40cr機(jī)床齒輪熱處理工藝畢業(yè)論文

1、<p>　　40Cr機(jī)床齒輪熱處理工藝目 錄 </p><p>　　1.畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書--------------------------------------------------------------4</p><p>　　2.畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書---------------------------------

2、-----------------------------4</p><p>　　1 概述-----------------------------------------------------------------------------4</p><p>　　1.1 齒輪的工作條件分析------------------------------------------------

3、-----4</p><p>　　1.2 齒輪的選材要求-----------------------------------------------------------4</p><p>　　1.3齒輪的材料選擇-------------------------------------------------------------6</p><p>　　2

4、 熱處理工藝--------------------------------------------------------------------6</p><p>　　2.1 齒輪鋼常用熱處理工藝---------------------------------------------------6 </p><p>　　2.2 齒輪材料的主要熱處理特性--------------

5、--------------------------------6</p><p>　　3 熱處理工藝的設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------------7</p><p>　　3.1 熱處理變形-----------------------------------------------------------

6、----7 </p><p>　　3.2 淬火變形的原因分析---------------------------------------------------7</p><p>　　3.3 最終熱處理工藝-----------------------------------------------------------8</p><p>　　4 40c

7、r介紹----------------------------------------------------------------------8 4.1 40cr特性及用途----------------------------------------------------------8 4.2 熱處理工藝--------------------------------------------------------

8、-------9</p><p>　　4.3 40Cr的化學(xué)成分及臨界溫度--------------------------------------------9</p><p>　　4.4 40Cr的性質(zhì)--------------------------------------------------------------9</p><p>　　5 4

9、0Cr熱處理工藝特性介紹---------------------------------------------------9</p><p>　　5.1 預(yù)備熱處理--------------------------------------------------------------9 5.2 最終

10、熱處理--------------------------------------------------------------9 </p><p>　　6 熱處理工藝的制定----------------------------------------------------------10</p><p>　　6.1 退火工藝的制定-----------------------

11、----------------------------------10 </p><p>　　6.2 正火工藝的制定---------------------------------------------------------10</p><p>　　6.3 淬火工藝的制定------------------------------------------------------

12、---10</p><p>　　6.4 回火工藝的制定---------------------------------------------------------11</p><p>　　7 40Cr熱處理沖擊韌性與硬度-----------------------------------------------12</p><p>　　8 40Cr熱處

13、理金相組織分析--------------------------------------------------13</p><p>　　8.1 正火熱處理---------------------------------------------------------------13</p><p>　　8.2 調(diào)質(zhì)處理-------------------------------

14、-----------------------------------13</p><p>　　9 機(jī)床齒輪---------------------------------------------------------------------14</p><p>　　10 變速箱齒輪-------------------------------------------------

15、--------------16</p><p>　　10.1 齒輪熱處理概---------------------------------------------------------17</p><p>　　10.2 40Cr齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)--------------------------------------------18</p><p>　

16、　10.3 40Cr齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)------------------------------------------19 10.4 40Cr的正火工藝?yán)碚摶A(chǔ)、原則-----------------------------------20</p><p>　　10.5 40Cr的氣體滲碳工藝?yán)碚摶A(chǔ)、原則----------------

17、----------------20</p><p>　　10.6 40Cr齒輪熱處理常見(jiàn)缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法----------------------22</p><p>　　3.畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)-----------------------------------------------------------------25</p><p>　　4.參考文獻(xiàn)

18、----------------------------------------------------------------------27</p><p>　　40Cr機(jī)床齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：本文通過(guò)制定40Cr鋼退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)熱處理工藝，測(cè)定在各種熱處理情況下試樣的硬度和沖擊韌性，并進(jìn)行材料的金相組織分析，確定40Cr機(jī)床齒輪的最終性能；運(yùn)用

19、了一套完整的熱處理工藝；設(shè)計(jì)出了符合標(biāo)準(zhǔn)要求的40Cr機(jī)床齒輪。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)床齒輪 ；40Cr ；熱處理 </p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 齒輪的工作條件分析</p><p>　　一對(duì)齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，兩齒面嚙合運(yùn)動(dòng)：</p><p>

20、;　　(1) 因傳遞扭矩而使齒根部受到很大的交變彎曲應(yīng)力；</p><p>　　(2) 同時(shí)使齒面有相互滾動(dòng)和滑動(dòng)摩擦的摩擦力；</p><p>　　(3) 在齒輪面窄小接觸處承受很大的交變接觸壓應(yīng)力；</p><p>　　(4) 由于運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的換擋、啟動(dòng)和嚙合不均，使齒部承受一定的沖擊載荷作用；</p><p>　　(5) 此外，瞬時(shí)過(guò)載

21、、潤(rùn)滑油腐蝕及外部硬質(zhì)磨粒的侵入等情況，都可以加劇齒輪工作條件的惡化。</p><p>　　1.2 齒輪的選材要求</p><p>　　齒輪常用的鋼有調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。鑄鋼的強(qiáng)度比鍛鋼稍低，常用于尺寸較大的齒輪；灰鑄鐵的力學(xué)性能較差，可用于輕載的開式齒輪傳動(dòng)中；球墨鑄鐵可部分的代替鋼來(lái)制造齒輪。</p><p>　　1.3齒輪的材料選擇 <

22、/p><p>　　齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)零件，合理地選擇和使用金屬材料尤為重要。大致上講，應(yīng)主要滿足齒輪材料所需的力學(xué)性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性要求三個(gè)方面：</p><p>　　1.3.1滿足齒輪材料的力學(xué)性能</p><p>　　材料的力學(xué)性能包括強(qiáng)度、硬度、塑性及韌性等，反映材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的特性。齒輪在嚙合時(shí)齒面接觸處有接觸應(yīng)力，齒根部有

23、最大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強(qiáng)度失效。齒面各點(diǎn)都有相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式有齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。因此要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，心部要有一定的強(qiáng)度和韌性。</p><p>　　1.3.2滿足齒輪材料的工藝性能 </p><p>　　材料的工藝性能是指材料本身能夠適應(yīng)各種加工工藝要求的能力。齒輪的制造

24、要經(jīng)過(guò)鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此選材時(shí)要對(duì)材料的工藝性能加以注意。一般來(lái)說(shuō)，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其力學(xué)性能可以滿足一般工作條件的要求。但強(qiáng)度不夠高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強(qiáng)度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過(guò)改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途經(jīng)來(lái)改善材料的工藝性能。</p><p>　　1.3.3滿足齒輪材料的經(jīng)濟(jì)性要求</p><p>　　所謂經(jīng)濟(jì)性

25、是指最小的耗費(fèi)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。在滿足使用性能的前提下，選用齒輪材料還應(yīng)注意盡量降低零件的總成本。我們可以從以下幾方面考慮：從材料本身價(jià)格來(lái)考慮。碳鋼和鑄鐵的價(jià)格是比較低廉的，因此在滿足零件力學(xué)性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可降低成本。從金屬資源和供應(yīng)情況來(lái)看，應(yīng)盡可能減少材料的進(jìn)口量及價(jià)格昂貴材料的使用量。從齒輪生產(chǎn)過(guò)程的耗費(fèi)來(lái)考慮：采用不同的熱處理方法相對(duì)加工費(fèi)用也不一樣；通過(guò)改進(jìn)熱處理工藝也可以降低

