐磨性,为后道热处理作好组织准备等。 4.回火:指钢件经淬硬后,再加热到Ac1 以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有:低温回火,中温回火,高温回火和多次回火等。回火的目的:主要是消除钢件在淬火时所产生的应力,使钢件具有高的硬度和耐磨性外,并具有所需要的塑性和韧性等。 5.调质:指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。 6.渗碳:渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层,再经过淬火和低温回火,使工件的表面层具有高硬度和耐磨性,而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

20CrMO热处理工艺设计要点

前言 众所周知,齿轮是机械设备中关键的零部件,它广泛的用于汽车、飞机、坦克、轮船等工业领域。它具有传动准确、结构紧凑使用寿命长等优点。齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械振动是传递机械动力和运动的一种重要形式、是机械产品重要基础零件。它与带、链、摩擦、液压等机械相比具有功率范围大,传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长、尺寸结构小等一系列优点。因此它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件,也是机器中所占比例最大的传动形式。由于齿轮在工业发展中的突出地位,使齿轮被公认为工业化的一种象征。 得益于近年来汽车、风电、核电行业的拉动,汽车齿轮加工机床、大规格齿轮加工机床的需求增长十分耀眼。据了解,随着齿轮加工机床需求的增加,近年来涉及齿轮加工机床制造的企业也日益增多。无论是传统的汽车、船舶、航空航天、军工等行业,还是近年来新兴的高铁、铁路、电子等行业,都对机床工具行业的快速发展提出了紧迫需求,对齿轮加工机床制造商提出了新的要求。据权威部门预测2012 年将达到200 万吨。20CrMo钢作为一种典型的低合金渗碳结构钢在工程中广泛用于制造轴类、齿轮类零件。 由于齿轮的工作条件复杂,所以要求齿轮既要具有优良的耐磨性又要具备高的抗接触疲劳和抗弯曲疲劳性能。 在齿轮热处理工艺显著提高的背景下,我国已能自行生产各类高参数的齿轮。但我国齿轮的质量与其他发达国家的同类产品相较还是具有一定的差距,主要表现在齿轮的平均使用寿命、单位产品能耗、生产率这几方面上。要提高齿轮的质量,除了要选材合适之外,必须对材料的热处理工艺进行优化,通过新工艺和新设备引进吸收和自主创新,实现齿轮热处理工艺朝节能、环保、智能化方向发展。 本设计是在课堂学习热处理知识后的探索和尝试,其内容讨论如何设计齿轮的热处理工艺,重点是制定合理的热处理规程,并按此设计齿轮的热处理方法。

