【精編完整版】熱處理工藝與設(shè)備畢業(yè)論文

畢業(yè)設(shè)計（論文）金屬熱處理工藝與設(shè)備課程設(shè)計題目：高速、輕載或高速、中載，有沖擊的小齒輪齒輪外徑100mm，厚度30mm學(xué)生指導(dǎo)教師專業(yè)汽車檢測與維修層次大學(xué)?？瓢嗉?5大專汽修學(xué)號日期2018.4.30江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院科研處制原創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我個人進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文（設(shè)計）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，已在畢業(yè)論文（設(shè)計）中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)生簽名：時間：年月日關(guān)于論文（設(shè)計）使用授權(quán)的說明本人完全了解《江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）工作條例（暫行規(guī)定）》對：“成績?yōu)閮?yōu)秀畢業(yè)論文（設(shè)計），江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院將有權(quán)選取部分論文（設(shè)計）全文匯編成集或者在網(wǎng)上公開發(fā)布。如因著作權(quán)發(fā)生糾紛，由學(xué)生本人負(fù)責(zé)”完全認(rèn)可，并同意江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院可以以不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播畢業(yè)論文（設(shè)計）的全部或部分內(nèi)容。江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)有權(quán)保留送交論文（設(shè)計）的復(fù)印件和磁盤，允許論文（設(shè)計）被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編論文（設(shè)計）。[保密的畢業(yè)論文（設(shè)計）在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議]學(xué)生簽名：時間：年月日密級：2013年7月12日前言3第一章金屬熱處理課程設(shè)計簡介41.1課程設(shè)計的任務(wù)與性質(zhì)41.2課程設(shè)計的目的41.3設(shè)計內(nèi)容與基本要求41.4設(shè)計步驟51.5設(shè)計材料及零件要求5第二章材料選擇及基本參數(shù)62.1熱處理零件的選材原則62.2材料選擇：72.3材料基本參數(shù)7第三章工藝設(shè)計83.1加工工藝設(shè)計83.2熱處理工藝設(shè)計93.2.1材料的CCT及TTT圖93.2.2熱處理工藝制度的制定93.3熱處理設(shè)備選擇153.3.1預(yù)備熱處理設(shè)備的選擇153.3.2最終熱處理設(shè)備的選擇16第四章結(jié)束語19參考文獻(xiàn)19前言金屬材料的熱處理工藝設(shè)計及實驗操作是一種重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過金屬材料熱處理工藝的金相組織分析、性能檢測等實驗，可以培養(yǎng)學(xué)生掌握熱處理實驗方法、原理及相關(guān)設(shè)備，應(yīng)用熱處理的基本原理和一般規(guī)律對實驗結(jié)果進(jìn)行分析討論，有助于學(xué)生解決問題、分析問題的能力。本課程設(shè)計是在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》﹑《金屬熱處理工藝學(xué)》﹑《失效分析》﹑《金屬力學(xué)性能》等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開設(shè)的，是理論與實踐相結(jié)合的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過該課程設(shè)計，可使學(xué)生在綜合運用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識能力方面得到訓(xùn)練，學(xué)會獨立分析問題和解決問題的方法，提高工程意識和工程設(shè)計能力。