磨床砂輪主軸熱處理工藝設(shè)計(jì)周延源

1、 課程設(shè)計(jì)(說明書) 磨床砂輪主軸熱處理工藝設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料1103 姓 名： 周延源 學(xué) 號(hào)： 1111243039 指導(dǎo)教師： 姜英老師 2014年 6 月目錄一、熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的意義及目的1二、設(shè)計(jì)任務(wù)2.1給定零件12.2技術(shù)要求12.3選材論證1三、熱處理工序3.1工藝流程43.2熱處理工藝參數(shù)設(shè)定43.3熱處理工藝解析5四、工藝曲線10五、熱處理后的檢驗(yàn)5.1熱處理后檢驗(yàn)方法105.2熱處理規(guī)范及操作守則10六、熱處理材料組織性能分析6.1組織分析156.2熱處理缺陷及控制方法15七、加熱設(shè)備19八、熱處理工藝卡23九、心得和體會(huì)23十、參考文獻(xiàn)24一

2、、熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的目的及意義熱處理工藝課程設(shè)計(jì)是材控專業(yè)熱處理方向?qū)W生的一次專業(yè)課設(shè)計(jì)練習(xí)，是熱處理原理與工藝課程的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是： 1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)熱處理知識(shí)去解決工程問題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展。 2、學(xué)習(xí)熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的一般方法，熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計(jì)等。3、進(jìn)行熱處理設(shè)計(jì)的基本技能訓(xùn)練，如計(jì)算、工藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。二、設(shè)計(jì)任務(wù)2.1給定零件：2.2技術(shù)要求: 要求主軸心部調(diào)質(zhì)到235265HBS；主軸表面采用中頻感應(yīng)加熱淬火，硬度應(yīng)59HRC。2.3選材論證（選材65）：機(jī)床主軸的服役條件及失效形式：主軸是機(jī)床中的重

3、要零件，切削加工時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的主軸承受彎曲，扭轉(zhuǎn)，沖擊等多種載荷，要求它具有足夠的剛度、強(qiáng)度、耐疲勞、以及精度穩(wěn)定等性能，顯然硬化處理是必不可缺的。帶內(nèi)錐孔或外圓錐度的主軸，工作時(shí)和配合件雖無相對滑動(dòng)，但裝卸頻繁。例如銑床主軸常需調(diào)換刀具，磨床頭尾架主軸常需調(diào)換卡盤和頂尖，磨床砂輪主軸常需更換砂輪等，在裝卸中都易使錐面拉毛磨損，影響精度，故也許硬化處理。與滾動(dòng)軸承相配的軸頸雖無磨損，但為改善裝配工藝性和保證裝配精度也須具有一定的硬度。咬死，又稱抱軸，是磨床砂輪主軸常見的損壞形式之一。其主要起因是潤滑油中的雜質(zhì)微粒，軸瓦材料擇不當(dāng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，加工精度不夠，主軸副裝配不良，間隙不均等，咬死現(xiàn)

4、象一旦發(fā)生，則主軸運(yùn)轉(zhuǎn)精度下降，磨削時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)，被磨零件表面出現(xiàn)波紋。除對上述原因改進(jìn)外，在主軸選材和熱處理方面，提高硬度，紅硬性，熱強(qiáng)度，有助于提高抗咬死能力。實(shí)踐證明：抗咬死能力依65Mn鋼中頻淬火、GCr15鋼中頻淬火、38CrMoAlA滲氮鋼滲氮處理的順序而提高。不同工作條件下的磨床主軸選用材料和熱處理的參考表序號(hào)工作條件材 料熱處理硬 度原 因11） 與滑動(dòng)軸承配合2） 承受中等載荷，轉(zhuǎn)速較高（PV<400N.m/（cm2.s）3） 承受較高的交變和沖擊載荷4） 精度要求較高40Cr（40MnVB）調(diào)質(zhì)處理220250HB或250280HB1） 調(diào)制后主軸有較高的強(qiáng)度和韌性2）

5、 為獲得良好的耐磨性選擇表面淬硬3） 配件拆裝部分有一定的硬度軸頸部分表面淬火5257HRC裝拆配件處表面淬硬4853HRC2其他條件同1但精度要求較高，轉(zhuǎn)速亦有提高45Cr（42CrMo）同序號(hào)1表面硬度5661HRC同序號(hào)131） 與滑動(dòng)軸承配合2） 承受中等載荷，轉(zhuǎn)速較高（PV<400N.m/（cm2.s）3） 要求軸頸有更高的耐磨性4） 精度要求較高5） 承受較高的交變載荷，但沖擊載荷較小65Mn調(diào)質(zhì)250280HB1） 調(diào)質(zhì)后有較高的強(qiáng)度2） 表面淬硬后提高耐疲勞性能3） 獲得較高的硬度，提高耐磨性4） 表面馬氏體易粗大，沖擊值低軸頸部分表面淬硬59HRC配件裝拆處表面淬硬50

