40Cr機(jī)床齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 材料工藝學(xué) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目：40Cr機(jī)床齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)院（系）：光伏學(xué)院專業(yè)班級(jí)：材料111學(xué)號(hào)：111802016學(xué)生姓名：楊天宇指導(dǎo)教師趙榮達(dá)起止時(shí)間：2012-7-22012-7-12課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：光伏學(xué)院 教研室：材料科學(xué)教研室學(xué) 號(hào)111802016學(xué)生姓名楊天宇專業(yè)班級(jí)材料111課程設(shè)計(jì)（論 文）題 目40Cr機(jī)床齒輪規(guī)淬火回火時(shí)效熱處理工藝設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）要求與任務(wù)一、課設(shè)要求熟悉設(shè)計(jì)題目，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，概述相關(guān)零件的熱處理工藝，進(jìn)行零件的服役條件與失效形式分析，提出硬度、耐磨性、強(qiáng)度等要求。完成工藝設(shè)計(jì)。闡述40C

2、r機(jī)床齒輪規(guī)熱處理工藝?yán)碚摶A(chǔ)，選擇設(shè)備、儀表和工夾具，闡述40Cr機(jī)床齒輪規(guī)熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及要求；闡明40Cr機(jī)床齒輪規(guī)熱處理常見(jiàn)缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法；給出所用參考文獻(xiàn)。二、課設(shè)任務(wù)1. 40Cr機(jī)床齒輪的選擇（要求在滿足工件使用性能的前提下，兼顧經(jīng)濟(jì)性和工藝性，合理選擇材料）；2. 40Cr機(jī)床齒輪相應(yīng)的C曲線；3.給出40Cr機(jī)床齒規(guī)熱加工工藝流程圖；4.制定40Cr機(jī)床齒輪熱處理工藝。三、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包括三大部分：1）概述；2）工藝設(shè)計(jì)；3）參考文獻(xiàn)。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)結(jié)構(gòu)見(jiàn)工藝設(shè)計(jì)模板。工作計(jì)劃集中學(xué)習(xí)0.5天，資料查閱與學(xué)習(xí)，討論1.5天，設(shè)計(jì)7天：1）概述0.5天，

3、2）服役條件與性能要求0.5天，3）失效形式、材料的選擇0.5天，4）結(jié)構(gòu)形狀與熱處理工藝性0.5天，5）冷熱加工工序安排0.5天，6）工藝流程圖0.5天，7）熱處理工藝設(shè)計(jì)2天，8）工藝的理論基礎(chǔ)、原則0.5天，9）設(shè)計(jì)工夾具0.5天，10）可能出現(xiàn)的問(wèn)題分析及防止措施0.5天，11）熱處理質(zhì)量分析0.5天，設(shè)計(jì)驗(yàn)收1天。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日33前 言現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)機(jī)械零部件及熱處理對(duì)鍛造機(jī)械加工的順利進(jìn)行和保證加工效果起著重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用壽命等方面起著重要作用。為獲得理想的組織與性能，保證零件在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量穩(wěn)定性

4、和使用壽命，就必須從工件的特點(diǎn)要求和技術(shù)條件，認(rèn)真分析產(chǎn)品在使用過(guò)程中的受力狀況和可能失效形式，正確選擇材料；再根據(jù)生產(chǎn)規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)條件熱處理設(shè)備提出幾種可行的熱處理方案。由于塊規(guī)在使用過(guò)程中易磨損和碰撞，另外塊規(guī)本身尺寸精確，因此要求塊規(guī)具有高的硬度，高的耐磨性和高的尺寸穩(wěn)定性以及一定的韌性。但塊規(guī)沒(méi)有單獨(dú)專用的鋼種，為了滿足上述性能要求，塊規(guī)選用，低合金工具鋼（40Cr）。40Cr機(jī)床齒輪規(guī)采用淬火及低溫回火熱處理工藝，其組織是回火馬氏體和殘余奧氏體，并殘存一定的淬火應(yīng)力。這種組織狀態(tài)在長(zhǎng)期放置和使用過(guò)程中，將發(fā)生變化，從而使塊規(guī)的尺寸也發(fā)生變化，對(duì)于高精度的塊規(guī)，這種變化是不允許的。尺寸變化

5、的原因主要是殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體使尺寸增大，以及殘留應(yīng)力在量具內(nèi)部重新分布和消失所引起的組織變化。為使40Cr機(jī)床齒輪規(guī)尺寸和形狀穩(wěn)定，確保其精度，對(duì)要求較高的精密的，淬火溫度應(yīng)低些。同時(shí)在淬火后立即將其冷卻到-80左右，甚至在液氮中進(jìn)行冷處理，然后取出再進(jìn)行正?；鼗?。為了進(jìn)一步提高40Cr機(jī)床齒輪規(guī)尺寸穩(wěn)定性，在精磨或研磨前，必須進(jìn)行時(shí)效處理，進(jìn)一步消除內(nèi)應(yīng)力，必要時(shí)，這種處理要重復(fù)多次1。本設(shè)計(jì)是在課堂學(xué)習(xí)熱處理知識(shí)后的探索和嘗試，其內(nèi)容討論如何設(shè)計(jì)40Cr機(jī)床齒輪規(guī)淬火回火時(shí)效熱處理工藝技術(shù)，重點(diǎn)是制定合理的熱處理規(guī)程，并按此設(shè)計(jì)40Cr機(jī)床齒輪規(guī)熱處理工藝方法。目 錄一、齒輪軸熱處理

