工艺课程设计模板.doc

工艺课程设计模板

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2020年5月29日
文档仅供参考

辽 宁 工 业 大 学
工艺 课程设计(论文)

题目:40Cr机床齿轮热处理工艺设计

院(系):
材料科学与工程学院
专业班级:
材料082
学号:

学生姓名:
范宇羚
指导教师:
李强
起止时间:
-7-4~ -7-15
课程设计(论文)任务及评语
院(系):材料科学与工程学院　　　　　　　 教研室:材料科学与工程教研室
学 号

学生姓名
范宇羚
专业班级
材料082
课程设计(论 文)题 目
40Cr机床齿轮热处理工艺设计
课程设计(论文)要求与任务
一、课设要求
熟悉设计题目,查阅相关文献资料,概述相关零件的热处理工艺,进行零件的服役条件与失效形式分析,提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺设计。阐述40Cr钢渗碳淬火、回火热处理工艺理论基础,选择设备、仪表和工夹具,阐述齿轮热处理质量检验项目、内容及要求;阐明齿轮热处理常见缺陷的预防及补救方法;给出所用参考文献。
二、课设任务
1.齿轮材料的选择(要求在满足工件使用性能的前提下,兼顾经济性和工艺性,合理选择材料);
2.给出40Cr钢的C曲线;
3.给出40Cr机床齿轮冷热加工工艺流程图;
4.制定40Cr机床齿轮渗碳淬火-回火热处理工艺。
三、设计说明书要求
设计说明书包括三部分:1)概述;2)工艺设计;3)参考文献。设计说明书结构见<工艺设计模板>。
工作计划
集中学习0.5天,资料查阅与学习,讨论1.5天,设计7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2天,8)工艺的理论基础、原则0.5天,9)设计工夹具0.5天,10)可能出现的问题分析及防止措施0.5天,11)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

目 录(小二号黑体,段前段后1行,1.25倍行距,居中排列)
1 齿轮热处理概述 1
2 40Cr机床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 40Cr钢的C曲线 3
2.4 40Cr机床齿轮的热处理工艺设计 4
2.4.1 40Cr机床齿轮的工艺流程 5
2.4.2 40Cr机床齿轮的热处理工艺设计 6
2.5 40Cr机床齿轮的热处理工艺理论基础、原则 7
2.5.1 40Cr机床齿轮的正火工艺理论基础、原则 8
2.5.2 40Cr机床齿轮的气体渗碳工艺理论基础、原则 9
2.5.3 40Cr机床齿轮渗碳后淬火工艺原理 11
2.5.4 40Cr机床齿轮回火工艺理论基础、原则 12
2.6选择设备、仪表和工夹具 13
2.6.1设备 13
2.6.2仪表 15
2.6.3设计工夹具 15
2.7 40Cr机床齿轮热处理质量检验项目、内容及要求 16
2.8 40Cr机床齿轮热处理常见缺陷的预防及补救方法 17
2.8.1加热时常见的缺陷的预防及补救方法 17
2.8.2渗碳时常见的缺陷的预防及补救方法 18
2.8.3渗碳后淬火、回火缺陷与预防、补救 19
2.9热处理工艺卡 20
2.9.1 40Cr机床齿轮正火工艺卡 21
2.9.2 40Cr机床齿轮渗碳工艺卡 21
2.9.3 40Cr机床齿轮淬火工艺卡 21
2.9.4 40Cr机床齿轮回火工艺卡 21
3.参考文献 22

