第10章-熱處理工藝設(shè)計

1、出發(fā)點：合理應(yīng)用熱處理新工藝、新技術(shù)，并做到技術(shù)與經(jīng)濟的統(tǒng)一 目標：用最廉價的材料并規(guī)定合理的組織性能要求，以最低的能源消耗、最高的勞動生產(chǎn)率生產(chǎn)出質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的工件，滿足整機及零部件提出的一定要求，同時無公害。 發(fā)展方向：優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、無公害,第10章 熱處理工藝設(shè)計,一、熱處理工藝編制的有關(guān)概念 工藝過程指改變加工對象形狀、尺寸、位置和性質(zhì)等，使之成為半成品或成品的過程。 如鋼材制品，一般有鍛造、鑄造、機加工、熱處理等工藝過程。 熱處理工藝過程在零件整個制造過程中，用熱處理方法改變組織和性能的工藝過程。如正火、滲碳、淬火、回火等,一、熱處理工藝編制的有關(guān)概念 熱處理工序指一個人或

2、一組人在同一場地，對一個或同時對一批工件所連續(xù)完成的那一部分熱處理工藝過程。 熱處理工序是熱處理過程的基本單元。 分類： 基本工序達到熱處理目的不可少的工序，如正火、淬火、滲碳等 輔助工序輔助基本工序更好地實現(xiàn)熱處理目的的工序，如清洗、較直、工件裝夾等 工序又可分為工步，工序中參數(shù)不變的部分,熱處理工藝路線指對熱處理工藝過程中各個工序所安排的程序 熱處理技術(shù)要求一般是熱處理后應(yīng)達到的質(zhì)量指標，也是熱處理質(zhì)量合格與否的檢驗標準。 熱處理工藝規(guī)程指導(dǎo)熱處理工藝實施的規(guī)定性技術(shù)文件，以表格形式給出。 內(nèi)容：零件概況、零件簡圖、技術(shù)要求、各工序的工藝參數(shù)、要求、所用設(shè)備及工裝、質(zhì)量檢驗項目、抽檢率、工

3、時定額及編制人、校對人、審查人、批準人簽名等。 用途指導(dǎo)熱處理各工序生產(chǎn)，生產(chǎn)和管理的依據(jù) 熱處理工藝編制編制熱處理工藝規(guī)程,二、熱處理在加工路線中的位置,1、零件加工工藝路線,零件加工工藝路線對原材料到成品零件經(jīng)過的全部加工工序所安排的程序，包括原材料檢驗、鍛造、鑄造、焊接、切削加工、熱處理等環(huán)節(jié)的全部加工工序。 制定零件加工工藝路線，需考慮冷加工、熱加工的相互配合，結(jié)合實際生產(chǎn)條件，對各工序位置予以合理安排。,2、熱處理類型及在加工路線中的位置,（一）預(yù)備熱處理,退火和正火,目的是消除毛坯中的內(nèi)應(yīng)力，細化晶粒，均勻組織；改善切削加工性；或為最終熱處理做組織準備,二、熱處理在加工路線中的位置

4、,（一）預(yù)備熱處理,調(diào)質(zhì)處理,主要是提高零件的綜合力學(xué)性能，或為以后表面淬火和為易變形的精密零件淬火作組織準備,預(yù)備熱處理一般安排在毛坯件精加工之前,（二）最終熱處理的工序位置,淬火、回火,滲碳,感應(yīng)加熱表面淬火,整體淬火、回火,二、熱處理工序的位置,滲氮,最終熱處理一般安排在半精加工之后、精加工（磨削）之前,整體淬火、回火件的加工路線,下料,鍛造,正火或退火,機械粗加工、半精加工,淬火、低溫回火（中溫回火）,磨削,下料,鍛造,正火或退火,機械粗加工,調(diào)質(zhì),磨削,半精加工,表面淬火件加工路線,下料,鍛造,預(yù)備熱處理 （正火或退火）,機械粗加工,調(diào)質(zhì),機械半精加工,表面淬火、 低溫回火,精加工（