6、55HRC4其他條件同3但表面硬度和顯微組織要求更高GCr159Mn2V同序號(hào)3250280HB59HRC1） 獲得較高的表面硬度和良好的耐磨性能2） 超精磨性能好，粗糙度易降低51） 與滑動(dòng)軸承配合2） 承受載荷，轉(zhuǎn)速很高3） 精度要求極高，軸隙0.003mm4） 承受很高的疲勞應(yīng)力和沖擊載荷38CrMoAlA正火或調(diào)質(zhì)250280HB1） 有很高的心部強(qiáng)度2） 達(dá)到很高的表面硬度，不易磨損保持精度穩(wěn)定3） 優(yōu)良的耐疲勞性能4） 畸變最小滲氮900HV同上同上65鋼的性能特點(diǎn)及應(yīng)用65號(hào)鋼屬于中高碳彈簧鋼，在適當(dāng)熱處理或冷作硬化后具有較高強(qiáng)度與彈性，其焊接性不好，易形成裂紋，可切削性差，冷變

7、形塑性低，淬透性不好，一般采用油淬，大截面零件采用水淬油冷或正火處理進(jìn)行硬化。其特點(diǎn)是在相同組態(tài)下疲勞強(qiáng)度可與合金彈簧鋼相當(dāng)。65鋼用于制造彈簧、彈簧圈、各種墊圈、離合器以及制造一般機(jī)械中的軸、軋 輥、偏心軸等。65鋼的化學(xué)成分鋼號(hào)CSiMnCrNiCuPS650.620.700.170.370.500.800.250.250.250.0350.03565鋼中Mn的含量為0.500.80%，比65Mn鋼低0.4%。Mn能夠強(qiáng)化鐵素體，降低G，使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，提高鋼的淬透性；Mn是奧氏體形成元素，降低鋼的A1溫度，促進(jìn)晶粒長大，增加鋼的過熱敏感性；Mn促進(jìn)有害元素在晶界上的偏聚，增大鋼

8、的回火脆性的傾向；Mn強(qiáng)烈地降低鋼的Ms溫度，因此增加了淬火鋼中的AR；Mn擴(kuò)大區(qū)的作用較大，與-Fe無限互溶，所以鋼中含Mn量大時(shí)，在室溫下可獲得奧氏體。Mn與硫易形成MnS，所以能減輕或消除鋼的熱脆性。Mn與氧容易形成MnO，因此是較好的脫氧劑。三、熱處理工序3.1工藝流程鍛造退火粗車調(diào)質(zhì)精車感應(yīng)淬火-回火-磨削穩(wěn)定化處理。3.2熱處理工藝參數(shù)設(shè)定表3-2-1 65鋼臨界溫度及常規(guī)熱處理工藝參數(shù)臨界溫度/退 火正 火Ac1Ac3Ms溫度/冷卻方式硬度HBS溫度/冷卻方式硬度HBS727752265Ar1Ar3Mf680700爐冷210820860空冷-696730-淬 火回 火溫度/淬火介

9、質(zhì)硬度/HRC不同溫度回火后的硬度值HRC常用回火溫度范圍/淬火介質(zhì)硬度HRC150200300400500550600650800水62636358504537322824320420水/油3548磨床砂輪主軸的熱處理工藝退火：鍛后800X3h爐冷至550出爐空冷調(diào)質(zhì)：820X2.5h，先鹽水淬冷20s再油冷，然后600X4h回火，空冷感應(yīng)淬火：精車后進(jìn)行中頻感應(yīng)淬火，使用ZP-100，2500Hz設(shè)備，參數(shù)見表3-2-2回火：160X4h時(shí)效：粗磨后160X10h20mm段的兩邊及錐體段硬度允許低至50HRC 表3-2-2 磨床砂輪主軸中頻淬火參數(shù)淬火部位功率（kW）移動(dòng)速度（mm/min

10、）溫度（）感應(yīng)器尺寸（mm）淬火介質(zhì)100X22414350110130820115X29噴水125X2050同時(shí)加熱840135X34噴霧空冷20s熱處理工藝實(shí)施要點(diǎn)調(diào)質(zhì)處理中的淬火冷卻方式采用的是雙液淬火（水淬油冷）法，即先在濃度為5%10%的鹽水中淬冷20s后，隨即轉(zhuǎn)入油中冷至室溫。然后再進(jìn)行600X4h的高溫回火。軸類零件淬火時(shí)，一般采用頂尖定位，但力量應(yīng)適當(dāng)。否則較細(xì)的軸易產(chǎn)生彎曲變形。無法用頂尖定位的工件，可采用定位套或軸向定位卡套；若為階梯軸應(yīng)先淬直徑小的部分，后淬直徑大的部分。3.3熱處理工藝解析退火 其目的為消除鍛造工藝造成的組織缺陷，起到均勻組織、細(xì)化晶粒、改善切削加工性能

