课程设计说明书模板3.doc

辽 宁 工 业 大 学 工艺 课程设计（论文）题目：9SiCr圆板牙(M12)钢退火-淬火-回火热处理工艺设计院（系）：材料科学与工程学院专业班级：材料物理071学号：101802055学生姓名：周耀兵指导教师：教师职称：教 授起止时间：2010-7-52010-7-16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：材料物理教研室学 号学生姓名专业班级材料物理071课程设计（论 文）题 目20CrNiMo主动锥齿轮渗碳淬火-回火热处理工艺课程设计（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20CrNiMo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，阐述主动锥齿轮热处理质量检验项目、内容及要求；阐明主动锥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.主动锥齿轮材料的选择（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20CrNiMo的C曲线；3.给出20CrNiMo主动锥齿轮冷热加工工艺流程图；4.制定20CrNiMo主动锥齿轮渗碳淬火-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： 指导教师签字： 年 月 日辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）前 言（小二号黑体，段前段后1行，1.25倍行距，居中排列）合金工具钢的淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高，按用途大致可分为刃具、模具和检验尺寸使用的量具用钢三类。合金工具钢广泛用作刃具、冷、热变形模具和量具，也可用于制作柴油机燃料泵的活塞、阀门、阀座以及燃料阀喷嘴等。（正文小四号宋体，段前段后0.25行，1.25倍行距）此设计是通过在课堂学习热处理理论知识后的探索和尝试，其内容讨论如何设计圆板牙钢的热处理工艺，重点是制定合理的热处理规程，并按此完成9SiCr圆板牙钢的热处理工艺设计。目 录（小二号黑体，段前段后1行，1.25倍行距，居中排列）1 低合金刃具钢热处理工艺概述12 圆板牙钢的热处理工艺设计22.1 圆板牙钢的服役条件、失效形式22.2 圆板牙技术要求及示意图22.3 圆板牙钢的材料选择42.4 圆板牙 9SiCr钢的C曲线52.5 圆板牙9SiCr钢加工工艺流程图62.6 9SiCr圆板牙(M12)钢退火-淬火-回火热处理工艺62.7 9SiCr圆板牙钢退火、淬火、回火热处理工艺理论112.8 选择设备、仪表和工夹具122.9 圆板牙热处理质量检验项目、内容及要求142.10 圆板牙热处理常见缺陷的预防及补救方法153 参考文献18II辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）1 低合金刃具钢热处理工艺概述（小二号黑体，段前段后1行，1.25倍行距8，居中排列）低合金刃具钢的含碳量一般在0.8%1.5%，其化学成分特点是高碳低合金化。低合金刃具钢一般为过共析钢，锻轧和锻造成毛坯后，先以球化退火作为预先热处理，以达到消除锻造应力、降低硬度、便于切削加工的目的，并提供良好的碳化物球化组织。再进行淬火加低温回火作为最终热处理，目的是便钢具有在回火马氏体基体上均匀分布细粒状的碳化物组织，以提高刃具的强度、硬度及耐磨性，从而提高刃具的使用寿命。（正文小四号宋体，段前段后0.25行，1.25倍行距）2 圆板牙钢的热处理工艺设计（小二号黑体，段前段后1行，1.25倍行距，居中排列）2.1 圆板牙钢的服役条件、失效形式2.1.1 服役条件圆板牙是用来加工外螺纹专用工具。作为刃具必须具有较高的淬透性，保证圆板牙内2.1.2 失效形式1）磨损 磨损大都是由于2）崩刃 包括微崩刃、大块崩刃、掉牙、掉齿等现象。很多崩刃现象的产生是由于切削时切削刃3）断裂与破碎 切削工具由于承受较大的冲击或者因为工具本身的脆性较大有时会产生整体4）被加工工件达不到技术要求 在切削过程中，由于工具产生严重的磨损或工具的切削刃上有明显的崩刃现象，这时工具 2.2 圆板牙技术要求2.2.1 圆板牙的技术要求圆板牙属于手工切削或低速切削的工，要求齿部有较高的耐磨性，同时齿部不能太脆，因此要有较高的韧性且变形要小，因此不能脱碳。硬度：6063HRC。金相组织：马氏体针3级，残留碳化物网3级。尺寸：螺纹中径应控制在12mm、厚度为14mm、外圆直径34mm的范围内。装炉量：5件。2.2.2 圆板牙的平面图图1 圆板牙平面图2.2.3 圆板牙的剖面图图2 圆板牙剖面图2.3 圆板牙钢的材料选择圆板牙属于薄刃工具，其刃部所受的冲击力不大，制造的材料组织中含有均匀分布的9SiCr钢为常见的合金工具钢，为过共析低合金工具钢，其主要化学成分和临界温度如下表1和表2所示。表1 9SiCr钢的化学成分（GB/T 12992000）W/%CSiMnCrSP0.850.951.201.600.300.600.951.250.0300.0302.4 圆板牙9SiCr钢的C曲线对于“C”曲线的变化来讲，奥氏体晶粒粗大，成分均匀性提高，奥氏体稳定性增加，“C” 图2 9SiCr钢奥氏体等温转变曲线（奥氏体化温度875）2.5 圆板牙9SiCr钢加工工艺流程图毛坯锻造球化退火机械加工淬火检查检查回火清洗外观处理发黑处理 图3 工艺流程图2.6 9SiCr圆板牙(M12)钢退火-淬火-回火热处理工艺制造9SiCr圆板牙（M12）采用的热处理工艺包括预备热处理德球化退火和最终热处2.6.1 锻造工艺曲线 图4 9SiCr圆板牙(M12)热处理全过程工艺曲线制造圆板牙的毛坯要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，以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方图5 锻造工艺曲线查阅热处理工艺规范数据手册可以找出9SiCr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3所示。