金属材料热处理工艺的应用与发展趋势

金属材料热处理工艺的应用与发展趋势 摘要:伴随着我国制造业的发展,机械加工发展越加趋于重要地位。而在重视环境和人文一体的我国,必须在保证生态情况下,减少耗能污染,引进先进的热处理新技术是必要的。 关键词:金属材料;热处理技术;应用发展 先进的热处理技术是我国制造金属业的重点整改项目之一。在社会提倡节约能源,低能易耗,保护环境的政策下,开发和应用新的金属材料热处理工艺是势在必行的。我国以前的制造业中,对热处理的能耗极高,并且用电量大,据研究统计,制造业用电量占机械总用电的30%。可想而知,庞大的用电量致使废气排放量大,对环境造成大幅的污染危害。而引进应用先进的热处理技术,缩短加热处理时间,降低周期,无疑是大大降低了用电能耗,不仅节约电能源、煤能源、石油能源,还减少了环境污染,促进的生态环境,大大提高了制造业和社会环境的统一、和谐和交融。此外,先进的热处理技术应用还可以给企业节约生产成本,缩短生产周期,减少人工浪费和返工手续,提高经济效益和保证产品的质量,从而保证产品的市场竞争力和耐用性。 1.热处理的薄层渗入技术 热处理薄层渗入技术打破了人们原有传统的固有思想---认为各化学元素渗透更深、加热时间更长会对金属制件材料的韧性和耐磨性更好。而经过一系列的实践研究表明并非如此,反而在对金属制件材料进行热处理时,减少金属制件材料表面涂层的厚度,即薄层厚度,反而能得到金属制件材料更好的韧性和综合性能。在热处理中还能缩短对金属制件材料的加热时间,减少用电量,降低排放污染,节约大量的能源消耗。根据实践证明:金属制件材料表面的渗碳层相较减小百分之三十,用电能源就会节约到百分之三十,对煤炭和甲醇资源而言,更能达到百分之五十的节约。而对金属材料的综合性能没有任何影响。我国自行车行业中对钢球的使用已经应用了热处理薄层渗入技术,并经实践证明有了显著的成效。既节约了成本,提高了生产力,还减少了废气排放和环境污染,促进了生态环保的发展。 2.热处理的超硬涂层技术 热处理超硬涂层技术是指在机械制造业中利用高新技术装置设备,摒除传统的人工盯进控制,实行电脑自动化运行监控技术,对超硬金属制件材料工具零件运用热处理的离子轰击法,使其在刀具、模具表面上沉积硬化后,再用2umTIN 的专业技术方法进行溅射处理,成品极快,产品质量过硬,产品的使用寿命也有显著提高。通过实践证明,新技术的应用不仅使产品质量提高,还节约时间成本,做到高效环保生产。 3.热处理的振动时效处理技术

热处理工艺设计

50钢调速弹簧的 热处理工艺设计 1 热处理工艺课程设计的意义 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习,是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是: (1)培养学生综合运用所学的热处理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。 2热处理课程设计的任务 ①普通热处理工艺设计 ②特殊热处理工艺设计 ③制定热处理工艺参数 ④选择热处理设备 ⑤设计热处理工艺所需的挂具、装具或夹具 ⑥分析热处理工序中材料的组织和性能 ⑦填写工艺卡片 350调速弹簧的技术要求及选材 3.1 技术要求 50钢喷油泵调速弹簧技术要求如下: 硬度:46~51 3.2 零件图 喷油泵调速弹簧的零件如图3.1所示。

图3.1 喷油泵调速弹簧 3.3 材料的选择 3.3.1零件用途 喷油泵调速弹簧,利用弹簧的受力形变和恢复来调节气门的开合,从而调节喷油泵的喷油速度与喷油量。 3.3.2工作条件 (1)喷油泵调速弹簧工作时,要承受高应力。 (2)喷油泵调速弹簧要承受高频率往复运动。 (3)喷油泵调速弹簧要在较高的温度下工作。 3.3.3性能要求 弹簧的性能要求为如下几个方面:

力学性能:由于弹簧是在弹性范围内工作,不允许有永久变形。要求弹簧材料有良好的微塑性变形能力,即弹性极限、屈服极限和屈强比要高。 理化性能方面:喷油泵调速弹簧的工况很复杂,要在较高的温度下长期工作,因此要求弹簧材料有良好的耐热性,即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。 工艺性能方面:尺寸较小的弹簧热处理时变形大、难以校正和保证弹簧产品质量,宜选用已强化的弹簧材料,冷成型后不经淬火、回火,只须进行低温退火。这样更能保证大批量小弹簧的产品质量和成本低廉。 3.3.4材料选择 选用50钢热轧弹簧钢丝卷制。由于50钢中含有铬能够提高淬透性并且可降低锰引起过热的敏感性,铬熔于铁素体中使弹性极限提高。钒可以细化组织,减少过热敏感性,提高钢的强度和冲击韧性。可用作特别重要的承受高应力的各种尺寸的螺旋弹簧,也可也用作在300°C以下工作的重要弹簧,如各种阀门弹簧,喷油嘴弹簧。 3.3.550钢化学成分及合金元素作用 表3.1 50钢的化学成分[1](3077-1990)ω C V P S 0.44~0.54 0.17~0.37 0.50~0.80 0.80~1.10 0.10~0.20 ≤0.35 ≤0.035 ≤0.030 50钢的化学成分示于表3.1 化学元素作用: ① C :保证形成碳化物所需要的碳和保证淬火马氏体能够获得的硬度 ②:提高钢的淬透性并有二次硬化作用,是刚在高温时仍具高强度和高硬度,增加钢的耐磨性,增高钢的淬火温度。 ③:能提高钢的淬透性和抗回火性,对钢的综合机械性能,还能增高淬火温度,阻碍碳元素溶于钢中。 ④:能增加钢的强度和硬度,有脱氧及脱硫的功效(形成),防止热脆,故能改善钢的锻造性和韧性,可增进刚的硬化深度,降低钢的下临界点,增加奥氏体冷却时的过冷度,细化珠光体组织以改善机械性能。 ⑤ V:可以细化组织,减少过热敏感性,提高钢的强度和冲击韧性。

