毕业设计（论文）四个典型工件的热处理工艺规程.doc

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1、专业综合能力训练（论文）任务书学生姓名：xxx专业班级：金属材料与热处理技术01班 所属系部：机械装备系题 目：四个典型工件的热处理工艺规程任务内容：1、编制圆弧齿带柄蜗轮滚刀热处理工艺规程；2、编制齿轮渗碳热处理工艺规程；3、编制弹簧夹料夹头热处理工艺规程；4、编制传动轴热处理工艺规程。技术参数和论文撰写要求：零件的工作条件、失效形式分析；材料的选择和热处理方案确定；钢材的入厂检验；零件的加工路线制定，工艺参数制定，设备选择，工装卡具设计，辅助工序设计；热处理缺陷分析；热处理工艺卡片。时间安排：2011年8月29日至2011年11月4日（第一周至第十一周），11月7日至11月11日（第十二周

2、）答辩。参考资料：1、滕志斌.新编金属材料手册.金盾出版社；2、董世栓.热处理工实际操作手册.辽宁科学技术出版社；3、樊东黎.热处理技术数据手册.机械工业出版社；4、机械电子工业部第一设计研究院.董亚伟.热处理设备选用手册.机械工业出版社；5、徐天祥.热处理工实用操作手册.江苏科学技术出版社；6、王广生.金属热处理缺陷分析及案例.机械工业出版社等。指导教师签字： 年 月 日专业综合能力训练（论文）评审表学生姓名：xxx专业班级：金属材料与热处理技术01班 所属系部：机械装备系题 目：四个典型工件的热处理工艺规程内容摘要：圆弧齿带柄蜗轮滚刀、齿轮渗碳、弹簧夹料夹头、传动轴热处理工艺规程设计，内容

3、：零件的工作条件、失效形式分析；材料的选择和热处理方案确定；零件的加工路线；工艺参数确定和热处理工艺确定；检验；缺陷分析；编制热处理工艺卡。指导教师评语：初评成绩： 指导教师签名： 年 月 日评审小组意见： 指导教师签名： 年 月 日 终评成绩：前 言根据xx学院和机械装备系的对毕业生综合能力考核要求，每年毕业生都要进行为期九个星期的毕业设计和答辩。因此，我机械装备系材料成型教研室金属材料与热处理技术专业 在专业课老师的指导下，完成相应的毕业设计任务。以小组形式，个人为单位进行毕业设计。毕业设计是我院大三毕业生毕业前必做课程。为了系统的总结大一、大二两年所学的专业课知识，并且把理论知识进行稳固

4、和总结进而运用到实际生产中，把理论和实际结合起来。锻炼学生的自主学习等综合能力，为学生的实际就业做好准备，使毕业学生能更好地理解和适应实际的工厂生产。本毕业设计由机械装备系材料成型教研室布置任务并发任务书，教研室老师指导学习设计。本毕业设计有任务书、任务指导书、毕业论文和相关参考资料组成。毕业设计题目结合实际生产，其课题选为典型的工件和典型材料，内容详细具体，结合实际。是一次很好的把理论知识与实际生产相结合的课题设计。本毕业设计由xx学院机械装备系金属材料与热处理技术专业学生xxx编著，由xx学院机械装备系材料成型教研室xxx教授指导。本毕业设计在设计过程中借鉴了许多文献和资料，并受到很多老师

5、和同学的帮助，在此向这些老师和同学们表示感谢！由于编者水平有限，加之时间仓促，毕业设计中难免有错误和不足之处，恳请广大学者和同学对本毕业设计中的不足给予指正。 编 者目 录前言第1章 圆弧齿带柄蜗轮滚刀热处理工艺规程41.1圆弧蜗轮滚刀的结构图41.2蜗轮滚刀的工作条件和性能要求41.3主要失效形式41.4对蜗轮滚刀的热处理技术要求51.5、确定工件材料及最终热处理方式51.5.1切削部分51.5.2柄部61.6 蜗轮滚刀的热处理工艺制定61.6.1加工过程61.6.2制定热处理主要工序的工艺规程71.7热处理缺陷及防止措施101.8 热热处理过程中的质量检验111.8.1 高速钢111.8.

