大型錐齒輪熱處理工藝課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　工藝課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目：20CrNi2Mo大型錐齒輪正火-滲碳-淬火-回火熱處理工藝設(shè)計(jì) </p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語</p><p>　　院（系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院　　　　　　　 　　教研室：材料教研室</p><p>　院（系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院</p&

2、gt;<p>　專業(yè)班級(jí)：材料102</p><p>　學(xué)號(hào)：</p><p>　學(xué)生姓名：</p><p>　指導(dǎo)教師：</p><p>　起止時(shí)間：2013-7-1~2013-7-12</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1

3、20CrNi2Mo大型錐齒輪熱處理工藝概述1</p><p>　　2 20CrNi2Mo大型錐齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1 大型錐齒輪零件的服役條件、失效形式2</p><p>　　2.2 大型錐齒輪零件技術(shù)要求及零件示意圖3</p><p>　　2.3 大型錐齒輪零件的材料選擇3</p>

4、<p>　　2.4 20CrNi2Mo的C曲線5</p><p>　　2.5 大型錐齒輪零件的加工工藝流程圖6</p><p>　　2.6 20CrNi2Mo大型錐齒輪的正火-滲碳-淬火-回火熱處理工藝6</p><p>　　2.7 20CrNi2Mo大型錐齒輪的正火-滲碳-淬火-回火熱處理工藝?yán)碚?</p><p&g

5、t;　　2.8 20CrNi2Mo大型錐齒輪熱處理的設(shè)備、儀表和工夾具選擇16</p><p>　　2.9 大型錐齒輪的熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及要求22</p><p>　　2.10 大型錐齒輪的熱處理常見缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法23</p><p>　　3 熱處理工藝卡26</p><p>　　3.1 20CrNi2Mo大型

6、錐齒輪正火工藝卡26</p><p>　　3.2 20CrNi2Mo大型錐齒輪滲碳工藝卡27</p><p>　　3.3 20CrNi2Mo大型錐齒輪淬火工藝卡28</p><p>　　3.4 20CrNi2Mo大型錐齒輪回火工藝卡29</p><p><b>　　4 參考文獻(xiàn)30</b></p&g

7、t;<p>　　1 20CrNi2Mo大型錐齒輪熱處理工藝概述</p><p>　　齒輪在裝載機(jī)工作過程中起著傳遞動(dòng)力和改變速度的作用，嚙合齒面間既有滾動(dòng)、又有滑動(dòng)，輪齒根部還受到脈動(dòng)或交變彎曲的作用。錐齒輪是主要傳動(dòng)零件，是一種可以按穩(wěn)定傳動(dòng)比平穩(wěn)、低噪音傳動(dòng)的傳動(dòng)零件。有較高的傳動(dòng)速度,受重載和沖擊。在各種應(yīng)力的作用下，齒輪將發(fā)生輪齒折斷、齒面膠合、齒面疲勞及齒面磨損等失效情況。引起齒輪失效的

8、主要應(yīng)力有：摩擦力、接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。主要失效形式為磨損、點(diǎn)蝕和斷裂。錐齒輪因?yàn)槟Σ粱蚴褂枚斐赡p；隨工作時(shí)間越來越長(zhǎng)在齒輪表面部地區(qū)出現(xiàn)縱深發(fā)展的腐蝕小孔，其余地區(qū)不腐蝕或腐蝕輕微，這種腐蝕形態(tài)叫點(diǎn)蝕；隨工作時(shí)間的增長(zhǎng)齒輪產(chǎn)生斷裂失效。所以要求零件有良好的力學(xué)性能，良好的滲碳淬火性能，良好的抗沖擊性能，良好的心部硬度，良好的熱變形性能。目前國(guó)內(nèi)重載錐齒輪用材大致有20CrNi2Mo、20Cr2Ni、20CrNi3等。</p&

9、gt;<p>　　20CrNi2Mo鋼是鉻鎳鉬系合金鋼，其中鉻、鉬、元素均可增加鋼的淬透性，鎳元素可強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度，并改善鋼的韌性。故選該鋼作為制造大型錐齒輪的材料。鉬在鋼中，既可固溶鐵素體或奧氏體，又可形成碳化物，起固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用，在保持高韌性的同時(shí)，提高鋼的強(qiáng)度。20CrNi2Mo鋼正火后為珠光體加鐵素體組織，布氏硬度<HB 229，切削性能良好。20CrNi2Mo鋼表層硬化效果好、硬度高、殘余

10、奧氏體含量少。20CrNi2Mo鋼不需要高溫回火，熱處理工藝簡(jiǎn)單，不僅縮短了生產(chǎn)周期，而且節(jié)省能源，降低成本。20CrNi2Mo鋼可以作為表面強(qiáng)化型的滲碳鋼應(yīng)用于滲碳齒輪、滲碳軸承等零件上；也可以經(jīng)、低溫回火后應(yīng)用于諸如挖掘機(jī)斗齒、農(nóng)用機(jī)械磨損件等要求耐磨損、耐沖擊的大型零件上。</p><p>　　通過對(duì)經(jīng)典20CrNi2Mo熱處理工藝的分析，更加明確在執(zhí)行熱處理工藝過程中所需要注意的問題。能夠正確確定加熱溫度

11、、保溫時(shí)間和冷卻方式，其目的就是通過正確的熱處理工藝，使金屬材料的潛在能力得到充分的發(fā)揮。</p><p>　　根據(jù)大型錐齒輪的工作條件，失效形式及性能要求，本設(shè)計(jì)選擇的大型錐齒輪材料為20CrNi2Mo；在設(shè)計(jì)正火-滲碳-淬火-低溫回火熱處理工藝中，本設(shè)計(jì)借鑒了《熱處理手冊(cè)》、《實(shí)用熱處理手冊(cè)》等。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)設(shè)定了完整的熱處理工藝流程，使熱處理的大型錐齒輪表面除具有高硬度、高耐磨性外、高的耐點(diǎn)蝕性能

12、以及具有足夠的沖擊韌度和抗疲勞性能，從而滿足大型錐齒輪的質(zhì)量要求。</p><p>　　2 20CrNi2Mo大型錐齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 大型錐齒輪零件的服役條件、失效形式</p><p>　　2.1.1 服役條件</p><p>　　齒輪在裝載機(jī)工作過程中起著傳遞動(dòng)力和改變速度的作用，嚙合齒面間既有滾動(dòng)、又

13、有滑動(dòng)，輪齒根部還受到脈動(dòng)或交變彎曲的作用。錐齒輪是主要傳動(dòng)零件，是一種可以按穩(wěn)定傳動(dòng)比平穩(wěn)、低噪音傳動(dòng)的傳動(dòng)零件。有較高的傳動(dòng)速度,受重載和沖擊。[3]</p><p>　　2.1.2 失效形式</p><p>　　在各種應(yīng)力的作用下，齒輪將發(fā)生輪齒折斷、齒面膠合、齒面疲勞及齒面磨損等失效情況。引起齒輪失效的主要應(yīng)力有：摩擦力、接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。主要失效形式為磨損、點(diǎn)蝕和斷裂。錐齒輪

14、因?yàn)槟Σ粱蚴褂枚斐赡p；隨工作時(shí)間越來越長(zhǎng)在齒輪表面部地區(qū)出現(xiàn)縱深發(fā)展的腐蝕小孔，其余地區(qū)不腐蝕或腐蝕輕微，這種腐蝕形態(tài)叫點(diǎn)蝕；隨工作時(shí)間的增長(zhǎng)齒輪產(chǎn)生斷裂失效。[3]</p><p>　　（1）輪齒折斷 閉式傳動(dòng)中，當(dāng)齒輪的齒面較硬時(shí)，容易出現(xiàn)輪齒折斷。另外齒輪受到突然過載時(shí)，也可能發(fā)生輪齒折斷現(xiàn)象。提高輪齒抗折斷能力的措施有：增大齒根過渡圓角半徑及消除加工刀痕；增大軸及支承的剛性；采用合理的熱處理方法使齒