熱處理工藝是整個金屬材料工程的一個重要環(huán)節(jié)，它與工件設(shè)計及其它加工工藝之間存在密切關(guān)系。如何實現(xiàn)工件設(shè)計時提出的幾何形狀和加工精度，滿足設(shè)計時所要求的多種性能指標(biāo)，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展對機械零部件﹑工模具等提出的要求愈來愈高。熱處理不僅對鍛造機械加工的順利進(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)過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性和使用壽命，就必須從工件的特點﹑要求和技術(shù)條件，認(rèn)真分析產(chǎn)品在使用過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)模﹑現(xiàn)場條件﹑熱處理設(shè)備提出幾種可行的熱處理方案，最后根據(jù)其經(jīng)濟性﹑方便性﹑質(zhì)量穩(wěn)定性和便于管理﹑降低成本等因素，確定出一種最佳方案。第一章金屬熱處理工藝與設(shè)備課程設(shè)計簡介1.1課程設(shè)計的任務(wù)與性質(zhì)金屬材料熱處理工藝與設(shè)備課程設(shè)計是學(xué)生對熱處理工藝的基礎(chǔ)知識、原理及方法的綜合應(yīng)用及全面訓(xùn)練，進(jìn)一步提高學(xué)生技能，達(dá)到本學(xué)科基本要求的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計，可以培養(yǎng)學(xué)生初步的設(shè)計思想、分析問題和解決問題的能力，根據(jù)實際需要和要求，掌握金屬材料（零件）的選材、加工、熱處理設(shè)計、確定最終的工藝路線、熱處理設(shè)備選用及熱處理缺陷分析等流程的一般方法和步驟；初步培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計基本技能和對工程技術(shù)問題的嚴(yán)肅認(rèn)真、負(fù)責(zé)的態(tài)度。進(jìn)一步理解常用材料的組織的轉(zhuǎn)變過程及熱處理方法，通過課程設(shè)計能夠更好地理解材料成分、組織、結(jié)構(gòu)和性能相互之間的內(nèi)在聯(lián)系；通過本課程設(shè)計，使學(xué)生對所學(xué)習(xí)過的知識有一個系統(tǒng)的、健全的結(jié)構(gòu)把握，能夠有效地訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力，分析問題和解決問題的能力；通過課程設(shè)計，使學(xué)生了解從材料使用性能、成本要求、加工工藝性能等多方面考慮一個零件的熱處理工藝。1.2課程設(shè)計的目的1、課程設(shè)計屬于《金屬熱處理原理與工藝》課程的延續(xù)，通過設(shè)計實踐，進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握金屬熱處理工藝設(shè)計的一般規(guī)律和方法。2、培養(yǎng)綜合運用金屬學(xué)、材料性能學(xué)、金屬工藝學(xué)、金屬材料熱處理及結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識，進(jìn)行工程設(shè)計的能力。3.培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關(guān)資料及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的能力。4.提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。5.是金屬材料工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)實施的技術(shù)準(zhǔn)備。