熱處理課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 前言</b></p><p>　　“真材實(shí)料”——是每一個(gè)金屬材料人基本要求和夢(mèng)想。工藝決定組織，組織決定性能。尤其是熱處理工藝起到舉足輕重的作用。金屬熱處理是機(jī)械制造中重要工藝之一，與其它加工工藝相比，它一般不改變工件形狀和整體的化學(xué)成分，而是改變工件內(nèi)部顯微組織或表面化學(xué)成分，從而改變工件的使用性能。</p><p>　　機(jī)器零

2、件都具有一定功能, 如承受某種載荷、傳遞力或能等。熱處理工藝選擇不當(dāng)會(huì)引起機(jī)器零件喪失它應(yīng)有的功能, 斷裂是最常見(jiàn)、也是最危險(xiǎn)的失效類型, 它往往造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至造成人身傷亡事故。熱處理還會(huì)引起各種缺陷：帶狀組織、粗大晶粒、輕微魏氏組織、過(guò)熱等組織缺陷；過(guò)燒、有害夾雜物、孔洞、裂紋、氧化脫碳、裂紋和殘余應(yīng)力等。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要是制定典型零件的生產(chǎn)工藝的一門綜合課程設(shè)計(jì)。從本次課程設(shè)計(jì)中

3、，我們可以獲得綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)、基本技能，獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；培養(yǎng)嚴(yán)肅、認(rèn)真、科學(xué)的工作作風(fēng)和勇于進(jìn)取開(kāi)拓的創(chuàng)新精神。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，可以使我們初步掌握典型零部件生產(chǎn)工藝過(guò)程；掌握典型零件的選材、熱處理原則和工藝制定原理；理論聯(lián)系實(shí)際，綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課及專業(yè)課程多方面的知識(shí)去認(rèn)識(shí)和分析零部件熱處理生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　熱處理工藝是整個(gè)機(jī)器零件和工模

4、具制造的一部分，熱處理是通過(guò)改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。合理的熱處理工藝方案，不但可以滿足設(shè)計(jì)及使用性能的要求，而且具有最高的勞動(dòng)生產(chǎn)率，最少的工序周轉(zhuǎn)和最佳的經(jīng)濟(jì)效果。</p><p>　　“紙上來(lái)得終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，

5、從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識(shí)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。</p><p>　　“正火、退火、淬火、回火，火火相依；時(shí)效、調(diào)質(zhì)、滲碳、滲氮，處處可用”。</p><p><b>　　2 零件分析</b></p><p>　　2.1 零件圖圖紙</p><p><b>　　2.2 服役條

6、件</b></p><p>　　萬(wàn)能分度頭是通用設(shè)備的必備設(shè)備，它可以輔助機(jī)床完成被加工零件在圓周任意度上的分度工作。如對(duì)零件分度鉆孔，銑槽，銑削圓弧和零件劃線工作。其主軸的回轉(zhuǎn)現(xiàn)可在0°-90°之間任意調(diào)整。分度主軸可配備各種類型的卡盤及夾具。</p><p><b>　　2.3 受力分析</b></p><p&

7、gt;　　主軸是機(jī)床上傳動(dòng)力的零件，由于負(fù)荷不同，受力大小也不同，常承受彎曲、扭矩、沖擊、同時(shí)受到在滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)部位受摩擦作用。</p><p><b>　　2.4 性能要求</b></p><p>　　主軸的性能要求是高硬度、足夠的韌性及疲勞強(qiáng)度、強(qiáng)度、形狀畸變要求。</p><p>　　2.5 失效形式分析</p><

8、p>　　主要失效形式是：斷裂、過(guò)載失效、磨損失效。</p><p>　　上述萬(wàn)能分度頭主軸，從工件整體來(lái)說(shuō)作為機(jī)床傳動(dòng)件，必須具備一定的強(qiáng)韌性，同時(shí)后端直徑48.2及A、B兩部位受擊段，由于承受一定的扭轉(zhuǎn)、摩擦力，因此要求具備較高的強(qiáng)度、硬度。</p><p><b>　　3 材料選擇</b></p><p>　　依據(jù)主軸的工作條件，與

9、滑動(dòng)軸承相配合，主軸承受的載荷較小，主軸的轉(zhuǎn)速也較小，工作表面精度要求不高的特點(diǎn)，可以選用調(diào)質(zhì)鋼或滲碳鋼。滲碳鋼表面有高的彎曲、接觸、疲勞強(qiáng)度及高的耐磨性，心部有良好的塑性和韌性，但是從所給的零件圖要求來(lái)看，此空心主軸要求內(nèi)表面也有一定的耐磨性和抗疲勞性，而且滲碳鋼熱處理變形較大，工藝性能較差，因此滲碳鋼不適合做此類軸，因而選用調(diào)質(zhì)鋼。</p><p>　　3．1 調(diào)質(zhì)鋼簡(jiǎn)介</p><p&