11、的作用。65鋼在鍛造后有殘余應(yīng)力，根據(jù)表3-3-1正火與退火工藝應(yīng)用范圍，選擇去應(yīng)力退火，先加熱至800，保溫3h然后爐冷至550后出爐空冷。表3-3-1正火與退火工藝應(yīng)用范圍工藝名稱目 的應(yīng) 用正火（1）提高低碳鋼的硬度，改善切削加工性（2）細(xì)化晶粒改善組織（如消除魏氏組織、帶狀組織、大塊狀鐵素體和網(wǎng)狀碳化物）為最后熱處理做組織準(zhǔn)備（3）消除內(nèi)應(yīng)力，提高低碳鋼性能，作為最后熱處理（1）主要用于低中碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛件消除應(yīng)力和淬火前的預(yù)備熱處理，消除網(wǎng)狀碳化物，為球化退火做準(zhǔn)備，細(xì)化組織。（2）用于淬火返修件，消除內(nèi)應(yīng)力和細(xì)化組織，以防重淬時(shí)產(chǎn)生變形和開裂完全退火（1）細(xì)化晶粒（2）消

12、除魏氏組織和帶狀組織（3）降低硬度，提高塑形，利于切削加工（4）消除內(nèi)應(yīng)力（5）對于鑄件可消除粗晶，提高沖擊韌性、塑形和強(qiáng)度（1）用于中碳鋼和中碳合金鋼鑄、焊、鍛制件等。也可用于高速鋼、高合金鋼淬火返修前的退火，細(xì)化組織、降低硬度、改善可加工性、消除內(nèi)應(yīng)力。（2）用于亞共析鋼的預(yù)先熱處理等溫退火（1）采用等溫退火，由于奧氏體等溫分解是在恒溫下進(jìn)行，因而所得到的珠光體組織均勻（特別是對于大截面的零件），從而獲得均勻的力學(xué)性能（2）采用等溫退火，可以使采用一般退火方法難于得到珠光體組織的鋼得到珠光體，以利切削加工，并縮短生產(chǎn)周期（1）可根據(jù)等溫退火的目的，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，特別是亞共析鋼和共析鋼（

13、2）合金鋼的退火，幾乎用等溫退火代替歷來采用的完全退火去應(yīng)力退火（1）消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸、減少加工和使用過程中的變形（2）降低硬度，便于切削加工（1）消除中碳鋼和中碳合金鋼由于冷、熱加工形成的殘留應(yīng)力（2）用于鑄鍛件和焊接件（3）對于高精度零件，為消除切削加工后的應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，采用更低溫度長時(shí)間保溫調(diào)質(zhì) 賦予主軸整體良好的綜合力學(xué)性能。加熱方法：熱爐裝料。理由：縮短加熱時(shí)間，節(jié)省能源。加熱介質(zhì)：鹽浴加熱。理由：減小開裂傾向。 淬火加熱溫度為820。淬火加熱溫度確定依據(jù)：65鋼屬于彈簧鋼，淬火加熱溫度在Ac1Accm范圍時(shí)，加熱狀態(tài)為細(xì)小奧氏體晶粒和未溶解碳化物，淬火后得到隱晶馬氏體和均勻分

14、布的球狀碳化加熱溫度物。這種組織不僅有高的強(qiáng)度和硬度、高的耐磨性，而且有很好的韌性。如果淬火加熱溫度過高，碳化物溶解，奧氏體晶粒長大，淬火后得到片狀馬氏體，其顯微裂紋增加，脆性增大，淬火開裂傾向也增大。由于碳化物的溶解，奧氏體中含碳量增加，淬火后殘余奧氏體量增多，鋼的硬度和耐磨性降低。保溫時(shí)間2.5h：表3-3-2保溫時(shí)間系數(shù)（min/mm）工件材料直徑/mm600氣體介質(zhì)爐中預(yù)熱800900氣體介質(zhì)爐中加熱7509850鹽浴爐爐中加熱或預(yù)熱11001300氣體介質(zhì)爐中加熱碳素鋼50>501.01.21.21.50.30.40.40.5低合金鋼50>501.21.51.51.80.