1.3設(shè)計內(nèi)容與基本要求1.3.1設(shè)計內(nèi)容根據(jù)使用性能要求完成某機器零件或工模具的選材、加工工藝流程、熱處理工藝設(shè)計及缺陷檢驗等項目。包括選材依據(jù)、加工工藝流程及方法、熱處理工藝路線及參數(shù)的確定、熱處理設(shè)備的選擇及操作、材料性能檢測及缺陷檢驗與分析等。1.3.2基本要求1.課程設(shè)計必須獨立的進(jìn)行，每人必須完成不同的某一種鋼材熱處理工藝設(shè)計，能夠較清楚地表達(dá)所采用熱處理工藝的基本原理和一般規(guī)律。2.合理地確定工藝方法、路線、參數(shù)，合理選擇熱處理設(shè)備并正確操作。3.正確利用TTT、CCT圖等設(shè)計工具，認(rèn)真進(jìn)行方案分析。4.正確運用現(xiàn)代材料性能檢測手段，進(jìn)行金相組織分析和材料性能檢測等。5.課程設(shè)計說明書力求用工程術(shù)語，文字通順簡練，字跡工整，圖表清晰。1.4設(shè)計步驟1.根據(jù)零件服役條件合理選擇材料及提出技術(shù)要求。2.零件按材料、形狀、尺寸、重量和性能要求等確定其熱處理工藝方法、路線及相關(guān)參數(shù)。3.選擇熱處理設(shè)備及溫度控制方式、冷卻介質(zhì)。4.熱處理工藝實例。5.熱處理后材料性能檢測。6.缺陷檢驗與分析。一般根據(jù)零件使用性能及技術(shù)要求，提出所可能實施的幾種熱處理工藝方案，首先從其所可能達(dá)到的性能要求，工藝操作的繁簡及質(zhì)量可靠性等進(jìn)行分析比較，再根據(jù)生產(chǎn)批量的大小，現(xiàn)有設(shè)備條件及國內(nèi)外熱處理技術(shù)發(fā)展趨勢，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟分析，確定最佳熱處理工藝方案。1.5設(shè)計材料及零件要求零件：高速、輕載或高速、中載，有沖擊的小齒輪；要求：滲碳,淬火,低溫回火,HRC56—62；大?。和鈴?00mm；材料：20鋼。第二章材料選擇及基本參數(shù)2.1熱處理零件的選材原則2.1.1使用性原則使用性原則是零件在使用中應(yīng)該具有的性能，這是保證零件完成規(guī)定功能的必要條件。在選材之前必須了解零件承受的負(fù)載類型及大小，所處工作環(huán)境和介質(zhì)溫度等服役條件。服役條件不同，性能要求也不一樣。如：螺栓、拉桿等承受拉伸載荷的工件要求有較高的屈服強度和抗拉強度；承受交變載荷的半軸、曲軸等除了應(yīng)具備良好的綜合機械性能外，還應(yīng)有高的疲勞強度；而沖模、齒輪、銑刀等則要求有高的表面硬度。2.1.2工藝性原則零件毛坯主要有鑄件、鍛件、焊接件和型材四種，熟悉材料的加工工藝過程和材料的工藝性能，使所選材料比較容易加工成工件，在選材時必須考慮材料的加工工藝性能。從原材料到成品件，不同的工作經(jīng)過了不同的冷、熱加工工藝，從工藝性出發(fā)，選材可按下列技術(shù)路線進(jìn)行：2.1.3經(jīng)濟性原則選材要講經(jīng)濟效益，即應(yīng)計算所得與所費、投入與產(chǎn)出、有用效果與、勞動消耗，要對它們進(jìn)行評價和比較，從中選擇最合適的不一定是最好的或單價最貴的材料，以最好的消耗量得到最大的效益，這就是經(jīng)濟性原則。2.2材料選擇選擇20鋼材料。零件設(shè)計：試樣為外徑100mm的小齒輪。齒輪主要用于傳遞扭矩和調(diào)節(jié)速度，其工作時的受力情況是：1.由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變彎曲應(yīng)力；2.換擋，啟動或嚙合不均時，齒根承受一定沖擊載荷；3.齒面相互滾動或滑動接觸，承受很大的接觸壓應(yīng)力及摩擦力的作用。按照工作條件的不同，齒輪的失效形式主要有以下幾種：1.疲勞段裂：主要從根部發(fā)生，齒輪最嚴(yán)重的失效形式，常常因為一齒斷裂引起數(shù)齒或所有齒斷裂；2.齒面磨損：由于齒面相互接觸摩擦，使齒厚變??；3.齒面接觸疲勞破壞：交變應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微裂紋，微裂紋的發(fā)展，引起點狀剝落；4.過載斷裂：主要是沖擊載荷過大造成的斷齒。根據(jù)齒輪的工作條件及失效形式，對齒輪的性能要求如下：1.高的彎曲疲勞強度；2.高的接觸疲勞強度和耐磨性；3.較高的強度和沖擊韌度。