1 齿轮热处理概述(小二号黑体,段前段后1行,1.25倍行距,居中排列)
变速箱的齿轮或齿轴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,常常采用普低钢(****** 、20CrMnMo)经正火、渗碳、淬火加低温回火的热处理工艺,而且渗碳层必须有合适的碳浓度、碳层深度和金相组织。(正文小四号宋体,段前段后0.25行,1.25倍行距)
40Cr钢的含碳质量分数比较低,一次预备热处理是正火,主要目的是为了提高钢的硬度,便于钢坯的切削加工。渗碳的目的是为了使齿轮表面获得高的含碳量,随后经淬火加低温回火后,是零件表面得到高的硬度和耐磨性,而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性。
经过对经典40 Cr钢热处理工艺的分析,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,其目的就是经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,本设计选择的齿轮材料为******渗碳齿轮钢;在设计正火-渗碳-淬火加低温回火热处理工艺中,本设计借鉴了<热处理工程师手册>,<钢的热处理>,<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******渗碳齿轮钢表面除具有高硬度,高耐磨性外,高的耐点蚀性能,高的疲劳强度,还要使心部具有高的的强度和韧性,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(三号黑体,段前段后0.5行,1.25倍行距,左对齐排列)
2.1.1 服役条件、失效形式(三号黑体,段前段后0.25行,1.25倍行距,左对齐排列)
齿轮在传递动载力及变速度的运动过程中一对咬合齿面之间既有滚动,又有滑动,而且齿轮根部还将受到脉动或交变弯曲应力的作用。齿面和齿根在上述不同应力作用下导致不同的失效形式,主要有疲劳磨损、表面点蚀、皮下点蚀、弯曲疲劳折断,冲击折断等。(正文小四号宋体,段前段后0.25行,1.25倍行距)
2.1.2 性能要求
1.具有高的接触疲劳极限;
2.具有高的抗弯强度;
3.具有高的耐磨性;
4.具有足够的冲击韧性;
5.具有高的传递精度和最小的工作响音。
2.2 齿轮材料的选择
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,一般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。因此能够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) ,汽车、拖拉机齿轮精度一般为6～8 级。
1. 轻载、低速或中速、冲击力小、精度较低的一般齿轮, 选用中碳钢, 如Q235、Q275、40、45、50、50Mn 等钢制造,常见正火或调质等热处理制成软齿面齿轮, 正火硬度HBS160 ～ 200 ; 一般调质硬度HBS200～280。因硬度适中,精切齿廓可在热处理后进行,工艺简单,成本低。齿面硬度不高则易于磨合,但承载能力也不高。这种齿轮主要用于标准系列减速箱齿轮、冶金机械、中载机械和机床中的一些次要齿轮。
2. 中载、中速、承受一定冲击载荷、运动较为平稳的齿轮,选用中碳钢或合金调质钢,如45、50Mn、40Cr、42SiMn 等钢,也可采用55Tid、60Tid 等低淬透性钢。其最终热处理采用高频或中频淬火及低温回火,制成硬齿面齿轮,可达齿面硬度HRC50～55 ,齿轮心部保持正火或调质状态,具有较好的韧性。由于感应加热表面淬火的齿轮变形小,若精度要求不高(如7级以下) ,可不必再磨齿。机床中绝大多数齿轮就是这种类型的齿轮。对表面硬化的齿轮,应注意控制硬化层深度及硬化层沿齿廓的合理分布。
3. 重载、高速或中速,且受较大冲击载荷的齿轮,选用低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢,如20Cr、40Cr 、20CrNi3、18Cr2Ni4WA、40Cr 、30CrMnTi 等钢。其热处理采用渗碳、淬火、低温回火,齿轮表面获得HRC58～63 的高硬度,因淬透性较高,齿轮心部有较高的强度和韧性。这种齿轮的表面耐磨性、抗疲劳强度和齿根的抗弯强度及心部抗冲击能力都比表面淬火的齿轮高,但热处理变形大,精度要求较高时,最后一般要安排磨削。它适用于工作条件较为恶劣的汽车、拖拉机的变速箱和后桥齿轮。渗碳齿轮钢的碳含量一般在0.12%～0.25%之间,其所含主要合金元素一般是铬、锰、铌、钼、钨、钛等。渗碳齿轮钢还应满足下列要求:
1） 非金属夹杂物少;
2） 切削加工性好;
3） 晶粒度小和含氧量少(铝脱氧钢);
4） 淬火变形小;
汽车变速齿轮工作条件比机床齿轮差,特别是主传动系统中的齿轮。它受力较大,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,因此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。另外,汽车生产特点是批量大,因此在选钢材时,在满足力学性能的前提下对工艺性能必须予以足够的重视。实践证明,****** 钢具有较高的力学性能,在渗碳,淬火、低温回火后,表面硬度可达HRC58～62 ,心部硬度HRC30～45 ,正火切削加工工艺性和热处理工艺性均较好。
2.3 ******钢的C曲线
经过查找<热处理手册>获得******钢的C曲线如下图1和图2所示,成分如表1。
图1. ******钢C曲线 图2. ******钢(渗碳后)C曲线
(图名小四号黑体,段前段后0.5行,1.25倍行距,全文图序由小到大排列)
表1 ******钢渗碳前后的成分(表名小四号黑体,段前0.5行,段后0行,1.25倍行距,全文表序由小到大排列)