表3 9SiCr钢的热加锻造工艺规范项目加热温度/开始温度/终止温度/冷 却钢锭1150120011001150880800缓冷（砂冷或坑冷）钢坯1100115010501100850800缓冷（砂冷或坑冷）2.6.2 球化退火工艺曲线圆板牙属于低合金刃具钢。低合金刃具钢的预先热处理是球化退火，目的是降低硬度，改善锻造组织和切削加性能，为最终热处理作组织准备。9SiCr圆板牙球化退火前的组织要求是细片状珠光体，经等温球化退火后为球状珠光体，其经淬-回火后的力学性能与原始组织为片状珠光体相比，在强度、硬度相同情况下，其塑韧性都要高，且对淬火温度的敏感性也相对较小。 Acm 870Ac1 770Ar1 730 30h 炉冷500出炉空冷8007102h4h温度T时间th100h 图6 9SiCr等温球化退火工艺曲线2.6.3 淬火工艺曲线本设计采用等温淬火。因为等温淬火除了有消除内应力、提高力学性能和耐磨性等作用外，还可使组织应力和热应力减至最小，并大大减少工件的变形，适合要求变形小、形状复杂的刃具，所以对圆板牙这类要求变形较高的工件，宜采用等温淬火工艺。A cm 870630860盐浴炉19021minA c1 77011min45min油冷温度T时间th图7 9SiCr等温淬火工艺曲线2.6.3 低温回火工艺曲线由于钢中 Cr、Si的加入，提高了9SiCr圆板牙钢的回火稳定性，因此可采用低温回火。图8 9SiCr回火工艺曲线2.7 9SiCr圆板牙钢退火、淬火、回火热处理工艺理论2.7.1 退火原理将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却2.7.2 淬火工艺原理把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上一定温度，保温一定时间，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火方法2.7.3 回火工艺原理回火是指将淬火钢加热到临界点A1以下某一温度，保温一定时间，使淬火组织转变为2.8选择设备、仪表和工夹具2.8.1设备加热炉为主要的设备。按工作介质分：空气炉、盐浴炉、保护气氛炉、流动离子炉、图9 插入式电极盐浴炉结构图10 埋入式电极盐浴炉结构2.8.2仪表热处理中温度是一个很重要的参数，实现精确的测量与控制，对提高热处理质量十分2.8.3工夹具圆板牙的特点是厚度与直径相比显得薄，淬火时内孔易涨大，除了用等温淬火来消除具加热。图11 淬火挂（吊）具2.9 圆板牙热处理质量检验项目、内容及要求1）变形检查 圆板牙在热处理过程中加热、冷却，并便随有相变发生，所以会产生变形，如弯曲或翘曲变形超过图纸技术或工艺要求范围，必须校正。2）外观检查 表面淬火后不能出现过烧、熔化、裂纹等缺陷。硬度合格后应进行发黑处理，处理后的颜色为棕色或棕黑色。3）硬度检查 为保证圆板牙热处理后达到技术或工艺要求，待检件选取应有代表性，通常从热处理后的零件中选取能反映零件的工作部位或零件的工作部位硬度的其他部位，对每一个待检件的正时试验点数一般应不少于3个点。用洛氏硬度准确测量HRA再换算成HRC。圆板牙检验部位如下图12所示。 图12 圆板牙硬度检查部位示意图表4 淬火回火硬度偏差范围4）金相组织检查 圆板牙球化退火后应该为珠光体25级，网状碳化物3级。按GBT12992000评定。低温回火后的金相组织为：马氏体 + 下贝氏体 + 残余奥氏体 + 碳化物。组织检验应注意残余奥氏体和针状碳化物，都按国家标准评定。2.10圆板牙热处理常见缺陷的预防及补救方法2.10.1圆板牙球化退火的缺陷及其预防、补救圆板牙球化退火后易产生组织缺陷为球化组织粗大不均、球化不完全、组织中有网状2.10.2圆板牙球化淬火的缺陷及其预防、补救圆板牙对变形的要求非常高，所以应特别注意淬火的变形缺陷。淬火时产生变形、开图13 热应力对板牙的影响组织应力的作用正好相反,板牙继续冷却的时候，表层冷却转变为马氏体，马氏体比容较大，因此产生膨胀，其内部由于外层而产生张应力，外层受压应力，此时内部产生塑性变形，如图15所示。图14 组织应力对板牙的影响脱碳是圆板牙9SiCr制造圆板牙的缺点，发生脱碳的根本原因是盐浴中存在大量的氧化物，因此必须对盐浴进行严格的脱氧。圆板牙脱碳后其表面硬度下降，磨去表面脱碳层，硬度仍能达到要求。热处理后板牙螺纹不再磨加工，因此齿部脱碳使耐磨性大大降低。脱碳后圆板牙难以挽救，只能预防。2.10.3圆板牙低温回火的缺陷及其预防、补救回火的主要缺陷是硬度不合格，过高或过低、硬度不均匀，以及回火时产生变形及脆3 参考文献1 王广生. 热处理手册.第4版.第2卷. 北京: 机械工业出版社，2008, 1.2 张玉庭. 热处理技师手册. 北京: 机械工业出版社, 2005.3 樊东黎. 热处理工程师手册. 北京: 机械工业出版社, 1996, 6.4 安继儒. 热处理工艺规范数据手册. 北京: 化学工业出版社, 2008, 1.5 李泉华. 热处理技术400问解析. 北京: 机械工业出版社, 20002, 1.6 樊东黎. 热处理技术数据手册.第2版. 北京: 机械工业出版社, 2006, 4.7 张玉庭. 简明热处理技工手册. 北京: 机械工业出版社, 1998, 9.10