5、磨削）,滲氮的工序位置,下料,鍛造,預(yù)備熱處理,機械粗加工,調(diào)質(zhì),機械精加工,去應(yīng)力退火,滲氮,粗磨,精磨或研磨,不需滲氮部位鍍錫保護，滲氮后磨去。,冷沖模具的加工路線,下料,鍛造,球化退火,機械粗加工、半精加工,淬火、回火,電加工成形,鉗修,二、熱處理在加工路線中的位置,（三）補充熱處理,位置：放在最終熱處理之后 目的：進一步提高零件的組織穩(wěn)定性 如：穩(wěn)定化處理，冷處理,三、熱處理工藝制定原則 熱處理工藝制定應(yīng)遵循以下原則。 (1)工藝的先進性 充分注意采用可靠的熱處理新工藝、新技術(shù)；選用穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)高效的完成熱處理任務(wù)，且能耗低、無污染的設(shè)備和材料 (2)工藝的合理性 熱處理工藝制定應(yīng)最大限

6、度避免產(chǎn)生熱處理缺陷，工藝方法選擇要恰當、參數(shù)要合理、熱處理輔助工序設(shè)置、安排及工藝流程要合理。,(3)工藝的可行性 根據(jù)企業(yè)的熱處理條件、人員結(jié)構(gòu)素質(zhì)、管理水平制定的熱處理工藝才能保證在生產(chǎn)中正常運行。 (4)工藝的經(jīng)濟性 工藝應(yīng)充分利用企業(yè)現(xiàn)有條件，力求流程簡單、操作方便，以最少的消耗獲取最佳的工藝效果。 (5)工藝的可檢查性 現(xiàn)代質(zhì)量管理要求，熱處理屬特種工藝范疇，工藝過程的主要工藝參數(shù)必須記錄，一旦發(fā)生質(zhì)量問題，可以追根溯源。要求工藝參數(shù)的選用依據(jù)相關(guān)技術(shù)標準或經(jīng)過試驗、鑒定，可供檢查。,(6)工藝的安全性 工藝要有充分的安全可靠性，遵守安全規(guī)則，不成熟的工藝要經(jīng)試驗驗證鑒定后方可編入

7、。 (7)工藝的標準化 標準化是工藝質(zhì)量的保證；工藝編制時的書寫格式、所用術(shù)語、基礎(chǔ)標準的引用、計量單位及檢驗都應(yīng)執(zhí)行有關(guān)技術(shù)標準。,四、熱處理工藝制定依據(jù),1、產(chǎn)品零件圖及技術(shù)要求 產(chǎn)品零件圖應(yīng)標明對工件的熱處理技術(shù)要求， 普通熱處理件：標明材料牌號、熱處理后硬度等性能要求 化學(xué)熱處理件：標明化學(xué)熱處理部位及尺寸、滲層深度、表面與心部硬度、組織要求及相關(guān)標準 熱處理后有特殊要求的零件，應(yīng)標明檢驗類型及相關(guān)標準,2、零件毛坯圖及技術(shù)要求 零件毛坯圖應(yīng)標明材料、熱處理要求、毛坯熱處理后達到的性能指標及硬度檢測部位、方法。 毛坯熱處理車間據(jù)此安排、編制熱處理工藝。,四、熱處理工藝制定依據(jù),3、技術(shù)