15、芯具有足夠的韌性；進(jìn)行噴丸、滾壓等表面強(qiáng)化處理。 </p><p>　?。?）齒面磨損 齒面磨損是開式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式之一。改用閉式齒輪傳動(dòng)是避免齒面磨損的最有效方法。 </p><p>　?。?）齒面點(diǎn)蝕 齒面點(diǎn)蝕是閉式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式，特別是在軟齒面上更容易產(chǎn)生。 提高齒面抗點(diǎn)蝕能力措施有：提高齒輪材料的硬度；在嚙合的輪齒間加注潤(rùn)滑油可以減小摩擦，減緩點(diǎn)蝕。 &l

16、t;/p><p>　?。?）齒面膠合 對(duì)于高速重載的齒輪傳動(dòng)，容易發(fā)生齒面膠合現(xiàn)象。另外低速重載的重型齒輪傳動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生齒面膠合失效，即冷膠合。 提高齒面抗膠合能力的措施：提高齒面硬度和降低齒面粗糙度值；加強(qiáng)潤(rùn)滑措施，如采用抗膠合能力高的潤(rùn)滑油，在潤(rùn)滑油中加入添加劑等。 </p><p>　　（5）塑性變形 塑性變形一般發(fā)生在硬度低的齒面上；但在重載作用下，硬度高的齒輪上也會(huì)出現(xiàn)。 提高

17、輪齒抗塑性變形能力的措施：提高輪齒齒面硬度；采用高粘度的或加有極壓添加劑的潤(rùn)滑油等。[3]</p><p>　　2.2 大型錐齒輪零件技術(shù)要求及零件示意圖</p><p>　　2.2.1 技術(shù)要求</p><p>　　硬度：正火處理HB 180~229，表面滲碳硬度為HRC 58~64，心部硬度為HRC 33~48，過渡層硬度變化應(yīng)該緩慢直到基體低碳，滲碳深度為

18、1.8~2.3 mm，有效滲碳硬化層深度測(cè)至50 HRC處不小于1.2 mm，含碳量為0.85%~1.05%。[10]</p><p>　　金相組織：滲碳層的金相組織應(yīng)為馬氏體，殘余奧氏體及碳化物。碳化物：按本標(biāo)準(zhǔn)碳化物級(jí)別圖評(píng)定。常嚙合齒輪1~6級(jí)合格；換檔齒輪1~5級(jí)合格。馬氏體及殘余奧氏體：按本標(biāo)準(zhǔn)馬氏體及殘余奧氏體級(jí)別圖評(píng)定。對(duì)馬氏體針狀大小、殘余奧氏體的多少，應(yīng)分級(jí)進(jìn)行平定，1~5級(jí)合格。心部組織應(yīng)為低

19、碳馬氏體，允許有托氏體、鐵素體、鐵素體含量按本標(biāo)準(zhǔn)鐵素體級(jí)別圖進(jìn)行評(píng)定，模數(shù)小于或等于5的1~4級(jí)合格；模數(shù)大于5的1~5級(jí)合格。[10]</p><p>　　尺寸：模數(shù)m=12，齒輪齒數(shù)Z=41，節(jié)圓直徑D=492 mm，壓力角為20°，齒全高h(yuǎn)=26.4 mm，齒厚s=17.5 mm。[10]</p><p>　　2.2.2 大型錐齒輪零件示意圖</p>&l

20、t;p>　　圖1 大型錐齒輪平面示意圖</p><p>　　2.3 大型錐齒輪零件的材料選擇</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)重載錐齒輪用材大致有20CrNi2Mo、20Cr2Ni、20CrNi3等。</p><p>　　20CrNi3通過調(diào)質(zhì)或淬火低溫回火后有良好的綜合力學(xué)性能，低溫沖擊韌性也較好。此鋼有白點(diǎn)敏感傾向，高溫回火有回火脆性傾向。淬火到半馬氏體硬

21、度，油淬時(shí)可淬透Φ50~70 mm?？汕邢骷庸ば粤己茫附有灾械?。多用于制造高載荷條件下工作的齒輪、軸、蝸桿及螺釘、雙頭螺栓、銷釘?shù)取?lt;/p><p>　　20Cr2Ni材料為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，且合金含量較高，淬透性也較好。隨著淬火溫度的降低，齒表硬度變化不大，但心部硬度降低幅度較為明顯。20Cr2Ni鋼淬透性高。但淬透性過高，熱處理后應(yīng)力大，變形也大，熱處理難度大，熱處理工藝相對(duì)復(fù)雜。20Cr2Ni4鋼在工廠正火或

22、高溫回火后的布氏硬度在HB 300左右，硬度大，導(dǎo)致相同切削速度下車削深度小，相同進(jìn)刀量情況下切削速度慢，切削性能要比20CrNi2Mo鋼差。</p><p>　　20CrNi2Mo鋼是鉻鎳鉬系合金鋼，其中鉻、鉬、元素均可增加鋼的淬透性，鎳元素可強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度，并改善鋼的韌性。鉬在鋼中，既可固溶鐵素體或奧氏體，又可形成碳化物，起固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用，在保持高韌性的同時(shí)，提高鋼的強(qiáng)度。20CrNi2Mo

23、鋼正火后為珠光體加鐵素體組織，布氏硬度<HB 229，切削性能良好。20CrNi2Mo鋼不需要高溫回火，熱處理工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用其制造齒輪，不僅縮短了生產(chǎn)周期，而且節(jié)省能源，降低成本。20CrNi2Mo鋼的抗黏著磨損性能要優(yōu)于20Cr2Ni4鋼，這是由于20CrNi2Mo鋼表層硬化效果好、硬度高、殘余奧氏體含量少等原因而造成的。采用20CrNi2Mo鋼生產(chǎn)重載齒輪，可以延長(zhǎng)工件的使用壽命。所以選擇20CrNi2Mo鋼作為大型錐齒輪材料

24、。[9]</p><p>　　20CrNi2Mo鋼為常見的合金結(jié)構(gòu)鋼，為亞共析低合金結(jié)構(gòu)鋼，其主要化學(xué)成分如下表1所示。</p><p>　　表1 20CrNi2Mo鋼的化學(xué)成分wt/%[9]</p><p>　　鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化作用。使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)腐蝕的作用。還增加鋼的熱強(qiáng)性，含鉻鋼的零件經(jīng)研磨容易獲得較高的表面加工質(zhì)量。鉻

25、可以提高鋼的淬透性。鉻在滲碳鋼中還可以提高材料表面的耐磨性。提高鋼的強(qiáng)度和硬度，顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度；鉻鋼中易形成樹枝狀偏析，降低鋼的塑性。</p><p>　　硅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,以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比等。能促使鐵素體晶粒粗化。硅能提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性。硅是良好的脫氧劑。提高退火、正火和淬火溫度，在亞共析鋼中提高淬透性。在滲碳鋼中，硅減小滲碳

26、層厚度和碳的濃度。改善鋼的耐磨性能。在普通低合金鋼中提高強(qiáng)度，改善局部腐蝕抗力。</p><p>　　錳是良好的脫氧劑和脫硫劑 。錳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。錳能提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度。錳在鋼中由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度。起到細(xì)化珠光體，提高珠光體鋼強(qiáng)度的作用；錳強(qiáng)烈增加鋼的淬透性。 錳有增加鋼晶粒粗化的傾向和回火脆性敏感性。</p><p>　　