15、450.50.50.55高合金鋼高速鋼0.350.40.650.850.30.350.30.350.170.20.160.18 調(diào)質(zhì)處理中的淬火冷卻方式采用的是雙液淬火（水淬油冷）法，即先在濃度為5%10%的鹽水中淬冷20s后，隨即轉(zhuǎn)入油中冷至室溫。 雙液淬火減少了馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)截面上的溫度差，使熱應(yīng)力降低，還有利于工件各部分溫度趨于均勻，使馬氏體轉(zhuǎn)變的不同時(shí)現(xiàn)象減少。淬火溫度選擇在250附近。分級(jí)淬火后處于奧氏體狀態(tài)的工件具有較大塑（相變超塑性），因而創(chuàng)造了進(jìn)行矯直和矯正的條件。 冷卻介質(zhì)：油冷隨著油溫的升高，油會(huì)變稀，而增加流動(dòng)性，冷卻能力加強(qiáng)，改進(jìn)了淬火效果。在200300馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷卻

16、非常緩慢，減少了工件的變形和開裂傾向。為得到較高硬度的馬氏體組織選擇在油中冷卻，對于淬透性不好的65鋼選用普通淬火油。65鋼的淬火臨界直徑鋼號(hào)淬火介質(zhì)靜 油20 水40 水20 5%NaCl水溶液65122419.525.5油淬表面硬度與有效厚度的關(guān)系截面 硬度材料<55115152525363643435151616562636062536042533742373837淬火后600回火 理由：淬火后采用高溫回火，以得到回火索氏體組織，進(jìn)而獲得良好的綜合機(jī)械性能。淬火后回火硬度與回火溫度的關(guān)系見表3-2-1。中頻感應(yīng)加熱表面淬火 根據(jù)所要求的硬化層深度來確定感應(yīng)加熱的頻率。由于主軸尺寸較

17、大、淬硬層深度要求2mm，故選用中頻感應(yīng)加熱表面淬火。中頻感應(yīng)加熱表面淬火可賦予主軸表面高硬度、高耐磨性及高德疲勞強(qiáng)度。中頻感應(yīng)表面淬火的特點(diǎn)與高頻感應(yīng)加熱表面淬火類同。低溫回火 保證主軸表面的高硬度、高耐磨性及疲勞強(qiáng)度，減少內(nèi)應(yīng)力，降低脆性?；鼗饡r(shí)間依據(jù)：回火時(shí)間是從工件入爐后爐溫升至回火溫度時(shí)開始計(jì)算的。可參考經(jīng)驗(yàn)公式： t= Kn + An*D式中 t回火時(shí)間；（min）Kn回火時(shí)間基數(shù)；An 回火時(shí)間系數(shù)； D零件有效厚度；（mm） 熱處理手冊中Kn 和 An的推薦值見表3-3-1表3-3-3：Kn及An的推薦值回火條件300以上300450450以上箱式爐鹽浴爐箱式爐鹽浴爐箱式爐鹽浴

18、爐Kn1201202015103An10.410.410.4低溫時(shí)效 進(jìn)一步減少精機(jī)械加工造成的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定主軸尺寸 低溫時(shí)效是在中頻淬火及半精加工之后進(jìn)行的，其主要作用是消除殘余磨削應(yīng)力及穩(wěn)定淬火后的殘余奧氏體。一般選擇低于中頻后低溫回火溫度。為了保證絲杠的高精度，使變形量控制在最小程度，還需在160oC的低溫回火爐中進(jìn)行低溫、較長時(shí)間的時(shí)效處理，進(jìn)一步消除殘余內(nèi)應(yīng)力。其保溫時(shí)間為10h，然后出爐空冷。查閱相關(guān)資料可知，工件內(nèi)的應(yīng)力松弛能力主要決定于加熱溫度，在一定溫度下應(yīng)力的松弛又主要發(fā)生在開始一個(gè)階段，繼續(xù)延長低溫時(shí)效時(shí)間至10h，應(yīng)力松弛的曲線趨于平緩。由于時(shí)效溫度較低，一般在油浴爐

19、或空氣爐中進(jìn)行，保溫后在空氣中冷卻。四、工藝曲線圖4-1熱處理工藝圖五、熱處理后的檢驗(yàn)5.1熱處理后檢驗(yàn)方法 1、使用態(tài)的顯微組織應(yīng)為細(xì)針狀回火馬氏體+均勻分布的碳化物。 2、中頻感應(yīng)加熱表面淬火后，淬硬層深度應(yīng)2mm，硬度應(yīng)59HRC。 5.2熱處理規(guī)范及操作守則去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下的適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間后逐漸緩慢冷卻的工藝方法。其目的是為了去除由于機(jī)械加工、變形加工、鑄造、鍛造、熱處理以及焊接后等產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 1. 不同的工件去應(yīng)力退火工藝參數(shù)見下表 2. 去應(yīng)力退火的溫度，一般應(yīng)比最后一次回火溫度低2030，以免降低硬度及力學(xué)性能。