10、gt;　?。?）組織特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)鋼淬火得到的馬氏體組織經(jīng)高溫回火后，得到在α相基體上分布有極細(xì)小的顆粒狀碳化物。它的顯微組織根據(jù)含有不同合金元素而引起的回火穩(wěn)定性的差別和回火溫度，可得到回火屈氏體或索氏體組織。</p><p>　?。?）成分特點(diǎn)：①低碳：含碳量一般為0.3-0.5%，以保證心部有足夠的塑性和韌性，含碳量低時(shí)淬硬性不夠，含碳量高時(shí)心部韌性下降。②合金元素：主加元素為Cr、Mn、Ni、Si等，它們的主

11、要作用是提高鋼的淬透性，從而提高心部的強(qiáng)度和韌性；輔加元素為W、Mo、V、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素，這些元素通過(guò)形成穩(wěn)定的碳化物來(lái)細(xì)化奧氏體晶粒。</p><p>　　(3)性能及應(yīng)用:調(diào)質(zhì)鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，有較高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性。因而被廣泛用于制造各種機(jī)械零件，如軸類、軸承和高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3．2 調(diào)質(zhì)鋼的選擇</p><p>　

12、　常用做軸類的調(diào)質(zhì)鋼[1]有：45鋼，40Cr,40MnVB等，參數(shù)見(jiàn)表1。</p><p>　　表1 萬(wàn)能分度頭主軸材料[1]</p><p>　　（1）45鋼是普通的中碳結(jié)構(gòu)鋼，冷熱加工性能都不錯(cuò)，機(jī)械性能較好，且價(jià)格低、來(lái)源廣，所以應(yīng)用廣泛。它用做截面尺寸較小或不要求完全淬透的零件，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后，硬度可達(dá)到220-250HBS，表面淬火之后硬度為48-52HRC[1][2]。&l

13、t;/p><p>　?。?）40Cr一般用做淬透性較高的零件，合金元素Cr可阻礙碳化物在高溫回火時(shí)聚集長(zhǎng)大，保證鋼的高強(qiáng)度，鉻還阻礙α相的再結(jié)晶，能保持細(xì)小的晶塊結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的機(jī)械性使α相也能保持高的強(qiáng)度，40Cr經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，硬度可達(dá)到220-250HBS，表面淬火后的硬度為52-61HRC[1][2]。</p><p>　?。?）40MnVB為要求淬透性更高一級(jí)的鋼種，常用做大截面零件，

14、合金元素Mn的加入對(duì)鋼的沖擊韌性有所改善，能使鋼的韌-脆轉(zhuǎn)化溫度下降，V可以細(xì)化奧氏體晶粒，微量的B可以顯著提高鋼的淬透性，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，硬度可達(dá)到220-250HBS，表面淬火后的硬度為52-61HRC[1][2]。</p><p>　　由上可以看出合金鋼有較高的淬透性，適用于大截面零件，而且還有高的沖擊韌性和低的韌-脆轉(zhuǎn)化溫度。但是合金鋼經(jīng)常遇到的一個(gè)特殊問(wèn)題就是高溫回火脆性，高溫回火后的冷卻速度是影響鋼韌性

15、的主要因素，冷卻速度越慢，室溫沖擊韌性愈低，韌-脆轉(zhuǎn)化溫度愈高，因而合金調(diào)質(zhì)鋼的熱處理過(guò)程不易把握。與合金調(diào)質(zhì)鋼相比，碳素結(jié)構(gòu)鋼的淬透性較低，盡管如此，由于碳素調(diào)質(zhì)鋼價(jià)格便宜，來(lái)源廣。</p><p>　　綜合考慮：在滿足零件要求（調(diào)質(zhì)硬度235HBS，表面淬火硬度為48HRC）的前提下，應(yīng)該選擇45鋼。</p><p>　　表2 45鋼的主要化學(xué)成分 [4]。</p>

16、<p>　　4 確定加工路線（冷、熱加工）</p><p>　　工藝路線：鍛造[12]→正火→機(jī)加工（粗車留精車量4mm）→調(diào)質(zhì)→機(jī)加工（精車磨量0.5-0.6mm）→直徑48.2mm局部淬火、回火→機(jī)加工（粗磨留精磨量0.15-0.25mm）→A、B中間段淬火、回火→機(jī)加工（精磨或精磨后超精加工）→成品</p><p>　　5 熱處理工藝方法選擇</p>&l