27、鉬在鋼中能提高淬透性和熱強(qiáng)性，及回火穩(wěn)定性，作為單一合金元素存在時(shí)，增加鋼的回火脆性。鉬可以提高鋼的強(qiáng)度，對(duì)改善鋼的延展性和韌性以及耐磨性起到有利作用。鉬使形變強(qiáng)化后的軟化和恢復(fù)溫度以及再結(jié)晶溫度提高。鉬是提高鋼的熱強(qiáng)性的最有效的合金元素。</p><p>　　鎳使鋼具有高的強(qiáng)度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、高的耐腐蝕性。鎳可以提高鋼的淬硬性，鎳可降低臨界點(diǎn)并增加奧氏體的穩(wěn)定性，所以其淬火溫度可降低，淬透性好

28、。鎳不能提高鐵素體的蠕變抗力，相反會(huì)使珠光體M體鋼熱脆性增大。所以珠光體、馬氏體鋼不加鎳。鉻鎳鋼容易感受回火脆性和易形成白點(diǎn)。[7][9]</p><p>　　2.4 20CrNi2Mo的C曲線</p><p>　　對(duì)于20CrNi2Mo鋼，Ni、Si使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?cè)杏谘娱L(zhǎng)，即C曲線右移；Cr、Mo不僅使C曲線位置移動(dòng)，而且C曲線形狀亦發(fā)生改變，出現(xiàn)兩個(gè)“鼻子”溫度，甚至使珠光體轉(zhuǎn)變

29、區(qū)與貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)完全分開，出現(xiàn)一個(gè)過冷奧氏體極端穩(wěn)定的溫度區(qū)間。[7]</p><p>　　圖2 20CrNi2Mo鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲（奧氏體化溫度810℃）[9] [12]</p><p>　　根據(jù)20CrNi2Mo的化學(xué)成分及C曲線該鋼的臨界溫度如表2：</p><p>　　表2 20CrNi2Mo鋼的臨界溫度[9]</p><p>

30、　　2.5 大型錐齒輪零件的加工工藝流程圖</p><p>　　圖3 大型錐齒輪工藝流程圖[10]</p><p>　　2.6 20CrNi2Mo大型錐齒輪的正火-滲碳-淬火-回火熱處理工藝</p><p>　　制造20CrNi2Mo大型錐齒輪采用的熱處理工藝包括正火、滲碳、淬火和回火。</p><p>　　2.6.1 正火工藝曲線&

31、lt;/p><p>　　大型錐齒輪用鋼屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼。低合金結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)先熱處理是正火，目的是細(xì)化晶粒、消除機(jī)加應(yīng)力、均勻不平衡組織等，為后面的最終熱處理奠定良好的組織基礎(chǔ)，改善鍛造組織和切削加性能，為隨后的機(jī)加或最終熱處理提供一個(gè)良好的機(jī)加性能或良好的組織形態(tài)。正火是指將鋼件或鑄鐵工件加熱到奧氏體化之后在空氣中冷卻以獲得含有珠光體均勻組織的熱處理工藝。20CrNi2Mo鋼通過正火可以消除帶狀組織、降低硬度，對(duì)齒輪的

32、加工處理及性能都有好的影響。20CrNi2Mo大型錐齒輪經(jīng)正火后為珠光體加鐵素體組織，其經(jīng)淬+回火后的力學(xué)性能與原始組織相比，在強(qiáng)度、硬度相同情況下，其塑韌性都要高，故切削性能良好，且對(duì)淬火溫度的敏感性也相對(duì)較小。[1]</p><p>　　圖4 20CrNi2Mo大型錐齒輪正火工藝曲線</p><p>　　2.6.2 滲碳工藝曲線</p><p>　　滲碳是將

33、大型錐齒輪加熱至奧氏體狀態(tài)下，于富碳介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間保溫，使碳原子滲入表層，增加鋼件表層的碳含量，使20CrNi2Mo鋼的大型錐齒輪具有高碳鋼的表面層，然后通過淬火獲得高硬度的馬氏體組織，再低溫回火達(dá)到工件的表面層具有高硬度和耐磨性及疲勞強(qiáng)度，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。[1]</p><p>　　圖5 20CrNi2Mo大型錐齒輪滲碳工藝曲線</p><p>　　2.6.

34、3 淬火工藝曲線</p><p>　　設(shè)計(jì)20CrNi2Mo鋼大型錐齒輪采用雙介質(zhì)淬火。因?yàn)殡p介質(zhì)淬火除了有消除內(nèi)應(yīng)力、提高力學(xué)性能﹑硬度和耐磨性等作用外，還可減小應(yīng)力，減少變形、開裂傾向，抑制第二相析出，適用于中等尺寸、形狀復(fù)雜的高碳鋼和尺寸較大的合金鋼工件，從而滿足大型錐齒輪的使用要求，宜采用雙介質(zhì)淬火工藝。加熱之前先在Ac1以下某一溫度預(yù)熱，可以縮短工件在高溫的停留時(shí)間，降低氧化脫碳過熱傾向。[1][12

35、]</p><p>　　圖6 20CrNi2Mo大型錐齒輪雙介質(zhì)淬火工藝曲線</p><p>　　2.6.4 回火工藝曲線</p><p>　　由于鋼中 Cr、Si的加入，提高了20CrNi2Mo鋼的回火穩(wěn)定性，提高淬火20CrNi2Mo鋼的塑性和韌性，降低其脆性，同時(shí)保持較高的硬度。為了降低或消除淬火引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，避免變形、開裂，穩(wěn)定大型錐齒輪尺寸，提高其

36、塑性和韌性，但還需要有較大的硬度和耐磨性，因此可采用低溫回火。[1][12]</p><p>　　圖7 20CrNi2Mo大型錐齒輪回火工藝曲線</p><p>　　2.7 20CrNi2Mo大型錐齒輪的正火-滲碳-淬火-回火熱處理工藝?yán)碚?lt;/p><p>　　2.7.1 正火工藝原理</p><p>　　正火的原理是將工件加熱到Ac3

37、或Accm以上30~50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后，以合適的方式冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)域某一合適溫度，并在此溫度下保溫，使大型錐齒輪的不同部位溫度均勻化，并在該溫度下均勻地完成鐵素體+珠光體轉(zhuǎn)變，然后在空氣中冷卻的熱處理工藝。[1][11]</p><p>　　（1）正火加熱溫度 正火是將20CrNi2Mo是亞共析鋼，加熱到Ac3以上30~50℃，保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝，由于該鋼Ac3為810℃，所以其正火溫度一般

38、在840~860℃之間，但在實(shí)際生產(chǎn)中，正火的加熱溫度一般要高于其理論正火溫度，所以設(shè)定正火的加熱溫度在900~920℃。[1]</p><p>　?。?）正火保溫時(shí)間 金屬材料和鐵制品加熱所需時(shí)間包括從室溫到爐溫儀表指示達(dá)到所需溫度的升溫時(shí)間、爐料表面和心部溫度均勻所需的均熱時(shí)間以及內(nèi)外達(dá)到溫度后為了完成相變所需的保溫時(shí)間三個(gè)部分。保溫時(shí)間的計(jì)算公式：</p><p>　　t=a

39、15;k×D （1）</p><p>　　式中t——保溫時(shí)間（min或s）、a——保溫時(shí)間系數(shù)（min/mm或s/mm）、D——工件有效厚度（mm）、k——工件裝爐條件修正系數(shù)，通常取1。</p><p>　　表3 保溫時(shí)間系數(shù)（a值）[1]</p><p>　　由上表3可選取a=1.6 min，通過

40、查手冊(cè)工件在爐內(nèi)不同排布方式的加熱時(shí)間修正值知k=1，工件有效厚度D=97.5 mm，可得：t=156 min。[1]</p><p>　?。?）冷卻方式 保溫156 min后，出爐空氣冷卻。</p><p>　　2.7.2 滲碳工藝原理</p><p>　　滲碳硬化是表面硬化法之一種，屬于化學(xué)表面硬化法。滲碳是先在鋼的表面產(chǎn)生初生態(tài)的碳，而后使之滲入鋼之表面