26、成本；所選鋼種應(yīng)盡量少而集中，從而以便采購(gòu)和管理；我們還可以通過(guò)改進(jìn)工藝來(lái)提高經(jīng)濟(jì)效益，見(jiàn)圖1所示。</p><p>　　圖1 齒輪零件圖及實(shí)體圖</p><p>　　2.1 齒輪鋼常用熱處理工藝 </p><p>　　2.1.1表面淬火 </p><p>　　常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如40Cr鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為40～55

27、HRC。特點(diǎn)是抗疲勞點(diǎn)蝕、抗膠合能力高，耐磨性好。由于齒心部末淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。</p><p><b>　　2.1.2調(diào)質(zhì) </b></p><p>　　調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如40Cr、鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220～280HBS。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進(jìn)行。 </p><p>

28、;<b>　　2.1.3正火 </b></p><p>　　正火能消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄鋼正火處理。</p><p>　　2.2 齒輪材料的主要熱處理特性</p><p><b>　　2.2.1 淬透性</b></p>

29、<p>　　含義: 指鋼接受淬火而獲得馬氏體的能力，不同鋼種接受淬火的能力不同。 淬透性不同的鋼，淬火后得到的淬透層深度不同，從而沿截面分布的金相組織以及力學(xué)性能也不同。淬透層深度是指由淬火表面馬氏體到50%馬氏體層的深度。全部淬透的工件通常表面殘留著拉力，容易產(chǎn)生變形和開裂，同時(shí)對(duì)工作的疲勞性能也不利。設(shè)計(jì)時(shí)考慮要點(diǎn)：</p><p>　?。?） 零件尺寸越大，內(nèi)部熱容量越大，淬火時(shí)零件的冷卻速度

30、越慢，因此，淬透層越薄，性能越差，這種現(xiàn)象叫做“鋼材的尺寸效應(yīng)”。所以，不能根據(jù)小尺寸的性能數(shù)據(jù)用于大尺寸零件的強(qiáng)度計(jì)算，而必須考慮鋼材的淬透性。</p><p>　?。?）大截面或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的齒輪采用多元合金鋼，保證足夠而適當(dāng)?shù)拇阃感裕ＷC沿整個(gè)截面有良好的綜合力學(xué)性能，同時(shí)，減少變形，防止開裂。 </p><p>　?。?）對(duì)碳鋼齒輪，由于碳鋼的淬透性低，在設(shè)計(jì)大尺寸時(shí)，正火和

31、調(diào)質(zhì)效果相似，而正火可降低成本，不必要求調(diào)質(zhì)。 </p><p>　?。?）大模數(shù)高質(zhì)齒輪由于受到鋼材淬透性的限制，應(yīng)當(dāng)開齒后調(diào)質(zhì)。 </p><p><b>　　2.2.2 淬硬性</b></p><p>　　含義：指鋼在正常淬火條件下，以超過(guò)臨界冷卻速度所形成馬氏體組織能夠達(dá)到最高硬度。設(shè)計(jì)時(shí)考慮要點(diǎn)：淬硬性與淬透性不同，它主要

32、取決于鋼中的含碳量。鋼中含碳量越高，淬火后硬度越高，而與合金元素關(guān)系不大。所以，淬火硬度高的鋼不一定就淬透性高，而硬度低的鋼，也可能具有高的淬透性。</p><p>　　2.2.3 過(guò)熱敏感性</p><p>　　含義：指鋼在正常淬火條件下，以超過(guò)臨界冷卻速度所形成馬氏體組織能夠達(dá)到最高硬度。設(shè)計(jì)時(shí)考慮要點(diǎn)：淬硬性與淬透性不同，它主要取決于鋼中的含碳量。鋼中含碳量越高，淬火后硬度越高，而與

33、合金元素關(guān)系不大。所以，淬火硬度高的鋼不一定就淬透性高，而硬度低的鋼，也可能具有高的淬透性。</p><p>　　2.2.4 回火穩(wěn)定性</p><p>　　含義：指鋼在正常淬火條件下，以超過(guò)臨界冷卻速度所形成馬氏體組織能夠達(dá)到最高硬度。設(shè)計(jì)時(shí)考慮要點(diǎn)：淬硬性與淬透性不同，它主要取決于鋼中的含碳量。鋼中含碳量越高，淬火后硬度越高，而與合金元素關(guān)系不大。所以，淬火硬度高的鋼不一定就淬透性高，

34、而硬度低的鋼，也可能具有高的淬透性。</p><p>　　2.2.5 變形開裂傾向</p><p>　　含義：指鋼在加熱和冷卻過(guò)程中產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，其綜合作用超過(guò)鋼的σs或σb而產(chǎn)生變形開裂的傾向。設(shè)計(jì)時(shí)考慮要點(diǎn)： 加熱或冷卻速度太快，加熱和冷卻不均勻都容易造成工件變形甚至開裂，因此： </p><p>　?。?）設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量避免尖角和厚薄斷面

35、的突然變化。 </p><p>　?。?）采用緩和的淬火介質(zhì)或淬火方法。</p><p>　　2.2.6 尺寸穩(wěn)定性</p><p>　　含義：指零件在長(zhǎng)期存放或使用中尺寸穩(wěn)定不變的性能。這對(duì)精密齒輪是很重要的。設(shè)計(jì)時(shí)考慮要點(diǎn)：引起尺寸變化的主要原因是內(nèi)應(yīng)力的存在以及組織中殘余奧氏體的分解，因此，設(shè)計(jì)精密齒輪時(shí)，應(yīng)當(dāng)要求穩(wěn)定化處理，如淬火后進(jìn)行冷處理或低溫時(shí)效。

36、使馬氏體趨于穩(wěn)定，并減少內(nèi)應(yīng)力，以使齒輪尺寸穩(wěn)定。2.2.7回火脆性</p><p>　　含義：指鋼在某一溫度范圍回火時(shí)所發(fā)生的沖擊性降低現(xiàn)象。產(chǎn)生回火脆性的鋼，不僅室溫下沖擊韌性較正常為低，而且使鋼的冷脆溫度大為提高。設(shè)計(jì)時(shí)考慮要點(diǎn)：合金結(jié)構(gòu)鋼在250℃～400℃回火時(shí)引起沖擊韌性及斷裂韌性下降，這種現(xiàn)象一般稱為第一類回火脆性。它不能通過(guò)熱處理方法來(lái)消除，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。</p><p

37、>　　3 熱處理工藝的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 熱處理變形 </p><p>　　最初熱處理工藝在齒輪的滲碳淬火中，要做到完全不變形是不可能的。其變形主要是在滲碳淬火工序中發(fā)牛 ，主要受材料的淬透性 、鍛造后齒坯的組織狀態(tài) 、淬火溫度、淬火介質(zhì)和齒輪裝夾方式等因素的影響。</p><p>　　3.2 淬火變形的原因分析 </p>