6、2 柄部12圆弧齿带柄蜗轮滚刀热处理工艺卡第2章 齿轮渗碳热处理工艺规程152.1齿轮工件结构图152.2齿轮工件的工作条件和性能要求152.3主要失效形式152.3.1齿面磨损152.3.2齿面剥落162.3.3疲劳断裂162.3.4过载断裂162.4对齿轮工件的热处理性能要求162.5确定工件材料及最终热处理方式162.6 齿轮工件的热处理工艺制定172.6.1加工过程172.6.2制定热处理主要工序的工艺规程172.7质量检验212.7.1渗碳层深度测定212.7.2金相组织检验212.7.3表面及心部硬度检验212.7.4渗碳层表面碳的质量分数的检查212.8分析齿轮热处理中的缺陷22

7、2.9齿轮渗碳常见缺陷及防治措施22齿轮渗碳热处理工艺卡第3章 编制弹簧夹具夹头热处理工艺规程243.1结构图243.2工作条件和性能要求243.4热处理技术要求253.5确定工件材料及最终热处理方式253.6夹头热处理的工艺制定263.6.1全厂加工路线263.6.2制定热处理主要工序的工艺规程263.6.3热处理工艺规范制定（参见合金钢即热处理工艺表9-3）263.7 夹头热处理过程常见缺陷283.7.1球化退火缺陷283.7.2盐浴淬火缺陷283.7.3回火缺陷283.8热处理过程中的质量检验283.9热处理工艺参数的最后确定及设备夹具选择29弹簧夹料夹头热处理工艺卡第4章 编制传动轴热

8、处理工艺规程324.1结构图324.2工件工作条件和性能要求324.3主要失效形式324.4对传动轴的热处理性能要求334.5确定工件材料及最终热处理方式334.6热处理工艺制定344.6.1加工过程344.6.2制定热处理主要工序的工艺规程344.7热处理缺陷 及防止措施36传动轴热处理工艺卡备注参考资料第1章 圆弧齿带柄蜗轮滚刀热处理工艺规程图1-1 圆弧涡轮滚刀的结构图1.1圆弧蜗轮滚刀的结构图1.2蜗轮滚刀的工作条件和性能要求圆弧齿带柄蜗轮滚刀在切削过程中刃口受到一定的切削压力。刃部与工件之间产生很大的摩擦力，工作一段时间后，刃口就会变钝。同时，由于摩擦作用将产生的大量的热量，引起刃口

9、部分温度升高。再加上刃部被金属包围，散热难，升温快，磨损大，零件的硬度越高，切削用量越大，切削速度越快，则单位时间内产生的热量越高，刀具的温度也就越高，有时可达（500600）。刃口部温度的高低是影响刀具性能和使用寿命的重要因素。所以蜗轮滚刀主要承受高的压应力、轴向力、扭转力和弯曲力以及很大的摩擦力和较小的冲击力。为了切削加工，要求刃部要有较高的硬度、耐磨性及热硬性，刃部硬度在（6366）HRC，热硬性在600时硬度在（61.562）HRC；柄部回火后硬度在（3845）HRC。1.3主要失效形式由于摩擦力的作用使刃口变钝；它在切削金属时受较大的轴向力、扭转应力和弯曲应力，从而使蜗轮滚刀产生折断

10、、崩刃等失效。故要求蜗轮滚刀有以下性能：高的硬度60HRC，刀具使用中不能变形。高的耐磨性，保证工件加工精度。高的热硬性600的温度下使用。高的硬度和适当的韧性，使用中不发生折断和崩刀现象。1.4对蜗轮滚刀的热处理技术要求（1）切削部分含碳量大于0.7%。（2）切削部退火后硬度（207255）HB、回火后（6366）HRC，柄部回火后（3845）HRC（3）切削部热硬性600度时（61.562）HRC。1.5确定工件材料及最终热处理方式1.5.1切削部分工具钢按化学成分可分为碳素工具钢、合金工具钢和高速钢三大类。与高速钢相比较，碳素工具钢价格较低，但热硬性较差，工作温度不大于250，淬透性低；