热处理工艺课程设计书终极版

热处理工艺课程设计任务书 学院材料科学与工程专业材料科学与工程学生姓名肖娅丹班级学号材料0901 U200910994 课程设计题目45钢传动轴零件热处理工艺 设计任务: 进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求,选定能实现技术要求的合适材料、热处理方法,确定工艺参数(温度及时间等),画出热处理工艺曲线图,选择热处理设备,设计或选定装夹具,制定热处理工艺卡。最后,写出设计说明书,说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。 针对所选择的材料为45钢的轴零件,先绘出零件工作图,根据材料和零件加工技术要求,确定工艺流程及热处理方法,并进行工艺参数的设定并分析各热处理工序中材料的组织、性能,选择设备并制作热处理工艺卡,最终写出设计说明书。 设计进度安排: 第一周周一~周三学习相关热处理工艺的设计方法,明确设计任务和所需要注意的事项。 周四~周六绘制45钢轴零件工作图 第二周周一~周二查阅资料确定热处理工艺流程及工艺参数的确定 周三~周四撰写设计说明书 周五答辩 指导教师(签字): 年月日主管院长(签字): 年月日

目录 1.热处理工艺课程设计的意义及方法 (3) 1.1热处理工艺课程设计的意义 (3) 1.2热处理工艺设计的方法 (3) 2.绪论——45钢轴类零件简介 (4) 2.1.45钢简介 (4) 2.1.1主要化学成分作用分析 (4) 2.1.2 45钢加热和冷却临界点 (5) 2.2传动轴零件加工工艺 (5) 3.加工工艺 (6) 4.热处理工艺设计的内容 (7) 4.1调质处理 (7) 4.1.1加热温度 (7) 图4-2装炉安装简图 (8) 4.1.2保温时间 (8) 4.1.3冷却方法及介质 (10) 4.1.4检验方法 (10) 4.1.5调质处理材料的组织、性能 (10) 4.2高频感应淬火 (11) 4.2.1原理 (11) 4.2.2加热温度和时间的确定 (12) 4.2.3冷却方法及介质 (12) 4.2.4组织和性能 (12) 4.2.5常见缺陷及分析 (13) 4.3低温回火 (14) 4.3.1加热温度和时间 (14) 4.3.2加热设备及方法 (14) 4.3.3回火后组织和性能 (14) 4.3.4冷却介质和方法 (15) 附录一热处理工艺卡 (17) 5.热处理工艺设计感想和体会 (18) 6.参考文献 (19)