38、<p>　　在滲碳淬火之前 ，進(jìn)行的前處理不適當(dāng)。即由于鍛造后的退火奧氏體化溫度低 ，坯料組織均勻化不充分 ，而且由于加熱后的冷卻速度緩慢 ，使鐵素體增多，生成近似于帶狀和塊狀組織。因此，由于滲碳時(shí)的奧氏體化 ，就產(chǎn)生組織變化和內(nèi)應(yīng)力變化這些變化是產(chǎn)生淬火變形的原因之一。 對(duì)易產(chǎn)生淬火變形的齒輪 ，由于對(duì)下述問(wèn)題注意不夠 ，也會(huì)導(dǎo)致變形的發(fā)生 ：預(yù)熱時(shí)的緩慢加熱采用較低的滲碳溫度；齒輪的裝夾方式。 一般來(lái)說(shuō) ，相對(duì)于外徑而言

39、 ，在內(nèi)徑較小的情況下，沒(méi)有采取對(duì)應(yīng)措施 ，就會(huì)造成內(nèi)徑收縮。</p><p>　　3.3 最終熱處理工藝 </p><p>　　在齒輪的滲碳淬火中，為了防止淬火變形 ，多采用壓力淬火 ，但在品種多、批量小的周期式滲碳淬火中，由于效率低并且不經(jīng)濟(jì) ，一般不采用這種淬火。 綜合上面分析 ，采取措施 ，對(duì)初始工藝進(jìn)行改進(jìn) ，有效地防止了熱處理變形 ： 調(diào)整滲碳淬火的前處理。前處理在粗加工后

40、進(jìn)行 ，940℃油淬成馬氏體 ；淬火后在700℃溫度下回火，進(jìn)行球化處理。經(jīng)過(guò)這種處理后，坯料組織能達(dá) 到預(yù)期的細(xì)化和均勻化，大大減少出現(xiàn)鐵素體的帶狀組織和塊狀組織 ，從而降低比容變化引起的體積變化以及熱應(yīng)力引起的應(yīng)變。</p><p>　　綜上所述 ，采取措施后 ，確定工藝路線如下 ： 鍛造一 退火一 粗加工一 淬火回火一 輪齒加工一測(cè)定尺寸一氣體滲碳淬火一測(cè)定尺寸。影響熱處理變形的因素很多 ，如材料性能 、鍛

41、造后齒坯的組織狀態(tài) 、淬火溫度 、淬火介質(zhì)和齒輪裝爐方式等 ，因此找出合適的防止變形方法是不容易的，但在我們?cè)敿?xì)的研究工藝過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的線索，從而找到合適的工藝，達(dá)到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，這也是我們此次研究的主要內(nèi)容。 </p><p><b>　　4 40cr介紹</b></p><p>　　40Cr是我國(guó)GB的標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)，40Cr鋼是機(jī)械制造業(yè)使用最廣泛的鋼

42、之一。調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，良好的低溫沖擊韌性和低的缺口敏感性。鋼的淬透性良好，水淬時(shí)可淬透到Ф28～60mm,油淬時(shí)可淬透到Ф15～40mm。這種鋼除調(diào)質(zhì)處理外還適于氰化和高頻淬火處理。切削性能較好，當(dāng)硬度為174～229HBS時(shí)，相對(duì)切削加工性為60%。</p><p>　　4.1 40cr特性及用途</p><p>　　特性 ：中碳調(diào)制鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價(jià)格適中，加工

43、容易，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進(jìn)組織球化，改進(jìn)硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在溫度550℃～570℃進(jìn)行回火，該鋼具有最佳的綜合力學(xué)性能。該鋼的淬透性高于45鋼，適合于高頻淬火，火焰淬火等表面硬化處理等。</p><p>　　用途 ：這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負(fù)荷及中等速度工作的機(jī)械零件，如汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)、后半軸以及機(jī)床上的齒輪、軸、蝸桿、花鍵軸、頂尖套等；經(jīng)淬火及中溫回

44、火后用于制造承受高負(fù)荷、沖擊及中等速度工作的零件，如齒輪、主軸、油泵轉(zhuǎn)子、滑塊、套環(huán)等；經(jīng)淬火及低溫回火后用于制造承受重負(fù)荷、低沖擊及具有耐磨性、截面上實(shí)體厚度在25mm以下的零件，如蝸桿、主軸、軸、套環(huán)等；經(jīng)調(diào)質(zhì)并高頻表面淬 火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而無(wú)很大沖擊的零件，如齒輪、套筒、軸、主軸、曲軸、心軸、銷子、連桿、 螺釘、螺帽、進(jìn)氣閥等。此外，這種鋼又適于制造進(jìn)行碳氮共滲處理的各種傳動(dòng)零件，如直徑較大和低溫韌性好的齒輪和

45、軸。40Cr廣泛用于機(jī)械制造，這種鋼的力學(xué)性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，40Cr可以淬硬至42～46HRC。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮40Cr優(yōu)越的力學(xué)性能，常將40Cr表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。</p><p>　　4.2 熱處理工藝</p><p>　　淬火工藝：40Cr淬火850℃,油冷；回火520℃,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度為52～6

46、0HRC，火焰淬火能達(dá)到48～55HRC。 </p><p>　　氮化處理：40Cr屬于可氮化鋼，其所含元素有利于氮化。40Cr經(jīng)氮化處理后可獲得較高的表面硬度，40Cr調(diào)質(zhì)后氮化處理硬度最高能達(dá)到72～78HRA，即43~55HRC。氮化工件工藝路線：鍛造－退火－粗加工－調(diào)質(zhì)－精加工－除應(yīng)力－粗磨－氮化－精磨或研磨。由于氮化層薄，并且較脆，因此要求有較高強(qiáng)度的心部組織，所以要先進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，獲得回火索氏體，

47、提高心部力學(xué)性能和氮化層質(zhì)量。軟氮化是活性氮化,現(xiàn)在比較常用的是氣體氮化。 </p><p>　　4.3 40Cr的化學(xué)成分及臨界溫度見(jiàn)表1 </p><p>　　表1 40Cr的化學(xué)成分及臨界溫度 　</p><p>　　4.4 40Cr的性質(zhì)</p><p>　

48、　從鐵碳合金相圖來(lái)看，40Cr鋼屬于亞共析鋼，緩冷到室溫后的組織為鐵素體＋珠光體；從鋼的分類來(lái)看，40Cr鋼屬于低淬透性調(diào)質(zhì)鋼，具有很高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，總體的使用性能較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能；40Cr鋼可用于制造機(jī)床的主軸、齒輪等零件。</p><p>　　5 40Cr熱處理工藝特性介紹</p><p>　　5.1 預(yù)備熱處理 </p><p>

49、;　　調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)熱加工后，必須經(jīng)過(guò)預(yù)備熱處理來(lái)降低硬度，便于切削加工，消除熱加工時(shí)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(duì)于40Cr鋼而言，可進(jìn)行正火或退火處理。</p><p>　　5.2 最終熱處理　</p><p>　　調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火。一般可以采用較慢的冷卻速度淬火，可以用油淬以避免熱處理缺陷。當(dāng)強(qiáng)度較高時(shí)，采用較低的回火溫度，反之選用較高的回

50、火溫度。</p><p>　　6 熱處理工藝的制定</p><p>　　40Cr熱處理工藝的制定按上述知識(shí)，對(duì)40Cr鋼分別采用退火、正火、淬火、不同的回火溫度情況下的熱處理，測(cè)定不同情況下試樣的硬度與沖擊韌性值。6.1 退火工藝的制定　</p><p>　　圖2為退火及正火工藝曲線圖。加熱溫度：Ac2＋（30～50）℃，由此確定加熱溫度為850℃；保溫時(shí)間：1

