課題研究報告568

1、課題研究報告三爪卡盤機爪工藝設(shè)計（45鋼、40Cr的變型開裂）材熱二班李寶明12806229課題研究報告標題:三爪卡盤機爪工藝設(shè)計（45鋼、40Cr的變型開裂）三抓卡盤主要用于夾制工件，長需承受疲勞、沖擊載荷的作用；于此同時在轉(zhuǎn)動部位還要承受靜摩檫力作用。為此，要求機爪要具有較高力學(xué)性能，且變形量小等特點。（1）45鋼作為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，硬度不高易切削加工，然就自身來講是不能直接用做為卡盤機爪之用；因此，要獲得較高強度的性能，就必須對45鋼進行熱處理以達到所要求的指標。（2）40Cr中碳調(diào)制鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價格適中，加工容易，經(jīng)適當?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進組織

2、球化，改進硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在溫度550570進行回火，該鋼具有最佳的綜合力學(xué)性能。為此機爪大端需要使用鍛抷正火，以消除毛抷的鍛造應(yīng)力，降低硬度以改善切削加工性能；然后進行調(diào)制處理，使機爪具有良好的綜合力學(xué)性能；之后經(jīng)過淬火和高溫回火，以提高機爪的硬度，使機爪達到良好的工作性能。一、45鋼的應(yīng)用特性 45號鋼廣泛用于機械制造，45鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，碳含量為0.42-0.50%化學(xué)成分(%)Si（0.17-0.37）, Mn（0.50-0.80）,P(0.035),S(0.035S),Ni(0.25),Cr(0.25),Cu(0.25)形態(tài)錠、坯、條、管、板、帶狀態(tài)不熱處理、

3、退火、正火、高溫回火抗拉強度Mpa600屈服強度Mpa 355伸長率%16，抗拉強度為610MPa，屈服點為360MPa；用于一般軸類零件。如蓋體，齒輪、軸、銷、花鍵通常需淬火提高其硬度。這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好， 45號鋼可以淬硬到HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮45鋼優(yōu)越的機械性能，常將45鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。1.、鋼的熱處理  1.1、將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50,保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。 （1）正火的主要目的是為了細化組織，改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態(tài)的組

4、織。 正火保溫時間和完全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達到要求的加熱溫度為準，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對于大件也可采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達到要求的組織和性能。（2）正火與退火工藝相比，其主要區(qū)別是正火的冷卻速度稍快，所以正火熱處理的生產(chǎn)周期短。故退火與正火同樣能達到零件性能要求時，盡可能選用正火。1.2、鋼的淬火    所謂淬火就是將鋼加熱到 Ac3（亞共析鋼）或Ac1 (過共析鋼)以上3050，保溫后放入各種不同的

5、冷卻介質(zhì)中（ V冷應(yīng)大于V臨 ），以獲得馬氏體組織。碳鋼經(jīng)淬火后的組織由馬氏體及一定數(shù)量的殘余奧氏體所組成。 為了正確地進行鋼的淬火，必須考慮下列三個重要因素：淬火加熱的溫度保溫時間冷卻速度。 （1）淬火溫度的選擇      選定正確的加熱溫度是保證淬火 質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。淬火時的具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據(jù)對亞共析鋼，其加熱溫度3050，若加熱溫度不足（低于），則淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體而造成強度及硬度的降低。對過共析鋼，加熱溫度為 3050，淬火后可得到細小的馬氏

6、體與粒狀滲碳體；后者的存在可提高鋼的硬度和耐磨性。（2）保溫時間的確定      淬火加熱時間是將試樣加熱到淬火溫度所需的時間及在淬火溫度停留保溫所需時間的總和。加熱時間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所需的加熱介質(zhì)及加熱方法等因素有關(guān)，一般可按照經(jīng)驗公式來估算。（3）冷卻速度的影響      冷卻是淬火的關(guān)鍵工序，它直接影響到鋼淬火后的組織和性能。冷卻時應(yīng)使冷卻速度大于臨界冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織；在這個 前提下又應(yīng)盡量緩慢冷卻，以減少鋼中的內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開

