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1、某學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計(jì)(論文)題 目40Cr鋼機(jī)床齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)學(xué)生某:XXX學(xué)號(hào):201111102XXX所在院(系): 材料工程學(xué)院專 業(yè):20XX級(jí)材料成型及控制工程班 級(jí):20XX材料成型及控制工程 1班指導(dǎo)教師: X X X職稱: 講師2012年12月28日某學(xué)院教務(wù)處制某學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目40Cr鋼機(jī)床齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)1課程設(shè)計(jì)的目的使學(xué)生了解、設(shè)計(jì) 40Cr鋼機(jī)床齒輪的熱處理工藝,融會(huì)貫通相關(guān)專業(yè)課程理論知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、分析問題和解決問題的能使學(xué)生了解、設(shè)計(jì)40Cr鋼機(jī)床齒輪的熱處理工藝,融會(huì)貫通相關(guān)專業(yè)課程理論知識(shí), 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、
2、 分析問題和 解決問題的能力。2、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等)內(nèi)容:(1)明確設(shè)計(jì)任務(wù)(包括用途、服役條件及性能要求)(2)繪出熱處理件零件圖(3)給出設(shè)計(jì)方案(4)寫出設(shè)計(jì)說明(5)設(shè)計(jì)質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目(6)設(shè)計(jì)熱處理工藝卡片(7)40Cr鋼機(jī)床齒輪的熱處理缺陷及預(yù)防或補(bǔ)救措施要求:(1)通過查找資料充實(shí)、完善各項(xiàng)給定的設(shè)計(jì)內(nèi)容。(2)分析熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷,針對這些缺陷提出預(yù)防措施或補(bǔ)救措施。(3) 提交設(shè)計(jì)說明書(報(bào)告),2千字以上。報(bào)告格式請參照“畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))”格 式。3、主要參考文獻(xiàn)1 夏立芳主編金屬熱處理工藝學(xué)某:某工業(yè)大學(xué),20052 中國機(jī)
3、械工程學(xué)會(huì)熱處理分會(huì).熱處理工程師手冊M.機(jī)械工業(yè).2003.第一版3 X玉庭主編.熱處理技師手冊M.機(jī)械工業(yè).2006 .第一版4 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)熱處理手冊M機(jī)械工業(yè).2003 第三版4、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃第16周:對給定題目進(jìn)行認(rèn)真分析,查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,做好原始記錄。第17周:撰寫課程設(shè)計(jì)說明書,并進(jìn)行修改、完善,提交設(shè)計(jì)說明書。指導(dǎo)教師(簽字)日期年 月 日教研室意見:年月日學(xué)生(簽字):接受任務(wù)時(shí)間: 年 月 日注:任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。課程設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)教師成績評(píng)定表題目名稱評(píng)分項(xiàng)目分 值得 分評(píng)價(jià)內(nèi)涵工 作 表 現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項(xiàng)紀(jì)律,丄作刻苦努力,具
4、有艮好的科學(xué)丄 作態(tài)度。02科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研7通過實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深人生產(chǎn)實(shí)踐等渠道 獲取與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù),工作量飽滿。能 力 水 平35%04綜合運(yùn)用知識(shí)的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題, 能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),能對課題進(jìn)行理論分析,得 岀有價(jià)值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研;能提出并 較好地論述課題的實(shí)施方案;有收集、加工各種信 息及獲取新知識(shí)的能力。06設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn))能力,方案的 設(shè)計(jì)能力5能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、 操作等實(shí)驗(yàn)工作,數(shù)據(jù)正確、可靠;研究思路清晰、 完整。07計(jì)算