6、概述51、齒輪軸的服役條件失效形式及性要求求2二、40Cr的基本性質(zhì)21、40cr的化學(xué)成分及力學(xué)性能22、40Cr的特性及用途33、合金元素的作用541、40cr剛中鉻元素的作用542、40cr剛中硅元素的作用643、40cr剛中錳元素的作用75、40Cr材料的焊接性.8三、齒輪生產(chǎn)工藝線路及分析.81、齒輪軸材料的選擇.82、40cr熱處理工藝特征介紹.103、40cr齒輪軸斷裂原因案例分析114、熱處理工藝165、熱處理工藝的確定176、40Cr鋼調(diào)質(zhì)熱處理.197、熱處理常見(jiàn)的缺陷及防護(hù)措施.21（1）氧化和脫碳.21（2）過(guò)熱和過(guò)燒.22（3）軟點(diǎn).22（4）淬火裂紋.23（5）回火

7、缺陷.24（6）變形和開(kāi)裂.24.8、熱處理工藝及曲線圖.25（1）退火工藝的制定25（2）正火工藝的制定.25（3）回火工藝的制定.269、40Cr熱處理金相組織分析28（1）正火熱處理的金相分析.28（2）調(diào)質(zhì)熱處理的金相分析29四、質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目291、檢驗(yàn)項(xiàng)目.29（1）工件變形檢查29（2）淬硬層深度檢查29（3）硬度檢查29（4）金相組織檢查30五、參考文獻(xiàn)31一 齒輪軸熱處理概述軋機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要機(jī)械，而軋機(jī)的齒輪軸是軋機(jī)中重要的傳動(dòng)部分,主要承受交變載荷，沖擊載荷，剪切應(yīng)力和接觸應(yīng)力大。軸部易產(chǎn)生裂紋，齒部易磨損。因此對(duì)齒輪軸的心部要求有一定的強(qiáng)度和韌性，有較高的疲勞極限和

8、抗多次沖擊能力。表面還應(yīng)具有一定的硬度和耐磨性。為了滿足這些性能要求，材料要有很好的力學(xué)性能，常采用40Cr鋼經(jīng)正火，調(diào)質(zhì)，感應(yīng)加熱淬火加低溫回火已達(dá)到所要求的性能。40Cr為中碳合金鋼，預(yù)備熱處理是正火，主要目的是為了獲得一定的硬度，便于鋼坯的切削加工，為調(diào)質(zhì)做好組織準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)的目的是為了提高軋機(jī)齒輪軸的綜合力學(xué)性能。中頻感應(yīng)加熱表面淬火是使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。通過(guò)對(duì)40Cr鋼熱處理工藝的分析，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，達(dá)到所需要的性能，保證質(zhì)

9、量。根據(jù)齒輪軸的工作條件，失效形式及性能要求，大部分材料選擇為合金中碳鋼，在設(shè)計(jì)正火-調(diào)質(zhì)-中頻感應(yīng)加熱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)、熱處理實(shí)用數(shù)據(jù)速查手冊(cè)，鋼的熱處理，機(jī)床零件用鋼，金屬工藝學(xué)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中碳合金結(jié)構(gòu)鋼表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的疲勞強(qiáng)度，在高溫下的強(qiáng)度，還要使心部具有高的的強(qiáng)度和韌性，從而滿足齒輪軸的質(zhì)量要求。齒輪用于機(jī)械裝置中功率的傳遞與速度的調(diào)節(jié), 在汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、起重機(jī)械等產(chǎn)品中不僅有著重要的作用, 而且用量相當(dāng)大。齒輪工作時(shí), 通過(guò)齒面的接觸傳遞動(dòng)力, 齒部承受很大的

10、交變彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力的作用, 在相互嚙合的齒面上會(huì)有強(qiáng)烈的摩擦。嚙合不均勻時(shí), 還會(huì)產(chǎn)生沖擊力。齒輪的損壞形式主要是齒部折斷和齒面的過(guò)度磨損。根據(jù)齒輪的受力情況和失效分析, 可知齒輪一般都需經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚? 以提高承載能力和延長(zhǎng)使用壽命。1齒輪軸的服役條件、失效形式及性能要求11 服役條件、失效形式齒輪軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)主要承受剪切應(yīng)力，交變彎曲應(yīng)力，傳遞動(dòng)載荷等工作，受到多次沖擊應(yīng)力。在工作過(guò)程中，由于不同的應(yīng)力作用，導(dǎo)致不同的失效形式，主要有疲勞磨損，裂紋，表面點(diǎn)蝕，彎曲疲勞折斷，沖擊折斷等。12 性能要求 1.具有高的疲勞極限； 2.具有高的抗彎強(qiáng)度；3.具有較高的韌性； 4.具有高的耐磨性

11、； 5.具有抗多次沖擊能力；6.具有高溫下的高強(qiáng)度； 7.具有一定的精度。二、 40Cr的基本性質(zhì)1、1 40Cr的化學(xué)成分及臨界溫度40Cr的化學(xué)成分及臨界溫度見(jiàn)表1。表1. 40Cr的化學(xué)成分及臨界溫度化學(xué)成分臨界溫度CMnSiCr0.370.450.50.80.20.40.81.17438006937301.2 力學(xué)性能 40Cr圓棒試樣毛坯尺寸（mm）：25 熱處理： 第一次淬火加熱溫度（）：850；冷卻劑：油 第二次淬火加熱溫度（）：- 回火加熱溫度（）：520；冷卻劑：水、油 抗拉強(qiáng)度（b/MPa）：980 屈服點(diǎn)（s/MPa）：785 斷后伸長(zhǎng)率（5/%）：9 斷面收縮率（/%）

12、：45 沖擊吸收功（Aku2/J）：47 布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高溫回火狀態(tài)）：207313 4OCr的性質(zhì)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，即具有良好的綜合機(jī)械性能；40Cr鋼可用于制造汽車的連桿、螺栓、傳動(dòng)軸及機(jī)床的主軸等零件。2.40cr特性及用途特性中碳調(diào)制鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價(jià)格適中，加工容易，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550570進(jìn)行回火，該鋼具有最

13、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。 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