热处理方法、特点和应用

热处理方法、特点和应用 一、退火(焖火) (1)操作 将工件加热到A c 1或A c 3以上(发生相变)或A c 1以下(不发生相变),保温 后,缓冷下来,通过相变以消除应力、降低硬度的一种热处理方法。 (2)特点 退火后的组织,硬度较低,便于加工。发生相变的退火组织:亚共析钢→铁素体+珠光体;共析钢→珠光体;过共析钢→珠光体+二次渗碳体 (3)目的和应用 降低硬度,提高塑性,改善切削加工性能和压力加工性能(对于不存在珠光体型转变的某些高合金钢,不能采用退火来软化,而要用正火后加高温回火来降低硬度,此时高温回火也属于不发生相变的退火)。细化晶粒,调整组织(限于有相变的退火)改善力学性能,为下一步工序作准备。消除铸、锻、焊、轧、冷加工等所产生的内应力。 二、正火(正常化和明火) (1)操作 将工件加热到A c 3或A cm 以上C ?50~30,保温一定时间,然后以稍大于退火 的冷却速度冷却下来,如空冷、风冷、喷雾等,得到片层间距较小的珠光体组织(有的叫正火索氏体)。 (2)特点 与退火相比,正火后的组织虽然同样是珠光体型的,但组织细,弥散度大,从而有较高的力学性能,还有生产周期短、设备利用率高、成本较低的优点,但劳动条件差 (3)目的和应用 正火的目的与退火相似,已如前所述。具体应用如下: 1、用于含碳量低于%25.0的低碳钢工作,以代替退火,有利于钢的切削加工,此时钢的正火温度应提高到)150~100(3c A c ?+为宜,通常称高温正火 2、用于消除过共析钢中的网状渗碳体,以利球化退火。对于截面尺寸较大的过共析钢,应避免采用正火处理 3、对某些大型重型钢件以及形状复杂、截面有急剧变化的钢件应用正火处理来代替淬火处理,以免发生严重变形或开裂

热处理工艺课程设计

钢的热处理工艺设计 说明书 学生姓名 设计题目加工中心主轴 指导教师 系主任 完成日期年月日

前言 热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能,充分发挥材料的潜力,提高工件的使用寿命。本课程设计是在《材料科学基础》﹑《金属热处理工艺学》﹑《失效分析》﹑《金属力学性能》等课程学习的基础上开设的,是理论与实践相结合的重要教学环节。通过该课程设计,可使学生在综合运用所学专业基础理论和专业知识能力方面得到训练,学会独立分析问题和解决问题的方法,提高工程意识和工程设计能力。 热处理工艺是整个机械加工过程种的一个重要环节,它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度,满足设计时所要求的多种性能指标,热处理工艺制定的合理与否,有着至关重要的作用。

目录 前言 一.热处理工艺课程设计的目的 (5) 二.热处理工艺课程设计的任务 (5) 三.热处理工艺课程设计设计内容和步骤 (5) 3.1零部件简图,钢种和技术要求 (5) 3.2零部件的工作条件、破坏方式和性能要求的分析 (6) 3.3零部件用钢的分析 (6) 3.3.1 相关钢种化学成分的作用 (6) 3.3.2.相关钢种的热处理工艺性能分析 (7) 3.3.3钢材的组织性能与各种热处理工艺的关系 (8) 3.4热处理工艺方案及工艺参数的论述 (11) 3.4.1零件的加工工艺路线及其简单论证 (11) 3.4.2锻造工艺曲线 (11) 3.4.3预备热处理工艺方案、工艺参数及其论证 (12) 3.4.4最终热处理工艺方案,工艺参数及论证 (12) 3.4.4.1 20CrMnMo的正火工艺 (12) 3.4.4.2 20CrMnMo的渗碳工艺 (14) 3.4.4.3 20CrMnMo的淬火工艺 (17) 3.4.4.4 20CrMnMo的回火工艺 (19) 3.4.4.5 总的热处理工艺曲线 (22) 3.4.5 辅助工序方案 (22) 四.选择加热设备 (22) 4.1 中温井式电阻炉 (22) 4.2 井式渗碳炉 (23) 五.工装图 (25) 六.工序质量检验项目、标准方法 (27) 七.热处理工艺过程中缺陷分析 (28)