51、20min；冷卻方式： 隨爐冷卻。</p><p>　　圖2 退火及正火工藝曲線圖。</p><p>　　6.2 正火工藝的制定</p><p>　　加熱溫度：Ac3＋（30～50）℃，由此確定加熱溫度為850℃；保溫時(shí)間：120min；冷卻方式：空冷。</p><p>　　6.3 淬火工藝的制定</p><p>

52、　　圖3為淬火工藝曲線圖。加熱溫度： Ac3＋（30～50）℃，由此確定加熱溫度為 850℃；保溫時(shí)間：80min；　冷卻方式：油冷。</p><p>　　圖3 淬火工藝曲線圖。</p><p>　　6.4 回火工藝的制定</p><p>　　6.4.1 低溫回火</p><p>　　圖4為淬火加低溫回火工藝曲線圖。亞共析鋼的低溫回火溫度

53、為150℃～300℃，但鋼材的第一類回火脆性溫度在250℃～400℃，由于40Cr中含有硅、錳、鉻等合金元素，第一類回火脆性溫度將有所增高，所以選用低溫回火溫度為240℃；保溫時(shí)間為：60min；采用空冷。</p><p>　　圖4 淬火加低溫回火工藝曲線圖。</p><p>　　6.4.2 中溫回火</p><p>　　中溫回火溫度為350℃～500Ｃ，選用溫度

54、為460℃；保溫時(shí)間為：50min；空冷。</p><p>　　6.4.3 高溫回火（調(diào)質(zhì)處理） </p><p>　　圖5為淬火加高溫回火工藝曲線圖。高溫回火溫度為： 500℃～650℃，可選用加熱溫度為：620℃；保溫時(shí)間為：60min；空冷。</p><p>　　圖5 淬火加高溫回火工藝曲線圖。</p><p>　　7 40Cr熱處

55、理沖擊韌性與硬度</p><p>　　為檢測(cè)試樣在熱處理后的硬度與韌性，對(duì)退火和正火的試樣進(jìn)行布氏硬度的測(cè)定；對(duì)淬火后低溫回火、中溫回火、高溫回火（調(diào)質(zhì)）的試樣進(jìn)行洛氏硬度的測(cè)定；同時(shí)對(duì)調(diào)質(zhì)處理與油淬后的試樣進(jìn)行沖擊韌性測(cè)定。結(jié)論見(jiàn)表2沖擊韌性值，表3退火、正火的布氏硬度值，表4淬火后回火熱處理的洛氏硬度值。40Cr</p><p>　　正火后的組織見(jiàn)圖6。</p><

56、p>　　表2 沖擊韌性值 </p><p>　　圖6 40Cr正火后的組織</p><p>　　表3退火、正火的布氏硬度值</p><p>　　表4淬火后回火熱處理的洛氏硬度值&

57、lt;/p><p>　　8 40Cr熱處理金相組織分析</p><p>　　8.1 正火熱處理</p><p>　　正火是加熱、保溫后在空氣中冷卻，其冷卻速度比爐冷快，珠光體轉(zhuǎn)變溫度低，因此正火后獲得的珠光體比退火后的珠光體細(xì)，正火后組織應(yīng)為鐵素體加珠光體以及可能出現(xiàn)的魏氏組織。</p><p><b>　　8.2 調(diào)質(zhì)處理<

58、;/b></p><p>　　調(diào)質(zhì)熱處理是淬火加高溫回火，其室溫組織為回火索氏體。40Cr鋼的原始組織為球狀珠光體，由于球狀的接觸面積小，同時(shí)鉻能阻礙碳的擴(kuò)散，而鉻本身擴(kuò)散速度較慢，因此加熱溫度應(yīng)選擇上限，且保溫時(shí)間加長(zhǎng)，否則球狀滲碳體很難完全溶解而被保留下來(lái)，造成淬火后硬度及強(qiáng)度下降。40Cr調(diào)質(zhì)后的組織見(jiàn)圖7。</p><p>　　圖7 40Cr調(diào)質(zhì)后的組織</p>

59、<p>　　通過(guò)對(duì)不同熱處理試樣的硬度值、沖擊值的測(cè)定，可知正火后40Cr試樣的硬度值比退火后試樣的硬度值略高，比油淬試樣的硬度低，同時(shí)硬度值也低于40Cr調(diào)質(zhì)鋼；從沖擊韌性來(lái)看，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后40Cr試樣的沖擊韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)比正火鋼高。從金相顯微組織來(lái)看，正火40Cr鋼的室溫組織為鐵素體與珠光體，，而調(diào)質(zhì)40Cr鋼的室溫組織為回火索氏體，因此可以得出40Cr鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后既有比較高的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)又具有比較好的韌性，即具有良好的

60、綜合力學(xué)性能。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的鋼可以用來(lái)制作曲軸、連桿、機(jī)床主軸、齒輪等既要求強(qiáng)度又能承受沖擊和交變負(fù)載作用的零件 。</p><p><b>　　9 機(jī)床齒輪</b></p><p>　　機(jī)床中使用的齒輪主要起傳遞動(dòng)力、改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的作用。機(jī)床齒輪的工作條件比起汽車、拖拉機(jī)、礦山機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械中的齒輪來(lái)說(shuō)相對(duì)工作平穩(wěn),負(fù)荷小,工作環(huán)境較好。一般機(jī)床中的齒輪

61、精度大部分是7級(jí)精度,只有在分度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中要求較高的精度。機(jī)床齒輪工作時(shí)一般受力情況為:(1)齒部承受很大的交變彎曲應(yīng)力;(2)換檔、啟動(dòng)或嚙合不均勻時(shí)承受沖擊力;(3)齒面相互滾動(dòng)、滑動(dòng)時(shí)摩擦,并承受接觸壓應(yīng)力;以上齒輪的受力特點(diǎn)決定其損壞形式主要是齒的折斷和齒面的剝落及過(guò)度磨損。據(jù)此,在選擇齒輪材料時(shí)要使材料性能滿足以下要求:(1)高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度;(2)齒面有高的硬度和耐磨性;(3)齒輪心部有足夠高的強(qiáng)度和韌性;(4

62、)較好的熱處理工藝性。實(shí)踐證明,一般機(jī)床齒輪選用中碳鋼制造,并經(jīng)感應(yīng)加熱表面淬火處理,所得到的硬度、耐磨性、強(qiáng)度及韌性均能滿足要求,而且感應(yīng)加熱表面淬火件具有不易氧化、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。齒輪的感應(yīng)加熱表面淬火分為兩類:一類是大模數(shù)齒輪(m>4),多采用逐齒加熱淬火法;另一類是小模數(shù)齒輪(m<3.5),一般采用整體加熱淬火法。</p><p>　　例 以減速器齒輪為例來(lái)進(jìn)行以下分析：</p>