7、裂。為此，可根據(jù)C曲線圖（如圖2所示），使淬火工作在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍（650550）進行快冷（即與C曲線的“鼻尖”相切），在較低溫度（300100）時冷卻速度則盡可能小些。 為了保證淬火效果,應(yīng)選用合適的冷卻方法（如雙液淬火、分級淬火等)。不同的冷卻介質(zhì)在不同的溫度范圍內(nèi)的冷卻速度有所差別。1.2.1、淬火類型（1）雙頻感應(yīng)加熱淬火特點： 雙頻感應(yīng)加熱速度快、時間短、奧氏體晶粒不易長大,使表層呈細晶結(jié)構(gòu);快速加熱形成不均勻的奧氏體,轉(zhuǎn)變后的馬氏體組織中,殘余奧氏體數(shù)量較少;淬火時表層產(chǎn)生的壓應(yīng)力對提高硬度也有一定影響。 雙頻加熱淬火技術(shù)可以得到更好的仿

8、形淬硬層,對于提高齒輪疲勞強度、減小淬火變形等非常有利。 （2）高頻感應(yīng)電阻加熱表面淬火的特點： 適用于齒條軸的齒條淬火和各種凸輪軸汽缸內(nèi)表面的強化。功率密度高、加熱速度快、畸變小、淬硬層淺。不需淬火介質(zhì),真空室等,無需發(fā)黑化處理。 （3）高頻脈沖感應(yīng)加熱表面淬火 用高頻脈沖感應(yīng)加熱進行淬火,使用2030MHz的高頻脈沖,通過感應(yīng)圈在毫秒級極短時間內(nèi)使工件表面急速加熱到淬火溫度,然后自冷。高頻脈沖感應(yīng)加熱綜合感應(yīng)加熱與高頻脈沖加熱的某些特點,與其他熱處理工藝比較,淬火后具有高硬度、高耐磨性、良好的韌性和疲勞強度、以及微變形等特點。而且相應(yīng)的設(shè)備投資少,維

9、修簡單。感應(yīng)脈沖加熱淬火后的超常硬化,是有效的晶粒細化,高密度亞結(jié)構(gòu)及高的殘余應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。1.2.2 、 45鋼感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的應(yīng)用與研究 45鋼是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，車軸是其中的一個應(yīng)用方向，對45鋼進行合理的熱處理能有效提高車軸的使用壽命。 車軸是一個變直徑的圓柱體 ,要實現(xiàn)全長表面淬火在很大程度上取決于感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造。加熱用感應(yīng)器的設(shè)計應(yīng)主要考慮  使被加熱零件的表面溫度均勻; 感應(yīng)器損耗小 ,電效率高;  感應(yīng)器冷卻良好;  制造簡單 ,有足夠

10、的機械強度 ,操作使用方便。車軸加熱感應(yīng)器用矩形紫銅管制造成圓形感應(yīng)器 ,并通水冷卻 ,零件加熱后由用附帶噴水圈進行噴射冷卻。為了保證在感應(yīng)加熱中盡可能地減少漏磁 ,提高加熱效率 ,感應(yīng)器與零件之間的間距盡可能小 ,但要有足夠的間隙 ,保證使感應(yīng)器能與車軸的相對運動順利進行。首先，我國的機車、車輛均采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼車軸 ,縱觀總體情況 ,應(yīng)該說碳素鋼車軸是成熟的、可靠的。對于高速列車車軸材料是選碳素鋼還是合金鋼 ,我國還沒有成熟的技術(shù)。由于各國的國情不同 ,技術(shù)觀點不同 ,選用

11、的車軸材料不盡相同 ,但都屬于低碳鋼范疇。在調(diào)質(zhì)或正火的基礎(chǔ)上再施加表面感應(yīng)淬火強化處理 ,可使服役壽命成倍地延長。因此 ,這是提高車軸使用壽命的一種重要工藝方法。表面感應(yīng)強化對提高車軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)疲勞強度、減少對缺口的敏感性和應(yīng)力集中十分有效。表面感應(yīng)淬火后 ,由于心部高的有效韌性和塑性 ,允許其硬化層有較高的硬度 ,以保持高的耐磨性、 強度和殘余壓應(yīng)力 ,充分發(fā)揮材料抗疲勞的潛力。國外對車軸高頻感應(yīng)淬火從過去的局部淬火、 分段淬火 ,發(fā)展到現(xiàn)在的表面全長淬火。 其次，加熱溫度和加熱