2.3材料基本參數(shù)20鋼材料簡介材料名稱：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號：20鋼20代表這種鋼的含碳量在0.2左右。20鋼材料的性能及用途性能：強度比15號鋼稍高，很少淬火，無回火脆性。冷變形塑性高、一般供彎曲、壓延、彎邊和錘拱等加工，電弧焊和接觸焊的焊接性能好，氣焊時厚度小，外形要求嚴(yán)格或形狀復(fù)雜的制件上易發(fā)生裂紋。切削加工性冷拔或正火狀態(tài)較退火狀態(tài)好、一般用于制造受力不大而韌性要求高的。該鋼屬于優(yōu)質(zhì)低碳碳素鋼，冷擠壓、滲碳淬硬鋼。該鋼強度低，韌性、塑性和焊接性均好?？估瓘姸葹?55~500MPa，伸長率≥24%。用途：常用于制造受力不大，韌度較高的結(jié)構(gòu)件和零件以及制造強度要求不太高的滲碳受磨零件,如焊接容器、螺母、螺釘、凸輪、齒輪等。表120鋼材料化學(xué)成分牌號C化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%SiMnCrNiCu≤200.17~0.230.17~0.370.35~0.650.250.300.25表220鋼材料力學(xué)性能機械性質(zhì)硬度（HB）156抗拉強度Mpa屈服強度Mpa伸長率面積縮減沖擊功（J）無%%≥420≥250≥25≥55第三章工藝設(shè)計3.1加工工藝設(shè)計材料的加工工藝路線是比較復(fù)雜的，根據(jù)對工件性能要求的不同，熱處理在加工工藝路線中的位置通常有以下三種情況：毛坯→正火（退火）→機械加工→工件成品（一般工件）毛坯→預(yù)先熱處理（正火、退火或調(diào)質(zhì)）→粗加工→最終熱處理（淬火、回火、化學(xué)熱處理等）→精加工（要求較高的工件）毛坯→預(yù)先熱處理→粗加工→淬火、回火或化學(xué)熱處理→半精加工→穩(wěn)定化處理或化學(xué)熱處理→精加工→穩(wěn)定化處理→工件成品（精密工件）根據(jù)所選20鋼材料的特點及性能要求，該材料的加工工藝路線為：毛坯→預(yù)先熱處理（正火、退火或調(diào)質(zhì)）→粗加工→最終熱處理（淬火、回火、化學(xué)熱處理等）→精加工（要求較高的工件）零件加工工藝具體步驟：鑄造制坯→預(yù)先熱處理（正火）→車削加工→滾、插齒→剃齒→熱處理→磨削加工→修整。鑄造制坯預(yù)先熱處理（正火）:正火的目的是獲得適合后序齒輪切削加工的硬度,防止機加工發(fā)黏和為最終熱處理做組織預(yù)備，以有效減少熱處理變形。車削加工：了滿足高精度齒輪加工的定位要求，齒坯的加工全部采用數(shù)控車床，既保證了內(nèi)孔與端面的垂直度要求，又保證了大批量齒坯生產(chǎn)的尺寸離散小。從而提高了齒坯精度，確保了后序齒輪的加工質(zhì)量。數(shù)控車床加工的高效率還大大減少了設(shè)備數(shù)量，經(jīng)濟性好。滾、插齒：加工齒部所用設(shè)備采用普通滾齒機和插齒機，調(diào)整維護(hù)方便。剃齒：剃齒加工是根據(jù)一對螺旋角不等的螺旋齒輪嚙合的原理，剃齒刀與被切齒輪的軸線空間交叉一個角度，它們的嚙合為無側(cè)隙雙面嚙合的自由展成運動。熱處理：精加工之前的最終熱處理，按照零件所需達(dá)到的性能，最終熱處理工藝為表面滲碳以獲得一定得表面硬度，然后淬火加低溫回火，使零件具備必須的韌度，以及穩(wěn)定合理的心部組織。磨削加工：主要是對經(jīng)過熱處理的齒輪內(nèi)孔、端面、軸的外徑等部分進(jìn)行精加工，以提高尺寸精度和減小形位公差。修整：這是變速器、驅(qū)動橋齒輪裝配前對齒部進(jìn)行磕碰毛刺的檢查清理，以消除它們在裝配后引起噪聲異響。通過單對嚙合聽聲音或在綜合檢查儀上觀察嚙合偏差來完成。3.2熱處理工藝設(shè)計3.2.120鋼材料的CCT及TTT圖從TTT圖可看出，亞共析鋼過冷奧氏體在高溫轉(zhuǎn)變時首先轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體（F），隨著含碳量的減少，C曲線位置往左移，同時Ms、Mf往上移。從該材料CCT圖可看出，隨著過冷奧氏體冷卻方式的不同，得到的最終組織產(chǎn)生很大差異。3.2.2熱處理工藝制度的制定因為20號鋼屬于低碳鋼，所以預(yù)先熱處理采用正火處理，否則硬度太低，機加工發(fā)黏。正火的主要目的是細(xì)化組織，改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態(tài)的組織，為后續(xù)機加工做準(zhǔn)備?！