17、t;p><b>　　5.1 預(yù)備熱處理</b></p><p>　　預(yù)備熱處理采用正火，消除毛胚鍛造應(yīng)力，降低硬度以及改善切削加工性能，同時(shí)均勻組織，細(xì)化晶粒，為了后續(xù)加熱處理做準(zhǔn)備。</p><p><b>　　5.2中間熱處理</b></p><p>　　中間熱處理采用調(diào)質(zhì)，即淬火加高溫回火，以獲得回火索氏體組織

18、[3]，主要用于中碳碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼以獲得良好的綜合機(jī)械性能。</p><p>　　5.2.1 淬火方法的選擇[1][2] </p><p>　　常用的淬火方法有單液淬火法、中斷淬火法（雙淬火介質(zhì)淬火法）、分級(jí)淬火法、等溫淬火法。</p><p>　　（1）單液淬火法，把已加熱到淬火溫度的工件淬入一種淬火介質(zhì)，使其完全冷卻。它是最簡(jiǎn)單的淬火方法，常用于形狀

19、簡(jiǎn)單的碳鋼和合金鋼工件。</p><p>　?。?）雙液淬火法，把加熱到淬火溫度的工件，先在冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms點(diǎn)，然后轉(zhuǎn)入慢冷的淬火介質(zhì)中冷卻至室溫，以達(dá)到在不同淬火冷卻溫度區(qū)間，有比較理想的淬火冷卻速度。</p><p>　　（3）分級(jí)淬火法，把工件由奧氏體化溫度淬入高于該種鋼馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度的淬火介質(zhì)中，在其中冷卻直至工件各部分溫度達(dá)到淬火介質(zhì)的溫度，然后緩慢冷至

20、室溫，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。</p><p>　?。?）等溫淬火法，工件淬火加熱后，若長(zhǎng)期保持在下貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的溫度，使之完成奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變，獲得下貝氏體組織，這種淬火方法稱為等溫淬火。</p><p>　　因?yàn)榇庸さ牧慵螤顝?fù)雜，尺寸較大，為了防止淬火過(guò)程中發(fā)生變形，開(kāi)裂，因而我選用雙液淬火法。</p><p>　　5.2.2 回火方法的選擇</p>

21、<p>　　鋼件淬火后，再加熱到A1 以下某一溫度，保持一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火?；鼗鸬哪康氖欠€(wěn)定組織，消除淬火應(yīng)力；調(diào)整硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性。</p><p>　　根據(jù)回火溫度的不同，分為低溫回火、中溫回火、高溫回火三種[1][5][7]。</p><p>　?。?）低溫回火（150～250℃），組織是回火馬氏體，和淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的

22、高硬度、高強(qiáng)度和良好耐磨性，又適當(dāng)提高了韌性。硬度為61～65HRC，主要用于高碳鋼，合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動(dòng)軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。 </p><p>　　（2）中溫回火（350～500℃），組織為回火屈氏體，對(duì)于一般碳鋼和低合金鋼，中溫回火相當(dāng)于回火的第三溫度區(qū)，此時(shí)碳化物開(kāi)始聚集，基體開(kāi)始回復(fù)，淬火應(yīng)力基本消除。硬度為 35～50HRC，具有高的彈性極限，有良好的塑性和韌性，主用于

23、彈性件及模具處理。</p><p>　　（3）高溫回火（500～650℃），組織為回火索氏體，硬度為220～330HBS。淬火和隨后的高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，鋼具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。因此，高溫回火主要適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼，用來(lái)制作汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件，如曲軸、連桿、螺栓、機(jī)床主軸及齒輪等重要的機(jī)器零件。</p><p>　　因?yàn)樵撝鬏S需要進(jìn)行調(diào)

24、質(zhì)處理，所以采用高溫回火。</p><p><b>　　5.3 最終熱處理</b></p><p>　　最終熱處理采用表面淬火[1][2][3]。表面淬火是指被處理工件在表面有限深度范圍內(nèi)加熱至相變點(diǎn)以上，然后迅速冷卻，在工件表面一定深度范圍內(nèi)達(dá)到淬火目的的熱處理工藝。利用表面淬火得到表面硬化后，零件的心部仍可保持原來(lái)的顯微組織和性能不變，從而達(dá)到提高疲勞強(qiáng)度、提高耐