12、時間當材料和原始組織一定時,相變溫度隨著加熱速度增大而 提高,為得到合格的淬火組織,相應(yīng)的淬火溫度也隨之提高。車軸感應(yīng)加熱升溫速度一般在 30100 / s ,45鋼車軸的表面淬火加熱溫度選擇 890960 為佳 ,為了獲得較深的淬硬層深度 ,選擇上限加熱溫度。較長的加熱時間和較高的加熱溫度 ,可獲得較深的加熱深度 ,反之 ,加熱深度較淺。 據(jù)文獻介紹，45鋼易淬裂的尺寸范圍為511mm，截面尺寸過小或過大均不易淬裂。由于由于車軸直徑較大 ,需要加熱深度較

13、深 ,因此 ,選擇加熱功率 150220kW1.2.3、感應(yīng)加熱淬火技術(shù)常見質(zhì)量問題及分析 感應(yīng)熱處理常見的質(zhì)量問題有開裂、硬度過硬或過低、硬度不均勻、淬硬層過深或過淺、淬硬層深度不均、表面局部燒熔等。其原因歸納如下： （1）開裂原因 加熱溫度高、不均勻，冷卻過快且不均勻；淬火液選擇不當，冷卻速度過大；材料淬透性偏高，成分偏析，含有毒元素，存在缺陷；零件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，技術(shù)規(guī)范不當。 （2）淬硬層深度過深或過淺的原因 加熱功率過高（低）且加熱時間過長（短）；電源頻率選擇不當，并且在此情況下又沒有選擇合理的比功率與加

14、熱時間；材料的淬透性過高或者過低；淬火液的溫度、壓力、成分選擇不當。 （3）硬度過高或過低原因 材料含碳量偏高或偏低；回火溫度偏低或過高且回火時間不當；淬火液成分、壓力、溫度選擇不當；材料表面脫碳；淬火加熱溫度低組織尚未轉(zhuǎn)變等。 （4）表面硬度不均勻的原因 感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理；引起加熱、冷卻不均勻；材料原始組織不良（帶狀組織、偏析、局部脫碳）。 （5）表面局部燒熔的原因  感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理；加熱時間過長；工件帶有尖、角、孔、槽；表面有缺陷；連續(xù)加熱或半圈旋轉(zhuǎn)加熱時，移動或旋轉(zhuǎn)過程中有突然停止現(xiàn)象。 1.3、45鋼的調(diào)

15、質(zhì)（1）45鋼是中碳結(jié)構(gòu)鋼，冷熱加工性能都不錯，機械性能較好，且價格低、來源廣，所以應(yīng)用廣泛。它的最大弱點是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。（2）45鋼淬火溫度在A3+(3050)，在實際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，表面氧化減少，且能提高工效。為使工件的奧氏體均勻化，就需要足夠的保溫時間。如果實際裝爐量大，就需適當延長保溫時間。不然，可能會出現(xiàn)因加熱不均勻造成硬度不足的現(xiàn)象。但保溫時間過長，也會也出現(xiàn)晶粒粗大，氧化脫碳嚴重的弊病，影響淬火質(zhì)量。我們認為，如裝爐量大于工藝文件的規(guī)定，加熱保溫時間需延長1/5。由于45鋼淬透性低，故應(yīng)采用冷卻速度大

16、的10%鹽水溶液。工件入水后，應(yīng)該淬透，但不是冷透，如果工件在鹽水中冷透，就有可能使工件開裂，這是因為當工件冷卻到180左右時，奧氏體迅速轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體造成過大的組織應(yīng)力所致。因此，當淬火工件快冷到該溫度區(qū)域，就應(yīng)采取緩冷的方法。由于出水溫度難以掌握，須憑經(jīng)驗操作，當水中的工件抖動停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜動不宜靜，應(yīng)按照工件的幾何形狀，作規(guī)則運動。靜止的冷卻介質(zhì)加上靜止的工件，導(dǎo)致硬度不均勻，應(yīng)力不均勻而使工件變形大，甚至開裂。（3）45鋼調(diào)質(zhì)件淬火后的硬度應(yīng)該達到HRC5659，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就說明工件未得到完全淬火，組織中可能出現(xiàn)