5、及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力;能運(yùn)用計(jì)算機(jī) 進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計(jì)等。08對計(jì)算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的分析 能力(綜合分析能力、技術(shù) 經(jīng)濟(jì)分析能力)10具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成 果 質(zhì) 量45%09插圖(或圖紙)質(zhì)量、篇幅、 設(shè)計(jì)(論文)規(guī)X化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)X或規(guī)定要求;規(guī)X化符合本文 件第五條要求。10設(shè)計(jì)說明書(論文)質(zhì)量30綜述簡練完整,有見解;立論正確,論述充分,結(jié) 論嚴(yán)謹(jǐn)合理;實(shí)驗(yàn)正確,分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對前人工作有改進(jìn)或突破,或有獨(dú)特見解。成績指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語指導(dǎo)教師簽名:年 月曰4 / 21摘 要本課設(shè)計(jì)了 40Cr
6、鋼機(jī)床齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)。主要的工藝過程包括 鍛造、預(yù)備熱處理(正火)、淬火+高溫回火等過程。通過各種不同的工藝過程進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚砜梢垣@得各種性能良好的材料并且滿足各項(xiàng)性能的要 求。40Cr為中碳合金鋼,預(yù)備熱處理是正火,正火的加熱溫度通常為Ac3以上3050 C,而對于中碳合金鋼的正火溫度通常為Ac3以上50100 C,熱溫度X圍為850900 C,選870C。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。最終熱處理為淬火 +高溫回火,淬火溫度要求 T=Ac3+3050C)可得, 淬火溫度 T=830850 (C),選850C,采用油冷的冷卻方式;回火溫度為 52
7、0 C。通過調(diào)質(zhì)處理,得到以均勻回火索氏體為主的顯微組織,使齒面有 足夠的硬度和耐磨性,芯部有一定的強(qiáng)度和韌性。關(guān)鍵詞:40Cr鋼,正火,高溫回火,機(jī)床齒輪摘要1、設(shè)計(jì)任務(wù)31.1設(shè)計(jì)任務(wù)31.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求32、設(shè)計(jì)方案42.1機(jī)床齒輪的分析4工作條件4失效形式4性能要求42.2鋼種材料53、設(shè)計(jì)說明63.1機(jī)床齒輪零件圖63.2加工工藝流程63.3具體熱處理工藝7預(yù)備熱處理工藝7淬火+高溫回火熱處理工藝8物理性質(zhì)104、質(zhì)量檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)115、分析與討論126、結(jié)束語157、 熱處理工藝卡片及參考文獻(xiàn)161設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)40Cr鋼機(jī)床齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求齒輪在嚙
8、合時(shí)齒面接觸處有接觸應(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。材料為40Cr調(diào)質(zhì)鋼的齒輪,當(dāng) 840-860 C油淬,540-620 C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 C油 淬,240 280 C回火時(shí),硬度可達(dá)46-51HRC,貝嶺岡的表面耐磨性能好,芯部韌性好,變形??;當(dāng)500-560 C氮化處理,氮化層 0