63、;<p>　　齒輪的材料選擇主要取決于其工作條件、使用情況；一般考慮齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度及耐磨性。故初步選定的材料為40Cr.</p><p>　　40Cr工藝路線：下料—鍛造—毛坯調(diào)制—機(jī)械加工—熱處理—精加工</p><p>　　40Cr預(yù)先熱處理：預(yù)先熱處理相關(guān)工藝如表5 </p><p>　　表5 40Cr預(yù)先熱處理</p&

64、gt;<p>　　40Cr廣泛用于機(jī)械制造，這種鋼的力學(xué)性能很好，但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好。</p><p>　　40Cr最終熱處理：</p><p>　?。?） 工藝：感應(yīng)加熱淬火+低溫回火（2） 溫度：850℃（3） 介質(zhì)：油 （4） 硬度：45~55HRC（5） 采用高頻感應(yīng)加熱淬火、低溫回火，使其表面獲得回火索氏體，已達(dá)到足夠的硬度和耐磨性。</p&g

65、t;<p>　　此外，我們還對(duì)TPX619B主運(yùn)動(dòng)齒輪材料及熱處理工藝進(jìn)行了介紹。 （1）齒輪常用材料和熱處理工藝</p><p>　　高頻淬火齒輪通常用含碳量為0.40%～0.50%碳鋼或低合金鋼(40、45、40Cr和45Mn2) 制造。大批量生產(chǎn)時(shí), 一般要求精選含碳量以保證質(zhì)量。45 #鋼限制在0.42%～0.47%C, 40Cr 鋼限制在0.37%～0.42%C。經(jīng)高頻淬火并低溫

66、回火后,淬硬層應(yīng)為混合回火馬氏體, 而心部則為毛坯熱處理(正火或調(diào)質(zhì)) 后的組織。</p><p>　　由于齒輪的承載范圍廣,工作情況復(fù)雜, 應(yīng)根據(jù)不同的工作環(huán)境及要求選擇適用的強(qiáng)化手段。對(duì)于中檔承載能力的齒輪(m =2～10 mm),線速度≤30 m/s,齒面接觸應(yīng)力≤700 MPa, 精度9～7級(jí),往往要求達(dá)到一定的硬化層深度, 而滲氮是實(shí)現(xiàn)深層處理的低溫化學(xué)熱處理工藝。而某些高速齒輪的線速度高達(dá)100 m/

67、s以上, 提高這些齒輪的齒面抗擦傷、抗膠合能力十分重要, 可將滲氮與低溫電解滲硫復(fù)合處理作為進(jìn)一步提高抗膠能力的工藝。而對(duì)于高精度、小模數(shù)的齒輪常采用氣體碳氮共滲工藝, 既可提高零件的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度, 又能保證齒輪磨削后的精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　齒輪的滲碳層深度可以根據(jù)模數(shù)來(lái)選擇。當(dāng)模數(shù)≤1.25 mm時(shí)，深度范圍為0.1～0.25 mm；當(dāng)模數(shù)為1.5～2.5 mm時(shí)，深度范圍為0.25～

68、0.40 mm；當(dāng)模數(shù)為3～4 mm時(shí)，深度范圍為0.35～0.50 mm。</p><p>　　當(dāng)模數(shù)為4.5～6 mm 時(shí)，深度范圍為0.45～0.55mm；當(dāng)模數(shù)＞6 mm時(shí)，深度范圍＞0.50 mm；對(duì)于高速重載齒輪，滲碳層深度范圍為0.7～1.1 mm。</p><p>　　在工作中，齒輪的受力情況比較復(fù)雜，齒輪的根部受交變彎曲應(yīng)力，齒面受大的接觸應(yīng)力并產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，并且在嚙合

69、不良時(shí)，還受到一定的沖擊載荷，所以齒輪一般要具有以下性能：1） 較高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度；2）齒面具有較高的硬度和耐磨性；3）齒輪心部具有足夠的強(qiáng)度和韌性。為了達(dá)到以上性能，滿足工作需要，就要根據(jù)齒輪工作的載荷和環(huán)境合理地選擇齒輪材料和熱處理工藝。</p><p>　?。?）TPX619B主運(yùn)動(dòng)齒輪分析 </p><p>　　TPX619B屬于低速、中重型機(jī)床且齒輪運(yùn)行環(huán)境良好

70、。機(jī)床主軸箱齒輪承擔(dān)著傳遞動(dòng)力和變速的任務(wù)，工作時(shí)間長(zhǎng)，故一般采用碳鋼或40Cr或20Cr制造，見(jiàn)圖7 和表6。</p><p>　　表6 齒輪材料及熱處理方式</p><p>　　40Cr合金鋼齒輪熱處理為齒部高頻淬火+低溫回火，熱處理后，表面硬度可達(dá)48HRC。提高了鋼的表面耐磨性，且心部由于沒(méi)有進(jìn)行淬火保持了好的韌性，變形?。粓D1中5～8、13、14齒輪在傳動(dòng)中受沖擊力大，且換擋次

71、數(shù)頻繁，所以要求齒輪具有高的耐磨性，疲勞強(qiáng)度和心部韌性。故選用20Cr材料。熱處理工藝采用滲碳+淬火+低溫回火。根據(jù)機(jī)床齒輪的工作狀態(tài)，屬于重載齒輪，故滲碳層取0.9 mm。滲碳后表面含碳量提高，表面硬度要求58（59）HRC;心部硬度可達(dá)30～45HRC，保證了足夠的強(qiáng)度和韌性。</p><p>　　圖8 主運(yùn)動(dòng)齒輪傳動(dòng)圖</p><p>　?。?）主運(yùn)動(dòng)齒輪常見(jiàn)問(wèn)題分析</p&

72、gt;<p>　　在實(shí)際生產(chǎn)和服務(wù)過(guò)程中，機(jī)床主運(yùn)動(dòng)部分有齒輪噪聲、雜音等現(xiàn)象發(fā)生，也偶有發(fā)生斷齒和齒輪變形的情況。齒輪噪聲和雜音的產(chǎn)生一般是因加工精度不能保證而引起的，比如：磨齒齒面魚鱗狀；滾齒、剃齒、插齒等齒面粗糙有溝，齒輪精度不合格等。通過(guò)嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量，保證零件按圖紙加工可以有效避免此類問(wèn)題發(fā)生。</p><p>　　齒輪打齒及齒輪變形的情況則是由于熱處理不當(dāng)引起的。實(shí)際生產(chǎn)中小尺寸的滲碳

73、鋼齒輪易發(fā)生斷齒現(xiàn)象，需要進(jìn)行滲碳的齒輪，若滲碳層過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致齒輪心部硬度過(guò)高，韌性不足，導(dǎo)致斷齒現(xiàn)象的發(fā)生。齒輪變形則是由于表面硬度不夠造成的，檢測(cè)變形齒輪發(fā)現(xiàn)變形齒輪硬度低于圖紙要求硬度，嚴(yán)格控制熱處理工藝后癥狀沒(méi)有再發(fā)生。由上述可見(jiàn)， TPX619B產(chǎn)品的齒輪材料和熱處理與其運(yùn)行工況是相符的，能滿足機(jī)床工作需要。</p><p>　　雖然齒輪設(shè)計(jì)在機(jī)床設(shè)計(jì)工作中的數(shù)量在減少，但隨著電氣技術(shù)的提高對(duì)齒輪提出