20、60;3. 對薄壁工件、易變形的焊接件，退火溫度應(yīng)低于下限去應(yīng)力退火工藝參數(shù)表：類別加熱速度加熱溫度保溫時(shí)間冷卻時(shí)間焊接件300裝爐100150/h50055024爐冷至300出爐空冷清除加工應(yīng)力到溫裝爐40055024爐冷或空冷高精軸套、膛桿（38CrMoAl）200裝爐80/h6006501012爐冷至200出爐（在350以上冷速50/h）精密絲桿（T10）200裝爐80/h5506001012爐冷至200出爐（在350以上冷速50/h）主軸、一般絲桿（45、40Cr）隨爐升溫55060068爐冷至200出爐量檢具、精密絲桿（T8、T10、CrMn、GGr15）隨爐升溫1301801216

21、空冷（時(shí)效最好，在油中時(shí)效）調(diào)質(zhì)操作一、工件浸入淬火介質(zhì)應(yīng)遵循的守則 1、工件浸入淬火介質(zhì)前在空氣中預(yù)冷可以減少畸變，預(yù)冷時(shí)間t=12+(34)d，d是危險(xiǎn)截面厚度。2、工件在淬火介質(zhì)中應(yīng)根據(jù)其形狀，沿不同方向作適當(dāng)移動(dòng)，以提高介質(zhì)的冷卻速度和減少工件畸變。3、軸類和圓筒形工件，從加熱爐中取出后，應(yīng)預(yù)冷片刻，垂直浸入淬火槽。 4、淬火后的工件應(yīng)及時(shí)回火，通常室溫停留時(shí)間不超過4小時(shí)。 5、回火時(shí)，在回火脆性范圍內(nèi)，采用油冷。 調(diào)質(zhì)處理后續(xù)操作注意事項(xiàng)： 1、當(dāng)爐溫達(dá)到達(dá)到工藝溫度時(shí)，用吊車將以準(zhǔn)備好的工件料架吊進(jìn)爐內(nèi)，蓋好鍋蓋后，爐溫略有下降，待升至工藝溫度記錄加熱時(shí)間。 2、到達(dá)加熱時(shí)間后，

22、打開爐門，用鐵鉤將軸逐根勾出迅速進(jìn)入硝鹽槽冷卻，冷卻時(shí)上下竄動(dòng)。 3、因軸細(xì)長，冷卻后可能變形超差，所以從冷卻槽取出后立即清理表面，進(jìn)行熱矯直。 4、熱矯直后清洗干凈進(jìn)行回火，回火后檢查硬度，硬度合格后再進(jìn)行矯直。校直后檢查直線度，達(dá)到技術(shù)要求后轉(zhuǎn)下道工序。二、質(zhì)量檢驗(yàn)方法： 1、外觀檢查，工件表面不允許有裂紋和有害的傷痕（必要時(shí)可用磁粉檢測或其他無損檢測方法檢測）2、用布氏硬度、洛氏硬度或維氏硬度測量硬度。表面硬度硬度必須滿足技術(shù)要求，表面硬度的誤差范圍，根據(jù)不同類型如下表:淬、回火件硬度要求范圍表面硬度誤差范圍HRC單件同一批件<353550>50<353550>5

23、0特殊重要件333555重要件444766一般件655977 3、金相組織，觀察顯微組織，淬火組織是否是馬氏體，回火后組織是否是索氏體組織。中頻感應(yīng)加熱表面淬火一、感應(yīng)加熱淬火操作要點(diǎn)：1、 待處理工件表面應(yīng)無裂紋、傷痕、黑皮、毛刺、油污、和脫碳層等。2、 設(shè)計(jì)制造或選用感應(yīng)器、噴水器時(shí)，其結(jié)構(gòu)形狀和尺寸應(yīng)能滿足工藝要求。3、 感應(yīng)器與工件在處理過程中應(yīng)保持合適的相對位置。4、 正確選擇電參數(shù)，使設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)。5、 工件表面溫度測量采用光電高溫計(jì)或紅外輻射溫度計(jì)，連續(xù)跟蹤測量控制和調(diào)整設(shè)備工作參數(shù)。6、 根據(jù)材料、工件形狀、尺寸、以及加熱方法和所要求的硬化層深度，合理地確定冷卻參數(shù)，如

24、冷卻方法、冷卻介質(zhì)（類型、溫度、濃度、壓力及流量）及冷卻時(shí)間等。7、 軸類零件的圓角不要求淬火強(qiáng)化時(shí)，硬化層離開圓角應(yīng)有一定的距離（如68mm），使硬化區(qū)與非硬化區(qū)交界處的殘余拉應(yīng)力遠(yuǎn)離圓角，以提高疲勞強(qiáng)度。8、 工件表面有溝槽、油孔時(shí)，因感應(yīng)電流集中引起局部過熱，可采用鐵屑堵塞，使感應(yīng)電流分布均勻。二、 感應(yīng)淬火質(zhì)量檢查 1）外觀檢驗(yàn)工件表面不得有熱河形式的裂紋；不得有后序加工余量13的銹蝕和灼傷等缺陷。一般工件100%目測檢驗(yàn)；重要工件應(yīng)100%進(jìn)行無損檢測。 2）表面硬度檢驗(yàn)淬火區(qū)域范圍的檢驗(yàn)，依據(jù)硬度計(jì)測得的硬度確定，或根據(jù)淬火區(qū)的顏色用卡尺或鋼直尺測定。形狀復(fù)雜或無法用硬度計(jì)測量的工