11、而合金钢虽然比碳素钢热硬性好些，可工作温度也只能再300以下。由于本工件是在大负荷高速切削和大进刀量的快速切削。这就要求刀具材料必须有高的热硬性及耐磨性，碳素工具钢及合金工具钢不能适应这些要求。生产实践证明，高速工具钢的切削速度比碳素钢和低合金钢高13倍，而耐用性增加714倍。高速工具钢中以钨系高速钢产量最多，故选用W18Cr4V为切削部分用钢。表1-1 W18Cr4V的成分（%）CCrWMoV0.700.803.804.4017.5119.000.301.001.40表1-2 W18Cr4V经（12001300）淬火、回火后的硬度、热硬性退火（HB）回火（HRC）硬度2072556366热硬

12、性61.562从1-2表中可以看出W18Cr4V满足切削部分的性能要求。表1-3 W18Cr4V的临界点温度（）Ac1Ac3Ar1Ms8201330760（200）注：（200）为工具钢在正常淬火加热温度奥氏体后得到的近似值。技术要求，采用高温淬火后（550560）多次回火。经机械加工成型后，刀具所需要的硬度、强度、热硬性、耐磨性等使用性能均要经过淬火和回火获得，淬火是热处理的关键。但是回火是淬火后不可缺少的重要工序，因为淬火后的组织处于不稳定状态，内应力大，硬而脆。如果道具不经回火使用会发生崩刀、折断等现象，为了消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体，达到所需要的使用性能，所以均要进行（55

13、0560）的多次回火。在考虑其工艺性和经济性的同时选择合适的刀具钢和正常的热处理工艺。1.5.2柄部柄部常用钢为45或40Cr。与40Cr相比较，45碳素钢的性能较差，只能满足一般性能，但价格低廉，加工和焊接性较好，由于柄部受载荷不大，故选用45碳素钢。表1-4 45的成分（%）CSiMnSPCrNi0.420.490.170.370.50.80.0450.00400.250.25表1-5 45的临界点（）Ac1Ac3Ar3Ar1Ms724780751682（350）注：（350）数据根据等温转变图得出的近似值为了节约高速钢，非切削部分使用结构钢，根据技术要求，采用调质。调质的目的是得到柄部所

14、需性能。选择合适的结构钢，在正常处理后，可达到（3845）HRC的要求。 1.6 蜗轮滚刀的热处理工艺制定1.6.1加工过程锻造（高速钢）退火毛坯对焊退火机械加工成型刃部淬火、回火检查（硬度、金相）柄部调质处理检查（硬度）校直喷砂防锈最后检验（外观、硬度及挠度）研磨后检查入库。（1）锻造：高速钢属于亚共晶钢，高速钢铸态组织和化学成分是极不均匀的，且有骨骼状的莱氏体，应先经过锻造，打碎骨骼状共晶碳化物，改善碳化物不均性。同时在锻造过程中，利用扩散作用是钢的化学成分趋于均匀。（2）退火：高速钢的退火是消除锻造应力，降低硬度，为下一步切削加工做准备。（3）对焊：连接刀具切削部分和柄部的最好方法是对焊

15、。对焊是在对焊机上把两个毛坯的端部加热溶化然后焊接在一起。高速钢坯料对焊后进行退火，这是因为工件经过焊接以后焊缝中存在很大的组织应力及热应力，而且焊缝及热影响区的金相组织又与其余部分不一致，这样将导致焊接后的机械加工发生困难，同时也使淬火后易产生挠曲及开裂等缺陷。为了防止这些缺陷的产生，在焊接后应当进行退火。1.6.2制定热处理主要工序的工艺规程（1）刃部（W18Cr4V）高速钢：退火，等温球化退火表1-6退火，等温球化退火的选择退火工艺加热温度/保温时间/h冷却方式普通球化退火8608804以1020/h速度炉冷到550左右出炉空冷等温球化退火8608804在740750等温46h后空冷到5

16、50左右出炉冷却如表1-6相比较采用等温退火较好，退火是组织为奥氏体加碳化物，退火缓冷后得到的组织为细珠光体加粒状碳化物。硬度：（207255）HB。选用的设备为RX2-25-13电阻炉，间隔平放，出炉时用铁钩。控温仪表采用EWY-103A园图电子电位差计。淬火淬火通常包括预热、加热和冷却三步工序。淬火目的是增强工件的硬度及耐磨性。淬火预热，由于高速钢含有较多的合金元素，导热性差，而且高速钢的淬火加热温度高，如果刀具直接加热至高温时，内外温差大，造成很大的热应力，使刀具在加热过程中产生变形。此外预热还可以防止和减少刀具在高温下的氧化和脱碳。根据任务书要求，切削部分回火后（6366）HRC，柄部