25、磨性并保持心部韌性的優(yōu)良綜合性能。</p><p>　　常用的表面加熱淬火方法有感應(yīng)加熱表面淬火、火焰淬火、電接觸加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火、激光加熱表面淬火、電子束加熱表面淬火、等離子束加熱表面淬火等。</p><p>　?。?）感應(yīng)加熱表面淬火，即以電磁感應(yīng)原理在工件表面產(chǎn)生電流密度很高的渦流來(lái)加熱工件表面的淬火方法。根據(jù)所產(chǎn)生交流電流的頻率不同，可分為高頻淬火、中頻淬火及高頻脈

26、沖淬火三類。</p><p>　?。?）火焰淬火，即用溫度極高的可燃?xì)怏w火焰直接加熱工件表面的表面淬火方法。</p><p>　?。?）電接觸加熱表面淬火，即以當(dāng)?shù)碗妷捍箅娏鞯碾姌O引入工件并與之接觸，以電極與工件表面的接觸電阻發(fā)熱來(lái)加熱工件表面的淬火方法。</p><p>　?。?）電解液加熱表面淬火，即工件作為一個(gè)電極（陰極）插入電解液中，利用陰極效應(yīng)來(lái)加熱工件表

27、面的淬火方法。</p><p>　　綜合考慮了上述幾種方法各自的特點(diǎn)和局限性后，我選用了感應(yīng)淬火，因?yàn)樗哂泄に嚭?jiǎn)單、工件變形小、生產(chǎn)效率高、省能、環(huán)境污染少、工藝過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　制定熱處理工藝制度 </p><p>　　表3 45鋼加熱和冷卻的臨界點(diǎn)[2]</p><p>　　6.1 正火工藝的

28、制定</p><p>　　為了消除毛胚鍛造應(yīng)力，降低硬度以及改善切削加工性能，同時(shí)均勻組織，細(xì)化晶粒，為了后續(xù)加熱處理做準(zhǔn)備。</p><p>　　正火溫度，選用830-850℃。一般正火加熱溫度是將工件加熱到Ac3或Accm以上30-50℃，45鋼的臨界點(diǎn)溫度為780℃，正火時(shí)一般采用熱爐裝料，加熱過(guò)程中工件內(nèi)溫差較大，為了縮短工件在高溫時(shí)的停留時(shí)間，一般加熱溫度稍高。</p>

29、;<p>　?。?）正火保溫時(shí)間，保溫時(shí)間與鋼的化學(xué)成分、工件形狀、尺寸、爐子類型、裝爐量等多種因素有關(guān)，一般按每毫米厚度保溫1.5-2.5min估算。主軸的直徑為115.4mm，考慮加工余量5mm，因而其有效厚度為50mm，保溫時(shí)間為4h左右。</p><p>　　（3）正火的冷卻方式一般采用空冷。</p><p><b>　　溫度/℃</b><

30、/p><p><b>　　時(shí)間/h</b></p><p>　　6.2 調(diào)質(zhì)工藝的制定</p><p>　　毛胚經(jīng)鏜孔、車出大臺(tái)階后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，其目的是為了提高主軸整體的強(qiáng)韌性，滿足性能要求。</p><p>　　（1）加熱溫度，亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3+30-50℃[2]，一般在空氣爐中加熱比在鹽浴中加熱高10-30

31、℃，綜合考慮淬火加熱溫度應(yīng)選用810-830℃。</p><p>　?。?）淬火加熱時(shí)間，應(yīng)包括工件整個(gè)截面加熱到預(yù)定淬火溫度，并使之在該溫度下完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所需的時(shí)間。常用經(jīng)驗(yàn)公式為： τ=α·k·D</p><p>　　式中 τ——加熱時(shí)間，min；</p><p>　　α——加熱時(shí)間系數(shù)，m

32、in/mm；</p><p>　　k——裝爐量修正系數(shù)；</p><p>　　D——工件有效厚度，mm。</p><p>　　對(duì)于管型工件的有效厚度，當(dāng)高度/壁厚≧1.5時(shí)，可按1.5壁厚計(jì)算[5]，圖1中最大壁厚為15mm，考慮到圓錐部位的壁厚稍大一些，因而取最大壁厚為20mm。工件的有效厚度D=50mm,加熱系數(shù)α和裝爐修正系數(shù)k分別見(jiàn)表3和表4，對(duì)于45鋼，α

33、=1.0，k=1.0，則τ=1.0×1.0×50=50min,考慮到透熱之后，還需要5-15min的組織轉(zhuǎn)變時(shí)間，因而我選擇1h的保溫時(shí)間。</p><p>　　表4 常用鋼的加熱系數(shù)（min/mm）[2]</p><p>　　冷卻方法的選擇，考慮到所給主軸的形狀復(fù)雜，尺寸較大，淬火過(guò)程易發(fā)生形變或開(kāi)裂，我選用中斷淬火法。把加熱到淬火溫度的工件，先在冷卻能力強(qiáng)的鹽水中