25、件，可用硬度筆或銼刀進(jìn)行檢測。 3）有效硬化層深度檢驗(yàn)形狀簡單的工件硬化層深度波動(dòng)范圍有效硬化層深度mm硬化層深度波動(dòng)范圍mm有效硬化層深度mm硬化層深度波動(dòng)范圍mm單件同一批次單件同一批件1.50.20.43.55.00.81.01.52.50.40.6>51.01.52.53.50.60.84）金相組織檢驗(yàn) 感應(yīng)淬火后的金相組織，按馬氏體大小分10級(jí)。其中，46級(jí)，即細(xì)小馬氏體為正常組織；13級(jí)為粗大或中等大小的馬氏體，是由于加熱溫度偏高造成的；710級(jí)組織中有未溶鐵素體或網(wǎng)狀托氏體，是由于加熱溫度偏低或冷卻不足產(chǎn)生的。 5）變形度檢驗(yàn)感應(yīng)淬火、回火后的變形量，根據(jù)工件圖樣和工藝文件

26、的規(guī)定檢驗(yàn)。其中，軸類工件的直線度不得超過加工余量的13. 6）硬化區(qū)和硬化層不同形狀結(jié)構(gòu)的工件，表面淬火后的合理硬化區(qū)和硬化層深度，應(yīng)符合以下規(guī)定：a) 軸類工件端頭在一次加熱淬火時(shí)，允許有23mm的過渡區(qū)；連續(xù)加熱是允許有28mm的過渡區(qū)。b) 局部淬火的工件允許誤差為±3mm。c) 階梯軸高頻感應(yīng)淬火后，允許在階梯處有一定寬度的未淬硬區(qū)，即直徑差小于10mm時(shí)未淬硬區(qū)小于5mm；直徑差為1020mm時(shí)未淬硬區(qū)小于8mm；直徑大于20mm時(shí)未淬硬去小于12mm.d) 淬火部分帶槽的軸，在槽兩端應(yīng)倒角23mm。如不能倒角，則兩端允許有<8mm的軟帶，其硬度可低于圖樣規(guī)定下限1

27、5HRC。e) 如果淬火部分有槽或孔，而孔或槽距軸段小于8mm時(shí)，則允許該處小于8mm不淬硬。f) 有空刀槽的軸，距空刀槽處允許有不大于5mm的軟帶，其硬度可低于圖樣規(guī)定下限15HRC。g) 軸的端面與軸均需要淬火時(shí)，允許一個(gè)表面上有8mm的回火帶，或允許有一面距邊緣5mm不淬硬。六、熱處理材料組織性能分析6.1 組織分析1、去應(yīng)力退火后得到的是室溫平衡組織,即珠光體加滲碳體。2、調(diào)質(zhì)淬火后組織為馬氏體，如果加熱溫度不足或冷卻速度過慢，就有可能生成非馬氏體組織如鐵素體、托氏體等。溫度過高，可能產(chǎn)生過燒、過熱、 加熱溫度超過該鋼正常淬火溫度，鋼中奧氏體晶粒顯著粗大，超過技術(shù)要求的晶粒度，淬火后獲

28、得粗大馬氏體組織。過共析鋼加熱溫度過高，淬火后殘留奧氏體量過多。淬火介質(zhì)冷卻能力不夠或冷卻操作不合理，致使形成部分珠光體類組織。淬火后再進(jìn)行回火，滲碳體會(huì)發(fā)生聚集長大。當(dāng)回火溫度高于400時(shí)，碳化物即已開始聚集和球化；當(dāng)溫度高于600時(shí)，細(xì)粒狀碳化物將迅速聚集并粗化。碳化物的球化、長大過程是按照小顆粒溶解、大顆粒長大的機(jī)制進(jìn)行的。最后回復(fù)或再結(jié)晶了的 相加顆粒狀滲碳體的混合組織為回火索氏體，具有良好的綜合機(jī)械性能。 3、中頻感應(yīng)淬火后，零件表面獲得高硬度的馬氏體組織，而心部仍然保持韌性和塑性較好的回火索氏體組織。如果加熱溫度過低，則所得表面硬度不足且淬層很薄。4、低溫回火，使孿晶馬氏體中過飽和