17、回火（3845）HRC高速钢的淬火温度高，可能产生的热处理缺陷很多，要细心谨慎操作！淬火预热是指高速钢在加热前，常采用二次或三次预热来减小加热变形和氧化脱碳。第一次预热常用空气炉，预热温度为（500550），12min/mm，t1预=36x1.67=60min。第二次和第三次预热温度在（800850）的盐浴炉中24s/mm进行。工作前校正炉子以防止盐浴的氧化脱碳。须选用的设备为RX2-25-13型号的电阻炉，其最高温度为1350、外形尺寸为1500x1450x1850mm、炉内尺寸为600x250x300mm、装炉量为120kg，使用时须间隔平放，出炉时用铁钩。控温仪表采用EWY-103A园图

18、电子电位差计。淬火加热温度的确定：淬火加热温度应能最大限度地使合金元素溶于奥氏体中，同时又不使奥氏体晶粒过分长大，使其能够获得既有较高的硬度、热硬性，又有较好的塑性和韧性。因此W18Cr4V加热温度（12501300）。因蜗轮滚刀是以高硬度和高热硬性为主，因此W18Cr4V加热温度取上限1280。淬火介质为油。淬火加热时间确定：既能使合金碳化物充分溶解，又不使晶粒过分长大，盐炉加热时间系数为（815）s/mm。由于蜗轮滚刀尺寸较大，因此加热时间取下限，即：t=8x36x1.4=7min。须选用的设备为100KW埋入式电极盐浴炉（外形尺寸1122x1064x854mm、炉膛尺寸350x300x5

19、92mm、装炉量6个）控温仪表选用DRZ-100型控温仪表。淬火冷却方式：高速钢刃具的淬火性好，可采用油空双液淬火或盐浴分级等温淬火。由于蜗轮滚刀形状复杂，为了减少变形和开裂，提高刀具的强度、韧性和切削性能采用的分级等温淬火。第一次分级冷却温度（60020），停留时间为t=8x36x1.4即t=7min。第二次分级冷却温度（37525），停留时间为t=8x36x1.4即t=7min。盐浴为：20%NaCl+50%BaCl2+30%KCl。再投入（26020）硝盐保持3小时空冷。须选用的设备为50KW低温盐浴炉（外形尺寸1122x1064x854mm、炉膛尺寸350x300x592mm、装炉量6

20、个），控温仪表选用DRZ-100型控温仪表。高速钢的淬火后的组织为：马氏体和残余奥氏体加合金碳化物。清洗清洗的主要目的清除刀具上面的盐分，避免残盐对刀具的腐蚀麻点。须选用的设备为热水槽。数量6个，水温100。回火为了消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体，达到所需要的使用性能，高速钢均要进行560保温1小时的三次回火。回火温度的确定一般以获得最高的二次硬度，促进残余奥氏体充分转变和消除内应力为原则。回火温度（540570），保温时间1.52小时，34次回火。（经等温淬火的需4次回火），选560三次回火，回火硬度63HRC以上。（第一次回火前经400，30分钟的预热，目的是防开裂。每次回火后，都

21、要在空气中冷至室温，再进行下一次回火，否则残余奥氏体消除不彻底，影响加工质量）回火时间为硝盐炉11.5小时。高速钢回火后的组织:回火马氏体和小颗粒状碳化物。须选用的设备为RJJ-36-6低温井式回火炉。装炉量13个。控温仪表选用DRZ-100型控温仪表。检查须检查设备洛氏硬度计。检查部位为刃部，测量其硬度值。（2）滚铣刀（W18Cr4V）刃部热处理工艺曲线：图1-2滚铣刀（W18Cr4V）刃部热处理工艺曲线柄部（45）调质处理： 淬火：温度Ac3+（3050），柄部未得到较好的机械性能，淬火尽量考虑提高淬透性，保证细晶粒前提下尽量选较高加热温度。故温度为（780+50）即830。 加热系数0.