41、層，逐漸擴(kuò)散入內(nèi)部。初生態(tài)的碳是由CO或CH4等氣體分解而得。CO的來源或由含有CO的氣體得之，或由固體滲碳劑的反應(yīng)而產(chǎn)生在滲碳容器內(nèi)，或者由含有氰化物的鹽浴得到。初生態(tài)的碳由鋼的表面擴(kuò)散入內(nèi)部時(shí)，鋼的滲碳溫度必須在Ac3要以上之溫度。以便滲碳作用得以進(jìn)行。再配合各種熱處理法，使得鋼的表面生成高碳硬化心部低碳的低硬度層。使處理后具有表面硬而耐磨，心部韌而耐沖擊的性質(zhì)。[1][2]</p><p>　　一、滲碳處理

42、的種類與特點(diǎn)：</p><p><b>　?。ㄒ唬B碳法的種類</b></p><p>　　滲碳法按使用的滲碳劑而可分為如下三大類：</p><p>　　固體滲碳法 液體滲碳法 氣體滲碳法</p><p><b>　?。ǘB碳法之比較</b></p><p><

43、;b>　?。?）固體滲碳法</b></p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　（a）設(shè)備費(fèi)便宜，操作簡(jiǎn)單，不需高度技術(shù)。</p><p>　?。╞）加熱用熱源，可用電氣、瓦斯、燃料油。</p><p>　?。╟）大小工件均適，尤其對(duì)大形或需原滲碳層者有利。</p>&

44、lt;p>　?。╠）適合多種少量生產(chǎn)。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p>　?。╝）滲碳深度及表面碳濃度不易正確調(diào)節(jié)，有過剩滲碳的傾向。處理件變形大。</p><p>　?。╞）滲碳終了時(shí)，不易直接淬火，需再加熱。</p><p>　?。╟）作業(yè)環(huán)境不良，作業(yè)人員多。</p>

45、<p><b>　?。?）液體滲碳法</b></p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　（a）適中小量生產(chǎn)。設(shè)備費(fèi)便宜。不需高度技術(shù)。</p><p>　　（b）容易均熱、急速加熱，可直接淬火。</p><p>　　（c）適小件、薄滲碳層處理件。</p>

46、<p>　?。╠）滲碳均勻，表面光輝狀態(tài)。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p>　?。╝）不適於大形處理件的深滲碳。</p><p>　?。╞）鹽浴組成易變動(dòng)，管理上麻煩。</p><p>　?。╟）有毒、排氣或公害問題應(yīng)有對(duì)策。</p><p>　?。╠）處

47、理后，表面附著鹽類不易洗凈，易生銹。</p><p>　?。╡）難以防止?jié)B碳。有噴濺危險(xiǎn)。</p><p><b>　?。?）氣體滲碳法</b></p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　（a）適於大量生產(chǎn)。</p><p>　?。╞）表面碳濃度可以調(diào)節(jié)

48、。</p><p>　?。╟）瓦斯流量、溫度、時(shí)間容易自動(dòng)化，容易管理。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p><b>　　（a）設(shè)備費(fèi)昂貴。</b></p><p>　　（b）處理量少時(shí)成本高。</p><p>　　（c）需要專門作業(yè)知識(shí)。[1][2]

49、</p><p>　　因?yàn)?0CrNi2Mo大型錐齒輪是大批量生產(chǎn)，所以選擇氣體滲碳法。</p><p><b>　　二﹑滴注式氣體滲碳</b></p><p>　　工件置于密封的加熱爐中，加熱到900~950℃，滴入煤油﹑甲醇﹑丙酮等滲碳劑。滲碳劑高溫發(fā)生分解，產(chǎn)生活性原子：2CO→[C]+CO2 CH4→2H2+[C] [C]溶入鋼表

50、面奧氏體中，并向內(nèi)部擴(kuò)散，最后形成一定深度的滲碳層。</p><p>　　滲碳鋼的碳含量一般在0.12%~0.25%之間，其所含主要合金元素一般是鉻、錳、鎳、鉬、鎢、鈦等。在滲碳前，零件往往需經(jīng)過除去表面油污、銹跡或其他臟物。對(duì)需局部滲碳的零件，需在不滲處涂防滲膏或鍍銅加以防護(hù)。零件在料盤內(nèi)必須均勻放置，以保證滲碳的均勻性。滲碳過程中必須恰當(dāng)?shù)乜刂茪夥仗紕?shì)、溫度和時(shí)間，以保證技術(shù)條件所規(guī)定的表面碳含量、滲層深度和

51、較平緩的碳濃度。滲碳后，根據(jù)爐型或采用直接淬火，或采用重新加熱淬火，以獲得預(yù)期的性能。[8][10]</p><p>　　滴注式氣體滲碳工藝過程通常分為四個(gè)階段，即排氣、強(qiáng)滲、擴(kuò)散和降溫階段，各個(gè)階段應(yīng)采用不同的滲劑量和碳勢(shì)。這種分階段的安排可是整個(gè)滲碳時(shí)間比一個(gè)階段（或不分階段）的滲碳縮短20%~60%，還可使碳濃度在近表面處變化平緩，從而得到理想的滲層。</p><p>　　1、排氣階

52、段 齒輪裝爐后，爐溫下將至800℃左右。為了盡快把爐內(nèi)空氣排除，縮短排氣時(shí)間，摘除廢氣口調(diào)節(jié)閥，打開試樣孔，并在孔上加設(shè)長(zhǎng)度約1 m的排氣筒。大量滴入甲醇，爐溫升至930℃時(shí)，滴入煤油70~80滴/分，在930℃保溫0.5 h，保溫0.5 h的目的是均溫和透燒。</p><p>　　2、強(qiáng)滲階段 排氣結(jié)束，去除抽氣筒，觀察試樣，然后緊閉試樣孔，檢查爐子是否漏氣，再裝上廢氣口的調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)爐內(nèi)壓力。煤油滴量10

53、0~110滴/分，滴量大，提高爐內(nèi)碳量，使工件表面吸收加速，表面達(dá)到較高的碳量。濃度梯度增加，試棒達(dá)到滲層深度的2/3時(shí)可以進(jìn)入擴(kuò)散期。排氣時(shí)間應(yīng)以CO2<0.5%，O2<0.5%時(shí)為準(zhǔn)。達(dá)不到這個(gè)要求，應(yīng)延長(zhǎng)排氣時(shí)間，加大煤油滴量。強(qiáng)滲期煤油滴量不能太多，太多工件表面易形成碳量的沉積。反而造成沉積區(qū)域滲層淺。強(qiáng)滲時(shí)間為7 h左右，強(qiáng)滲的目的是使工件表面具有較高的碳濃度并到達(dá)一定層深。</p><p>

54、;　　3、擴(kuò)散階段 齒輪經(jīng)過強(qiáng)滲之后，已經(jīng)獲得一定深度的滲碳層，表面碳濃度比要求的碳濃度稍高，過渡層狹窄，碳的濃度梯度很陡。因此，必須有一個(gè)降低表面碳濃度，擴(kuò)大滲碳層深度，使過渡層平緩的擴(kuò)散過程。這一階段降低煤油滴量 ，40~50滴/分，使原來表面的高濃度碳降到所需的碳濃度。同時(shí)，使碳原子向內(nèi)擴(kuò)散，使?jié)B層增加，過渡區(qū)變得緩和。此階段的保溫時(shí)間一般為強(qiáng)滲階段的1/4~1/2，估算保溫1 h后取出試樣觀察滲層深度，如果層深達(dá)到或接近技術(shù)要