14、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軸7。 【 供貨狀態(tài)及硬度】 退火態(tài)，硬度207HBS。 40Cr軸類零件 軸類零件是機(jī)器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來(lái)支承傳動(dòng)零 部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件，其長(zhǎng)度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及相應(yīng)的端面所組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。 軸的長(zhǎng)徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細(xì)長(zhǎng)軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。 軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準(zhǔn)，它們的精度和表面質(zhì)量一般要求較高，其技術(shù)要求一般根據(jù)軸的主要功用和

15、工作條件制定，通常有以下幾項(xiàng)： (一)尺寸精度 起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對(duì)其尺寸精度要求較高（IT5IT7）。裝配傳動(dòng)件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6IT9）。 (二)幾何形狀精度 軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應(yīng)將其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對(duì)精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標(biāo)注其允許偏差。 (三)相互位置精度 軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機(jī)械中的位置和功用決定的。通常應(yīng)保證裝配傳動(dòng)件的軸頸對(duì)支承軸頸的同軸度要求，否則會(huì)影響傳動(dòng)件（齒輪等）的傳動(dòng)精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對(duì)支承軸頸的徑向跳動(dòng)一般為0.0

16、10.03mm，高精度軸（如主軸）通常為0.0010.005mm。 (四)表面粗糙度 一般與傳動(dòng)件相配合的軸徑表面粗糙度為Ra2.50.63m，與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為Ra0.630.16m。 毛坯和材料 (一)軸類零件的毛坯 軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對(duì)于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對(duì)于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機(jī)械加工的工作量，還可改善機(jī)械性能。 根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時(shí)采用模鍛。 (二)軸類零件的材料 軸類零

17、件應(yīng)根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處理規(guī)范（如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等），以獲得一定的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。 40Cr是軸類零件的常用材料，它價(jià)格便宜經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能，淬火后表面硬度可達(dá)4552HRC。 40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機(jī)械性能。 軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達(dá)5058HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。 精密機(jī)床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標(biāo)鏜床主軸）可選用38C

18、rMoAIA氮化鋼。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面氮化后，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性。 40Cr廣泛用于機(jī)械制造，這種鋼的機(jī)械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，40Cr可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮40Cr優(yōu)越的機(jī)械性能，常將40Cr表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。 3 合金元素的作用1 40Cr鋼中鉻元素的作用(1)對(duì)鋼的顯做組織及熱處理的作用A、鉻與鐵形成連續(xù)固溶體，縮小奧氏體相區(qū)城。鉻與碳形成多種碳化物，與碳的親和力大于鐵和錳而低于鎢、鉬等鉻與鐵可形成金屬間化

19、合物相(FeCr)B、鉻使珠光體中碳的濃度及奧氏體中碳的極限溶解度減少C、減緩?qiáng)W氏體的分解速度，顯著提高鋼的淬透性但亦增加鋼的回火脆性傾向(2)對(duì)鋼的力學(xué)性能的作用A、提高鋼的強(qiáng)度和硬度時(shí)加入其他合金元素時(shí)，效果較顯著B(niǎo)、顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度C、在含鉻量高的Fe-Cr合金中，若有相析出，沖擊韌性急劇下降(3)對(duì)鋼的物理、化學(xué)及工藝性能的作用A、提高鋼的耐磨性，經(jīng)研磨，易獲得較高的表面光潔度B、降低鋼的電導(dǎo)率，降低電阻溫度系數(shù)C、提高鋼的矯頑力和剩余磁感廣泛用于制造永磁鋼D、鉻促使鋼的表面形成鈍化膜，當(dāng)有一定含量的銘時(shí)，顯著提高鋼的耐腐蝕性能（特別是硝酸）。若有鉻的碳化物析出時(shí)，使鋼的耐腐蝕

20、性能下降E、提高鋼的抗氧化性能F、鉻鋼中易形成樹(shù)枝狀偏析，降低鋼的塑性G、由于鉻使鋼的熱導(dǎo)率下降，熱加工時(shí)要緩慢升溫，鍛、軋后要緩冷2 40Cr鋼中硅元素的作用 (1)對(duì)鋼的顯做組織及熱處理的作用 A、作為鋼中的合金元素，其含量一般不低于0.4 。以固溶體形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體中，縮小奧氏體相區(qū)B、提高退火、正火和淬火溫度，在亞共析鋼中提高淬透性C、硅不形成碳化物，有強(qiáng)烈的促進(jìn)碳的石墨化的作用，在硅含量較高的中碳和高碳鋼中，如不含有強(qiáng)碳化物形成元素，易在一定溫度條件下發(fā)生石墨化D、在滲碳鋼中，硅減小滲碳層厚度和碳的濃度E、硅對(duì)鋼水有良好脫氧作用(2)對(duì)鋼的力學(xué)性能的作用A、提高鐵素體和奧氏體

21、的硬度和強(qiáng)度，其作用較Mn 、Ni 、Cr . W 、Mo、V 等更強(qiáng)；顯著提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比(s/b)并提高應(yīng)勞強(qiáng)度和疲勞比(-1/b)B、硅含量超過(guò)3 時(shí)顯著降低鋼的塑性和韌性；硅提高塑脆轉(zhuǎn)變溫度C、硅易使鋼中形成帶狀組織，使橫向性能低于縱向性能D、改善鋼的耐磨性能(3)對(duì)鋼的物理、化學(xué)及工藝性能的作用 A、降低鋼的密度、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率和電阻溫度系數(shù)B、硅鋼片的渦流損耗量顯著低于純鐵，矯頑力、磁阻和磁滯損耗較低磁導(dǎo)率和磁感強(qiáng)度較高。但在強(qiáng)磁場(chǎng)中，硅降低磁感強(qiáng)度C、提高高溫時(shí)鋼的抗氧化性能，但硅含量高時(shí)，表面脫碳加劇D、硅含量超過(guò)2.5 的鋼，其變形加工較為困難E、硅降低鋼的