22、30.4/mm则保温时间t =0.35x29x1.4=14min。 冷却介质为水，这是因为碳钢的淬透性差。淬火后高温回火，使工件有良好的韧度。须选用的设备为45千瓦盐浴炉，介质为50%NaCl+50%BaCl2。控温仪表选用WY-14型控温仪表。回火:回火目的是消除应力，稳定组织，调整性能。回火温度一般根据工件要求的硬度确定。因为当回或温度范围为（350450）左右时，回火后的组织为回火屈氏体，硬度范围在（3748）HRC。故选用回火温度为400，即满足柄部硬度（3845）HRC。井式回火电阻炉加热系数1.01.5min/mm，附加时间一般为1020min，则t保=ad+b=1.5x29+16

23、.5=60min，即1小时的回火保温时间。空气中冷却。须选用的设备为RJJ-36-6电阻炉，装炉量13个。控温仪表选用DRZ-100型控温仪表。检查：检查柄部硬度。设备，硬度计。喷砂：其目的是去除铁锈氧化皮，起清洁作用。设备使用喷丸机。滚铣刀（45）柄部工艺曲线：图1.2 滚铣刀柄部（45）热处理工艺曲线1.7热处理缺陷及防止措施（1）萘状断口萘状断口终断温度太高和变形量太小，接近临近形变。重复淬火前未经过中间退火或退火不充分。防止措施须终断温度不能高于1000。毛坯摧毁前应充分退火。（2）腐蚀盐浴炉中有硫酸盐、硝酸盐杂质。高温出炉在空气中预冷时间太长，与空气中氧接触产生斑状麻点。防止措施为严

24、格控制热处理用盐的纯度，不允许有杂质混入，刀具要清洗干净，刀具喷砂。（3）硬度不足淬火温度低于下限温度，加热时间短，马氏体含量低。预热时间短温度低，时间短。回火温度高，回火次数少。锻造和热处理过程中脱碳。分级等温温度过高，等温时间太长。措施：高速钢分级淬火不高于650，采用防止氧化脱碳的措施。备：残余奥氏体多可通过冷处理提高硬度；退火后重新淬火；脱碳层超过磨削量的工件，做次品或废品处理。（4）氧化和脱碳盐浴中水、氧以及硫化物、硫酸盐、碳酸盐等杂质作用。氧化皮掉落在盐浴中。盐浴脱氧不良，捞渣不彻底。淬火夹具有铁锈。措施：经常清洗电极和淬火夹具；定期更换旧盐。1.8 热热处理过程中的质量检验1.8

25、.1 高速钢：高速钢淬火后硬的硬度HRC63；淬火后晶粒度的级别为89既可。过热情况检验：一般刀具不允许过热。允许的过热程度为碳化物形状改变，沿晶界呈现半网状析出。回火程度检验：侵蚀剂为4%硝酸酒精溶液，侵蚀温度为25，寝室时间为90秒。回火后的金相组织中不应看出晶界或白色的淬火马氏体。回火程度要求为充分。正常回火后基体组织为黑褐色。1.8.2 柄部： 热处理过程中的检验：淬火后应进行质量检查，硬度45HRC，外观不应有裂纹。最终检验：目测表面不应该有裂纹，碰伤，一般抽检率在15%左右硬度用布氏硬度机检查，其值应为（3845）HRC，一般抽检率在10%左右。公司热处理工艺卡第 1 页共 1 页

26、加工路线锻造（高速钢）退火毛坯对焊退火机械加工成型刃部淬火、回火检查（硬度、金相）柄部调质处理检查（硬度）校直喷砂防锈最后检验（外观、硬度及挠度）研磨后检查入库。产品名称部件名称工件圆弧齿带柄蜗轮滚刀编号名称每台件数单件重量钢材成分（%）钢号w（C）w（W）w（Mn）w（Cr）w（Mo）w（V）W(Si)其他W18Cr4V0.700.8017.5119.003.804.400.301.001.40450.420.490.50.80.250.170.37硬度力学性能bs刃部（6366）HRC柄部（3845）HRC工序号分工序号工序名称设备工夹具每个夹具内工件数炉中装料量热处理规范本工序硬度单件定

27、额每小时产量工人数量名称编号名称编号加热温度/加热时间/min保温时间/min冷却介质冷却方法台时/min工时/min11退火RX2-25-13电阻炉860880240550左右出炉冷却在740750等温（207255）HB21淬火预热RX2-25-13电阻炉6500550602680085060盐浴3淬火100千瓦埋入式电极盐浴炉612807盐浴分级冷却（6366）HRC31回火RJJ-36-6低温井式回火炉1354057090120多次回火63HRC41柄部淬火45千瓦盐浴炉830142柄部回火RJJ-36-6电阻炉1335045060374851检查硬度计61喷丸喷丸机制定日期校对日期审