55、求的下限，則可轉(zhuǎn)入降溫階段，如果達(dá)不到要求，還需延長(zhǎng)擴(kuò)散時(shí)間，再轉(zhuǎn)入降溫階段。</p><p>　　4、降溫階段 隨爐降至適當(dāng)溫度，檢查試棒，滲層達(dá)到要求后，關(guān)閉電源，降溫930℃800~850℃ 這時(shí)煤油不停，風(fēng)扇不停。當(dāng)預(yù)冷至800~850℃時(shí)，還要進(jìn)行一段時(shí)間的保溫，一般取0.5 h，在此過程中，為防止齒輪表面出現(xiàn)貧碳、脫碳，爐內(nèi)的氣氛仍需保持一定的碳勢(shì)爐壓應(yīng)在5~10 Pa，絕對(duì)不允許出現(xiàn)負(fù)壓，故仍需滴

56、入煤油，滴量可略為減少。齒輪遇冷保溫后，出爐空冷。[1][2][8]</p><p>　　（1）滲劑的確定 控制氣體滲碳質(zhì)量的基本參數(shù)是滲碳溫度、時(shí)間和爐氣碳勢(shì)。滲碳溫度采用一般的電子電位差計(jì)儀表進(jìn)行位式控制，精度可達(dá)±5.5℃。而對(duì)于滲碳時(shí)間即使相差3~5 min，也無多大影響。因此，提高滲碳質(zhì)量的關(guān)鍵在于精確控制爐氣碳勢(shì)，但氣體滲碳碳勢(shì)控制技術(shù)較為復(fù)雜，還需研究。考慮到不同的氣氛、碳勢(shì)、碳的擴(kuò)散

57、系數(shù)和有效可利用碳量，又考慮到工廠的實(shí)用性，選用煤油+甲醇+CCl4為滲劑，通過調(diào)整不同的比例、滴量達(dá)到調(diào)整爐內(nèi)CO、H2和CH4等成分的目的，從而達(dá)到調(diào)節(jié)碳勢(shì)的目的。甲醇為稀釋劑，煤油為滲碳劑，在熱處理過程中要嚴(yán)格控制甲醇與煤油的比例。若煤油滴量過大，則會(huì)出現(xiàn)碳黑，這不僅影響碳勢(shì)控制精度，而且有可能出現(xiàn)失控現(xiàn)象。[1][2]</p><p>　　（2）滲碳溫度的確定 滲碳溫度的選擇。由擴(kuò)散系數(shù)D與溫度T（K

58、）的關(guān)系：</p><p>　　D=0.162exp（-16575/T） （2）</p><p>　　公式（2）可知，隨著滲碳溫度升高，碳在鋼中的擴(kuò)散系數(shù)呈指數(shù)上升，滲碳速度加快，但滲碳溫度過高會(huì)造成晶粒長(zhǎng)大，工件畸變?cè)龃?，設(shè)備壽命降低等負(fù)面效應(yīng)。所以滲碳溫度常控制在900~950℃。20CrNi2Mo大型錐齒輪常用的滲碳溫度通常取920~930℃

59、。[1]</p><p>　?。?）滲碳時(shí)間的確定 由上述可知滲碳層厚度為1.8~2.3 mm，滲碳溫度920~930℃，查表4可得滲碳時(shí)間在8~12 h，取滲碳時(shí)間為10 h。10 h后降溫到800~850℃（由實(shí)用熱處理手冊(cè)查得）保溫0.5h。[2]</p><p>　?。?）冷卻方式 出爐后空氣冷卻至室溫。</p><p>　　表4 滲碳厚度與滲碳時(shí)

60、間的關(guān)系[2]</p><p>　　2.7.3 淬火工藝原理</p><p>　　把鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1或Ac3以上一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后以大于臨界淬火速度的速度冷卻，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。[1]</p><p>　　淬火方法的分類是以冷卻方式的不同劃分的，常用的淬火工藝方法有：?jiǎn)谓橘|(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級(jí)淬火和等溫淬火。

61、</p><p>　　1、單介質(zhì)淬火 將加熱奧氏體化后的鋼件放入單一淬火介質(zhì)中，連續(xù)冷卻到室溫的操作方法。碳鋼的水中淬火，合金鋼的油中淬火都是單介質(zhì)淬火法。特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但水中淬火變形與開裂傾向大；油中淬火冷卻速度小，淬透直徑小，大件無法淬透。只適用于形狀簡(jiǎn)單、尺寸較小碳鋼和合金鋼工件。[11]</p><p>　　2、雙介質(zhì)淬火 用兩種冷卻介質(zhì)。先浸入一種冷卻

62、能力強(qiáng)的介質(zhì)中，待冷卻到接近Ms點(diǎn)時(shí)立即轉(zhuǎn)入下一種冷卻能力弱的介質(zhì)中的操作方法。如先水后油、先水后空氣等。</p><p>　　特點(diǎn)：在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷速減慢，可減小應(yīng)力，減少變形、開裂傾向，但不好掌握。適用于中等尺寸、形狀復(fù)雜的高碳鋼和尺寸較大的合金鋼工件。[11]</p><p>　　3、馬氏體分級(jí)淬火 將加熱奧氏體化的鋼件，先浸入溫度稍高或稍低于鋼的Ms點(diǎn)的液態(tài)介質(zhì)中，等溫保持適當(dāng)

63、時(shí)間，然后取出空冷到室溫，以獲得馬氏體組織的淬火工藝，也稱分級(jí)淬火。</p><p>　　淬火介質(zhì)：燃點(diǎn)較高的油、鹽浴和堿浴。</p><p>　　等溫目的：使工件表面和心部溫度均勻。等溫過程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，馬氏體中空冷條件下進(jìn)行。</p><p>　　淬火后組織：馬氏體。</p><p>　　特點(diǎn)：工件溫度均勻，組織轉(zhuǎn)變緩慢，減小應(yīng)力，變

64、形開裂傾向顯著降低。</p><p>　　應(yīng)用：適用于變形要求嚴(yán)格且尺寸不大的工件。[11]</p><p>　　4、下貝氏體等溫淬火 將奧氏體化后的鋼件放入稍高于Ms溫度的鹽浴中，等溫保持一定時(shí)間，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w的淬火工藝，也叫等溫淬火。</p><p>　　淬火介質(zhì)：鹽浴或堿浴。</p><p>　　等溫目的：得到綜合性能良好

65、的下貝氏體組織。等溫時(shí)間由鋼的TTT曲線確定，一般為30~60 min，較分級(jí)淬火時(shí)間要長(zhǎng)，等溫過程中過冷A向下貝氏體組織轉(zhuǎn)變。</p><p>　　淬火后組織：下貝氏體。</p><p>　　特點(diǎn)：減小淬火應(yīng)力，防止變形和開裂，零件綜合力學(xué)性能好。</p><p>　　應(yīng)用：主要適于形狀復(fù)雜、截面不大、要求精度高并具有良好強(qiáng)韌性的零件。</p>&l

66、t;p>　　另外，還有采用復(fù)合淬火工藝的。工件急冷至Ms以下獲得10％~20％馬氏體，然后在下貝氏體溫度區(qū)等溫。這種冷卻方法可使截面較大的工件獲得（M+B下）組織。預(yù)淬時(shí)形成的馬氏體可促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，在等溫時(shí)又使馬氏體回火。復(fù)合淬火多用于合金工具鋼工件，可避免第一類回火脆性，減少殘余奧氏體量即變形開裂傾向。[1][9][10]</p><p>　　因?yàn)榇笮湾F齒輪是尺寸較大的合金鋼工件，所以工件選擇雙介質(zhì)淬火

67、。</p><p>　?。?）加熱溫度 亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3+30~50℃。共析鋼，過共析鋼淬火加熱溫度為Ac1+30~50℃，一般合金鋼淬火加熱溫度為Ac1或Ac3+30~50℃。20CrNi2Mo滲碳后表面含碳量為0.85%~1.05%是高碳低合金鋼也是過共析鋼，20CrNi2Mo的Ac1為725℃，所以加熱溫度為755~775℃，查得《鋼的熱處理》查得含碳量為0.85%~1.05%,鋼的Accm為