9、.15-0.6mm時(shí),硬度可達(dá)52-54HRC,貝嶺岡具有高的表面硬度、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。另外40Cr調(diào)質(zhì)鋼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)各種加工工藝要求的能力。齒輪的制造要經(jīng)過鍛造、切削加工和 熱處理等幾種加工,因此選40Cr調(diào)質(zhì)鋼。40Cr調(diào)質(zhì)鋼淬透性好、強(qiáng)度高,但 鍛造、切削加工性能較差,可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途經(jīng)來 改善材料的工藝性能。2設(shè)計(jì)方案2.1機(jī)床齒輪的分析齒輪用于機(jī)械裝置中功率的傳遞與速度的調(diào)節(jié),在機(jī)床中不僅有著重要
10、的作用,而且用量相當(dāng)大。因此為獲得理想的組織與性能,保證機(jī)床齒輪在 生產(chǎn)過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性和使用壽命,就必須從工件特點(diǎn)、要求和技術(shù)條 件,認(rèn)真分析機(jī)床齒輪在使用過程中的受力狀況和可能失效形式,正確選 擇材料。工作條件機(jī)床齒輪的工作條件很復(fù)雜,具體條件如下: 齒輪工作時(shí),從嚙合點(diǎn)到齒根的整個(gè)齒面上均受脈動(dòng)的彎曲應(yīng)力作 用,而在齒根危險(xiǎn)斷面上造成最大的彎曲應(yīng)力。在脈動(dòng)彎曲應(yīng)力作用下, 可是齒輪產(chǎn)生彎曲疲勞破壞,破壞形式是斷齒。 齒輪工作時(shí),通過齒面的接觸傳遞動(dòng)力,在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下,會(huì)使工作齒面產(chǎn)生接觸疲勞破壞。破壞形式主要有麻點(diǎn)剝落與硬化層剝落 兩種。 齒輪工作時(shí),兩齒面相對運(yùn)動(dòng),會(huì)產(chǎn)生摩擦
11、力。 齒輪工作時(shí),還會(huì)承受強(qiáng)烈的沖擊載荷。失效形式機(jī)床齒輪的主要失效形式為齒面點(diǎn)蝕和輪齒折斷。齒面點(diǎn)蝕。齒輪傳動(dòng)過程中,齒輪接觸面上各點(diǎn)的接觸應(yīng)力呈脈動(dòng)循 環(huán)變化,經(jīng)過一段時(shí)間后,會(huì)由于接觸面上金屬的疲勞而形成細(xì)小的疲勞 裂紋,裂紋的擴(kuò)展造成金屬剝落,形成點(diǎn)蝕。輪齒折斷。最常見的是彎曲疲勞折斷、過載折斷。輪齒受力后,在齒根部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大,且在齒根過渡圓角處有應(yīng)力集中。如果輪齒的交變 應(yīng)力超過了材料的疲勞極限,在齒根圓角處將產(chǎn)生疲勞裂紋,隨著裂紋不斷擴(kuò)展。性能要求1. 齒輪會(huì)在齒根危險(xiǎn)斷面上造成最大的彎曲應(yīng)力,在脈動(dòng)彎曲應(yīng)力作用 下,可是齒輪產(chǎn)生彎曲疲勞破壞,因此機(jī)床齒輪應(yīng)具有高的疲勞極限
12、和高 的抗彎強(qiáng)度。2. 齒輪通過齒面的接觸傳遞動(dòng)力,在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下,會(huì)使工作齒面產(chǎn)生接觸疲勞破壞,因此齒輪應(yīng)具有高強(qiáng)度和較高的韌性。3. 齒輪工作時(shí),兩齒面相對運(yùn)動(dòng),會(huì)產(chǎn)生摩擦力,因此齒輪應(yīng)具有高的耐磨性。4齒輪工作時(shí),還會(huì)承受強(qiáng)烈的沖擊載荷,因此齒輪應(yīng)具有抗多次沖擊 的能力。5齒輪工作過程中會(huì)有摩擦,會(huì)摩擦生熱,使齒輪在較高的溫度環(huán)境下 工作,因此齒輪應(yīng)具有一定的高溫下的高強(qiáng)度和精度。2.2鋼種材料40Cr鋼為中碳合金鋼,有較高的力學(xué)性能和工藝性能,應(yīng)用十分廣泛。 經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的40Cr具有良好的綜合力學(xué)性能,具有如下3個(gè)特點(diǎn): 在鐵素體機(jī)體上均勻分布的粒狀碳化物起彌散強(qiáng)化作用,溶于
13、鐵素 體中的合金元素起固溶強(qiáng)化作用,從而保證剛有較高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng) 度。 組織均勻性好,減少了裂紋在局部薄弱地區(qū)形成的可能性,可以保證有良好的塑性和韌性。 作為基體組織的鐵素體是從淬火馬氏體轉(zhuǎn)變而成的,晶粒細(xì)小,使 剛的冷脆傾向大大減小。根據(jù)以上特點(diǎn)可知:經(jīng)調(diào)質(zhì)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,還具有高的疲勞強(qiáng)度,高溫下的強(qiáng)度,還能使心部 具有高的強(qiáng)度和韌性,從而滿足機(jī)床齒輪的質(zhì)量要求。3 設(shè)計(jì)說明3.1機(jī)床齒輪零件圖機(jī)床齒輪零件圖如圖1所示:0.'.處壬理(完全退火)-機(jī)械加工一滲碳一淬舉+低溫回火 A鋼屬1于±少平磨組裝。岡,其成分表3.1