28、核日期批准日期第2章 齿轮渗碳热处理工艺规程2.1齿轮工件结构图图2-1齿轮工件结构图2.2齿轮工件的工作条件和性能要求齿轮在传递动力及改变速度的运动中，周期的受到弯曲应力、接触应力以及摩擦力的作用，啮合齿面之间既有滚动又有滑动，承受着很大的接触压应力及摩擦力的作用；齿根部由于要传递转矩，会受到脉动或交变弯曲应力的作用：另外，因为换挡、起动或啮合不均匀，齿部也会受到一定的冲击载荷。为了防止齿面的磨损，要求齿轮必须是有高的表面硬度及耐磨性，齿部硬度要求（5665）HRC，其余部位要求45HRC以上；为了防止齿面剥落和麻点，要求齿轮必须具有高的接触疲劳强度；为了防止齿轮的折断，齿轮要求具有高的接触

29、疲劳强度；为了防止冲击载荷的作用，必须使齿轮具有一定的硬度及心部的韧性。2.3主要失效形式2.3.1齿面磨损啮合齿面相对滑动时相互摩擦的结果，尽管齿轮的齿面加工精度较高，但是齿面在微观上仍是凹凸不平的。齿面的局部会产生和大的压强，从而引起局部金属塑性变形，或使一个齿面的金属嵌入与之接触的齿面，导致金属黏着。其类型主要有氧化磨损、胶合磨损及磨粒磨损。2.3.2齿面剥落接触应力超过了材料的疲劳极限而产生的齿面微裂纹，微裂纹的发展会引起点状剥落或称麻点的接触疲劳破坏。根据疲劳裂纹产生的位置，其分为裂纹产生于表面的麻点剥落、裂纹产生与接触表面下某一位置时的浅层剥落以及裂纹产生于硬化层与心部交界处的深层

30、剥落。2.3.3疲劳断裂齿轮在承载运转时，齿根部受到高频次的，最大振幅的脉动，或交变应力和弯曲应力的作用，会产生弯曲疲劳断裂，并主要发生在根部。2.3.4过载断裂过载断裂主要是冲击载荷过大造成的断齿现象。2.4对齿轮工件的热处理性能要求（1）渗碳层表面含碳量为0.8%1.05%。（2）深层深度1.41.6。（3）淬火后硬度（5662）HRC以上，回火后硬度（5862）HRC，心部硬度（3548）HRC。2.5确定工件材料及最终热处理方式用于制造各种工程结构和各种机器零件的钢种称为结构钢。其中，用于制造工程结构的钢称为工程用钢或构件用钢；机器零件用钢是指用于制造各种机器零件的用钢，其包括碳素结构

31、钢、合金结构钢、低合金高强钢、弹簧钢和滚动轴承钢。在渗碳钢中分为低强度渗碳钢、中强度渗碳钢、高强度渗碳钢。低强度渗碳钢淬透性能低，只适用于心部强度不高、受力小、承受磨损的小零件。高强度渗碳钢淬透性高，心部强度很高，但价格贵，所以综合考虑，中强度渗碳钢淬透性与心部强度均较高，其中20CrMnTi为常用渗碳钢，价格合理，所以综合考虑我选用20CrMnTi。表2-1 20CrMnTi成分（%）CSiMnPSCr0.170.240.200.400.801.100.0400.0401.001.30表2-2 20CrMnTi相变临界点（）Ac1Ac3Ar1745830665因为齿轮的载荷能力要强，所以对材

32、料的硬度要求较高，一般材料经过表面淬火无法达到其硬度。对齿轮渗碳后，有细碳化合物颗粒析出，提高其硬度，所所以要进行渗碳热处理。2.6 齿轮工件的热处理工艺制定2.6.1加工过程备料齿坯锻造预先热处理粗加工切削加工最后热处理精加工装配2.6.2制定热处理主要工序的工艺规程（1）锻造锻造是工件形成的大致过程，可可以消除钢中的缺陷，如气泡、显微组织等不同缺陷，还可以改善切削加工性能。（始锻温度：1200 ，终锻温度：800 ，冷却方式：堆冷）（2）预先热处理：正火目的消除锻造应力，均匀细化组织，改善可加工性能，正火后的硬度一般要求在（170200）HB，此硬度对保证齿轮的表面粗糙度值和提高工作效率有