材料
化学成分(质量分数)%
原始状态
奥氏体化温度
奥氏体化时间
晶粒度
Ms

******渗碳后

C:1.02
Si:0.34
Mn:0.96
P:0.012
S:0.005
Cr:1.26
Ti:0.12

球化退火

780℃

30min

8级

185℃
2.4 ******齿轮的热处理工艺设计
2.4.1 ******的工艺流程
1.加工路线
备料→锻造→正火→粗、半精加工→制齿→渗碳(留防渗余量或镀铜)→淬火、低温回火→精机加工磨齿(6级以上精度齿轮)。
2. 锻造工艺设计
造渗碳齿轮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。用棒料镦粗后经切削加工制成的齿轮,其纤维组织弯曲呈放射状,所有齿根处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。查阅<热处理工艺规范数据手册>能够找出******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表2所示。
表2 ******钢的热加锻造工艺规范
项目
Ac1(Ar1)
Ac3(Ar3)
加热温度
始锻温度
终锻温度
钢坯
715℃(625℃)
830℃(755℃)
1200～1240℃
1160～1200℃
＞800℃
经锻造将获得最大外径是210mm(待精加工后拉齿),高35mm的齿坯。图3是********齿轮零件图。

图3********齿轮零件图
2.4.2 ******的热处理工艺设计
1．预备热处理工序--正火
一般均安排在毛坯生产之后,切削加工之前,或粗加工之后,半精加工之前。正火的目的是为了细化晶粒、改进组织,提高切削加工性能,为最终热处理做好准备。正火工艺曲线如图4所示。

图4 65Nb钢热处理工艺曲线
(要有所设计钢的热处理工艺曲线)

2．******的渗碳
常见的渗碳方法有:固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳,气体渗碳具有碳势可控、生产率高、劳动条件好和便于直接淬火等优点因此应用最为广泛,本设计将采用气体渗碳工艺。从统计资料来看,一般渗碳件的表面碳含量可在0.6%～1.1%间变化。确定最佳表面含碳量的出发点,首先是获得表面最高硬度。其次是渗碳层具有最高的耐磨性和抗磨损性疲劳性能。近年来国内外的研究表明,对于一般低合金渗碳钢,表面含碳量为0.8%～1.0%是可获得最佳性能经渗碳后表面获得的高的含碳量约为1.02,而心部维持仍为原来的低碳浓度。渗碳之前不需渗碳的齿轮根部应力集中处应进行涂防渗膏或镀铜处理,待渗碳后淬火前切去该部位的防渗余量。CrMnTi钢渗碳工艺曲线如图5所示。
图5 ******钢渗碳工艺曲线
890±10℃
840～860℃
排气
强渗(吸碳)
100～110滴/分
扩散
降温
0.5h
3.5～4h
1.5h
0.5h
油冷
70～80滴/分
40～50滴/分

3．最终热处理工序—淬火、低温回火
零件经最终热处理后硬度较高,除磨削外不宜再进行其它切削加工,因此工序位置一般安排在半精加工后,磨削加工前。经淬火后表面获得高硬度、高的耐磨性,而心部仍维持良好的综合力学性能。为降低表面淬火的淬火应力,保持高硬度、耐磨性,淬火后应低温回火。图6为渗碳后热处理工艺曲线。
840～860℃

20～30min
油冷
200～250℃
2～3h
时间/h
图6 渗碳后热处理工艺曲线
空冷
温度/℃

2.5 ******齿轮的热处理工艺理论基础、原则
2.5.1 ******的正火工艺理论基础、原则
1．正火加热温度
一般对于亚共析钢正火的加热温度一般为Ac3以上30～50℃,而对于低碳合金钢的正火温度正火温度一般为Ac3以上50～100℃,保温一定时间后取出喷雾冷却这种冷却方式称为高温正火。由铁碳合金相图如图7可知****** 的加热温度范围为893～943℃(常见930～950℃)。加热温度过低先共析铁素体未能全部溶解而达不到细化晶粒的作用,加热温度过高会造成晶粒粗化恶化钢的力学性能。本设计将采用另一种工业上常见方法等温正火即******等温正火采用加热到920～930℃,保温一定的时间后强制风冷至550～600度,保温一定温度(2～3h),最后出炉空冷。等温正火得到显微组织是等轴状铁素体基体均匀分布着三次渗碳体颗粒。锻坯经过等温正火后,不但改进了材料的组织和性能,还减小了齿轮在渗碳淬火后的淬火变形。良好的应用效果使等温正火得到越来越广泛的应用。