14、A鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù), /P廠卞S 土/ ( /1 皿 0 f 0.035 -尹 z :良好的脫氧劑和脫硫劑。性,從而改八奧氏體的硬度和強(qiáng)度務(wù)固溶處5:M0.65r B03詐成分分析起的鋼的熱脆 體和沖擊而變形時(shí),表面層將因變形而強(qiáng)化,具;善鋼的熱加工性能。鋼中鐵素%)Cr Ni Cuf 0.035丁T£0.25 卜.f 0.25'"消除或減弱由于硫所引廠和- Fe形成固溶體,提高 理后有良好的韌性,當(dāng)受到 寸又是碳化卜|-:.謂制址理空0 -3B0HESi0.250.17 0.37高的耐磨性;同時(shí).彳成元素,進(jìn)入滲碳體中取代一部分鐵原子 于鐵素體和奧氏體中提高
15、鋼的硬度 極限、屈服強(qiáng)度和屈服比 (c S/ 以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比(0-1/ cb等。圖1機(jī)床齒輪零件圖物形Si |能溶-硅能提高鋼的彈性v few oin3.2加工工藝流程40Cr鋼制造機(jī)床齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)的熱加工工藝流程經(jīng)過許多次改進(jìn)形成如下的工藝流程:下料鍛造預(yù)備熱處理(正火)粗加工精加工 粗銑齒最終熱處理(淬火+咼溫回火)精銑齒成品。40Cr鋼屬于中碳鋼,其成分如下表1表1 40Cr鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)CMnCrSiPSNiCu0.37- 0.440.50 0.800.80 1.100.17 0.37f 0.030f 0.030f 0.25f 0.20成分分析:Cr與鐵形成連
16、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合物O 相;Cr使珠光體中碳的濃度及奧氏體中碳的極限溶解度減少,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。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。Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑。它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱 脆性,從而改善鋼的熱加工性能。Mn和Fe形成固溶體,提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度不及碳,磷、硅,在增加強(qiáng)度的同時(shí)對延展性無影 響;在嚴(yán)格控制熱處理工藝、避免過熱時(shí)的晶粒長大以及回火脆性的前提 下,錳不會(huì)降低鋼的韌性,因此經(jīng)固溶處理后有
17、良好的韌性;當(dāng)受到?jīng)_擊 而變形時(shí),表面層將因變形而強(qiáng)化,具有高的耐磨性;同時(shí)又是碳化物形 成元素,進(jìn)入滲碳體中取代一部分鐵原子。Si能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比(7 S/ (T b),以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比(7 -1/ (7 b);硅含量 超過3%時(shí)顯著降低鋼的塑性和韌性;改善鋼的耐磨性能等。硅能促使鐵素 體晶粒粗化,降低矯頑力。但硅易使鋼中形成帶狀組織,使橫向性能低于 縱向性能,也會(huì)降低鋼的可焊性。3.3具體熱處理40Cr鋼的熱處理包括初期的鍛造和預(yù)備熱處理,以減少坯料的硬度為 方便后面的機(jī)加工,也為后續(xù)淬火、回火提供優(yōu)良的原始組織。40Cr
18、鋼的熱處理工藝分析: 由于40Cr鋼的含碳量為0.37%0.44%,對于齒輪這種要求剛強(qiáng)度和 高耐磨的特性,那么 40Cr鋼最重要的就是提高其硬度和耐磨性。 通過鍛造和隨后的正火,形成硬度較低的原始坯料,為后續(xù)的切削加工提供有利的方便和減少對于車床的磨損。 為了碎化、細(xì)化共晶碳化物,把粗大的枝晶狀共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均勻性,細(xì)化碳化物的粒度,一般40Cr鋼使用時(shí)都需要進(jìn)行鍛造和預(yù)備熱處理,以減少碳化物的不均勻分布 ,為后續(xù)淬火、回火提供 優(yōu)良的原始組織。預(yù)備熱處理工藝1正火加熱溫度通常對于亞共析鋼正火的加熱溫度通常為Ac3以上3050 °C,而對于中碳合金鋼的正火溫度正火
19、溫度通常為Ac3以上50100 C,保溫一定時(shí)間后在在空氣中冷卻得到珠光體類組織。加熱溫度過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,加熱溫度過高會(huì)造成晶粒粗化惡化鋼的力 學(xué)性能,因此選 870 C。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;長的圓棒 料直徑為其有效厚度;正方體工件的邊長為其有效厚度;長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 可以按工件有效厚度每25毫米為一小時(shí)來計(jì)算,合金鋼可以按工件的有效厚度每20毫米一小時(shí)來計(jì)算保溫