22、可焊性3 40Cr鋼中錳元素的作用(1)對(duì)鋼的顯做組織及熱處理的作用A、錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，工業(yè)用鋼中一般均含有一定量的錳B、錳固溶于鐵素體和奧氏體中擴(kuò)大奧氏體區(qū)，使臨界溫度A4點(diǎn)升高，A3點(diǎn)降低，(+)區(qū)下移當(dāng)錳含量超過(guò)12時(shí)，上臨界點(diǎn)降至室溫以下，使鋼在室溫時(shí)形成單一奧氏體組織。在降低共析溫度同時(shí)，使共析體中的碳含量減少C、錳強(qiáng)烈降低鋼的Ar1和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(其作用僅次于碳）和鋼中相變的速度，提高鋼的淬透性，增加殘余奧氏體含量D、使鋼的調(diào)質(zhì)組織均勻、細(xì)化，避免了滲碳層中碳化物的聚集成塊，但增大了鋼的過(guò)熱敏感性和回火脆性傾向E、錳是弱碳化物形成元素(2)對(duì)鋼的力學(xué)性能的作用A、錳強(qiáng)化

23、鐵素體或奧氏體的作用不及碳，磷、硅，在增加強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)延展性無(wú)影響B(tài)、由于細(xì)化了珠光體，顯著提高低碳和中碳珠光體鋼的強(qiáng)度，使延展性有所降低C、通過(guò)提高淬透性而提高了調(diào)質(zhì)處理索氏體鋼的力學(xué)性能D、在嚴(yán)格控制熱處理工藝、避免過(guò)熱時(shí)的晶粒長(zhǎng)大以及回火脆性的前提下，錳不會(huì)降低鋼的韌性(3)對(duì)鋼的物理、化學(xué)及工藝性能的作用A、隨錳含量的增加，鋼的熱導(dǎo)率急劇下降，線脹系數(shù)上升，使快速加熱或冷卻時(shí)形成較大內(nèi)應(yīng)力，工件開(kāi)裂傾向增大B、使鋼的電導(dǎo)率急劇降低，電阻率相應(yīng)增大，電阻溫度系數(shù)下降C、使矯頑力增大，飽和磁感、剩余磁感和磁導(dǎo)率均下降，因而錳對(duì)永磁合金有利，對(duì)軟磁合金有害D、錳含量很高時(shí)，鋼的抗氧化性能下

24、降E、使鋼中的硫形成較高熔點(diǎn)的MnS ，避免了晶界上的FeS 薄膜，消除鋼的熱脆性，改善熱加工性能F、高錳奧氏體鋼的變形阻力較大，且鋼錠中柱狀結(jié)晶明顯，鍛軋時(shí)較易開(kāi)裂G、由于提高了淬透性和降低了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，對(duì)焊接性能有不利影響。在適當(dāng)范圍內(nèi)應(yīng)降低碳含量5、40Cr的焊接性： 結(jié)晶時(shí)易偏析，對(duì)結(jié)晶裂紋（一種熱裂紋）比較敏感，焊接時(shí)容易在弧坑和焊縫中凹下的部分開(kāi)裂。含碳量較高，快冷時(shí)易得到對(duì)冷裂紋很敏感的淬硬組織（馬氏體組織）。過(guò)熱區(qū)在冷速較大時(shí)，很容易形成硬脆的高碳馬氏體而使過(guò)熱區(qū)脆化。 焊接工藝要點(diǎn)： 1、一般在退火（正火）狀態(tài)下進(jìn)行焊接。 2、焊接方法不受限制 3、用較大線能量，適當(dāng)提高

25、預(yù)熱溫度，一般預(yù)熱溫度及層間溫度可控制在250300之間。 4、焊接材料應(yīng)保證熔敷金屬的成分與母材基本相同，如J107Cr 5、焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。若及時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理有困難，可進(jìn)行中間退火或在高于預(yù)熱的溫度下保溫一段時(shí)間，以排除擴(kuò)散氫并軟化組織。 對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊縫較多的產(chǎn)品，可在焊完一定數(shù)量的焊縫后，進(jìn)行一次中間退火。三、齒輪生產(chǎn)工藝線路及分析1 齒輪軸材料的選擇齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)零件。齒輪傳動(dòng)通過(guò)輪齒互相嚙合來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可以改變運(yùn)動(dòng)的形式和速度。齒輪傳動(dòng)使用范圍廣，傳動(dòng)比恒定，效率較高，使用壽命長(zhǎng)。齒輪軸材料的選用根據(jù)齒輪軸的工作條件，要求

26、以及性能來(lái)確定。主要是工作時(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。在機(jī)械零件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn)零件的過(guò)早損傷，甚至失效。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項(xiàng)十分重要的工作。滿足材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能包括強(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

27、處有接觸應(yīng)力，齒根部有最大彎曲應(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，芯部要有一定的強(qiáng)度和韌性。例如，在確定大、小齒輪硬度時(shí)應(yīng)注意使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高30-50HBS，這是因?yàn)樾↓X輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強(qiáng)度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強(qiáng)度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。另一方面，根據(jù)材料的使用性能確定了材料牌號(hào)后。要明確材料的機(jī)械性能或材料硬度，然后我們可以通過(guò)不同的熱處理工

28、藝達(dá)到所要求的硬度范圍，從而賦予材料不同的機(jī)械性能。材料為40Cr合金鋼的齒輪，當(dāng)840-860油淬，540-620回火時(shí)，調(diào)質(zhì)硬度可達(dá)28-32HRC，可改善組織、提高綜合機(jī)械性能；當(dāng)860-880油淬，240280回火時(shí)，硬度可達(dá)46-51HRC，則鋼的表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形??；當(dāng)500-560氮化處理，氮化層0.15-0.6mm時(shí)，硬度可達(dá)52-54HRC，則鋼具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲勞強(qiáng)度，較高的抗蝕性和抗膠合性能且變形極??；當(dāng)通過(guò)電鍍或表面合金化處里后，則可改善齒輪工作表面摩擦性能，提高抗腐蝕性能。滿足材料的工藝性能材料的工藝性能是指材料本身能夠適應(yīng)各種加工工藝