8、標準 技術(shù)標準分為上級標準（國家、國家軍用、行業(yè)）和企業(yè)標準編制熱處理工藝的主要依據(jù) 4、車間的實際生產(chǎn)條件 熱處理工藝編制應(yīng)根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)條件進行編制。 包括：熱處理車間的設(shè)備類型、性能及數(shù)量、車間技術(shù)管理水平、相關(guān)人員的結(jié)構(gòu)、素質(zhì)等；車間用水、電、氣、工藝材料等供應(yīng)情況；車間照明、通風(fēng)、取暖及起重運輸條件等。,四、熱處理工藝制定依據(jù),五、熱處理工藝編制的步驟,五、熱處理工藝編制的步驟,1、編制工藝前的分析準備 研究加工工藝路線 了解熱處理前的工序?qū)崽幚淼挠绊懞推浜蠊ば驅(qū)崽幚淼囊?，也有利于工序間溝通協(xié)調(diào)。 分析技術(shù)要求、零件結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及材料滿足熱處理技術(shù)要求的難易程度。應(yīng)做到技

9、術(shù)要求、零件結(jié)構(gòu)的熱處理工藝性、材料三者協(xié)調(diào)一致。 分析毛坯或原材料狀態(tài)，考慮是否安排預(yù)備熱處理或采取相應(yīng)措施。如：組織粗大、嚴重魏氏組織、帶狀、網(wǎng)狀碳化物增加相應(yīng)的預(yù)備熱處理 研究相關(guān)技術(shù)標準，編制熱處理工藝的主要依據(jù),五、熱處理工藝編制的步驟,2、編制工藝規(guī)程 確定熱處理工藝方案 根據(jù)技術(shù)要求等確定熱處理工藝方法、熱處理工藝流程及工時定額、工人技術(shù)等級。 選擇熱處理方法確保達到零件技術(shù)要求；并對其先進性、合理性、可行性、經(jīng)濟性、安全環(huán)保性及可操作性進行考慮，定出最佳方案,選擇設(shè)備 選擇原則：確保優(yōu)質(zhì)高效、低耗、安全環(huán)保；并注意不同設(shè)備之間的密切配合 選擇依據(jù)：與熱處理工藝方法、零件的尺寸及

10、形狀、批量大小及表面質(zhì)量和畸變要求等有關(guān)。,確定工藝參數(shù) 工藝參數(shù)主要依據(jù)技術(shù)要求及工件等具體情況進行選擇。為工藝編制的核心內(nèi)容,五、熱處理工藝編制的步驟,2、編制工藝規(guī)程 選擇或設(shè)計工裝 應(yīng)做到合理、安全、經(jīng)濟、耐用。,確定輔助工序所用的設(shè)備和工裝 進行工藝實驗 用以檢驗工藝方案是否正確、合理、經(jīng)濟、環(huán)保可行。若不合理，對原工藝、設(shè)備及工裝加以相應(yīng)調(diào)整。 填寫熱處理工藝卡片 若工藝方案可行，將工藝方案中的工序、工藝參數(shù)等按工序順序填入工藝卡，所有術(shù)語、符號等需遵循國家或行業(yè)有關(guān)標準 會簽、審批,六、常用熱處理工藝文件指導(dǎo)熱處理生產(chǎn)的依據(jù),常用熱處理工藝文件：工藝卡、工藝守則,工藝卡以表格形式

11、將熱處理工藝規(guī)程表示出來的工藝文件，表述以工序為基本單位，是零件實施熱處理工藝的依據(jù) 工藝卡一般是針對某一具體零件編制，也可對同一類型不同規(guī)格的零件編制一份工藝卡，零件所用材料、工藝參數(shù)相同，只是尺寸不同 工藝卡分類： 專用工藝卡專用某一熱處理工藝的專用工藝卡 通用工藝卡適用于常用熱處理工藝的通用工藝卡,六、常用熱處理工藝文件指導(dǎo)熱處理生產(chǎn)的依據(jù),工藝卡內(nèi)容：見表17-1 零件概況；零件簡圖；加工路線；熱處理技術(shù)要求； 各工序的名稱、所用設(shè)備及工裝型號或編號、工藝參數(shù)及簡要的操作說明； 裝爐方式及裝爐量；熱處理質(zhì)量檢驗項目、抽檢率； 工時定額；簽名欄,工藝卡中的熱處理是熱處理操作必須的，表格要