图7 Fe-C合金相图
2．正火加热保温时间
保温时间,这个问题比较复杂,一般由试验确定,但也有个经验公式:t = αKD
t—保温时间(min)
α—加热系数(min/mm)
K—工件加热是的修正系数
D—工件的有效厚度(mm)
工件有效厚度的计算原则是:薄板工件的厚度即为其有效厚度;长的圆棒料直径为其有效厚度;正方体工件的边长为其有效厚度;长方体工件的高和宽小者为其有效厚度;带锥度的圆柱形工件的有效厚度是距小端2L/3(L为工件的长度)处的直径;带有通孔的工件,其壁厚为有效厚度. 一般情况下,碳钢能够按工件有效厚度每25毫米为一小时来计算,合金钢能够按工件的有效厚度每20毫米一小时来计算保温时间,加热时间应为2～3小时左右。
3．正火的目的
正火的主要目的是消除锻造缺陷,消除齿轮内部过大的应力,增加齿轮的韧性,改进材料的切削性,并为渗碳淬火做好组织准备。
2.5.2 ******的气体渗碳工艺理论基础、原则
1．******齿轮气体渗碳工艺
将工件放在气体介质中加热并进行渗碳的工艺成为气体渗碳。气体渗碳温度及介质易于调整,碳浓度及渗层深度易于控制,容易实现直接淬火。适用于各种批量、各种尺寸的工件,因而应用最广。气体渗碳工艺主要分为滴注式和通气式两大类型。本工艺将采用滴注式气体渗碳法。
(1)有机液体的选用原则
① 碳氧比应大于1 碳氧比是指有机液体分子中碳原子数与氧原子数之比。碳氧比大于1时,有机液体高温分解出CO、H2和活性碳原子[C],这样的有机液体可作为渗剂用于渗碳,比值越大表明渗碳能力越强。
② 碳当量 产生一克原子碳所需有机物的质量称为碳当量,有机液体的碳当量越小表明渗碳能力越强。据此,丙酮、异丙醇、乙酸乙酯、乙醇、甲醇的渗碳能力依次减弱。
③ 形成炭黑倾向小 分子量大的有机液体高温分解出大量的活性碳原子,工件吸收不完,多余的碳原子在工件会形成炭黑和结焦,这样会影响渗碳过程的进行。
④ 应具有较大的产气量 产气量是指在常压每立方厘米液体产生气体的体积。产气量高的渗碳剂,当向炉内装入新的工件时,能够在较短时间内把空气尽快地排除。
⑤其它 来源广泛、价格便宜,同时具有好的安全性和经济型。
(2)滴入式气体渗碳工艺过程
滴入式气体渗碳工艺过程一般分为四个阶段,即排气、强烈渗碳、扩散和降温阶段,程的各个阶段,应采用不同的渗剂量和碳势。
1)排气阶段 零件装炉后,炉温度幅度下降,同时有大量气体带入炉内。排气阶段的作用是使炉温迅速恢复到规定的渗碳温度,尽快排除进入炉内的空气,防止零件氧化。煤油加甲醇渗碳的排气阶段,应先炉内滴入大量的甲醇,当炉温升高至900℃以上时,再滴入煤油进行渗碳。煤油滴量的大小应根据炉子的容积确定。排气阶段的时间,一般是炉子达到渗碳温度后再延续30～60min,以便于完全清楚炉内的CO2、H2O、O2等氧化脱碳性气体,如排气不好,炉内的CO2、H2O、O2含量偏高,会造成渗碳速度减慢,并产生渗层含碳量偏低等缺陷。
2)强烈渗碳阶段 渗气阶段结束后,进入强烈渗碳阶段,其特点是渗碳剂滴量较多或气氛较浓,维持炉内的高碳势,是零件表面碳浓度高于最终的要求。此时工件表面吸收大量的活性碳原子,形成高浓度梯度,以提高渗碳速度。
3)渗碳扩散阶段 该阶段的特点是渗剂滴量较少或气氛较低,以适当降低炉内碳势,使工件表面的碳逐步想内层扩散,适当降低表面碳浓度,最后获得所要求的表面碳浓度和渗层深度。