29、要求的能力。齒輪的制造要經(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，其機(jī)械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2 40Cr熱處理工藝特征介紹21 預(yù)備熱處理調(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。22 最終熱處理調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火。一般

30、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，反之選用較高的回火溫度。淬火工藝的制定：加熱溫度為850，保溫時(shí)間：80min；冷卻方式：油冷。低溫回火工藝的制定：低溫回火的溫度為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60min；采用空冷。中溫回火工藝：中溫回火溫度為350-500，選用溫度為460，保溫時(shí)間為50min，空冷。高溫回火工藝：高溫回火溫度為500-650，可選用加熱溫度為620，保溫時(shí)間為60，空冷。40Cr

31、淬火后回火熱處理的洛氏硬度：1、40Cr 850油淬 50.2 620 24.42、40Cr 850油淬 51.8 460 41.33、40Cr 850油淬 49.3 240 50.340Cr 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保留下來(lái)，造成淬火后硬度及強(qiáng)度下降。加熱溫度越高，馬氏體的百分比也會(huì)增加，如50%-99%，組織也會(huì)不斷粗大理論上說(shuō)，40Cr加熱到850-870后保溫，合金元素就基本上能全部融入奧氏體中且晶粒也不是很粗大，所以在理論上850淬火后的硬度應(yīng)該是最

32、高的，以后隨著溫度的增加，鋼的蓄熱量增加，淬火冷卻時(shí)的冷卻速度就下降，因此理論上在850以上溫度淬火硬度會(huì)下降。3、40cr齒輪軸斷裂原因案例分析 (1)40Cr齒輪軸斷裂原因分析摘要 本文利用掃描電鏡、金相顯微鏡等設(shè)備對(duì)斷裂工件斷口形貌、金相組織進(jìn)行了檢驗(yàn)，并采用不同溫度回火進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，分析了40Cr齒輪軸斷裂原因，推斷為用戶熱處理工藝不當(dāng)，造成工件出現(xiàn)回火脆性導(dǎo)致斷裂，為用戶改進(jìn)工藝提供了理論依據(jù)。 關(guān)鍵詞 斷口形貌 沖擊試驗(yàn) 回火脆性40Cr經(jīng)熱處理后因其良好的綜合性能常用于軸類加工，某用戶使用40Cr加工齒輪軸，經(jīng)淬火（850保溫120分鐘油冷）、回火（350370保溫120分鐘水冷

33、）處理后，在安裝螺母時(shí)出現(xiàn)批量斷裂，筆者受委托對(duì)齒輪軸斷裂原因進(jìn)行分析。1、宏觀檢驗(yàn)齒輪軸斷裂位置均在軸和齒交界處，斷口裂紋源均位于表面，擴(kuò)展區(qū)較少，大部分為放射狀瞬斷區(qū)，如圖1所示，斷口平齊，無(wú)明顯塑性變形。圖1 斷口形貌 2、理化檢驗(yàn)對(duì)所送斷裂件進(jìn)行化學(xué)成分、斷口形貌、金相組織、晶粒度分析。2.1化學(xué)成分?jǐn)嗔鸭瘜W(xué)成分光譜分析結(jié)果 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）見(jiàn)表1，成分符合GB/T3077-1999 技術(shù)要求。2.2斷口檢驗(yàn)在Zeiss EVO40掃描電鏡下觀察斷口，裂紋起源于表面，未發(fā)現(xiàn)夾雜等冶金缺陷（圖2），整個(gè)斷面以沿晶斷裂為主，小部分區(qū)域?yàn)檠鼐Ш晚g窩混合斷口（圖3）。圖2 裂紋源形貌圖3 斷

34、口微觀形貌 2.3金相檢驗(yàn) 切取過(guò)裂紋源的縱向截面磨制金相試樣，使用zeiss 200MAT金相顯微鏡觀察，非金屬夾雜物評(píng)級(jí)為：A1.5，B0.5，C0，D1.0，用飽和苦味酸腐蝕后，晶粒度為7.58級(jí)，用3%硝酸酒精腐蝕后，金相組織為回火屈氏體（圖4）。 圖4 組織 5003 回火脆性試驗(yàn)3.1 沖擊試驗(yàn)因試樣組織和晶粒度正常，斷口以沿晶斷裂為主，因此初步推斷為回火脆性所致，為確定40Cr鋼在350370是否出現(xiàn)回火脆性，取兩組試樣使用NCS NI500沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，熱處理工藝為：淬火：850保溫一小時(shí)，機(jī)油冷卻，不同回火溫度下保溫一小時(shí)，水冷，U型缺口，結(jié)果見(jiàn)表2，沖擊值與回火溫度的

35、對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖5.表2 不同回火溫度下的沖擊值（J）回火溫度200240280320350380420460500第一支272812101016345070第二支24291014813345071第三支25.528.511.012.09.014.534.050.070.53.2斷口形貌不同回火溫度下沖擊試樣斷口形貌見(jiàn)圖6，3 分析與討論40Cr作為中碳調(diào)質(zhì)鋼，一般采用淬火+高溫回火，資料記載，Mn、Cr鋼在較低溫度回火時(shí)容易出現(xiàn)回火脆性，由模擬試驗(yàn)沖擊值與斷口形貌可以看出， 240以下回火斷口以準(zhǔn)解理為主，沖擊值較低，隨回火溫度提高沖擊值上升，280-380之間斷口出現(xiàn)明顯的沿晶斷口，350時(shí)沿