74、的要求也相應(yīng)提高，從我國(guó)現(xiàn)階段機(jī)床發(fā)展水平來(lái)看，齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)還不可避免。為保證力學(xué)性能、提高齒輪傳動(dòng)質(zhì)量根據(jù)工況要正確地選擇齒輪材料、冷加工和熱處理工藝。</p><p>　　10 變速箱齒輪</p><p>　　10.1 齒輪熱處理概況</p><p>　　變速箱的齒輪或齒軸一般都要承受交變載荷甚至沖擊載荷，接觸應(yīng)力大，齒面易磨損。因此，對(duì)齒輪的要求是表面硬

75、且耐磨，心部強(qiáng)而韌，具有高的抗疲勞強(qiáng)度，表面不崩裂，不壓陷，不點(diǎn)蝕，為了滿足這些性能的要求，常常采用普低鋼(40Cr、20CrMnMo)經(jīng)正火、滲碳、淬火加低溫回火的熱處理工藝，而且滲碳層必須有合適的碳濃度、碳層深度和金相組織</p><p>　　40Cr鋼的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較低，一次預(yù)備熱處理是正火，主要目的是為了提高鋼的硬度，便于鋼坯的切削加工。滲碳的目的是為了使齒輪表面獲得高的含碳量，隨后經(jīng)淬火加低溫回火后，

76、是零件表面得到高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的強(qiáng)度及較高的塑性、韌性。</p><p>　　通過(guò)對(duì)經(jīng)典40Cr鋼熱處理工藝的分析，更加明確在執(zhí)行熱處理工藝過(guò)程中所需要注意的問(wèn)題。能夠正確確定加熱溫度、時(shí)間，保溫時(shí)間，冷卻方式，其目的就是通過(guò)正確的熱處理工藝，使金屬材料的潛在能力得到充分的發(fā)揮。</p><p>　　根據(jù)齒輪的工作條件，失效形式及性能要求，本設(shè)計(jì)選擇的齒輪材料為40Cr滲

77、碳齒輪鋼；在設(shè)計(jì)正火-滲碳-淬火加低溫回火熱處理工藝中，本設(shè)計(jì)借鑒了《熱處理工程師手冊(cè)》，《鋼的熱處理》，《機(jī)床零件用鋼》，《齒輪熱處理譯文集》等。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)設(shè)定了完整的熱處理工藝流程，使熱處理的40Cr滲碳齒輪鋼表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的耐點(diǎn)蝕性能，高的疲勞強(qiáng)度，還要使心部具有高的的強(qiáng)度和韌性，從而滿足齒輪的質(zhì)量要求。</p><p>　　10.2 40Cr齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)</p&

78、gt;<p>　　10.2.1齒輪的服役條件、失效形式及性能要求</p><p>　?。?）服役條件、失效形式</p><p>　　齒輪在傳遞動(dòng)載力及變速度的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中一對(duì)咬合齒面之間既有滾動(dòng)，又有滑動(dòng)，而且齒輪根部還將受到脈動(dòng)或交變彎曲應(yīng)力的作用。齒面和齒根在上述不同應(yīng)力作用下導(dǎo)致不同的失效形式，主要有疲勞磨損、表面點(diǎn)蝕、皮下點(diǎn)蝕、彎曲疲勞折斷，沖擊折斷等。</p&g

79、t;<p><b>　?。?）性能要求</b></p><p>　　1）具有高的接觸疲勞極限； </p><p>　　2）具有高的抗彎強(qiáng)度； </p><p>　　3）具有高的耐磨性； </p><p>　　4）具有足夠的沖擊韌性； </p><p>　　5）具有

80、高的傳遞精度和最小的工作響音。</p><p>　　10.2.2 齒輪材料的選擇</p><p>　　具體齒輪材料的選用主要是根據(jù)齒輪工作時(shí)載荷的大小,轉(zhuǎn)速的高低及齒輪的精度要求來(lái)確定的。載荷大小主要是指齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩的大小,通常以齒面上單位壓應(yīng)力作為衡量標(biāo)志。一般分為:輕載荷、中載荷、重載荷和超重載荷。齒輪工作時(shí)轉(zhuǎn)速越大,齒面和齒根受到的交變應(yīng)力次數(shù)越多,齒面磨損越嚴(yán)重。因此可以把齒輪轉(zhuǎn)

81、動(dòng)的圓周速度v 的大小,作為材料承受疲勞和磨損的尺度。一般分為:低速輪(1～9 m/ s) ;中速齒輪(6～10 m/ s) ;高速齒輪(10～15 m/ s) 。齒輪的精度高,則齒形準(zhǔn)確,公差小,嚙合緊密,傳動(dòng)平穩(wěn)且無(wú)噪聲。機(jī)床齒輪精度一般為6～8 級(jí)(中、低速) 和8～12 級(jí)(高速) ,汽車等齒輪精度一般為6～8 級(jí)。</p><p>　?。?）輕載、低速或中速、沖擊力小、精度較低的一般齒輪, 選用中碳鋼,

82、 如Q235、Q275、40、45、50、50Mn 等鋼制造,常用正火或調(diào)質(zhì)等熱處理制成軟齒面齒輪, 正火硬度160～200HBS ; 一般調(diào)質(zhì)硬度200～280HBS。因硬度適中,精切齒廓可在熱處理后進(jìn)行,工藝簡(jiǎn)單,成本低。齒面硬度不高則易于磨合,但承載能力也不高。這種齒輪主要用于標(biāo)準(zhǔn)系列減速箱齒輪、冶金機(jī)械、中載機(jī)械和機(jī)床中的一些次要齒輪。</p><p>　?。?）中載、中速、承受一定沖擊載荷、運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)

83、的齒輪,選用中碳鋼或合金調(diào)質(zhì)鋼, 如45、50Mn、40Cr、42SiMn 等鋼,也可采用55Tid、60Tid 等低淬透性鋼。其最終熱處理采用高頻或中頻淬火及低溫回火,制成硬齒面齒輪,可達(dá)齒面硬度50～55HRC ,齒輪心部保持正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài),具有較好的韌性。由于感應(yīng)加熱表面淬火的齒輪變形小,若精度要求不高(如7級(jí)以下) ,可不必再磨齒。機(jī)床中絕大多數(shù)齒輪就是這種類型的齒輪。對(duì)表面硬化的齒輪,應(yīng)注意控制硬化層深度及硬化層沿齒廓的合理分

84、布。</p><p>　　（3）重載、高速或中速,且受較大沖擊載荷的齒輪,選用低碳合金滲碳鋼或碳氮共滲鋼,如20Cr、40Cr 、20CrNi3、18Cr2Ni4WA、40Cr 、30CrMnTi 等鋼。其熱處理采用滲碳、淬火、低溫回火,齒輪表面獲得58～63HRC 的高硬度,因淬透性較高,齒輪心部有較高的強(qiáng)度和韌性。這種齒輪的表面耐磨性、抗疲勞強(qiáng)度和齒根的抗彎強(qiáng)度及心部抗沖擊能力都比表面淬火的齒輪高,但熱處理變