4)降温阶段 在渗碳阶段结束前1h左右,从炉内取出试样,检查渗层深度,检查渗层深度,确定准确的渗碳时间。对于可直接淬火的零件应随炉冷却至适当的淬火温度(一般为810～840℃),均温20～30min,使零件内外温度均匀后出炉淬火。
(3)渗碳工艺参数
① 渗碳温度 渗碳温度一般控制在880～930℃范围内。较低渗碳温度有利于减小碳淬火零件的变形和有利于浅层渗碳和深度的控制;较高的渗碳温度这是神探速度快,可缩短渗碳周期,节约能源。促进渗剂分解,但渗碳温度太高又会使碳化物聚集长大,晶粒粗化增加零件热处理畸变。本工艺将把******渗碳齿轮常见的渗碳温度是880～900℃。
② 渗层深度 时间的确定与控制,时间主要是影响渗层深度,虽然也在一定程度上影响碳浓度梯度。时间与渗层深的关系能够表如下: d=
式中,d为渗层深度(毫米);t为渗碳时间;T为渗碳温度。由此可算得,当渗碳温度分别为875℃、925℃时,渗层深度分别为0.46和0. 63了下毫米。由上式算得的渗层总深度,如表面含碳量控制得低于饱和值时,实际值会比计算值略小。不同模数推荐采用的渗层深度,见表3所示。
表3不同模数齿轮推荐采用的渗碳层
齿轮正模数
≤1.25
1.5～2.5
3～4
4.5～6
≥7
推荐深度(mm)
0.3
0.5
0.9
1.3
1.7
③ 渗碳时间 渗碳时间主要根据渗层深度确定,而且与渗碳温度及炉内气氛等因素有关。在某一给定条件下,渗层深度与渗碳时间存在着以下关系:δ=K
式中 δ―渗碳层总深度(mm);
τ―渗碳时间(h);
K―与渗碳温度有关的系数,当渗碳温度为875℃时,K=0.45;900℃时,K=0.54;925℃时,K=0.63。
如汽车变速箱齿轮要求渗层深度:0.8～1.2mm,渗碳时间为4小时。
2．渗碳的目的
渗碳的目的使******钢零件表面得到高的含碳量,,随后经淬火加低温回火后,是零件表面获得高的硬度和耐磨性,而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性。经渗碳后,从表面到心部形成一个浓度梯度层,如果缓冷下来,将得到珠光体类型显微组织:过共析层显微是珠光体加二次渗碳体,共析层显微组织是珠光体,亚共析层显微组织是珠光体加铁素体。
2.5.3 ******渗碳后淬火工艺原理
淬火只是为了提高的钢件表面硬度、高耐磨性和心部良好强韧性的配合提供必要条件,而渗碳件的优越性能在渗碳后进行恰当的淬火和低温回火才能得以实现。渗碳后,有以下列几种典型的热处理工艺:预冷直接淬火、一次淬火、二次淬火。对于重负荷齿轮一般用细晶粒合金钢,因此最为广泛采用第一种和第二种方法进行热处理,工艺简单。下面将详系叙述预冷直接淬火。
预冷直接淬火是将******渗碳后预到830℃～850℃,出炉用100℃左右的油冷却。冷却后用在200～250℃温度下回火。
1．预冷的目的
降低淬火的的温度一方面能够减少工件淬火变形,另一方面渗层中残余奥氏体量也稍又降低,表面硬度略有提高,但奥氏体晶粒没有变化。
2．淬火冷却方式选择
齿轮的临界壁厚为30mm(渗层深度0.8～1.2mm)左右,由查的<热处理手册第一卷>得到的******钢临界淬透性曲线图8和半马氏体硬度与钢的含碳量关系曲线图9可知******齿轮用油淬火可满足使用要求。