36、晶斷口所占比例最多，沖擊值明顯降低，460以上斷口以韌窩為主，沖擊值大幅提高，鋼材化學(xué)成分、晶粒度、非金屬夾雜物、金相組織均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，模擬試驗(yàn)結(jié)果表明工件采用的熱處理工藝使材料出現(xiàn)回火脆性。 5 結(jié)語(yǔ)（1）工件使用的鋼材符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求；（2）由于用戶在易出現(xiàn)回火脆性的溫度范圍內(nèi)回火，導(dǎo)致工件出現(xiàn)回火脆性，在安裝過(guò)程中受力斷裂，建議將回火溫度提高到500以上，以獲得良好的綜合機(jī)械性能。4、熱處理工藝淬火工藝40Cr淬火850,油冷；回火520,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度為HRC52-60，火焰淬火能達(dá)到HRC48-55。 （1）氮化處理40Cr屬于可氮化鋼，其所含元素有利于氮化。

37、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HRA7278，即HRC4355。 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，提高心部機(jī)械性能和氮化層質(zhì)量。軟氮化是活性氮化,現(xiàn)在比較常用的是氣體氮化. 焊接40Cr焊接前注意預(yù)熱，以防止因基體散熱，造成焊縫內(nèi)部激冷淬裂。焊接后調(diào)質(zhì)前最好加一遍正火。 40Cr的焊接性： 結(jié)晶時(shí)易偏析，對(duì)結(jié)晶裂紋（一種熱裂紋）比較敏感，焊接時(shí)容易在弧坑和焊縫中凹下的部分開(kāi)裂。含碳量較高，快冷時(shí)易得到對(duì)冷裂紋很敏感的淬

38、硬組織（馬氏體組織）。過(guò)熱區(qū)在冷速較大時(shí)，很容易形成硬脆的高碳馬氏體而使過(guò)熱區(qū)脆化。 焊接工藝要點(diǎn)： 1、一般在退火（正火）狀態(tài)下進(jìn)行焊接。 2、焊接方法不受限制 3、用較大線能量，適當(dāng)提高預(yù)熱溫度，一般預(yù)熱溫度及層間溫度可控制在250300之間。 4、焊接材料應(yīng)保證熔敷金屬的成分與母材基本相同，如J107Cr 5、焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。若及時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理有困難，可進(jìn)行中間退火或在高于預(yù)熱的溫度下保溫一段時(shí)間，以排除擴(kuò)散氫并軟化組織。 對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊縫較多的產(chǎn)品，可在焊完一定數(shù)量的焊縫后，進(jìn)行一次中間退火。 5、熱處理工藝的確定（1）正火加熱溫度通常對(duì)于亞共析鋼正火的加熱溫度通常為Ac3以

39、上3050,而對(duì)于中碳合金鋼的正火溫度正火溫度通常為Ac3以上50100，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6可知42CrMo的加熱溫度范圍為850900。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，所以我們可以選著870。（2）正火加熱保溫時(shí)間工件有效厚度的計(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.

40、一般情況下，碳鋼可以按工件有效厚度每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23小時(shí)左右。（3）淬火溫度的選擇40CrMo鋼，含碳量為0.42%，屬于亞共析鋼，含碳量為0.42%鋼的Ac3為800，由亞共析鋼淬火溫度要求T=Ac3+3050（）可得，淬火溫度T=830850（），我們可以設(shè)定在840。（4）淬火保溫時(shí)間的確定根據(jù)有效長(zhǎng)度/2=80/2=40mm，可查知，保溫時(shí)間要大于56min，為保證獲得理想組織可選1h。（5）確定回火溫度。不同含碳量與回火溫度的曲線中（鋼的熱處理胡光立、謝希文 西北工業(yè)大學(xué)出版社。）查出含碳量為0.40.

41、5%的曲線帶，再在縱坐標(biāo)上查出HRC=3540，取中值36其曲線帶相交的點(diǎn)即為加熱溫度，大約為480。（6）確定回火保溫時(shí)間。由于回火保溫時(shí)間為480，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可知回火保溫時(shí)間大約為11.5h?；鼗鸷罂绽浼纯?。6 40Cr鋼調(diào)質(zhì)熱處理（1）調(diào)質(zhì)鋼有碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼二大類，不管是碳鋼還是合金鋼，其含碳量控制比較嚴(yán)格。如果含碳量過(guò)高，調(diào)質(zhì)后工件的強(qiáng)度雖高，但韌性不夠，如含碳量過(guò)低，韌性提高而強(qiáng)度不足。為使調(diào)質(zhì)件得到好的綜合性能，一般含碳量控制在0.300.50%。調(diào)質(zhì)淬火時(shí)，要求工件整個(gè)截面淬透，使工件得到以細(xì)針狀淬火馬氏體為主的顯微組織。通過(guò)高溫回火，得到以均勻回火索氏體為主的顯微組織

42、。小型工廠不可能每爐搞金相分析，一般只作硬度測(cè)試，這就是說(shuō)，淬火后的硬度必須達(dá)到該材料的淬火硬度，回火后硬度按圖要求來(lái)檢查。(2) 40Cr鋼的調(diào)質(zhì)處理Cr能增加鋼的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性，具有優(yōu)良的機(jī)械性能。截面尺寸大或重要的調(diào)質(zhì)工件，應(yīng)采用Cr鋼。但Cr鋼有第二類回火脆性。40Cr工件調(diào)質(zhì)的淬回火，各種參數(shù)工藝卡片都有規(guī)定，我們?cè)趯?shí)際操作中體會(huì)是：（一）40Cr工件淬火后應(yīng)采用油冷，40Cr鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開(kāi)裂傾向小。但是小型企業(yè)在供油緊張的情況下，對(duì)形狀不復(fù)雜的工件，可以在水中淬火，并未發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂，只是操作者要憑經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)格掌握入水、出水的溫度。（二