17、索氏體甚至鐵素體組織，這種組織通過回火，仍然保留在基體中，達不到調(diào)質(zhì)的目的。（4）45鋼淬火后的高溫回火，加熱溫度通常為560600，硬度要求為HRC2234。因為調(diào)質(zhì)的目的是得到綜合機械性能，所以硬度范圍比較寬。但圖紙有硬度要求的，就要按圖紙要求調(diào)整回火溫度，以保證硬度。如有些軸類零件要求強度高，硬度要求就高；而有些齒輪、帶鍵槽的軸類零件，因調(diào)質(zhì)后還要進行銑、插加工，硬度要求就低些。關(guān)于回火保溫時間，視硬度要求和工件大小而定，我們認為，回火后的硬度取決于回火溫度，與回火時間關(guān)系不大，但必須回透，一般工件回火保溫時間總在一小時以上。1.4、鋼的退火 退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保

18、持足夠時間，然后以適宜速度冷卻(通常是緩慢冷卻，有時是控制冷卻)的一種金屬熱處理工藝。目的是使經(jīng)過鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件軟化，改善塑性和韌性，使化學(xué)成分均勻化，去除殘余應(yīng)力，或得到預(yù)期的物理性能。  常用的退火工藝有：（1）完全退火用以細化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上3050，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細。（2）球化退火用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上2040，保溫后緩慢冷卻，在冷

19、卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙?，從而降低了硬度。?）等溫退火用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高硬度，以進行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度，保溫適當時間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降低。（4）再結(jié)晶退火用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50150 ，只有這樣才能消除加工硬化效應(yīng)使金屬軟化。（5）石墨化退火用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950左右 ，保溫一定時間后適當冷卻 ，使?jié)B碳體分解形成團絮狀石

20、墨。（6）均勻化退火用以使合金鑄件化學(xué)成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下 ，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時間保溫，待合金中各種元素擴散趨于均勻分布后緩冷。（7）去應(yīng)力退火用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力。對于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100200，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內(nèi)應(yīng)力。1.5、滲碳類型滲碳處理一般用于表面耐磨、芯部耐沖擊的重載零件，其耐磨性比調(diào)質(zhì)表面淬火高。其表面含碳量0.81.2，芯部一般在0.10.25（特殊情況下采用0.35）。經(jīng)熱處理后，表面可以獲得很高的硬度（HRC5862），芯部硬度低，耐沖擊。如果用45號鋼滲碳，淬火后芯

21、部會出現(xiàn)硬脆的馬氏體，失去滲碳處理的優(yōu)點?，F(xiàn)在采用滲碳工藝的材料，含碳量都不高，到0.30芯部強度已經(jīng)可以達到很高，應(yīng)用上不多見。0.35從來沒見過實例，只在教科書里有介紹。可以采用調(diào)質(zhì)高頻表面淬火的工藝，耐磨性較滲碳略差。GB/T699-1999標準規(guī)定的45鋼推薦熱處理制度為850正火、840淬火、600回火，達到的性能為屈服強度355MPa GB/T699-1999標準規(guī)定45鋼抗拉強度為600MPa，屈服強度為355MPa，伸長率為16，斷面收縮率為40，沖擊功為39J。（1）雙頻感應(yīng)加熱技術(shù) 雙頻感應(yīng)加熱是在一個感應(yīng)圈上同時供給中頻和高頻能量,即在一個感應(yīng)圈上施加摻和頻率,