20、時(shí)間,加熱時(shí)間應(yīng)為23小時(shí)左右,選2小時(shí)。3 40Cr鋼正火工藝曲線如圖2所示:加熱溫度:Ac3+3050 C;加熱速度:小于200 C /h ;保溫時(shí)間:23h。淬火+高溫回火熱處理工藝 淬火淬火是將鋼加熱至臨界溫度點(diǎn)Ac3或Ac1以上一定的度,保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻得到馬氏體(或下貝氏體)的熱處理工藝叫做 淬火。其目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體,然后配以不同 溫度回火獲得各種需要的性能。淬火溫度要求 T=Ac3+3050C)可得,淬火溫度 T=830850 (C), 選850C,采用油冷的冷卻方式。40Cr鋼的淬火冷卻曲線如圖3所示 高溫回火回火是將淬火鋼加熱到 A
21、1以下某一溫度,經(jīng)過保溫,然后以一定的冷 卻方法冷至室溫的熱處理操作。40Cr鋼的回火溫度為 520 C。其目的在于:a. 降低脆性,消除內(nèi)應(yīng)力。工件淬火后存在著很大的內(nèi)應(yīng)力和脆性,若 不及時(shí)回火,零件會(huì)產(chǎn)生變形或開裂。b. 得到對工件所要求的力學(xué)性能。工件淬火后,硬度高,脆性大,為了 獲得對工件要求的性能,可以用回火溫度調(diào)整硬度,減小脆性,得到所需 要的塑性、強(qiáng)度和硬度。c. 穩(wěn)定工件尺寸。淬火后的組織是馬氏體和殘余奧氏體,這兩種組織都 是不穩(wěn)定的,會(huì)自發(fā)地逐漸地發(fā)生組織轉(zhuǎn)變,因而引起工件尺寸和形狀的 改變。通過回火,可以促使這些組織轉(zhuǎn)變。達(dá)到較穩(wěn)定狀態(tài),以便在以后 的使用過程中不發(fā)生變形。
22、通過調(diào)質(zhì)處理,得到以均勻回火索氏體為主的顯微組織,使齒面有足 夠的硬度和耐磨性,芯部有一定的強(qiáng)度和韌性。淬火+高溫回火熱處理工藝曲線圖如圖 4所示:回火規(guī)X如表2方案淬火溫度/C回火加熱溫度/C介質(zhì) 硬度HRCn出IVv去除應(yīng)力,降低一5759850硬度200275去除應(yīng)力,降低硬度去除應(yīng)力及形400425510520C多次回火5557成二次硬化去除應(yīng)力及形-78 C 冷處理加 510520 C 一6061成二次硬化次回火一6061880去除應(yīng)力及形-78 C冷處理加一次成二次硬化510520C 回火,再-78C冷一處理6162消除應(yīng)力150170油或硝鹽6163物理性能經(jīng)過上述各種熱處理后4
23、0Cr鋼的韌性、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提 升。4質(zhì)量檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn):檢查工件表面有無腐蝕或氧化皮。不得有裂紋及碰傷,表面不得有銹蝕,具體如下:1、工件變形檢查根據(jù)圖樣技術(shù)要求檢查工件的撓曲變形、尺寸及幾何形狀的變化。2、淬硬層深度檢查感應(yīng)加熱淬火后應(yīng)檢查淬硬層深度,42CrMo淬硬層深度應(yīng)在 8mm左右??刹捎糜捕确y量。硬度壓痕應(yīng)當(dāng)打在垂直于表面的一條或多條平行 線上,而且寬度為 1.5mm區(qū)域內(nèi),最靠近表面的壓痕中心與表面的距離為 0.15mm,從表面到各逐次壓痕中心的距離應(yīng)每次增加0.1mm。當(dāng)表面硬化層深度大時(shí),各壓痕中心的距離可以大一些,但在接近極限硬度區(qū)域附近, 仍
24、應(yīng)保持壓痕中心之間的距離為0.1mm。用垂直表面橫截面上的硬度變化曲線來確定有效硬化層深度。由繪制的硬度變化曲線,確定從零件表面到 硬度值等于極限硬度的距離,這個(gè)距離就是感應(yīng)淬火后的有效硬化層深度(有效硬化層深度(DS):是指從零件表面到維氏硬度等于極限硬度那一層之 間的距離。極限硬度(HVHL):是指零件表面所要求的最低硬度(HVMS)乘以系數(shù)通常HV1試驗(yàn)力系數(shù)可以選用0.8,也可以選用 0.9或者更高。)3、硬度檢查在淬火后檢查包括淬硬層表面及心部硬度,一般用洛氏硬度HRC標(biāo)尺測量。42CrMo鋼在調(diào)質(zhì),感應(yīng)淬火,低溫回火后,表面硬度可達(dá)HRC50以上,心部硬度可達(dá) 35454、金相組織
25、檢查按技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)行檢查淬硬層的顯微組織:殘留奧氏體數(shù)量,有無 反常組織,心部組織是否粗大及鐵素體是否超出技術(shù)要求等,一般在顯微 鏡下放大400倍觀察。5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 知,240C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 C -380之間斷口出現(xiàn)明顯的沿晶斷口,350C時(shí)沿晶斷口所占比例最多,沖擊值明顯降低,460 C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
26、明工件采用的熱處理工藝使材料出現(xiàn)回火脆性。熱處理的常見缺陷及補(bǔ)救措施1氧化和脫碳氧化和脫碳:工件在加熱過程中,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氧化膜的擴(kuò)散速 度,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