43、）40Cr工件調(diào)質(zhì)后硬度仍然偏高，第二次回火溫度就要增加2050，不然，硬度降低困難。（三）40Cr工件高溫回火后，形狀復(fù)雜的在油中冷卻，簡(jiǎn)單的在水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響?；鼗鹂炖浜蟮墓ぜ匾獣r(shí)再施以消除應(yīng)力處理。影響調(diào)質(zhì)工件的質(zhì)量，操作工的水平是個(gè)重要因素，同時(shí)，還有設(shè)備、材料和調(diào)質(zhì)前加工等多方面的原因，我們認(rèn)為：（一）工件從加熱爐轉(zhuǎn)移到冷卻槽速度緩慢，工件入水的溫度已降到低于Ar3臨界點(diǎn)，產(chǎn)生部分分解，工件得到不完全淬火組織，達(dá)不到硬度要求。所以小零件冷卻液要講究速度，大工件予冷要掌握時(shí)間。（二）工件裝爐量要合理，以12層為宜，工件相互重疊造成加熱不均勻，導(dǎo)致硬度不勻。（

44、三）工件入水排列應(yīng)保持一定距離，過(guò)密使工件近處蒸氣膜破裂受阻，造成工件接近面硬度偏低。（四）開(kāi)爐淬火，不能一口氣淬完，應(yīng)視爐溫下降程度，中途閉爐重新升溫，以便前后工件淬后硬度一致。（五）要注意冷卻液的溫度，10%鹽水的溫度如高于60，不能使用。冷卻液不能有油污、泥漿等雜質(zhì)，不然，會(huì)出現(xiàn)硬度不足或不均勻現(xiàn)象。（六）未經(jīng)加工毛坯調(diào)質(zhì)，硬度不會(huì)均勻，如要得到好的調(diào)質(zhì)質(zhì)量，毛坯應(yīng)粗車，棒料要鍛打。 （七）嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，淬火后硬度偏低13個(gè)單位，可以調(diào)整回火溫度來(lái)達(dá)到硬度要求。但淬火后工件硬度過(guò)低，有的甚至只有HRC2535，必須重新淬火，絕不能只施以中溫或低溫回火以達(dá)到圖紙要求完事，不然，失去了調(diào)質(zhì)的意

45、義，并有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。40CR是調(diào)制鋼，用于制造在重載作用下同時(shí)又受沖擊載荷作用的一些重要零件沒(méi)要求零件具有高強(qiáng)度、高韌性相結(jié)合的良好綜合力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比的碳鋼約20%，并有良好的淬透性，切削性好，冷變形時(shí)的塑性中等，斷面小于50MM時(shí)，油淬后有較高的疲勞強(qiáng)度。具有較高的強(qiáng)度和硬度，調(diào)制后可獲得回火索氏體具有較高的強(qiáng)度、塑性、韌性、疲勞極限、斷裂韌度和較低的韌脆性轉(zhuǎn)折溫度，可以滿足工件使用的性能要求，少量合金元素的加入顯著增加了鋼的淬透性，一般采用油淬，油淬的臨界直徑是30MM40MM，適用于制造較重的調(diào)制件，如機(jī)床主軸、汽車、拖拉機(jī)上的連桿、螺栓等。 調(diào)制鋼在加熱后，必須

46、經(jīng)過(guò)預(yù)備熱處理降低硬度，以利于切削加工，預(yù)備熱處理還可以消除加工缺陷，改善組織委淬火做好準(zhǔn)備。對(duì)合金含量較低的鋼，可采用正火或者完全退火，對(duì)合金含量較高的鋼采用正火加高溫回火做預(yù)備熱處理，高溫回火可使正火處理得到馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榱钪楣怏w。最終熱處理為調(diào)質(zhì)，碳鋼淬火溫度為AC3+(3050)攝氏度，合金鋼可適當(dāng)提高淬火溫度，回火溫度為500650攝氏度，具體回火溫度按硬度取，要求強(qiáng)度好的選下限。合金調(diào)質(zhì)鋼有較大高溫的回脆傾向，為防止高溫脆性發(fā)生，高溫回火后要采用水冷或油冷，對(duì)于大鍛件體要采用合金化方法防止回脆，調(diào)質(zhì)鋼不一定都進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，因?yàn)榛鼗鹚魇象w組織不能充分發(fā)揮碳提高鋼的強(qiáng)度方面的潛力，所以

47、可采用淬火加低溫回火代替調(diào)質(zhì)。低合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)和合金鋼調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)淬火加低溫回火后，其韌性與碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。例如低合金高強(qiáng)度鋼當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.3%，雖然隨著談的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增高強(qiáng)度持續(xù)增高，但鋼的韌性特別是斷裂韌度顯著下降。所以應(yīng)合理控制碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以得到最佳強(qiáng)度與塑性的配合。7、熱處理的常見(jiàn)缺陷及補(bǔ)救措施（1）氧化和脫碳：工件在加熱過(guò)程中，由于周圍的加熱介質(zhì)與鋼表面所起的化學(xué)作用，會(huì)使鋼發(fā)生氧化與脫碳，嚴(yán)重影響淬火工件的質(zhì)量。氧化：是指鋼的表面與加熱介質(zhì)中的氧、氧化性氣體、氧化性雜質(zhì)相互作用形成氧化鐵的過(guò)程。由于氧化鐵皮的形成，使工件的尺寸減小，表面光潔度降低，還會(huì)嚴(yán)重地影響到淬火時(shí)的冷

48、卻速度，致使工件表面產(chǎn)生軟點(diǎn)和硬度不足。鋼的氧化雖然是化學(xué)反應(yīng)，但是一旦在鋼的表面出現(xiàn)一層氧化膜之后，氧化的速度主要取決于氧和鐵原子通過(guò)氧化膜的擴(kuò)散速度，如圖2-53所示。由圖可見(jiàn)，隨著加熱溫度的升高，原子擴(kuò)散速度增大，鋼的氧化速度便急劇地增大，特別是在570度以上，所形成的氧化膜是以是FeO為主，它是不致密的，結(jié)構(gòu)疏松的。因此，氧原子很容易透過(guò)已形成的表面氧化膜，繼續(xù)與鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，所以，當(dāng)氧化膜中出現(xiàn)FeO時(shí)，鋼的氧化速度大大增加，氧化層逐漸增厚。在570度以下氧化膜則由比較致密的Fe3O4所構(gòu)成，由于處于工件表面的這種氧化膜結(jié)構(gòu)致密，與基體結(jié)合牢固，氧原子難以繼續(xù)滲入，故氧化的速度比較