68、790~860℃，考慮有爐溫?fù)p失所以把溫度設(shè)定在760~780℃。[13]通過查《熱處理手冊(cè)》可得加熱之前先在Ac1以下100℃左右預(yù)熱，可以縮短工件在高溫的停留時(shí)間，降低氧化脫碳過熱傾向。因?yàn)锳c1為725℃，所以取600℃預(yù)熱。[1]</p><p>　?。?）保溫時(shí)間 加熱與保溫時(shí)間由零件入爐到達(dá)指定工藝溫度所需升溫時(shí)間﹑透熱時(shí)間及組織轉(zhuǎn)變所需時(shí)間組成。由公式（1）和表3可知a=1.6 min，通過查手冊(cè)

69、工件在爐內(nèi)不同排布方式的加熱時(shí)間修正值知k=1，工件有效厚度D=97.5 mm，可得：t=156 min。</p><p>　?。?）淬火冷卻方式 要使鋼中高溫相—奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相—馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷淬火冷卻卻過程中，表面與心部的冷卻速度有一定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為

70、保證整個(gè)截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強(qiáng)的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應(yīng)力，可能使工件變形或開裂。</p><p>　　冷卻階段不僅為了零件獲得合理的組織，達(dá)到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，在鹽浴中進(jìn)行。為了保證獲得優(yōu)異的性能，應(yīng)采用油作為淬火介質(zhì)。油的冷卻特性對(duì)各種合金鋼的淬火是很合適的，且油在珠光體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變溫度區(qū)

71、間有足夠的冷卻速度。[1][2][10] </p><p>　　圖8為20CrNi2Mo鋼的淬透性曲線，由圖可知，20CrNi2Mo鋼的淬透性良好，油淬淬透性直徑在100 mm以上。[9]</p><p>　　圖8 20CrNi2Mo鋼的淬透性曲線[9]</p><p>　　由《熱處理手冊(cè)》查得大型工件適合于雙介質(zhì)淬火，是先油冷到20CrNi2Mo鋼即將發(fā)生馬氏體

72、轉(zhuǎn)變時(shí)即Ms點(diǎn)380℃附近，再空冷至室溫。[1] </p><p>　　2.7.4 回火工藝原理</p><p>　　回火是指將淬火鋼加熱到臨界點(diǎn)A1以下某一溫度加熱，保溫一定時(shí)間，并以適當(dāng)速度冷卻的工藝過程。</p><p>　　按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。</p><p>　　低溫回火：工件在150~250

73、℃進(jìn)行的回火，保持高硬度和高耐磨性，產(chǎn)生回火馬氏體組織。 </p><p>　　中溫回火：工件在350~500 ℃之間進(jìn)行的回火，提高σe或σs/σb，產(chǎn)生回火屈氏體組織。</p><p>　　高溫回火：工件在500℃以上進(jìn)行的回火，具有良好的綜合機(jī)械性能，強(qiáng)度﹑塑性都較好，產(chǎn)生回火索氏體組織。[1]</p><p>　　20CrNi2Mo鋼大型錐齒輪需

74、要低溫回火。</p><p>　　（1）回火溫度 由《熱處理手冊(cè)》查得低合金結(jié)構(gòu)鋼滲碳件回火溫度為200℃左右。</p><p>　?。?）回火時(shí)間 從工件入爐后爐溫升至回火溫度時(shí)開始計(jì)算?；鼗饡r(shí)間一般為1~3h，可參考經(jīng)驗(yàn)公式加以確定：</p><p>　　tn=Kn+AnD （3）</p&g

75、t;<p>　　式中tn——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——工件有效厚度（mm）。[1]</p><p>　　表5 Kn及An推薦值[1]</p><p>　　由上表5可選取Kn=120 min，An=1 min/mm，工件有效厚度D=97.5 mm，通過公式（3）可得：t=218 min。[1]</p><p>

76、;　?。?）回火后冷卻 采用空氣冷卻。</p><p>　　2.8 20CrNi2Mo大型錐齒輪熱處理的設(shè)備、儀表和工夾具選擇</p><p><b>　　2.8.1 設(shè)備</b></p><p>　　加熱爐為主要的設(shè)備。按工作介質(zhì)分：空氣爐、鹽浴爐、保護(hù)氣氛爐、流動(dòng)離子爐等。</p><p>　　大型錐齒輪熱處

77、理工藝中用到的加熱爐有臺(tái)車電阻爐﹑強(qiáng)迫對(duì)流箱式電阻爐﹑井式氣體滲碳爐。冷卻設(shè)備有淬火槽等。</p><p><b>　　一﹑正火設(shè)備</b></p><p>　　臺(tái)車電阻爐 這類爐子的爐底為一個(gè)可移動(dòng)臺(tái)車的箱式電阻爐，它適用于較大尺寸的工件的正火和淬火等。[2][4]</p><p>　　圖9 臺(tái)車電阻爐結(jié)構(gòu)[2][4]</p>

78、;<p>　　1——臺(tái)車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 2——臺(tái)車 3——爐門 4——加熱元件</p><p>　　5——爐門機(jī)構(gòu) 6——爐襯 7——爐殼 8——臺(tái)車接線板</p><p>　　表6 臺(tái)車式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)[4]</p><p>　　通過工件尺寸選擇型號(hào)RT2-65-9的設(shè)備。</p><p>　　二﹑淬火設(shè)備

79、 與正火設(shè)備相同</p><p><b>　　三﹑回火設(shè)備</b></p><p>　　強(qiáng)迫對(duì)流箱式電阻爐 這類爐子是帶有風(fēng)扇（或風(fēng)機(jī)）的箱式電阻爐，用于熱處理回火。[4]</p><p>　　圖10 箱式回火爐結(jié)構(gòu)[4]</p><p>　　1——導(dǎo)槽升降系統(tǒng) 2——爐門 3——加熱元件 4——循環(huán)風(fēng)扇

80、5——爐襯</p><p>　　6——爐門升降壓緊系統(tǒng) 7——滾動(dòng)導(dǎo)軌 8——爐口密封</p><p>　　表7 箱式回火爐技術(shù)參數(shù)[4]</p><p><b>　　四﹑滲碳設(shè)備</b></p><p>　　井式氣體滲碳爐 這類爐子的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是在井式爐爐膛中再加一密封爐罐，專為周期作業(yè)的滲碳﹑滲氮﹑碳氮共滲

81、等所用。大型井式滲碳爐，常用于深層滲碳，滲層超過3 mm，有的甚至在8 mm以上。[2] [4]</p><p>　　圖11 井式氣體滲碳爐結(jié)構(gòu)[4]</p><p>　　1——油缸 2——電動(dòng)機(jī)油泵 3——滴管 4——取氣管 5——電動(dòng)機(jī)</p><p>　　6——吊環(huán)螺釘 7——爐蓋 8——風(fēng)葉 9——料筐 10——爐罐</p>

82、<p>　　11——電熱元件 12——爐襯 13——爐殼 14——試樣管</p><p>　　表8 井式氣體滲碳爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)[4]</p><p>　　通過工件尺寸選擇型號(hào)RQ3-90-9的設(shè)備。</p><p><b>　　五、冷卻設(shè)備</b></p><p>　　淬火槽 淬火槽是盛裝淬火

83、冷卻介質(zhì)，為工件淬火提供足夠冷卻能力的容器。主要有淬火水槽、油槽和浴槽三種。其結(jié)構(gòu)一般較為簡(jiǎn)單，有的附有溢流裝置、加熱裝置，有的附有冷卻裝置、攪拌裝置及排煙滅火裝置或淬火機(jī)械裝置等。[2] [4]</p><p><b>　　2.8.2 儀表</b></p><p>　　熱處理中溫度是一個(gè)很重要的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量與控制，對(duì)提高熱處理質(zhì)量有著十分重要的意義。儀表是