85、形大,精度要求較高時(shí),最后一般要安排磨削。它適用于工作條件較為惡劣的汽車、拖拉機(jī)的變速箱和后橋齒輪。滲碳齒輪鋼的碳含量一般在0.12%～0.25%之間，其所含主要合金元素一般是鉻、錳、鈮、鉬、鎢、鈦等。滲碳齒輪鋼還應(yīng)滿足下列要求： 1）非金屬夾雜物少； 2）切削加工性好； 3）晶粒度小和含氧量少（鋁脫氧鋼）； 4）淬火變形?。?汽車變速齒輪工作條件比機(jī)床齒輪差,特別是主傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪。它受力較大,受沖擊較頻繁,因此對(duì)材料要求較高。由于

86、彎曲與接觸應(yīng)力都很大,所以重要齒輪都需要滲碳、淬火處理,以提高耐磨性和疲勞抗力。為了保證心部有足夠的強(qiáng)度及韌性,材料的淬透性要求較高,心部硬度應(yīng)在35～45HRC。另外,</p><p>　　表7 40Cr鋼滲碳前后的成分：</p><p>　　10.3 40Cr齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　10.3.1 40Cr的工藝流程</p>

87、<p>　?。?） 加工路線：備料→鍛造→正火→粗、半精加工→制齒→滲碳(留防滲余量或鍍銅)→淬火、低溫回火→精機(jī)加工磨齒（6級(jí)以上精度齒輪）。</p><p>　?。?）鍛造工藝設(shè)計(jì)：造滲碳齒輪的毛坯經(jīng)過(guò)鍛造后獲得基本的形狀。鍛造是利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，已獲得具有一定力學(xué)性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。用棒料鐓粗后經(jīng)切削加工制成的齒輪，其纖維組織彎曲呈放射狀，所有齒根

88、處的正應(yīng)力都平行于纖維組織的方向，力學(xué)性能得到很大的提高。查閱《熱處理工藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊(cè)》可以找出40Cr鋼的鍛造工藝的加熱溫度、始鍛溫度冷卻方式，本設(shè)計(jì)具體的鍛造工藝參數(shù)如表2所示。</p><p>　　表8 40Cr鋼的熱加鍛造工藝規(guī)</p><p>　　經(jīng)鍛造將獲得最大外徑是210mm(待精加工后拉齒），高35mm的齒坯。10.3.2 40Cr的熱處理工藝設(shè)計(jì) </p>

89、<p>　?。?）預(yù)備熱處理工序--正火 </p><p>　　一般均安排在毛坯生產(chǎn)之后，切削加工之前，或粗加工之后，半精加工之前。正火的目的是為了細(xì)化晶粒、改善組織，提高切削加工性能，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。</p><p>　　（2）40Cr的滲碳</p><p>　　常用的滲碳方法有：固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳，氣體滲碳具有碳勢(shì)可控、生產(chǎn)率高、勞

90、動(dòng)條件好和便于直接淬火等優(yōu)點(diǎn)因此應(yīng)用最為廣泛，本設(shè)計(jì)將采用氣體滲碳工藝。從統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，一般滲碳件的表面碳含量可在0.6%～1.1%間變化。確定最佳表面含碳量的出發(fā)點(diǎn)，首先是獲得表面最高硬度。其次是滲碳層具有最高的耐磨性和抗磨損性疲勞性能。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究表明，對(duì)于一般低合金滲碳鋼，表面含碳量為0.8%～1.0%是可獲得最佳性能經(jīng)滲碳后表面獲得的高的含碳量約為1.02，而心部維持仍為原來(lái)的低碳濃度。滲碳之前不需滲碳的齒輪根部應(yīng)力集中處

91、應(yīng)進(jìn)行涂防滲膏或鍍銅處理，待滲碳后淬火前切去該部位的防滲余量。</p><p>　?。?）最終熱處理工序—淬火、低溫回火</p><p>　　零件經(jīng)最終熱處理后硬度較高，除磨削外不宜再進(jìn)行其他切削加工，因此工序位置一般安排在半精加工后，磨削加工前。經(jīng)淬火后表面獲得高硬度、高的耐磨性，而心部仍維持良好的綜合力學(xué)性能。為降低表面淬火的淬火應(yīng)力，保持高硬度、耐磨性，淬火后應(yīng)低溫回火。</p

92、><p>　　10.4 40Cr的正火工藝?yán)碚摶A(chǔ)、原則</p><p>　　10.4.1．正火加熱溫度</p><p>　　通常對(duì)于亞共析鋼正火的加熱溫度通常為Ac3以上30℃～50℃,而對(duì)于低碳合金鋼的正火溫度正火溫度通常為Ac3以上50℃～100℃，保溫一定時(shí)間后取出噴霧冷卻這種冷卻方式稱為高溫正火。由鐵碳合金相圖如圖7可知40Cr 的加熱溫度范圍為893℃～

93、943℃（常用930℃～950℃）。加熱溫度過(guò)低先共析鐵素體未能全部溶解而達(dá)不到細(xì)化晶粒的作用，加熱溫度過(guò)高會(huì)造成晶粒粗化惡化鋼的力學(xué)性能。本設(shè)計(jì)將采用另一種工業(yè)上常用方法等溫正火即40Cr等溫正火采用加熱到920℃～930℃，保溫一定的時(shí)間后強(qiáng)制風(fēng)冷至550～600度，保溫一定溫度（2 h～3h),最后出爐空冷。等溫正火得到顯微組織是等軸狀鐵素體基體均勻分布著三次滲碳體顆粒。鍛坯經(jīng)過(guò)等溫正火后，不僅改善了材料的組織和性能，還減小了齒輪

94、在滲碳淬火后的淬火變形。良好的應(yīng)用效果使等溫正火得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　10.4.2．正火加熱保溫時(shí)間</p><p>　　保溫時(shí)間,這個(gè)問(wèn)題比較復(fù)雜,一般由試驗(yàn)確定,但也有個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式:t = αKD</p><p>　　t—保溫時(shí)間(min) </p><p>　　α—加熱系數(shù)(min/mm)</p>&l

95、t;p>　　K—工件加熱是的修正系數(shù)</p><p>　　D—工件的有效厚度(mm)</p><p>　　工件有效厚度的計(jì)算原則是:薄板工件的厚度即為其有效厚度;長(zhǎng)的圓棒料直徑為其有效厚度;正方體工件的邊長(zhǎng)為其有效厚度;長(zhǎng)方體工件的高和寬小者為其有效厚度;帶錐度的圓柱形工件的有效厚度是距小端2L/3(L為工件的長(zhǎng)度)處的直徑;帶有通孔的工件,其壁厚為有效厚度. 一般情況下，碳鋼可以按

96、工件有效厚度每25毫米為一小時(shí)來(lái)計(jì)算，合金鋼可以按工件的有效厚度每20毫米一小時(shí)來(lái)計(jì)算保溫時(shí)間，加熱時(shí)間應(yīng)為2～3小時(shí)左右。</p><p>　　10.4.3．正火的目的</p><p>　　正火的主要目的是消除鍛造缺陷，消除齒輪內(nèi)部過(guò)大的應(yīng)力,增加齒輪的韌性,改善材料的切削性,并為滲碳淬火做好組織準(zhǔn)備。</p><p>　　10.5 40Cr的氣體滲碳工藝?yán)碚摶?/p>