22、由一個中頻基礎(chǔ)振蕩迭加一個高頻振蕩組成。兩種頻率(MF和HF)的振幅能獨自控制,同時能調(diào)整MF和HF的輸出份額,齒面淬硬程度優(yōu)于齒根和齒頂,能達到工件的技術(shù)要求。 這種同時雙頻感應(yīng)加熱能實現(xiàn)加速奧氏體化,具有熱處理質(zhì)量高、生產(chǎn)率高和變形小的優(yōu)點,能適應(yīng)今天的經(jīng)濟發(fā)展需求,這要歸功于能獲得極細小的奧氏體晶粒和加熱時間短。也使它能實現(xiàn)自淬火,高能量的迅速加熱只加熱工件的表面層,下方的冷基體能很快傳熱,實現(xiàn)淬硬。 （2）感應(yīng)加熱氣體滲氮及碳氮共滲 感應(yīng)加熱氣體滲碳及碳氮共滲是將需要滲氮或氮碳共滲的零件感應(yīng)加熱到560,保溫一定時間。加熱過程通人氨氣進行滲氮。改變加熱溫度

23、、時間和通入的氨氣流量得到不同的滲層深度和滲層硬度。 感應(yīng)加熱氣體滲氮具有升溫速度快,能在選定部位進行局部滲氮、供給滲氮的活性氮原子充足、有脈沖滲氮和磁場滲氮特點、生產(chǎn)周期短、滲氮層脆性低等特點。 （3）液體介質(zhì)感應(yīng)滲碳 液體介質(zhì)感應(yīng)滲碳是將處理工件和感應(yīng)加熱器一起浸于特殊的冷的液態(tài)活性介質(zhì)中,介質(zhì)具有不同的化學(xué)組份和物理性能。選擇合理工藝參數(shù),在同一活性介質(zhì)中冷卻。感應(yīng)滲碳過程中工件表面受感應(yīng)高頻電流加熱,高密度和精確限定的高頻能量迅速加熱工件表面層至材料熔點以下的某一溫度。液體活性介質(zhì)在工件表面直接分解,產(chǎn)生大量原子態(tài)高活性碳,工件表面吸收并擴散至一定深度。一

24、般適用于鋼件、Ti合金和一些超合金 。 這種新技術(shù)能確保處理工件的高的質(zhì)量、一致可靠的性能和長的服役壽命。同時能節(jié)約成本、能源、材料和環(huán)境保護費用。2、應(yīng)用特點及技術(shù)要求2.1、軸類零件的應(yīng)用、特點及技術(shù)要求軸類零件是機器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動零45號鋼實驗部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件，其長度大于直徑，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。軸的長徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細長軸，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

25、。軸頸是軸的裝配基準，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)軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項： （1）尺寸精度 起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高（IT5IT7）。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6IT9）。 （2）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)。對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標注其允許偏差。 （3）相互位置精度 軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應(yīng)保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（

26、齒輪等）的傳動精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.010.03mm，高精度軸（如主軸）通常為0.0010.005mm。 （4）表面粗糙度一般與傳動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。2.1.1、軸類零件的毛坯和材料應(yīng)用（1）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。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對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)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。 （2）根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同

27、，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)時采用模鍛。 （3）軸類零件的材料 軸類零件應(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），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(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度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達4552HRC。2.2、在模具修補領(lǐng)域45號鋼所針對的模具焊材型號為：CMC-E4545號鋼焊材它是唯一接合性較好之中硬度鋼焊條，適用于空冷鋼、鑄鋼：如ICD5、7CrSiMnMoV等等。汽車板金覆蓋件模具及大型五金板

28、金沖壓模具之拉延、拉伸部位修補，也可用于硬面制作。 注意事項： （1）在潮濕場地施工前，焊條先以150-200°C烘干30-50分鐘。 （2）通常施以200°C以上預(yù)熱，焊接后空冷，可能的話最好實施應(yīng)力消除。 （3）需多層堆焊處，以CMC-E30N打底，可得到較好的焊接效果。度 HRC 48-52主要成份 Cr Si Mn C 適用電流范圍：直徑及長度m/m 3.2*350mm 4.0*350mm 學(xué)成分 ：含碳（C）量為(0.420.50%)，Si含量為（0.170.37%）,Cr含量<=0.25%。3、常用熱處理方法優(yōu)化（1）45號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼 ,硬度不高

29、易切削加工,模具中常用來做45號鋼管模板,梢子,導(dǎo)柱等,但須熱處理正火溫度850，淬火溫度840，回火溫度600. （2）45號鋼淬火后沒有回火之前，硬度大于HRC55（最高可達HRC62）為合格。實際應(yīng)用的最高硬度為HRC55（高頻淬火HRC58）。 （3）45號鋼不要采用滲碳淬火的熱處理工藝。調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機械性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨。可用調(diào)質(zhì)表面淬火提高零件表面硬度。二、 40Cr的應(yīng)用特性40Cr為中碳調(diào)制鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價格適中，加工容易，經(jīng)適當?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性