27、 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大于其氧化 速度。在鋼的氧化層下面,通??偸谴嬖谥欢ê穸?/p>
28、的脫碳層,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,對普通箱式爐稍加改造后,采用滴入煤油的辦法進(jìn)行保護(hù),可大大 改善加熱工件的表面質(zhì)量。2過熱和過燒鋼件進(jìn)行奧氏體化加熱時(shí),如加熱溫度過高或加熱時(shí)間過長,會(huì)引起 奧氏體晶粒長大變粗,形成的馬氏體也粗化,這種現(xiàn)象叫過熱。過熱的工 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
29、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) 象叫過燒。產(chǎn)生過燒的工件,其性能急劇降低。有過熱缺陷的工件,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)X重新淬火。有過燒缺陷的工件因無法挽救而只能報(bào)廢。3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氏體化溫度急冷至Ms點(diǎn)以下的過程中,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
30、見的淬火裂紋有縱向裂紋、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,淬火裂則與磨削方向無關(guān)并呈刀割狀開裂。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:如過熱、脫碳、冷速過快、冷卻操作不當(dāng)、淬火后未 及時(shí)回火等。 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 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程中開裂。淬
31、火裂紋的防止:淬火裂紋一旦產(chǎn)生便無法挽救,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”原則,如雙介質(zhì)淬火和分級(jí)淬火能有效防止淬火裂紋。工 件淬火后要注意立即回火,因?yàn)榇慊鸸ぜ谢蚨嗷蛏俚卮嬖谝欢康臍堄?奧氏體,這些奧氏體在室溫下的放置過程中會(huì)轉(zhuǎn)變成馬氏體,從而因發(fā)生 體積膨脹而導(dǎo)致開裂。同時(shí),淬火殘余應(yīng)力的存在會(huì)助長裂紋產(chǎn)生。這種 裂紋是延遲發(fā)生的淬火裂紋,其形狀與淬火裂紋相同。4回火缺陷回火缺陷主要指回火裂紋和回火硬度不合格。所謂回火裂紋,是指淬 火狀態(tài)鋼進(jìn)行回火時(shí)
32、,因急熱、急冷或組織變化而形成的裂紋。有回火硬 化(二次硬化)現(xiàn)象的高合金鋼,比較容易產(chǎn)生回火裂紋。防止方法是在回火時(shí)緩慢加熱,并使回火溫度緩慢冷卻。硬度過高一 般是因回火溫度不夠造成的,補(bǔ)救方法是按正?;鼗鹨?guī)X重新回火。回火后硬度不足主要是回火溫度過高,補(bǔ)救辦法是退火后重新淬火回火。出現(xiàn) 硬度不合格時(shí),首先要查找原因,檢查是否發(fā)生混料,因?yàn)檫@也是引起淬 火后硬度不合格的主要原因?;鼗鸫嘈?,是鋼的一種熱處理特性,而不是 熱處理缺陷。但如果不注意這種特性,有時(shí)就會(huì)成為回火缺陷的根源?;鼗鸫嘈砸话阌袃深悾谝活愂堑蜏鼗鼗鸫嘈?,鋼在250-400度X圍內(nèi)產(chǎn)生,生產(chǎn)過程中無法通過改變工藝操作來消除,只
33、能盡量避免在此溫度X圍內(nèi)回火,或改用等溫淬火工藝來代替淬火加回火;第二類是高溫回火脆 性,某些合金鋼在 450-575度回火,或在稍高溫度下回火后緩慢冷卻,出現(xiàn) 了沖擊韌度下降的現(xiàn)象,這類已脆化的鋼再次重新加熱至預(yù)定的回火溫度, 然后快冷至室溫,脆性消失,所以也叫可逆回火脆性。5變形和開裂減少變形及防止裂紋的措施淬火的目的是為了獲得馬氏體,就要快速 冷卻,但這又會(huì)引起淬火內(nèi)應(yīng)力,淬火工件發(fā)生變形和開裂的根本原因是 由于淬火內(nèi)應(yīng)力造成的。因此,除制定合理的淬火工藝外,同時(shí)還必須設(shè) 法減小淬火內(nèi)應(yīng)力,防止變形和開裂。所以有必要對淬火過程中產(chǎn)生的內(nèi) 應(yīng)力有所了解。內(nèi)應(yīng)力有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力兩種,它們的
34、成因和作用是不 同的。6 結(jié)束語40Cr鋼是調(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,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,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)床齒輪。調(diào)制鋼在加熱后,必須經(jīng)過預(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40Cr鋼,采用正火,正火溫度通常為 Ac3以上50100 C,熱溫度X
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