12、簡練、明確、避免發(fā)生誤解。作為熱處理工藝實施的依據(jù)。 工藝卡的形式可根據(jù)生產(chǎn)條件、零件熱處理特點等具體情況制定，不拘一格。 工藝卡中零件簡圖的大小、比例可靈活處理，但線條、尺寸標注按照制圖標準繪制,六、常用熱處理工藝文件,工藝守則（操作守則）是熱處理工藝操作必須遵守的準則,工藝守則內(nèi)容：見表17-2 基本工藝參數(shù)、設(shè)備、工裝、操作要點、安全、衛(wèi)生注意事項、環(huán)保要求、質(zhì)量標準及質(zhì)量檢驗方法等 工藝守則通用性技術(shù)文件，是針對一類而非某一具體零件編制的，如彈簧熱處理工藝守則、鍛模熱處理工藝守則等， 工藝守則可按工藝方法編制，如退火工藝守則，氣體滲碳、碳氮共滲工藝守則等。 輔助工序也需指定相應(yīng)的工藝守

13、則，如清洗工藝守則、較直工藝守則 當工藝守則與工藝規(guī)程不一致時，應(yīng)以工藝規(guī)程為準,典型零件熱處理,齒輪熱處理實例: 齒輪類零件的選材 齒輪材料一般選用低、中碳鋼或其合金鋼，經(jīng)表面強化處理后，表面強度和硬度高，心部韌性好，工藝性能好，經(jīng)濟上也較合理。,1.機床齒輪 機床變速箱齒輪擔(dān)負傳遞動力，改變運動速度和方向的任務(wù)。工作條件較好，轉(zhuǎn)速中等，載荷不大，工作平穩(wěn)無強裂沖擊。因此，一般可選中碳鋼(45鋼)制造，為了提高淬透性，也可選用中碳合金鋼(40Cr鋼)。 工藝路線為：下料-鍛造-正火-粗加工-調(diào)質(zhì)-精加工-輪齒高頻淬火及回火-精磨。 沖擊載荷小的低速齒輪也可采用HT250、HT350、QT50

14、0-5、QT600-2等鑄鐵制造。機床齒輪除選用金屬齒輪外, 有的還可改用塑料齒輪，如用聚甲醛(或單體澆鑄尼龍)齒輪, 工作時傳動平穩(wěn), 噪聲減少, 長期使用無損壞, 且磨損很小。,2. 汽車齒輪 汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。汽車齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強度、心部強度以及沖擊韌性等，均要求比機床齒輪高。一般用合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi制造。 滲碳齒輪的工藝路線為：下料-鍛造-正火-切削加工-滲碳、淬火及低溫回火-噴丸-磨削加工,軸類零件材料及選材方法 材料：經(jīng)鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造（兼顧強度和韌性，同時考慮疲勞抗力）； 一般軸類零件使用碳鋼（便宜，

15、有一定綜合機械性能、對應(yīng)力集中敏感性較?。?，如35、40、45、50鋼，經(jīng)正火、調(diào)質(zhì)或表面淬火熱處理改善性能； 載荷較大并要限制軸的外形、尺寸和重量，或軸頸的耐磨性等要求高時采用合金鋼，如20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等；采用球墨鑄鐵和高強度灰鑄鐵作曲軸的材料。 選材原則：根據(jù)載荷大小、類型等決定：主要受扭轉(zhuǎn)、彎曲的軸，可不用淬透性高的鋼種；受軸向載荷軸，因心部受力較大，應(yīng)具有較高淬透性。,(一)工作條件,1. 承受交變的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，有時受到?jīng)_擊 載荷作用。,2. 主軸大端內(nèi)錐孔和錐度外圓經(jīng)常與卡盤、頂尖有 相對摩擦。,3. 花鍵部分與齒輪有相對滑動。,