图8 ******钢淬透性曲线
图9 半马氏体硬度与钢的含碳量关系曲线
2.5.4*******回火工艺理论基础、原则
1．回火温度确定原则
****** 钢汽车变速器主减从动齿轮要有较高的力学性能,在渗碳、淬火加低温回火后,表面硬度需要达HRC58～62 ,心部硬度HRC30～45。由不同钢含碳量的硬度与回火温度关系曲线图10(<钢的热处理>胡光立、谢希文 西北工业大学出版社。)可知其在200～250℃回火可满足使用要求。

图10 不同含碳量钢硬度与回火温度关系曲线
2．回火温度时间确定原则
回火时间从工件入炉后炉温升至回火温度时间开始计算回火时间一般为1～3h,可参考经验公式加以确定:tn=Kn+AnD
式中tn-回火时间(min);
Kn-回火时间基数;
An-回火系数;
D-工件有效厚度(mm),当回火温度低于300℃时,Kn为120min和An为1由此工件回火时间为2～3h。
3．回火的目的
******钢渗碳、淬火经低温回火后获得显微组织表面为细粒状混晶马氏体、残余奥氏体和碳化物,心部组织为回火马氏体和铁素体。回火后不但消除了内应力而且稳定了工件尺寸。
2.6选择设备、仪表和工夹具
2.6.1设备
1．等温正火设备
推杆式燃气等温正火生产线主要用于汽车齿轮等零件锻坯的等温退火及预先热处理。该生产线的组成和布局见图11主要由前后液压推料机、加热炉、速冷室、正火卸料台等温炉、等温卸料台和配套的控制系统等组成。它的工艺流程是上料→推料→加热→速冷→等温→空冷→卸料→料盘返回。

图11推杆式燃气等温正火生产线组成和布局
2．渗碳设备
热处理设备为RJJ-75-9T井式气体渗碳炉,风扇电机转数为1140转/分。炉内均匀的气流循环对于渗碳具有非常重要的意义。对于RJJ-75-9T井式气体渗碳炉,其风扇电机转数应达到1440转/分。渗碳剂采用丙酮。

图12 RJJ-75-9T井式气体渗碳炉
1油缸 2电动机油泵3 滴管 4 取气管 5 电动机6 吊环螺钉 7 炉盖 8 风叶
9 料管 10炉罐 11 电子元件 12 炉衬 13炉壳 14 试样管
3．淬火设备
齿轮淬火压床,该压床可由移动的工作台和易装卸的压模组成,主要结构有主机、液压系统、冷却系统和电气控制系统。压床的工作顺序是:工作台前进→上压模下降→滑块锁紧→内、外压环和中心压杆施压→喷油→滑块松开→上压模上升→工作台复位。
4．回火设备
RJ-25-6低温井式电阻炉: 额定电压25KW,额定电压380V,额定温度650℃。
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
变速箱齿轮夹具如图11所示。