84、熱處理溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)的重要組成部分。溫度控制系統(tǒng)主要有傳感器、溫度顯示調(diào)節(jié)控制儀表及執(zhí)行器三大部分組成。傳感器主要有熱電偶、熱電阻、輻射感溫器等，其中以熱電偶使用最為廣泛。常用的熱電偶結(jié)構(gòu)形式有普通直形、直形非固定螺紋和錐形帶固定螺紋等數(shù)種。常用的溫度與調(diào)節(jié)儀表類型有模擬量和數(shù)字量顯示儀表。[2] [4]</p><p>　?。?）溫度檢測(cè)儀表。熱電偶是應(yīng)用最廣泛的接觸式溫度傳感器。熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)（

85、熱電動(dòng)勢(shì)）的一種感溫元件，配之以二次儀表，通過測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)二測(cè)得溫度值。采用鎳鉻—鎳硅（鎳鋁）熱電偶，溫度范圍：-40~1200℃。</p><p>　　（2）數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表。數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀表，通過將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和控制，給人以直觀的顯示，響應(yīng)速度和測(cè)控精度比模擬式儀表提高了。面板式數(shù)字溫度儀表PY23/2，測(cè)量范圍：0~1300℃，配用熱電偶WRN(WREU)。[2] [4]<

86、;/p><p>　　2.8.3 工夾具</p><p>　　熱處理夾具的選擇原則為：</p><p>　?。?）符合熱處理技術(shù)條件：保證零件熱處理加熱冷卻，爐氣成分均勻度，不致使零件在熱處理過程中變形。</p><p>　?。?）符合經(jīng)濟(jì)要求：在保證零件熱處理質(zhì)量復(fù)合熱處理技術(shù)要求時(shí)，確保設(shè)備課程設(shè)計(jì)說明書具有高的生產(chǎn)能力，夾具應(yīng)具有質(zhì)量輕，吸

87、熱量少，熱強(qiáng)度高及使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。</p><p>　?。?）符合使用要求：保證裝卸零件方便和操作安全。[4]</p><p>　　圖12 井式滲碳爐星形吊具[4]</p><p>　　圖13 大型齒輪滲碳夾具[4]</p><p>　　2.9 大型錐齒輪的熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及要求</p><p>　　（

88、1）外觀檢查 表面淬火后不能出現(xiàn)過燒、熔化、裂紋等缺陷。硬度合格后應(yīng)進(jìn)行發(fā)黑處理，處理后的顏色為棕色或棕黑色。正火后工件表面不能有裂紋及傷痕等缺陷。一般熱處理工件均用肉眼或低倍放大鏡觀察表面由無裂紋、燒傷、碰傷、麻點(diǎn)、腐蝕、銹斑等。重要工件檢查裂紋可用碰力、著色、超聲波探傷等方法，對(duì)表面允許噴砂鑄工件可浸油后噴砂直接觀察。</p><p>　?。?）硬度檢查 正火零件的硬度檢查用布氏硬度計(jì)。滲碳包括滲層表面，

89、防滲部位及心部硬度，一般用洛氏硬度，淬火處理零件用洛氏硬度計(jì)。對(duì)于本件硬度檢查標(biāo)準(zhǔn)如下：最終熱處理應(yīng)使硬度值達(dá)到所要求的58~64 HRC。如果上述硬度計(jì)無法檢驗(yàn)時(shí)，用超聲波硬度計(jì)檢查。對(duì)于要求不嚴(yán)格的淬火件可用挫刀與標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行比較。注意硬度檢查的位置，應(yīng)在零件的主要部位，根據(jù)工藝流程或由檢驗(yàn)人員確定，一般為1~3 處，每處不少于三點(diǎn)，但必須注意，不得破壞工作面。檢查硬度時(shí)應(yīng)正確操作硬度計(jì)。被檢驗(yàn)零件表面必須平滑，不能有氧化皮或油污，

90、檢驗(yàn)前零件可用砂紙或挫刀磨光，打硬度時(shí)零件應(yīng)放平，使被測(cè)零件的被測(cè)面垂直于壓的軸線。</p><p>　　（3）金相組織檢查 由于20CrNi2Mo是低碳合金鋼，其正火后組織為均勻分布的珠光體和鐵素體，若組織中有點(diǎn)狀和細(xì)片狀珠光體及粗片珠光體，都是不正常的組織，碳化物網(wǎng)要求小于等于2級(jí)，珠光體為2~5級(jí)。</p><p>　　滲層碳化物的形態(tài)及分布，殘留奧氏體數(shù)量，有無反常組織，心部組織

91、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400倍觀察，淬火后一般得到馬氏體組織，由于奧氏體溫度不同，馬氏體形態(tài)的大小不同，一般分為8級(jí)，1級(jí)屬于奧氏體化溫度偏低，淬火組織是細(xì)針狀馬氏體和不大于5％的鐵素體，而8級(jí)屬于過熱組織，是粗大的板條狀馬氏體和片狀馬氏體，正常淬火是2~4級(jí)，其組織為細(xì)小的板條狀馬氏體和片狀馬氏體，之后用金相顯微鏡觀察，確定所屬等級(jí)。低溫回火后的金相組織為：馬氏體+下貝氏體+殘余奧氏體+碳化物。組織檢驗(yàn)應(yīng)注

92、意殘余奧氏體和針狀碳化物，都按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。</p><p>　?。?）滲層深度檢查 檢驗(yàn)滲碳層深度有三種方法，即化學(xué)法、金相法、有效硬化層深度法?；瘜W(xué)法是測(cè)量滲碳層總深度最精確的方法。根據(jù)試件深度的增量進(jìn)行剝層，逐層分析碳含量，直到剝層的含量與基體相同，此處距表面的距離為滲碳層的總深度。金相法是將試樣經(jīng)等溫退火得到平衡組織，在光學(xué)顯微鏡下放大倍測(cè)量，滲碳層深度相當(dāng)于原始組織至表面距離。有效硬化層深度法是測(cè)試試

93、件從表面至硬度為58HRC處的垂直距離，該硬度測(cè)量是在10N負(fù)荷下進(jìn)行的。因?yàn)橛捕扰c強(qiáng)度的關(guān)系成正比，所以有效硬化層深度法可直接地反映出滲碳件的機(jī)械性能,是控制齒輪滲碳層最準(zhǔn)確的方法。所以采用有效硬化層深度法進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)工件是否合格。[6]</p><p>　　2.10 大型錐齒輪的熱處理常見缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法</p><p>　　2.10.1 大型錐齒輪正火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救&

94、lt;/p><p>　?。?）網(wǎng)狀碳化物 原因：過共析鋼正火冷卻度不夠快時(shí)，碳化物呈網(wǎng)狀或斷續(xù)王狀分布在奧氏體晶界。這種缺陷多發(fā)生在截面尺寸較大的工件中，消除的方法是加快冷卻速度?？刂拼胧翰捎霉娘L(fēng)機(jī)冷卻、噴淋水冷等。</p><p>　?。?）粗大魏氏組織 原因：加熱溫度過高，奧氏體晶粒粗大，冷速又較快的中碳鋼中常出現(xiàn)粗大魏氏體組織，其鐵素體呈片狀羽毛或三角形分布在原奧氏體晶粒內(nèi)?？刂拼?/p>

95、施：通過完全退火或重新正火使晶粒細(xì)化完全消除。</p><p>　?。?）零件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力和變形 原因：正火冷卻速度較快，使零件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力和變形，甚至開裂，可采取退火消除。</p><p>　?。?）過燒 原因：加熱溫度過高，使晶界局部熔化。報(bào)廢。[5]</p><p>　　2.10.2 大型錐齒輪滲碳的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救</p>&l