97、礎(chǔ)、原則</p><p>　　10.5.1．40Cr齒輪氣體滲碳工藝</p><p>　　將工件放在氣體介質(zhì)中加熱并進(jìn)行滲碳的工藝成為氣體滲碳。氣體滲碳溫度及介質(zhì)易于調(diào)整，碳濃度及滲層深度易于控制，容易實(shí)現(xiàn)直接淬火。適用于各種批量、各種尺寸的工件，因而應(yīng)用最廣。氣體滲碳工藝主要分為滴注式和通氣式兩大類型。本工藝將采用滴注式氣體滲碳法。</p><p>　?。?）有機(jī)

98、液體的選用原則</p><p>　　1） 碳氧比應(yīng)大于1：碳氧比是指有機(jī)液體分子中碳原子數(shù)與氧原子數(shù)之比。碳氧比大于1時(shí)，有機(jī)液體高溫分解出CO、H2和活性碳原子[C],這樣的有機(jī)液體可作為滲劑用于滲碳，比值越大表明滲碳能力越強(qiáng)。</p><p>　　2） 碳當(dāng)量：產(chǎn)生一克原子碳所需有機(jī)物的質(zhì)量稱為碳當(dāng)量，有機(jī)液體的碳當(dāng)量越小表明滲碳能力越強(qiáng)。據(jù)此，丙酮、異丙醇、乙酸乙酯、乙醇、甲醇的滲碳

99、能力依次減弱。</p><p>　　3）形成炭黑傾向小分子量大的有機(jī)液體高溫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會(huì)形成炭黑和結(jié)焦，這樣會(huì)影響滲碳過(guò)程的進(jìn)行。</p><p>　　4）應(yīng)具有較大的產(chǎn)氣量產(chǎn)氣量是指在常壓每立方厘米液體產(chǎn)生氣體的體積。產(chǎn)氣量高的滲碳劑，當(dāng)向爐內(nèi)裝入新的工件時(shí)，可以在較短時(shí)間內(nèi)把空氣盡快地排除。</p><p>　　5）

100、其他來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜，同時(shí)具有好的安全性和經(jīng)濟(jì)型。 </p><p>　?。?）滴入式氣體滲碳工藝過(guò)程 </p><p>　　滴入式氣體滲碳工藝過(guò)程通常分為四個(gè)階段，即排氣、強(qiáng)烈滲碳、擴(kuò)散和降溫階段，程的各個(gè)階段，應(yīng)采用不同的滲劑量和碳勢(shì)。</p><p>　　1）排氣階段：零件裝爐后，爐溫度幅度下降，同時(shí)有大量氣體帶入爐內(nèi)。排氣階段的作用是使?fàn)t溫迅速恢復(fù)到規(guī)定的

101、滲碳溫度，盡快排除進(jìn)入爐內(nèi)的空氣，防止零件氧化。煤油加甲醇滲碳的排氣階段，應(yīng)先爐內(nèi)滴入大量的甲醇，當(dāng)爐溫升高至900℃以上時(shí)，再滴入煤油進(jìn)行滲碳。煤油滴量的大小應(yīng)根據(jù)爐子的容積確定。排氣階段的時(shí)間，通常是爐子達(dá)到滲碳溫度后再延續(xù)30～60min，以便于完全清楚爐內(nèi)的CO2、H2O、O2等氧化脫碳性氣體，如排氣不好，爐內(nèi)的CO2、H2O、O2含量偏高，會(huì)造成滲碳速度減慢，并產(chǎn)生滲層含碳量偏低等缺陷。</p><p>

102、;　　2）強(qiáng)烈滲碳階段：滲氣階段結(jié)束后，進(jìn)入強(qiáng)烈滲碳階段，其特點(diǎn)是滲碳劑滴量較多或氣氛較濃，維持爐內(nèi)的高碳勢(shì)，是零件表面碳濃度高于最終的要求。此時(shí)工件表面吸收大量的活性碳原子，形成高濃度梯度，以提高滲碳速度。</p><p>　　3）滲碳擴(kuò)散階段：該階段的特點(diǎn)是滲劑滴量較少或氣氛較低，以適當(dāng)降低爐內(nèi)碳勢(shì)，使工件表面的碳逐步想內(nèi)層擴(kuò)散，適當(dāng)降低表面碳濃度，最后獲得所要求的表面碳濃度和滲層深度。 </p>

103、<p>　　4）降溫階段：在滲碳階段結(jié)束前1h左右，從爐內(nèi)取出試樣，檢查滲層深度，檢查滲層深度，確定準(zhǔn)確的滲碳時(shí)間。對(duì)于可直接淬火的零件應(yīng)隨爐冷卻至適當(dāng)?shù)拇慊饻囟龋ㄒ话銥?10℃～840℃），均溫20～30min，使零件內(nèi)外溫度均勻后出爐淬火。</p><p><b>　?。?）滲碳工藝參數(shù)</b></p><p>　　1） 滲碳溫度：滲碳溫度一般控制在

104、880℃～930℃范圍內(nèi)。較低滲碳溫度有利于減小碳淬火零件的變形和有利于淺層滲碳和深度的控制；較高的滲碳溫度這是神探速度快，可縮短滲碳周期，節(jié)約能源。促進(jìn)滲劑分解，但滲碳溫度太高又會(huì)使碳化物聚集長(zhǎng)大，晶粒粗化增加零件熱處理畸變。本工藝將把40Cr滲碳齒輪常用的滲碳溫度是880℃～900℃。</p><p>　　2）滲層深度：時(shí)間的確定與控制，時(shí)間主要是影響滲層深度，雖然也在一定程度上影響碳濃度梯度。時(shí)間與滲層深的

105、關(guān)系可以表如下: d為滲層深度(毫米)；t為滲碳時(shí)間；T為滲碳溫度。由此可算得，當(dāng)滲碳溫度分別為875℃、925℃時(shí)，滲層深度分別為0.46t和0. 63t了下毫米。由上式算得的滲層總深度，如表面含碳量控制得低于飽和值時(shí)，實(shí)際值會(huì)比計(jì)算值略小。不同模數(shù)推薦采用的滲層深度，見(jiàn)表9所示。</p><p>　　表9 滲碳層深度值 </p><p>　　3）滲碳時(shí)間 滲碳時(shí)間主要根據(jù)滲層深度

106、確定，而且與滲碳溫度及爐內(nèi)氣氛等因素有關(guān)。在某一給定條件下，滲層深度與滲碳時(shí)間存在著以下關(guān)系：δ=Kt</p><p><b>　　式中 ： </b></p><p>　　δ―滲碳層總深度（mm）； </p><p>　　τ―滲碳時(shí)間（h）； </p><p>　　K―與滲碳溫度有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)滲碳溫

107、度為875℃時(shí)，K=0.45；900℃時(shí)，K=0.54；925℃時(shí)，K=0.63。</p><p>　　10.5.2．滲碳的目的</p><p>　　滲碳的目的使40Cr鋼零件表面得到高的含碳量，，隨后經(jīng)淬火加低溫回火后，是零件表面獲得高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的強(qiáng)度及較高的塑性、韌性。經(jīng)滲碳后，從表面到心部形成一個(gè)濃度梯度層，如果緩冷下來(lái)，將得到珠光體類型顯微組織：過(guò)共析層顯微是