30、和耐磨性。正火可促進組織球化，改進硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在溫度550570進行回火，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?；瘜W(xué)成分 （質(zhì)量分數(shù)，%）C 0.370.44、Si 0.170.37、Mn 0.500.80、Cr0.801.10、Ni0.30。 這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負荷及中等速度工作的機械零件，如汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)、后半軸以及機床上的齒輪、軸、蝸桿、花鍵、頂尖套等；經(jīng)淬火及中溫回火后用于制造承受高負荷、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荷、低沖擊及

31、具有耐磨性、截面上實體厚度在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、進氣閥等。此外，這種鋼又適于制造進行碳氮共滲處理的各種傳動零件，如直徑較大和低溫韌性好的齒輪和軸。 40Cr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。精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標鏜床主軸）可選

32、用38CrMoAIA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。2.1、$ h& B; u  2 g, Z$ T2 H9 J三維網(wǎng)技術(shù)( C3 , _% F& F$ d' Q- W7 ?- I三維,cad,機械,技術(shù),汽車,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,時空,鎮(zhèn)力學(xué)性能： 6 c/ I  A; 8 w% v9 ' h三維,cad,機械,技術(shù),汽車

33、,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,時空,鎮(zhèn)江抗拉強度 b (MPa)：1080(110) ( l/ P5 i& N% P8 G4 I- p( 7 ; o三維|cad|機械|汽車|技術(shù)|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa屈服強度 s (MPa)：930(95)伸長率 5 ()：12斷面收縮率 ()：45沖擊功 Akv (J)：63 & m; j+ 0 Q. K" , Y. ( X- p三維,cad,機械,技術(shù),汽車,catia,pro/e,

34、ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,時空,鎮(zhèn)江沖擊韌性值 kv (J/cm2)：78(8)硬度 ：217HB % C7 v% 4 G8 Z. Y三維|cad|機械|汽車|技術(shù)|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa試樣尺寸：試樣毛坯尺寸為25mm 3 Q# m( j8 O9 C# I熱處理規(guī)范及金相組織：淬火850,油冷;回火560,水冷、油冷。金相組織：回火索氏體。2.2熱處理2.2.1、淬火工藝（1）40Cr鋼的調(diào)質(zhì)處理 淬火溫度850 ±10，油冷；回火溫度520±10

35、，水、油空冷。正火規(guī)范 溫度850870，硬度179229HBS。）生鐵屑保護擺動回火規(guī)范 （670±10）×2h，隨爐升溫，（710±10）×2h，隨爐降溫，（670±10）×2h，隨爐升溫, （710±10）×2h，隨爐降溫,共3個循環(huán)，再降溫至550，出爐空冷。處理后硬度153HBS。0 q; |" B% _1 V* T8 V" ?( U三維網(wǎng)技術(shù)論壇6 s, u8 o( a! p4 C# ' k三維,cad,機械,技術(shù),汽車,catia,pro/e,ug,inventor,sol

36、idedge,solidworks,caxa,時空,鎮(zhèn)江Cr能增加鋼的淬透性，提高鋼的強度和回火穩(wěn)定性，具有優(yōu)良的機械性能。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。（2）各種參數(shù)工藝卡片都有規(guī)定：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、開裂傾向小。但是小型企業(yè)在供油緊張的情況下，對形狀不復(fù)雜的工件，可以在水中淬火，并未發(fā)現(xiàn)開裂，只是操作者要憑經(jīng)驗嚴格掌握入水、出水的溫度。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。 2.2.2、40Cr鋼正火或退火處理 最終熱

37、處理調(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。當強度較高時,采用較低的回火溫度,反之選用較高的回火溫度。按上述知識,對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,測定不同情況下試樣的硬度與沖擊韌性值。圖1為退火及正火工藝曲線圖。加熱溫度:AC3+(3050),由此確定加熱溫度為850;保溫時間:120min;冷卻方式:隨爐冷卻。2.2.2.1、退火態(tài)硬度207HBS臨界點溫度設(shè)定 （近似值） Acm=7807 1 |1 h+ u+ F' j# R# W三維|cad|機械|汽車|技術(shù)|catia|pro/e|ug