耦A(yù)備熱處理工藝制度的制訂根據(jù)所加工零件的性能要求以及所選20鋼材料的性質(zhì)，選擇預(yù)先熱處理方式為正火。正火鋼號加熱溫度℃保溫時間h冷卻方法硬度HB靜止空氣中冷卻20880~9201~3≤15620鋼正火工藝曲線?加熱速度加熱速度主要與鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關(guān)。為防止變形開裂，應(yīng)該適當(dāng)控制加熱速度。碳鋼和低合金鋼的中、小件的加熱速度一般控制在100～200℃。保溫時間保溫時間可以由經(jīng)驗公式τ=αKD來加以確定。其中為保溫時間系數(shù)，可從工具書查得；k為工件在爐中裝爐形式所相應(yīng)的修正系數(shù)；D為工件的有效厚度。根據(jù)本設(shè)計中零件的相關(guān)尺寸計算，其中k取1，所以保溫時間為：τ=αKD=1.2×1×30=36min。保溫時間系數(shù)見下表單位為（minmm）：冷卻冷卻是淬火的關(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，防止變形和開裂。為此，可根據(jù)C曲線圖（如圖8所示），使淬火工作在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍（650～550℃）進(jìn)行快冷（即與C曲線的“鼻尖”相切），而在較低溫度（300～100℃）時冷卻速度則盡可能小些。冷卻介質(zhì)水冷，冷卻速度較快，是奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的馬氏體，試樣的硬度對比與其他兩種冷卻方式也較高，而油冷的方式較空冷速度較快，所以試樣的硬度比空冷的要大。組織特點材料及狀態(tài)：20鋼處理：900℃加熱保溫后水淬組織及說明：低碳馬氏體，又稱板條狀馬氏體，硬度為46～47HRC。低碳鋼淬火后可得到板條狀馬氏體組織，它的特征是:尺寸大致相同的條狀馬氏體定向平行排列，組成馬氏體束或馬氏體區(qū)域，在區(qū)域與區(qū)域之間位向差較大，一顆原始的奧氏體晶粒內(nèi)可以形成幾個不同取向的區(qū)域。20鋼通過加熱后淬火、回火等處理，可以改善其力學(xué)性能和可加工性，以充分利用它的潛在性能，來制造強度和韌性要求較高的零部件。20鋼的低溫回火處理鋼的回火是一個由淬火馬氏體+殘余奧氏體組織向鐵素體和碳化物轉(zhuǎn)變的擴散相變過程。由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上，消除冷裂紋的手段之一。淬火鋼的硬度高、脆性大，直接使用常發(fā)生脆斷。所以必須進(jìn)行低溫回火處理。低溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，對硬度降低不明顯，因此低溫回火后仍可保持鋼件的高硬度。選定20鋼的回火溫度為150—200℃。因為零件的有效厚度為30mm，所以確定回火保溫時間為1.5h。然后在空氣中冷卻至室溫?；鼗鸷笥捕冗_(dá)58—63HRC，滿足零件設(shè)計要求。低碳鋼回火硬度曲線結(jié)論：低碳鋼低溫回火可以得到較高的強度及一定的塑性與韌性。低碳鋼回火后力學(xué)性能當(dāng)?shù)陀?00℃回火時，強度與硬度下降不多，塑性與韌性也基本不變。這是由于此溫度下僅有碳原子的偏聚而無析出。固溶強化得以保持的緣故。當(dāng)高于300℃回火時，硬度、強度下降明顯，塑性有所上升，沖擊韌性下降至最低，見上圖。這是由于薄片狀θ碳化物析出于馬氏體條間并充分長大，從而降低了沖擊韌性，而α基體因回復(fù)和再結(jié)晶共同作用，提高了塑性，降低了強度。熱處理工藝制度的制定：方案二預(yù)先熱處理正火：由于20鋼硬度太低，切削加工時易產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象，切削加工性能較差。為此，在機械加工前，對其進(jìn)行正火處理，將毛坯在最高溫度950℃的中溫箱式電阻爐加熱至830～850℃，保溫1.5h后在空氣中冷卻。使其硬度適當(dāng)提高，有效地改善切削加工性，并為后續(xù)熱處理做組織準(zhǔn)備。正火鋼號加熱溫度℃保溫時間h冷卻方法硬度HB靜止空氣中冷卻20880~9201~3≤156滲碳：完成齒輪的粗精加工后對其進(jìn)行滲碳處理，增加零件表層的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和碳濃度梯度，從而使齒輪獲得高的表面硬度和耐磨性。