图11 变速箱渗碳齿轮夹具
2.7 *****齿轮热处理质量检验项目、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．渗层深度检查
在渗碳淬火后进行有检查方法:
宏观测量:打断试样,研磨抛光,用硝酸酒精溶液侵蚀直至显示出深棕色的渗碳层,用带有刻度尺的放大镜测量。
显微测镜量:渗碳后缓冷试样,磨制成显微试样。根据有关标准规定的显微组织处,例如测至过渡区作为渗碳层深度等。******渗碳后渗层深度应在0.8～1.2mm。
4．硬度检查
在淬火后检查包括渗层表面、防渗部位及心部硬度,一般用洛氏硬度HRC标尺测量。****** 钢在渗碳,淬火、低温回火后,表面硬度应达到HRC58～62 ,心部硬度HRC30～45。
5．金相组织检查
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。
2.8 ******齿轮热处理常见缺陷的预防及补救方法
2.8.1加热时常见的缺陷的预防及补救方法
1．欠热缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
钢在加热时,由于加热温度过低火加热时间过短,造成未充分奥氏体化而引起的组织缺陷。防止欠热主要措施是严格控制加热温度和加热时间。
2)返修方法
可经过重新正火来补救。
2．过热缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
钢加热时,由于加热温度过高或加热时间过长,引起奥氏体晶粒粗大而产生的组织缺陷。防止过热主要措施是严格控制加热温度和加热时间。
2)返修方法
可经过重新正火来补救。
3．过烧缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
钢加热时,由于加热温度过高,造成晶界氧化或局部熔化的组织缺陷。防止过烧主要措施是严格控制加热温度和加热时间。
2)返修方法
工件过烧无法挽救只能报废。
2.8.2渗碳时常见的缺陷的预防及补救方法
1．表层粗块状或网状碳化物缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
渗碳剂活性太高或渗碳保温时间过长,降低渗剂活性当渗层要求较深时,保温后期适当降低渗剂活性。
2) 返修方法
在降低碳势气氛下延长保温时间,重新淬火;
高温加热扩散后再淬火。
2．表面非马氏体缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
渗碳介质中的气向钢中扩散,在品界上形成Cr、Mn等元素的氧化物,致使该处合金元素贫化,淬透性降低,淬火后出现黑色网状组织〔屈氏体)。控制沪内介质成分,降低氧的含量,提高淬火冷却速度;合理选择钢材。
2) 返修方法
提高淬火温度或适当延长淬火加热保温时间,便奥氏体均匀化,并采用较快淬火冷却速度。
3． 渗层深度不够缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
炉温低,渗层活性低,炉子漏气或渗碳盐浴成分不正。加强炉温校验及炉气成分或盐浴成分的监测。
2) 返修方法
补渗。
4． 表面脱碳缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
渗碳后期渗剂活性过分降低,气体渗碳炉漏气。液体渗碳时碳酸盐含量过高,在冷却堆中及碎火加热时保护不当,出炉时高温状态在空气中停留时间过长。防止炉渗碳后子漏气,保证渗碳后期在冷却坑中淬火加热时具有所要求的碳势。
2) 返修方法
在浓度合格的介质中补修;
喷丸处理(脱碳层≤0.02mm)。
5．表面硬度低缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
表面碳浓度低或表面脱碳,残留奥氏休全过多或表面形成屈氏体。选择合适的渗碳温度及碳势,选择合适的热处理方法及工艺。
2) 返修方法
含碳量低可补渗;
残余奥氏体多着可按前面方法返修;
表面有屈氏体的可重新加热淬火。
2.8.3渗碳后淬火、回火缺陷与预防、补救
1．渗碳件开裂缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
渗碳后慢冷时组织转变不均匀所致.如******钢渗碳后空冷时,在表层屈氏体下面保留了层未转变的奥氏体,后者在随后的冷却过程中或随后停留过程中转变为马氏体,使渗层完成共析转变.或加快冷却速度,使渗层全部转变为马氏体加残余奥氏体。减慢冷却,使渗层全部发生共析转变或加快冷却,使工件表面得到马氏体加残余奥氏体。
2) 返修方法
工件无法挽救只能报废。
2．表层大量残余奥氏体缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
淬火温度过高,奥氏体中碳及合金元素含量较高,降低渗剂活性,降低直接淬火或重新加热榨火的温度。
2) 返修方法
冷处理;
高温回火后,重新加热淬火;
采用合适的加热温度,重新火。
3．硬度过高或过低或不均匀缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
主要是由于回火温度过低、过高或炉温不均匀所造成的。回火后硬度过高还可能是由于回火时间过短。硬度不均匀可能是由于一次装炉量过多,或选用加热炉不当所致。这类问题能够经过调整回火温度等控制。
2) 返修方法
再回火炉中重新加热回火。
4．回火变形缺陷及其预防、补救
形成原因及防止措施
由于回火前工件内应力不平衡,回火是应力松弛或产生应力重新分布所致。要避免回火变形,或采用多次校直多次加热,或采用压具回火等。
5．回火脆性缺陷及其预防、补救
1)形成原因及防止措施
主要原因是由于所选回火温度不当,或回火冷却速度不够(第二类回火脆性)所致。防止回火脆性的出现应正确选择回火温度和冷却方式。
2) 返修方法
一旦出现回火脆性,对于第一类回火脆性,只能经过加热淬火,令选回火温度回火:对于第二类回火脆性,可采取重新加热回火,然后加速回火冷却速度的方法消除。
2.9热处理工艺卡

2.9.1******正火工艺卡
热处理工艺卡
产品名称

零件名称

工艺卡等待最新的格式

热处理
类型

热处理
硬度

名称

材料

加热温度℃

升温速度
℃/h

保温时间min

淬火
介质

冷却
时间s

工艺

回火温度℃

保温时间min

审核

日期

2.9.2******渗碳工艺卡
2.9.3******淬火工艺卡
2.9.4******回火工艺卡

3.参考文献
严格按参考文献格式
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[2] 潘复生, 张丁非. 铝合金及其应用[M]. 北京: 化学工业出版社, .
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