33、较好的效果，渗碳后表面含碳量提高，可保证淬火后得到高的硬度（5662）HRC，提高耐磨性和接触疲劳强度，心部强度可达到（3548）HRC，并且有足够的强度和韧性。正火目的理论上正火温度为Ac3+（3050），但在工厂实际中，常以渗碳温度+（3050）为宜，而渗碳温度为93010，所以正火温度为950970，若正火温度偏低，会造成切削加工表面光洁度很差，但温度过高易发生过热，使得晶粒粗大，正火后硬度为（156179）HB。表2-3 20CrMnTi的工艺规范及显微组织钢号工艺规范硬度（HB）显微组织20CrMnTi正火（920950）加热速度20/min207269均匀分布的片状珠光体和铁素体保

34、温时间t=a KD 其中k=1.21.5 D=45 取a=1.2 K=1.5 t=1.5x4.5x1.281=1.5h设备选用RX-75-9中温箱式电阻炉（额定功率75KW 最高温度950 炉膛尺寸1800x900x550mm 外形尺寸3050x2350x2420mm 装炉量1200）。图2-2齿轮（20CrMnTi）正火热处理工艺曲线（3）渗碳工艺渗碳温度的选择20CrMnTi钢的上临界点Ac3约为830，渗碳时必须全部转变为奥氏体，而r-Fe的溶碳能力远在a-Fe之上，所以20CrMnTi钢的神探温度在略高于830，综合考虑渗碳速度和渗碳过程中齿轮的变形等问题，实际选用940。渗碳时间的选

35、择渗碳时间的确定取决于渗层深度的要求、钢的成分以及具体方法的影响。渗层深度指技术要求的深度加上渗碳后磨削余量1.41.6，平均渗碳温度为0.200.25mm/h，所以保温时间t=(1.41.6)/(0.20.25)68h。若渗碳时间短，则达不到渗层深度要求，表面百分含碳量低，淬火回火后不能满足要求。若渗碳时间过长，当表面碳浓度一定时，深层厚度增加减慢，不利于提高生产率，延长生产周期。（4）20CrMnTi渗碳工艺曲线图2-3 齿轮(20CrMnTi)渗碳工艺曲线时间升温排气阶段：渗碳零件装炉以后，炉温下降，并且进入大量空气，因此必须迅速进行升温和驱除氧化性气氛，提高炉气的碳势，以保证渗碳件到温

36、度能大量的吸收碳。渗碳阶段：排气之后，炉气碳势已经很高，此时煤油滴量要减少，只要维持炉气为“正压”就可以了，如果煤油滴量过多析出大量的活性碳原子，工件表面来不及吸收，就会形成碳黑沉积在工件的表面，使继续渗碳反生困难。扩散阶段：这一阶段的目的在于降低渗层表面含碳量，增加渗层深度，使渗层碳浓度梯度平缓，根据经验，扩散阶段的煤油量以渗碳阶段的一半为好，维持低碳势炉气，使碳原子自零件表面向内部扩散。气体渗碳时煤油分解成分：表2-4 气体渗碳时煤油分解成分CnH2n+2CnH2nCOCO2H2O2N210.015.00.610.020.00.450750.45渗层深度与时间的关系：表2-5 渗层深度与时

37、间的关系渗碳时间/h2468渗层深度/mm0.40.70.71.01.01.31.21.5降温、预冷阶段：由于渗碳的温度很高，若直接淬火，则内外的温度差异引起热处理变形，给生产和产品质量带来很大影响，另外，由于齿轮渗碳后直接出炉，会产生氧化，脱碳和变形量大，而且显著地增加了淬火的残余A量，降低表面的硬度，所以为了防止上述缺陷，必须进行预冷，而且预冷的温度应在Ac1以上（3050），否则如果温度降低的不多，也没有起到预冷的作用。（5）渗碳设备的选择由于井式气体渗碳炉具有良好的封闭性，使得渗碳气氛不易跑掉保持稳定碳势，另外，还能保持活性介质稳定的成分和压力，而活性介质由于热元件隔离开来，炉内还有风