96、t;p>　?。?）滲層不均 原因：爐溫不均、固體滲碳時(shí)裝箱體積過大、工件表面局部有炭黑或結(jié)焦及排氣不充分等。</p><p>　?。?）滲層過淺 原因：工藝控制不當(dāng)。</p><p>　　（3）網(wǎng)狀或堆狀碳化物 原因：爐氣碳勢(shì)過高或預(yù)冷溫度過低。控制措施：減少滲碳劑供給量，延長(zhǎng)擴(kuò)散時(shí)間或提高預(yù)冷溫度。</p><p>　?。?）心部鐵素體量過多 原因：

97、預(yù)冷溫度過低或一次加熱淬火溫度遠(yuǎn)低于心部的Ac1。</p><p>　?。?）滲層殘余奧氏體量過多 原因：爐氣碳勢(shì)高，工件表面碳氮濃度高，且預(yù)冷溫度不夠低?？刂拼胧簻p少滲碳劑供給量，延長(zhǎng)擴(kuò)散時(shí)間、降低預(yù)冷溫度，采用較低的溫度進(jìn)行重新加熱淬火或深冷處理。</p><p>　　（6）黑色組織 原因：鋼中的合金元素Cr、Mn等發(fā)生內(nèi)氧化而導(dǎo)致貧化，且氧化物質(zhì)點(diǎn)又可作為非馬氏體相變的核心，從

98、而引起滲層淬透性下降。</p><p>　　（7）畸變 原因：熱應(yīng)力?？刂拼胧?）采用熱油淬火；2）重新加熱淬火的滲碳件，降低淬火加熱溫度等等。</p><p>　?。?）滲碳開裂 原因：合金元素在滲碳時(shí)發(fā)生內(nèi)氧化，是滲層淬透性下降，空冷是表層拖尸體下面有一層發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變導(dǎo)致表層拖尸體區(qū)出現(xiàn)拉應(yīng)力，引起開裂?？刂拼胧航档途徖渌俣龋?jié)B層全部完成共析轉(zhuǎn)變，不出現(xiàn)馬氏體?；蚣涌炖鋮s

99、速度，使深層全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體加殘余奧氏體。[5]</p><p>　　2.10.3 大型錐齒輪淬火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救</p><p>　?。?）淬火畸變 原因：1）加熱溫度不均勻，形成的熱應(yīng)力引起畸變或工件在爐中放置不合理，在高溫下常因自重產(chǎn)生蠕變畸變；2）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)部的殘余應(yīng)力達(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

100、畸變和殘余應(yīng)力松弛；3）淬火冷卻的不同時(shí)性形成熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部塑性變形等等。減少淬火畸變的途徑：1）采用合理的熱處理工藝：2）合理設(shè)計(jì)；3）合理的鍛造和預(yù)先熱處理等等。</p><p>　?。?）淬火裂紋 原因：1）材料管理混亂；2）冷卻不當(dāng)；3）未淬透工件時(shí)，在淬硬層與非淬硬層交界處易形成淬火裂紋；4）嚴(yán)重表面脫碳易形成網(wǎng)狀裂紋；5）淬火加熱溫度過高易開裂；6）大截面高合金鋼工件淬火加熱時(shí)未經(jīng)預(yù)熱或

101、加熱速度過快，易開裂；7）原始組織不良；8）過燒裂紋等等。防止淬火開裂的措施：1）改進(jìn)工件結(jié)構(gòu)；2）合理選擇鋼材；3）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；4）正確進(jìn)行預(yù)先熱處理；5）正確進(jìn)行預(yù)先熱處理；6）正確選擇加熱參數(shù)；7）合理選用淬火介質(zhì)和淬火方法等等。[5]</p><p>　?。?）硬度不足 工件淬火后表面硬度低于所用鋼材應(yīng)有的淬火硬度值稱為硬度不足，其原因及控制措施如表9：<

102、/p><p>　　表9 淬火硬度不足原因及控制措施[5]</p><p>　　（4）軟點(diǎn) 淬火后工件表面局部區(qū)域出現(xiàn)硬度偏低的現(xiàn)象稱為軟點(diǎn)。產(chǎn)生軟點(diǎn)的原因及控制措施見下表10：</p><p>　　表10 產(chǎn)生軟點(diǎn)的原因及控制措施[5]</p><p>　　2.10.4 大型錐齒輪低溫回火的缺陷及其預(yù)防、補(bǔ)救</p><

103、;p>　?。?）回火硬度偏高 產(chǎn)生原因：回火不足（回火溫度低、回火時(shí)間不夠）。控制措施：提高回火溫度、延長(zhǎng)回火時(shí)間。</p><p>　?。?）回火硬度低 產(chǎn)生原因：回火溫度過高；淬火組織中有非馬氏體?？刂拼胧航档突鼗饻囟龋桓倪M(jìn)淬火工藝，提高淬火硬度。</p><p>　?。?）回火畸變 產(chǎn)生原因：淬火應(yīng)力回火時(shí)松弛引起畸變?？刂拼胧杭訅夯鼗鸹虺脽嵝Ｖ?。</p>

104、<p>　　（4）回火硬度不均 產(chǎn)生原因：回火爐溫不均、裝爐量過多爐氣循環(huán)不良?？刂拼胧籂t內(nèi)應(yīng)有氣流循環(huán)風(fēng)扇或減少裝爐量。</p><p>　　（5）回火脆性 產(chǎn)生原因：在回火脆性區(qū)回火；回火后未快冷引起第二類回火脆性?？刂拼胧罕苊獾谝活惢鼗鸫嘈詤^(qū)回火；在第二類回火脆性區(qū)回火后快冷。</p><p>　　（6）網(wǎng)狀裂紋 產(chǎn)生原因：回火加熱速度過快，表層產(chǎn)生多向拉應(yīng)力

105、?？刂拼胧翰捎幂^緩慢的回火加熱速度。</p><p>　?。?）回火開裂 產(chǎn)生原因：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?？刂拼胧簻p少淬火應(yīng)力，淬火后應(yīng)及時(shí)回火。</p><p>　?。?）表面腐蝕 產(chǎn)生原因：帶有殘鹽的零件回火前未及時(shí)清洗?？刂拼胧夯鼗鹎皯?yīng)及時(shí)清洗殘鹽。[5]</p><p><b>　　3 熱處理工藝卡<

106、;/b></p><p>　　3.1 20CrNi2Mo大型錐齒輪正火工藝卡</p><p>　　3.2 20CrNi2Mo大型錐齒輪滲碳工藝卡</p><p>　　3.3 20CrNi2Mo大型錐齒輪淬火工藝卡</p><p>　　3.4 20CrNi2Mo大型錐齒輪回火工藝卡</p><p><

107、b>　　4 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周敬恩. 熱處理手冊(cè). 第四版. 第一卷典工藝基礎(chǔ). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[2] 薄鑫濤. 實(shí)用熱處理手冊(cè). 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2008.</p><p>　　[3] 王廣生. 熱處理手冊(cè). 第四版. 第二卷典型零件熱處理. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2

108、008.</p><p>　　[4] 周敬恩. 熱處理手冊(cè). 第四版. 第三卷熱處理設(shè)備和工輔材料. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[5] 王廣生. 金屬熱處理缺陷分析及案例. 第二版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[6] 馬伯龍. 熱處理質(zhì)量控制應(yīng)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.</p>&

109、lt;p>　　[7] 齊錦剛. 金屬材料學(xué). 北京：冶金工業(yè)出版社，2012.</p><p>　　[8] 姜世杭，何榮，王會(huì)敏. 煤油－甲醇滴注式氣體滲碳工藝的研究 [J]. 山東農(nóng)機(jī)，2003，(5)：12-13.</p><p>　　[9] 閆宇宏，羅元良，楊鐵軍，等. 20CrNi2Mo鋼應(yīng)用范圍研究 [J]．礦山機(jī)械，1998，26（8）：68~69.</p>