49、緩慢。脫碳：是指鋼表層中的碳被氧化，使鋼的表層含碳量降低，鋼的加熱溫度越高，且鋼的含碳量越多（特別具有高含量的硅、鉬、鋁等元素時(shí)），鋼越容易脫碳。由于碳的擴(kuò)散速度較快，所以鋼的脫碳速度總是大于其氧化速度。在鋼的氧化層下面，通?？偸谴嬖谥欢ê穸鹊拿撎紝?，由于脫碳使鋼的表層碳含量下降，從而導(dǎo)致鋼件淬火后表層硬度不足，疲勞強(qiáng)度下降，而且使鋼在淬火時(shí)，容易形成表面裂紋。為了防止氧化、脫碳，根據(jù)工件的技術(shù)要求和實(shí)際情況，可以采用保護(hù)氣氛加熱、真空加熱，以及用工件表面涂料包裝加熱等方法。在鹽浴中加熱時(shí)，可以采用經(jīng)常加入脫氧劑的方法，并要求建立嚴(yán)格的脫氧制度。此外，對(duì)普通箱式爐稍加改造后，采用滴入煤油的辦

50、法進(jìn)行保護(hù)，可大大改善加熱工件的表面質(zhì)量。（2）過(guò)熱和過(guò)燒鋼件進(jìn)行奧氏體化加熱時(shí)，如加熱溫度過(guò)高或加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體晶粒長(zhǎng)大變粗，形成的馬氏體也粗化，這種現(xiàn)象叫過(guò)熱。過(guò)熱的工件幾乎不能防止淬火裂紋產(chǎn)生。因?yàn)樵谏傻鸟R氏體中存在大量微裂紋，這種馬氏體裂紋會(huì)發(fā)展為淬火裂紋。在加熱溫度更高的情況下，鋼的奧氏體晶粒進(jìn)一步粗化，并產(chǎn)生晶界氧化，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起晶界熔化，這種現(xiàn)象叫過(guò)燒。產(chǎn)生過(guò)燒的工件，其性能急劇降低。有過(guò)熱缺陷的工件，可先進(jìn)行一次細(xì)化組織的正火或退火，然后再按正常規(guī)范重新淬火。有過(guò)燒缺陷的工件因無(wú)法挽救而只能報(bào)廢。（3） 軟點(diǎn)：工件或鋼材淬火硬化后，表面硬度偏低的小區(qū)域被稱之為軟點(diǎn)

51、。當(dāng)用水作冷卻介質(zhì)時(shí)，工件表面因被傳熱很差的蒸氣膜包住而造成冷卻緩慢，所以淬火后工件的軟點(diǎn)比較嚴(yán)重，在存在氧化皮和脫碳的部位也會(huì)出現(xiàn)軟點(diǎn)。軟點(diǎn)可用銼刀檢查，容易銼動(dòng)的地方即是軟點(diǎn)所在部位。為了防止軟點(diǎn)，應(yīng)該使工件在無(wú)氧化、無(wú)脫碳條件下加熱；其次是加強(qiáng)淬火介質(zhì)在淬火過(guò)程中的機(jī)械攪拌；也可采用清水中加入鹽、堿，或采用聚乙烯醇等水溶性有機(jī)溶液做淬火介質(zhì)，使鋼件在淬火時(shí)形成蒸氣膜迅速破壞，不至于出現(xiàn)淬火軟點(diǎn)。（4） 淬火裂紋淬火裂紋是由于淬火內(nèi)應(yīng)力在工件表層的拉應(yīng)力超過(guò)冷卻時(shí)鋼的斷裂強(qiáng)度而引起的，這種裂紋是工件在進(jìn)入冷卻介質(zhì)中不久之后，溫度降至Ms點(diǎn)（大約為250度）以下時(shí)產(chǎn)生的。這是因?yàn)楣ぜ膴W氏體

52、化溫度急冷至Ms點(diǎn)以下的過(guò)程中，因馬氏體轉(zhuǎn)變使塑性急劇降低，而組織應(yīng)力急劇增大，所以容易形成裂紋。最常見(jiàn)的淬火裂紋如圖2-54所示，有縱向裂紋、橫向裂紋、網(wǎng)狀裂紋和應(yīng)力集中裂紋幾種。對(duì)于淬火后未出現(xiàn)而在磨削后才出現(xiàn)的裂紋，要區(qū)別它究竟是淬火裂紋還是磨削裂紋。磨削裂紋的方向總是垂直于磨削方向并呈平行線形樣式，淬火裂紋則與磨削方向無(wú)關(guān)并呈刀割狀開(kāi)裂。形成淬火裂紋的原因：1.導(dǎo)致淬火裂紋的原因很多，大體可歸納為三個(gè)方面。熱處理工藝：如過(guò)熱、脫碳、冷速過(guò)快、冷卻操作不當(dāng)、淬火后未及時(shí)回火等。2.原材料原因：如有大塊或連續(xù)分布的非金屬夾雜物、碳化物偏析、白點(diǎn)、氣孔、鍛造折疊等。3.工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或選材不當(dāng)：如工件壁厚相差懸殊，具有形成應(yīng)力集中的尖角、凹角等。在選材方面對(duì)形狀復(fù)雜的零件選用淬透性較低的鋼種，從而造成在激烈的冷卻過(guò)程中開(kāi)裂。淬火裂紋的防止：淬火裂紋一旦產(chǎn)生便無(wú)法挽救，因此必須設(shè)法防止。為了防止淬火裂紋，首先應(yīng)改善零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性，并正確選用鋼材。在淬火技術(shù)方面，應(yīng)特別注意在點(diǎn)以下Ms點(diǎn)以上快冷、在Ms慢冷，即遵守“先快后慢”的原則，如雙介質(zhì)淬