38、扇。综上，它能够保持良好的进行渗碳。表2-6 RQ3-90-9热处理炉的参数型号额定功率/kw额定电压/V相数额定温度/工作区尺寸（直径高度/mm在950时有关指标空炉损耗功率/KW空炉升温时间/h最大装载量/RQ3-90-9903803950600900163400（6）渗碳后的热处理：由于齿轮渗碳后由表层的高碳逐渐过渡到基本的低碳，其组织由外向内为：过共析层+共析层+亚共析层。这样的组织显然不能使齿轮获得高硬度、高强度的表层和较好的韧性的心部。由于20GrMnTi钢的过热倾向小，比较适合采取直接淬火，这样可以大大减小齿轮的热处理变形及氧化脱碳并提高经济效益。所以，20GmnTi钢齿轮在井式

39、炉中气体渗碳后一般是采用直接淬火，为避免心部出现大量游离铁素体保证心部强度，选择Ar3为其与冷温度，故齿轮经渗碳后预冷到（850860）即可直接油冷淬火。如渗碳后尚需要切削加工或因设备条件限制不能进行直接淬火的，可采用第二次淬火。回火目的:防止淬火后的变形，淬火后残余应力的存在。加热温度及保温时间：淬火后齿轮预冷在（180200）的油槽中，保温2.5h左右然后在空气炉中冷却。齿轮（20CrMnTi）渗碳后热处理曲线： 图2-4 齿轮(20CrMnTi)渗碳后回火工艺曲线（7）清洗：由于齿轮的淬火是在机油中进行，所以齿轮表面会黏着一些油污，为了可以使下一道工序顺利进行，改善工作条件，淬火后必须进

40、行清洗。2.7质量检验2.7.1渗碳层深度测定目前一致公认为的方法是显微分析法，对于20GrMnTi钢齿轮渗碳层深度应从渗碳式样表面测至基本组织为止。2.7.2金相组织检验20GrMnTi钢经渗碳+淬火+低温回火处理后，其表面层组织为回火马氏体心部组织为低碳马氏体+少量铁素体，各种组织级别可按汽车渗碳齿轮专业标准进行检查，其检查部位按照QC/7262-1999标准进行。 2.7.3表面及心部硬度检验齿轮表面硬度仪齿轮的表面硬度为准，心部硬度的检查部位为辅。2.7.4渗碳层表面碳的质量分数的检查齿轮表面碳的质量分数的检查一般采用剥层试棒，将每层（一般为0.10mm）铁屑剥下来进行定碳化验。2.8

41、分析齿轮热处理中的缺陷加热不足，布氏硬度偏高：组织中残留少量的硬度较高一般维氏硬度大于250的魏氏组织，由于硬度和高使工件的硬度下降，使使用寿命降低所以应该进行重新正火，正火后的硬度应该在190230以便加工。过热：布氏硬度偏高，晶粒粗大，铁素体量减少，珠光体呈相片状，导致对工件的磨损加剧，应该重新进行正火。冷速缓慢：布氏硬度第，切削时出现黏刀现象而表面光洁度也不高，有可能形成刀瘤，应重新正火。2.9齿轮渗碳常见缺陷及防治措施渗层过深、过浅或不均匀。渗层深浅不合格主要从温度、时间、装炉量、介质渗入能力等来分析产生的原因，渗层不均匀是由于装炉量过多，零件放置方法不当，炉气循环不好，形成炭黑等原因

42、造成的。防止措施：将低碳势，缩短周期，调整工艺；齿轮表面清洗干净；合理设计夹具；保证炉内各部温度均匀；严格控制渗碳剂中不饱和碳氢化合物。表面碳浓度过高形成大块碳化物。炉内碳势过高，强渗时间过长。防止措施：降低碳势，缩短强渗时间，如果渗层深度允许，可在较低碳势炉中进行扩散处理；适当提高淬火温度，进行一次渗层的球化退火。心部硬度偏低。淬火温度过低、冷却速度不当、夹具设计不合理和材料选择不当。防止措施：提高淬火温度，加强淬火冷却，采用两次淬火工艺，更换材料。畸变。淬火温度偏高、冷却方法不当、夹具设计不合理和材料选择不当。防止措施：调整淬火工艺，合理设计夹具，改善冷却条件，改换钢材。公司热处理工艺卡第 页共 页加工路线备料