29、碳原子沉淀析出彌散分布的碳化物，既可提高鋼的韌性，又保持了鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性；低溫回火以后得到回火馬氏體及在其上分布的均勻細(xì)小的碳化物顆粒。減少了殘余奧氏體的量，得到較好的綜合機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性。感應(yīng)淬火+低溫回火后保溫時(shí)零件的組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w，經(jīng)感應(yīng)淬火+低溫回火轉(zhuǎn)化為回火馬氏體。感應(yīng)淬火+低溫回火后冷卻到室溫后的組織及性能，感應(yīng)淬火+低溫回火后冷卻到室溫后的組織為回火馬氏體，保證主軸表面的高硬度，高耐磨性，高疲勞強(qiáng)度減少內(nèi)應(yīng)力，降低脆性。 5、穩(wěn)定化處理可使淬火馬氏體析出高度彌散的超微細(xì)碳化物。其作用與低溫回火類似.6.2 熱處理缺陷及控制方法6.2.1淬火畸變類型及其形成原因

30、1、體積變化，熱處理前后各種組織比體積不同是引起體積變化的主要原因。由馬氏體貝氏體珠光體奧氏體的比體積依次減少。 2、形狀畸變，工件各部位相對位置或尺寸發(fā)生變化。引起的原因可能是a加熱溫度不均，形成的熱應(yīng)力引起畸變或工件在爐中放置不合理，在常溫下常因自重產(chǎn)生蠕變畸變。B.加熱時(shí)，隨加熱溫度升高，鋼的屈服強(qiáng)度降低，已存在于工件內(nèi)部的殘留應(yīng)力（冷變形，機(jī)加工等）達(dá)到高溫下的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引起工件不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘留應(yīng)力松弛。C.淬火冷卻時(shí)的不同時(shí)性形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部塑性變形。 3、工件淬不透時(shí)，截面尺寸越大，淬硬層越淺，熱應(yīng)力畸變傾向越大。 4、淬火加熱溫度高，冷卻速

31、度快，熱應(yīng)力和組織應(yīng)力畸變都有增大的趨勢。減少淬火畸變的途徑和方法。 5、采用合理的熱處理工藝 降低淬火加熱溫度對減少熱應(yīng)力和組織應(yīng)力畸變都有作用；緩慢加熱或?qū)ぜM(jìn)行預(yù)熱，可減少加熱過程中的熱畸變；可采用快速加熱，來減少畸變的產(chǎn)生；合理捆扎和吊掛工件；采用使工件垂直浸入淬火介質(zhì)。 6、合理的鍛造和預(yù)先熱處理。淬火開裂淬火裂紋是熱處理應(yīng)力超過材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)引起的開裂現(xiàn)象。裂紋呈斷續(xù)的串聯(lián)分布，斷口有淬火油或鹽水痕跡，無氧化色，裂紋兩側(cè)無脫碳現(xiàn)象。產(chǎn)生裂紋原因：1、冷卻不當(dāng)。在Ms溫度以下快冷，因組織應(yīng)力過大引起開裂。2、在淬硬層與非淬硬層交界處易形成淬火裂紋。3、具有最危險(xiǎn)淬裂尺寸的工件易形

32、成淬火裂紋。水淬時(shí)約為815mm；油淬時(shí)為2540mm。4、嚴(yán)重脫碳表面易形成網(wǎng)狀裂紋。脫碳層馬氏體比體積小，受到拉應(yīng)力作用，易形成網(wǎng)狀裂紋。 5、加熱溫度過高，引起晶粒粗化，晶界弱化，鋼的淬斷強(qiáng)度降低，淬火易開裂。6、原材料存在顯微裂紋，非金屬夾雜物，嚴(yán)重碳化物偏析淬火開裂傾向增大。7、也可能有鍛造裂紋，過燒裂紋。8、深冷處理因急冷急熱形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都比較大，且低溫時(shí)材料的脆斷強(qiáng)度低，易產(chǎn)生淬火開裂。9、淬火后未及時(shí)回火，工件內(nèi)部的顯微裂紋在淬火應(yīng)力作用下擴(kuò)展形成宏觀裂紋。防止淬火開裂的措施：1）原材料應(yīng)避免顯微裂紋及嚴(yán)重的非金屬夾雜物和碳化物偏析。2）對工件易開裂部位，如尖角、薄壁