38、|inventor|solidedge|solidworks|caxa。40cr軸類零件是機器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動零 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。軸的長徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細長軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。 2.2.3、正火工藝的制定：加熱溫度:AC3+(3050),由此確定加熱溫度為850;保溫時間:120min;冷卻方式:空冷。圖2為淬火工藝曲線圖。加熱溫度:AC3+(3050),由此確定加熱溫

39、度為850;保溫時間:80min;冷卻方式:油冷。圖3為淬火加低溫回火工藝曲線圖。亞共析鋼的低溫回火溫度為150300,但鋼材的第一類回火脆性溫度在250400,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;保溫時間為60min;采用空冷 t/min 圖3淬火加低溫回火曲線圖（1）40Cr熱處理沖擊韌性與硬度為檢測試樣在熱處理后的硬度與韌性,對退火和正火的試樣進行布氏硬度的測定;對淬火后低溫回火、中溫回火、高溫回火(調(diào)質(zhì))的試樣進行洛氏硬度的測定;同時對調(diào)質(zhì)處理與油淬后的試樣進行沖擊韌性測定。結(jié)論見表2沖擊韌性值,表3退火、正火的布氏硬度值

40、,表4淬火后回火熱處理的洛氏硬度值。（2）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,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。40Cr正火后的組織見圖5 2.2.4、調(diào)質(zhì)處理調(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,同時鉻能阻礙碳的擴散,而鉻本身擴散速度較慢,因此加熱溫度應(yīng)選擇上限,且保溫時間加長,否則球狀滲碳體很難完全溶解而被保留下來,造成淬火后硬度及強度下降。40Cr調(diào)質(zhì)后的組織見圖6。2.2.5、 40Cr工件高溫回火形狀復(fù)雜的在油中冷卻，簡單

41、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?，必要時再施以消除應(yīng)力處理。三 影響調(diào)質(zhì)工件的質(zhì)量，操作工的水平是個重要因素，同時，還有設(shè)備、材料和調(diào)質(zhì)前加工等多方面的原因： （1）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，產(chǎn)生部分分解，工件得到不完全淬火組織，達不到硬度要求。所以小零件冷卻液要講究速度，大工件予冷要掌握時間。 （2）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。 （3）工件入水排列應(yīng)保持一定距離，過密使工件近處蒸氣膜破裂受阻，造成工件接近面硬度偏低。 （4）開爐淬火，不能一口氣淬完，應(yīng)視爐溫下降程度，中途

42、閉爐重新升溫，以便前后工件淬后硬度一致。 （4）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，會出現(xiàn)硬度不足或不均勻現(xiàn)象。 （6）未經(jīng)加工毛坯調(diào)質(zhì)，硬度不會均勻，如要得到好的調(diào)質(zhì)質(zhì)量，毛坯應(yīng)粗車，棒料要鍛打。 （7）嚴把質(zhì)量關(guān)，淬火后硬度偏低13個單位，可以調(diào)整回火溫度來達到硬度要求。但淬火后工件硬度過低，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到圖紙要求完事，不然，失去了調(diào)質(zhì)的意義，并有可能產(chǎn)生嚴重的后果。鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性

43、和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素22.5.1、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，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)軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項： （1）、尺寸精度 起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高（IT5IT7）。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6IT9）。 （2）、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)。對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標注其允許偏差。 （3）、相互位置精度 軸類零件的位置精度要求主

44、要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應(yīng)保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.010.03mm，高精度軸（如主軸）通常為0.0010.005mm。 (4)、表面粗糙度 一般與傳動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。 2.3、應(yīng)用技術(shù)及特性2.31、毛坯和材料 ：冷壓毛坯軟化處理規(guī)范 溫度740760，保溫時間46h，再以510/h的冷速，降溫到600，出爐空冷。處理前硬度217HBS，軟化后硬度163HBS。:

45、z& k9 0 ( g  n三維網(wǎng)技術(shù)論壇0 O/ T6 D1 F  5 ?三維網(wǎng)(1)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。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對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)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。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)時采用模鍛。 (2)軸類零件的材料 軸類零件應(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）

46、，以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。 （3）40Cr是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(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度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達4552HRC。 40Cr廣泛用于機械制造，這種鋼的機械性能很好。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。40Cr彈性模數(shù)40Cr彈性模數(shù):彈性模量E(20) /MPa 200000211700 ，切變模量G(20) 808002.3.2、40Cr的焊接性： 40Cr焊接前

47、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。 結(jié)晶時易偏析，對結(jié)晶裂紋（一種熱裂紋）比較敏感，焊接時容易在弧坑和焊縫中凹下的部分開裂。含碳量較高，快冷時易得到對冷裂紋很敏感的淬硬組織（馬氏體組織）。過熱區(qū)在冷速較大時，很容易形成硬脆的高碳馬氏體而使過熱區(qū)脆化。2.3.2.1、焊接工藝要點： 1、一般在退火（正火）狀態(tài)下進行焊接。 2、焊接方法不受限制 3、用較大線能量，適當提高預(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)及時進行調(diào)質(zhì)熱處理。若及時進行調(diào)質(zhì)處理有困難，可進行

48、中間退火或在高于預(yù)熱的溫度下保溫一段時間，以排除擴散氫并軟化組織。 對結(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，進行一次中間退火。 三、差異分析優(yōu)化45為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，碳含量為0.42-0.50%，抗拉強度為610MPa，屈服點為360MPa；用于一般軸類零件。+ B  Z$ 1 K/ K5 p) ?3 r! ( 三維,cad,機械,技術(shù),汽車,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,時空,鎮(zhèn)40Cr為合金結(jié)構(gòu)鋼，碳含量為0.37-0.45%，含鉻0.8-1.1%，抗拉強度為1000MPa，屈

49、服點為800MPa；用于負荷較大的受力件。40Cr這種材料的含碳量為0.37%0.44%，比45鋼（0.42%0.50%）略低，Si、Mn的含量相當，含Cr0.80%1.10%。     在熱軋供貨的情況下，這1%的Cr基本不起作用，它倆的力學(xué)性能大體相當。由于40Cr的價格比45鋼貴一半左右，所以出于經(jīng)濟性的考慮能用45鋼的就不用40Cr。     平常分類45鋼屬于GB699“（優(yōu)質(zhì)）碳素結(jié)構(gòu)鋼”，40Cr屬于GB3077“合金結(jié)構(gòu)鋼”。區(qū)別就在于熱處理以后。Cr在熱處理中的主要作用是提高鋼

50、的淬透性。由于淬透性提高，淬火（或調(diào)質(zhì)）處理后40Cr的強度、硬度、沖擊韌性等機械性能也明顯比45鋼高，但也是由于淬透性強，在淬火時40Cr的內(nèi)應(yīng)力也就比45鋼大，同樣的條件下40Cr材料的工件開裂傾向也就比45鋼材料的工件大。因此為避免工件開裂，40Cr淬火時大多選用導(dǎo)熱性較低的油作為淬火介質(zhì)（有時也用雙液淬火法，俗話叫水淬油冷），而45剛則用導(dǎo)熱性較高的水作為淬火介質(zhì)。     當然，水和油的選擇也不是絕對的，和工件的形狀也有密切關(guān)系。形狀簡單的40Cr零件也可以使用水淬，而形狀復(fù)雜的45鋼零件也許就得使用油淬甚至鹽浴。 實驗?zāi)康模?、根據(jù)所學(xué)會制定相關(guān)工藝流程。2.淬火介質(zhì)對淬火工件的的影響。 3.分析導(dǎo)致工件變形開裂的內(nèi)外因素。 4.如何防止工件在淬火過程中出現(xiàn)變形開裂現(xiàn)象。試驗材料：45鋼 40Cr箱式電阻爐 游標卡尺 鹽浴池 廢機油 環(huán)球卡盤機爪2個 火鉗 實驗要求：根據(jù)自己所學(xué)的熱處理工藝知識，編寫工藝流程。核對無誤后，嚴格按圖上的工藝流程進行