零件滲碳后碳原子大量融入奧氏體中，大大提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，Ms點顯著降低，溶入的C越多，滲碳后工件的后續(xù)熱處理難度也越大。考慮到工件的耐磨性能，將表面碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.75%～0.85%為宜，可降低殘余奧氏體的量，滲層碳濃度梯度平緩，滲層力學(xué)性能好。滲碳工藝的制定固體滲碳法原理：滲劑置于鑄鐵、低碳鋼或耐熱鋼罐中，工件埋入滲劑，用該封好，按0.1mm保溫時間τ=αKD=1.2×1×30=36min。④淬火冷卻：采用常見的淬火冷卻方式——油冷淬火，以油為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻，當(dāng)冷至油溫的時候?qū)⒐ぜ〕隹绽?。低溫回火加熱溫度?50～200℃，保溫1.5h。通過回火使工件內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，穩(wěn)定組織和工件的尺寸精度。方案一與方案二的比較比較（一）方案一中滲碳工藝采用液滴式氣體法，方案二中采用固體法。固體法：效率低，勞動條件差，表面碳濃度難控制，但對加熱爐要求低，易于操作。適用于多品種小批量生產(chǎn)和深層滲碳。滴注式氣體滲碳：生產(chǎn)效率高，操作方便，容易實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)，滲層質(zhì)量好，廢氣有污染，但是現(xiàn)在絕大多數(shù)都有了廢氣凈化設(shè)備。適應(yīng)于大批量生產(chǎn)，且使用最為廣泛。在經(jīng)濟性上，也是比較合適的。液體滴劑用量大，生產(chǎn)成本較高。在井式爐中滲碳后直接出爐淬火，工件會氧化和脫碳，對隨后不加工使用零件的質(zhì)量有顯著影響。比較（二）方案一中淬火冷卻方式為水冷，方案二中淬火冷卻方式為油冷。經(jīng)不同冷卻速度的硬度水冷后的組織油冷后得到的組織由上圖可知，水冷和油冷均得到了細(xì)小的馬氏體組織。水冷，冷卻速度較快，是奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的馬氏體，試樣的硬度對比與其他兩種冷卻方式也較高，而油冷的方式較空冷速度較快，所以試樣的硬度比空冷的要大。20鋼淬透性低，水冷比油冷的淬透性好，保持內(nèi)部的塑性和韌性，對于齒輪是比較有利的。比較（三）方案一淬火溫度是900度，方案二是1000度以上左圖是1000度下的金相圖，馬氏體通常是硬而脆的組織，其實只有中碳或高碳鋼在淬火后可得到既硬又脆的高碳馬氏體組織，而低碳鋼淬火后得到的低碳馬氏體其強韌性卻很好。目前很多工廠已廣泛采用低碳鋼或低碳低合金鋼通過高溫淬火和低溫回火處理，以獲得強韌性好的低碳馬氏體組織，從而提高零件的力學(xué)性能和使用壽命，以滿足生產(chǎn)要求和節(jié)省原材料。右圖是在900度下的金相圖，得到的馬氏體一般的板條狀。尺寸大致相同的條狀馬氏體定向平行排列，組成馬氏體束或馬氏體區(qū)域，在區(qū)域與區(qū)域之間位向差較大，一顆原始的奧氏體晶粒內(nèi)可以形成幾個不同取向的區(qū)域。最終方案：綜合考慮技術(shù)性、加工零件的工藝性能、經(jīng)濟性、操作的可行性等各方面，最終選擇方案一作為本組最終熱處理方案。3.3熱處理設(shè)備選擇3.3.1預(yù)備熱處理設(shè)備的選擇?正火設(shè)備的選擇在本設(shè)計中的零件形狀為圓柱形，形狀規(guī)則且比較小，其預(yù)備熱處理的目的為改善零件硬度和韌度，防止零件機加工發(fā)黏，還有細(xì)化組織，改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態(tài)的組織，為后續(xù)機加工做準(zhǔn)備。由于20鋼材料的正火工藝中無需通過氣體保護(hù)進(jìn)行加熱，所以可以采用空氣氣氛直接裝爐加熱；所以正火爐選擇普通中溫箱式電阻爐即可滿足設(shè)計要求。這類爐子由爐體和電氣控制柜組成。爐體由爐架和爐殼、爐襯、爐門、電熱元件及爐門升降機構(gòu)等組成。電熱元件多分布于兩側(cè)墻和爐底。爐內(nèi)溫度均勻度狀態(tài)主要受電熱元件布置，爐門的密封和保溫等狀態(tài)的影響。