16、52HRC,48HRC,（二）性能要求,1. 整體調(diào)質(zhì)后硬度應(yīng)為200230HBS，組織為回 火索氏體。,2. 內(nèi)錐孔（莫氏6號錐度）硬度為48HRC，表面 層35mm為回火屈氏體和少量回火馬氏體組織。,3. 外圓錐面及花鍵部分硬度為52HRC，組織為回火屈氏體和較多回火馬氏體。,根據(jù)工作條件和性能要求，選用45鋼的鍛件。,返 回,上一頁,下一頁,回主頁,（三）工藝路線,下料,鍛造,正火,機械粗加工,調(diào)質(zhì),半精加工（除花鍵外）,局部淬火、回火,粗磨（外圓、外圓錐體 及圓錐孔）,（圓錐孔及外圓錐體）,銑花鍵,花鍵高頻淬火、回火,精磨,復(fù)習(xí)題,1、下列零件應(yīng)選用何種熱處理工藝： Wc=0.2%，要

17、求適當提高硬度，改善切削加工性能。 Wc=1.2%，要求提高硬度和耐磨性。 Wc=0.45%，要求具有好的綜合力學(xué)性能。 Wc=0.6%，要求具有好的彈性。 鋼絲冷拉后硬度高，要求降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。 有一具有網(wǎng)狀滲碳體T12鋼坯，應(yīng)進行哪些熱處理才能達到改善切削加工性的目的？并說明熱處理后的組織狀態(tài)？,2、用45鋼制造一根10的軸和一根100的軸，用相同淬火工藝淬火，試問兩根軸的表面硬度是否相同？淬透層深度是否相同？ 3、甲、乙兩廠生產(chǎn)同一種零件，均選用45鋼，硬度要求220250HB，甲廠采用正火，乙廠采用調(diào)質(zhì)處理，均能達到硬度要求，試分析甲、乙兩廠產(chǎn)品的組織和性能差別。 4、兩根45鋼

18、制造的軸，直徑分別為10mm和100mm，在水中淬火后，橫截面上的組織和硬度是如何分布的？,5、某型號柴油機的凸輪軸，要求凸輪表面有高的硬度（HRC50），而心部具有良好的韌性（Ak40J），原采用45鋼調(diào)質(zhì)處理再在凸輪表面進行高頻淬火，最后低溫回火，現(xiàn)因工廠庫存的45鋼已用完，只剩15鋼，擬用15鋼代替。試說明： （1）原45鋼各熱處理工序的作用； （2）改用15鋼后，按原熱處理工序進行能否滿足性能要求？為什么？ （3）改用15鋼后，為達到所要求的性能，在心部強度足夠的前提下采用何種熱處理工藝？,6、某廠擬用T10鋼（含1.0%C，Ac1=730，Acm=800）制造形狀簡單的刀具，工藝路線

19、為：鍛造熱處理機加工熱處理磨加工 1）說明熱處理工序和的名稱及其作用； 2）制定各道熱處理工藝規(guī)范； 3）說明該刀具使用狀態(tài)的組織名稱及其性能。,現(xiàn)有60Si2Mn（Ac1=724,Ac3=745）鋼用做彈簧，40Cr鋼（Ac1=735,Ac3=780）用做傳動軸（要求有良好機械性能），T13A（Ac1=730,Acm=820）鋼用做簡單車刀。請分別針對這三種鋼回答： 、淬火溫度的選擇原則。 、加熱方式、保溫時間的選擇原則及加熱后顯微組織、淬火后組織。 、回火溫度的選擇原則？ 、回火后的組織。 、畫出熱處理工藝曲線（保溫時間略），標明工藝參數(shù)。,今有一批20CrMnMo（Ac1=730,Ac3=820）汽車傳動齒輪，其工藝路線為;下料鍛造-熱處理-切削加工熱處理-熱處理熱處理噴丸磨加工。試問：a