热处理原理与工艺设计课程设计报告

* * 大学 热处理原理与工艺课程设计 题目: 50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺设计 院(系):机械工程学院 专业班级:** 学号:******* 学生姓名:** 指导教师:** 起止时间:2014-12-15至2014-12-19

课程设计任务及评语 院(系):机械工程学院教研室:材料教研室 学号******* 学生姓名** 专业班级*** 课程设计 题目 50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺设计 课程设计要求与任务一、课设要求 熟悉设计题目,查阅相关文献资料,概述50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺,制定出热处理工艺路线,完成工艺设计;分析50Si2Mn弹簧钢的成分特性;阐述50Si2Mn弹簧钢淬火、回火热处理工艺理论基础;阐述各热处理工序中材料的组织和性能;阐明弹簧钢的热处理处理常见缺陷的预防及补救方法;选择设备;给出所用参考文献。 二、课设任务 1.选定相应的热处理方法; 2.制定热处理工艺参数; 3.画出热处理工艺曲线图; 4分析各热处理工序中材料的组织和性能; 5.选择热处理设备 三、设计说明书要求 设计说明书包括三部分:1)概述;2)设计内容;3)参考文献。

工作计划 集中学习0.5天,资料查阅与学习,讨论0.5天,设计6天:1)概述0.5天,2)服役条件与性能要求0.5天,3)失效形式、材料的选择0.5天,4)结构形状与热处理工艺性0.5天,5)冷热加工工序安排0.5天,6)工艺流程图0.5天,7)热处理工艺设计1.5天,8)工艺的理论基础、原则0.5天, 09)可能出现的问题分析及防止措施0.5天,10)热处理质量分析0.5天,设计验收1天。 指 导 教 师 评 语 及 成 绩 成绩:学生签字:指导教师签字: 年月日

热处理工艺设计

50CrVA钢调速弹簧的 热处理工艺设计 1 热处理工艺课程设计的意义 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习,是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是: (1)培养学生综合运用所学的热处理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。 2热处理课程设计的任务 ①普通热处理工艺设计 ②特殊热处理工艺设计 ③制定热处理工艺参数 ④选择热处理设备 ⑤设计热处理工艺所需的挂具、装具或夹具 ⑥分析热处理工序中材料的组织和性能 ⑦填写工艺卡片 350CrVA调速弹簧的技术要求及选材 3.1 技术要求 50CrVA钢喷油泵调速弹簧技术要求如下: 硬度:HRC46~51 3.2 零件图 喷油泵调速弹簧的零件如图3.1所示。

图3.1 喷油泵调速弹簧 3.3 材料的选择 3.3.1零件用途 喷油泵调速弹簧,利用弹簧的受力形变和恢复来调节气门的开合,从而调节喷油泵的喷油速度与喷油量。 3.3.2工作条件 (1)喷油泵调速弹簧工作时,要承受高应力。 (2)喷油泵调速弹簧要承受高频率往复运动。 (3)喷油泵调速弹簧要在较高的温度下工作。 3.3.3性能要求 弹簧的性能要求为如下几个方面:

力学性能:由于弹簧是在弹性范围内工作,不允许有永久变形。要求弹簧材料有良好的微塑性变形能力,即弹性极限、屈服极限和屈强比要高。 理化性能方面:喷油泵调速弹簧的工况很复杂,要在较高的温度下长期工作,因此要求弹簧材料有良好的耐热性,即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。 工艺性能方面:尺寸较小的弹簧热处理时变形大、难以校正和保证弹簧产品质量,宜选用已强化的弹簧材料,冷成型后不经淬火、回火,只须进行低温退火。这样更能保证大批量小弹簧的产品质量和成本低廉。 3.3.4材料选择 选用50CrVA钢热轧弹簧钢丝卷制。由于50CrVA钢中含有铬能够提高淬透性并且可降低锰引起过热的敏感性,铬熔于铁素体中使弹性极限提高。钒可以细化组织,减少过热敏感性,提高钢的强度和冲击韧性。可用作特别重要的承受高应力的各种尺寸的螺旋弹簧,也可也用作在300°C以下工作的重要弹簧,如各种阀门弹簧,喷油嘴弹簧。 3.3.550CrVA钢化学成分及合金元素作用 表3.1 50CrVA钢的化学成分[1](GB/T3077-1990)ω/% C Si Mn Cr V Ni P S 0.44~0.54 0.17~0.37 0.50~0.80 0.80~1.10 0.10~0.20 ≤0.35 ≤0.035 ≤0.030 50CrVA钢的化学成分示于表3.1 化学元素作用: ① C :保证形成碳化物所需要的碳和保证淬火马氏体能够获得的硬度 ② Cr:提高钢的淬透性并有二次硬化作用,是刚在高温时仍具高强度和高硬度,增加钢的耐磨性,增高钢的淬火温度。 ③ Si:能提高钢的淬透性和抗回火性,对钢的综合机械性能,还能增高淬火温度,阻碍碳元素溶于钢中。 ④ Mn:能增加钢的强度和硬度,有脱氧及脱硫的功效(形成MnS),防止热脆,故Mn能改善钢的锻造性和韧性,可增进刚的硬化深度,降低钢的下临界点,增加奥氏体冷却时的过冷度,细化珠光体组织以改善机械性能。 ⑤ V:可以细化组织,减少过热敏感性,提高钢的强度和冲击韧性。

38CrMoAlA的热处理工艺设计

1. 完全退火热处理工艺 1.1 工艺参数 选用完全退火的原因:因为完全退火主要用于含碳量质量分数为0.3%~0.6%的中碳钢铸、锻件,因为38CrMnAl含碳量为0.38%,且是锻件,故选用完全退火。 完全退火的目的:在于消除其锻件常存在晶粒粗大或晶粒大小不均匀等组织缺陷及内应力,使钢的强度、塑性和韧性达到技术要求即均匀组织、细化晶粒、消除内应力、改善切削加工性能等,为最终热处理做好组织准备。 1.1.1 加热温度 选择:920℃ 理由:因为38CrMnAl钢是亚共析钢,其完全退火温度为Ac3+30~50℃;且其Ac3为885℃,故可选温度为920℃。这样既可以细化晶粒,又有助于奥氏体成分均匀化,以改善切削加工性能并未淬火作良好的准备。 1.1.2加热方法 选择:随炉温加热 理由:简单易控制,且是预备热处理,对性能要求不高。 1.1.3加热介质 选择:氮气 理由:由于加热温度过高,零件容易氧化脱碳,氮气可以很好的防护,使金属烧损、性能降低。 1.1.4 保温时间 选择:3h 理由:一般可按有效厚度1.5~2.5min/mm估算,但保温时间一般不超过10h,本零件的有效厚度为125mm,故可以选择3h。保温的目的是为了使工件熟透并得到比较均匀的奥氏体。 1.1.5冷却方法 选择:随炉冷却 理由:表面与心部温度差距小,不易产生应力,防止其开裂。 1.1.6 冷却介质 选择:氮气 理由:因为是随炉冷却,且炉内气体是氮气

1.1.7热处理后检验方法 内容:硬度应小于或等于229HBW 方法:通过加载将钢球压头压入被检测的金属零件表面,根据单位压痕面积上所受的负荷大小来确定硬度值。 HB=P/F=P/Dtπ F:凹陷压痕的面积 t:压痕凹陷的深度 检测面应是光滑平面。 1.1.8工艺曲线图 操作守则:a.严格控制加热温度和时间,并尽量减轻钢件的表面氧化脱碳;b.完全退火加热并透烧后,在大量装炉情况下,随炉缓冷或控制一定的冷却速度经济出炉温度。 1.2材料的组织、性能 1.2.1 加热温度后的组织及性能 ①正常温度的组织和性能 粒状珠光体,硬度较高,具有良好的综合性能 ②加热温度不足的组织及性能

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