通常爐膛前端溫度較低。工件在高中、溫箱式電阻爐中加熱主要靠電熱元件和爐壁的熱輻射。根據(jù)形狀、尺寸以及生產(chǎn)批量選擇型號為RX3—15—9的中溫箱式電阻爐作為該凹模的正火熱處理設(shè)備。3.3.2最終熱處理設(shè)備的選擇滲碳和淬火設(shè)備----密封箱式爐滲碳目的：將低碳鋼或低碳合金鋼零件在增碳的活性介質(zhì)（滲碳劑）加熱到高溫，使碳原子滲入表面層，繼之以淬火并低溫回火，使零件表層與心部具有不同成分、組織與性能。組織：表面到中心依次為過共析區(qū)（滲碳體成網(wǎng)狀、粒狀或塊狀），共析區(qū)，亞共析區(qū)（即過渡層），中心組織即為原始組織。淬火的目的：是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。選擇密封箱式爐的理由：齒輪表面要求比較高，也屬于精細(xì)的零件，所以在熱處理過程中盡量減少它的氧化和脫碳。所以當(dāng)工件在可控氣氛中加熱滲碳，并在同一設(shè)備中淬火，克服了加熱和淬火分離在兩個設(shè)備中進(jìn)行的缺點，減小了齒輪的氧化和脫碳，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量，又改善了勞動環(huán)境和減少了環(huán)境污染。投資中等，熱處理質(zhì)量穩(wěn)定，全電腦控制，自動化作業(yè)，操作人員少，工作環(huán)境好，操作、維護(hù)及原料供應(yīng)方便等優(yōu)點,是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、低成本和清潔生產(chǎn)的先進(jìn)熱處理設(shè)備。密封箱式爐型號及主要技術(shù)參數(shù)爐內(nèi)有效最大裝爐重量最高使用額定加熱油槽加熱油槽使淬火油槽體積尺寸（長×寬×高）mm型號溫度功率功率用溫度kg℃kwkw℃UBE—200300×760×35020040095095095095048632.74.04.98.018243048150150150150UBE—400600×900×600UBE—600760×1200×60060082UBE—1000760×1200×8001000120根據(jù)零件尺寸特點及加工性能要求可知，選擇型號UBE—200的密封箱式爐即可符合生產(chǎn)加工要求。工作過程前室用于置換裝出料時所帶入空氣，同時確保工件從加熱轉(zhuǎn)移到淬火、緩冷的過程完全在保護(hù)氣氛下進(jìn)行中間驅(qū)動裝置，可將工件從前室推到加熱室并立即返回到前室，或者將加熱室的工件拉到前室進(jìn)行淬火，驅(qū)動鏈及裝置處于低溫部位。驅(qū)動鏈的移動距離用凸輪開關(guān)控制加熱室由爐襯、輻射管、風(fēng)扇、導(dǎo)風(fēng)馬弗、中爐門等組成。一般加熱溫度為820～860℃。對用連續(xù)式氣體滲碳爐或密填充箱式爐滲碳的齒輪，為細(xì)化晶粒在冷卻裝置中冷至600℃后，再重新加熱至淬火溫度。以甲醇基為主的滴注式氣氛,因氣氛碳勢可控,滲速比較高,工藝操作簡便,在滲碳、碳氮共滲以及奧氏體和鐵素體氮碳共滲等化學(xué)熱處理中獲得了較為廣泛的應(yīng)用。注意事項1.合理的操作規(guī)程。前室排氣管應(yīng)隨排氣量變化而改變排氣口頸，當(dāng)爐壓增高時，應(yīng)打開大口徑排管；當(dāng)氣量減少、爐壓下降時，應(yīng)用小排管排氣2.前室結(jié)構(gòu)防暴。前室在滿足生產(chǎn)要求時盡量較小，前室內(nèi)不應(yīng)存在易存氣體的死角，從加熱室至前室的過道應(yīng)在中間門下部。前室爐門下方設(shè)火簾和點火嘴3.排氣管要合適為防止在爐內(nèi)形成負(fù)壓而從排氣管吸入空氣，常在排氣管頂端安裝一個環(huán)型燃燒器，在其旁邊設(shè)一點火引燃器。4.防爆蓋。常設(shè)于前室頂部5.前世抽真空。可以避免可燃?xì)怏w與空氣混合爆炸6.完善的報警系統(tǒng)。低溫回火—低溫回火箱式爐低溫回火目的：鋼的回火是一個由淬火馬氏體+殘余奧氏體組織向鐵素體和碳化物轉(zhuǎn)變的擴散相變過程，低溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，對硬度降低不明顯，因此低溫回火后仍可保持鋼件的高硬度。選定20鋼的回火溫度為150—200℃。因為零件的有效厚度為30mm，所以確定回火保溫時間為1.5h。然后在空氣中冷卻至