33、、孔等進(jìn)行局部包扎。3) 淬火后及時(shí)回火。硬度不足及其預(yù)防措施：序號(hào)淬火硬度不足的原因控制措施1介質(zhì)冷卻能力差，工件表面有鐵素體、托氏體等非馬氏體組織。1） 采用冷速較快的淬火介質(zhì)2） 適當(dāng)提高淬火加熱溫度2淬火加熱溫度低，或預(yù)冷時(shí)間長，淬火冷卻速度低，出現(xiàn)非馬氏體組織1） 確保淬火加熱溫度正常2） 減少預(yù)冷時(shí)間3碳鋼或低合金鋼采用水油，雙介質(zhì)淬火時(shí)，在水中停留時(shí)間不足，或從水中提出零件后，在空氣中停留時(shí)間過長嚴(yán)格控制零件在水中停留時(shí)間及操作規(guī)范4鋼的淬透性差，且工件截面尺寸大，不能淬硬采用淬透性好的鋼5合金元素內(nèi)氧化，表層淬透性下降，出現(xiàn)托氏體等非馬氏體組織而內(nèi)部則為馬氏體組織1） 降低爐內(nèi)

34、氣氛中氧化性組分含量2） 選用冷速快的淬火介質(zhì) 產(chǎn)生軟點(diǎn)的原因及預(yù)防措施：序號(hào)軟點(diǎn)形成原因控制措施1淬火時(shí)工件表面氣泡未及時(shí)破裂致使氣泡處冷速降低，出現(xiàn)非馬氏體組織1） 增加介質(zhì)與工件的相對運(yùn)動(dòng)速度2） 控制水溫和水中的雜志（油）2工件表面局部的氧化皮、銹斑或其他附著物（涂料）淬火時(shí)未剝落，使冷速降低淬火前清理工件表面3原始組織不均勻，有嚴(yán)重的帶狀組織或碳化物偏析原材料進(jìn)行鍛造和預(yù)先熱處理，使組織均勻化回火缺陷及控制措施：序號(hào)回火缺陷產(chǎn)生原因控制措施1回火硬度偏高回火不足（回火溫度低、回火時(shí)間不夠）提高回火溫度、延長回火時(shí)間2回火硬度低1） 回火溫度過高2） 淬火組織中有非馬氏體1） 降低回火

35、溫度2） 改進(jìn)淬火工藝，提高淬火硬度3回火畸變淬火應(yīng)力回火時(shí)松弛引起畸變加壓回火或趁熱校直4回火硬度不均回火爐溫不均、裝爐量過多爐氣循環(huán)不良爐內(nèi)應(yīng)有氣流循環(huán)風(fēng)扇或減少裝爐量5回火脆性1） 在回火脆性區(qū)回火2） 回火后未快冷引起第二類回火脆性1） 避免第一類回火脆性區(qū)回火2） 在第二類回火脆性區(qū)回火后快冷6網(wǎng)狀裂紋回火加熱速度過快，表層產(chǎn)生多向拉應(yīng)力采用較緩慢的回火加熱速度7回火開裂淬火后未及時(shí)回火形成顯微裂紋，在回火時(shí)裂紋發(fā)展至斷裂減少淬火應(yīng)力，淬火后及時(shí)回火8表面腐蝕帶有殘鹽的零件回火前未及時(shí)清洗回火前應(yīng)及時(shí)清洗殘鹽中頻感應(yīng)淬火： 1、開裂 加熱溫度過高、溫度不均勻；冷卻過急切且不均勻；淬火

36、介質(zhì)及溫度選擇不當(dāng)?shù)榷紩?huì)引起工件開裂。因此加熱溫度及冷卻速度的控制極為重要。 2、淬硬層過深或過淺 加熱功率過大或過??；電源頻率過低或過高；淬火介質(zhì)成分、壓力、溫度不當(dāng)?shù)瓤赡芤鸫阌矊舆^深或過淺。所以應(yīng)該合理選擇淬火設(shè)備。 3、表面硬度過高或過低或不均勻 加熱溫度較低，表面脫碳等將引起表面硬度過高或過低；感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理；加熱不均勻，冷卻不均勻等都會(huì)引起表面硬度不均勻。因此合理選擇感應(yīng)器，嚴(yán)格控制工藝參數(shù)極為重要。 4淬火變形，多數(shù)屬于熱應(yīng)力型翹曲變形。為了控制翹曲變形，應(yīng)減小熱量向心部傳遞，在工藝上可采用透入式加熱，提高比功率，縮短加熱時(shí)間。工件也可采用旋轉(zhuǎn)加熱，能減小彎曲變形。七、加熱設(shè)備根據(jù)工件尺寸及加熱溫度，退火處理選用型號(hào)為RX3-30-9的箱式電阻爐（圖7-1），技術(shù)參數(shù)為：額定功率：30KW，額定電壓：380V，相數(shù)：3，額定溫度：950，爐膛尺寸：950mm×450mm×350mm。調(diào)質(zhì)處理淬火和高溫回火時(shí)均選用型號(hào)為RJ2-125-9的井式電阻爐，技術(shù)參數(shù)為：額定功率：125KW，額定電壓：380V，相數(shù)：3，額定溫度：950，爐膛尺寸：800mm×3000mm。圖7-2為