34、冷卻至接近Ms點(diǎn)，然后取出轉(zhuǎn)入油冷，以達(dá)到在不同淬火冷卻溫度區(qū)間，有比較理想的淬火冷卻速度。這樣既保證了獲得較高的硬度層和淬硬層深度又可減少內(nèi)應(yīng)力及防止發(fā)生變形或開(kāi)裂。在水中停留時(shí)間為每5-6mm有效厚度約1s。由于出水溫度難以掌握，須憑經(jīng)驗(yàn)操作，當(dāng)水中的工件抖動(dòng)停止，在水中30S取出可放入油中油冷。另外，工件入水宜動(dòng)不宜靜，應(yīng)按照工件的幾何形狀，作規(guī)則運(yùn)動(dòng)。靜止的冷卻介質(zhì)加上靜止的工件，導(dǎo)致硬度不均勻，應(yīng)力不均勻而使工件變形大，甚至開(kāi)

35、裂。</p><p>　　回火溫度的確定：根據(jù)零件要求，調(diào)質(zhì)后的硬度為235-265HBS,查表5，</p><p>　　選擇回火溫度為600-640℃。</p><p>　　表6 45鋼調(diào)質(zhì)硬度[5]</p><p>　　回火時(shí)間的確定：回火時(shí)間一般從工件入爐后爐溫升至回火溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)算，一般為1-3h，在實(shí)踐中常用工件的有效厚度估算，表

36、6是單個(gè)工件的保溫時(shí)間表，多個(gè)工件堆積可適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間。由于工件的有效厚度是50mm，二十個(gè)工件同時(shí)加熱，我選擇保溫時(shí)間為3h。</p><p>　?。?）回火后的冷卻：回火后工件一般在空氣中冷卻。</p><p>　　6.3 淬火工藝的制定</p><p>　　6.3.1 直徑48.2mm局部淬火、回火加熱規(guī)范的確定</p><p>　　

37、其目的是為了提高扭轉(zhuǎn)工件部位的強(qiáng)度、硬度。</p><p>　　淬火溫度：加熱溫度，亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3+30-50℃，一般在空氣爐中加熱比在鹽浴中加熱高10-30℃，綜合考慮淬火加熱溫度應(yīng)選用810-830℃。，</p><p>　　加熱時(shí)間：加熱系數(shù)選擇為1.2～1.5之間，零件有效厚度D為17mm，K裝爐修正系數(shù)選擇為1.0。有上可得t＝1.0×1.0×1

38、7min=17min，故保溫17min,先水淬20s在油冷。淬火回火工件必須要垂直掛吊如圖所示：</p><p>　　回火溫度根據(jù)表5選擇350℃，回火時(shí)間一般從工件入爐后爐溫升至回火溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)算，一般為1-3h，在實(shí)踐中常用工件的有效厚度估算，表6是單個(gè)工件的保溫時(shí)間表，多個(gè)工件堆積可適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間。由于工件的有效厚度是17mm，二十個(gè)工件同時(shí)加熱，我選擇保溫時(shí)間2h。</p><p&g

39、t;　　6.3.2 局部（A、B中間段）感應(yīng)淬火、回火</p><p>　　A、B中間段感應(yīng)淬火，回火目的都是為了提高該部位表面硬度及耐磨性。</p><p>　　（1）淬火加熱溫度和加熱方式的選擇：常用加熱方式有兩種，一種為同時(shí)加熱法，即對(duì)工件需淬火表面同時(shí)加熱，一般在設(shè)備功率足夠、生產(chǎn)批量比較大的情況下采用；另一種為連續(xù)加熱法，即對(duì)工件需淬火部位中的一部分同時(shí)加熱，通過(guò)感應(yīng)器與工件之間

40、的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，把已加熱部位逐漸移到冷卻為之冷卻，待加熱部位移至感應(yīng)器中加熱，如此連續(xù)進(jìn)行，直至需硬化的全部部位淬火完畢。由于所要加工的工件淬火部位比較分散，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)其同時(shí)加熱，因而選擇連續(xù)加熱法。一般高頻加熱淬火溫度可比普通加熱淬火溫度高30-200℃，因而我選880-900℃。在連續(xù)加熱條件下，通過(guò)控制工件與感應(yīng)圈相對(duì)位移速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。選用的感應(yīng)器陽(yáng)極電壓13.5kv，陽(yáng)極電流6A，屏極電流1.2A，工件連續(xù)淬火時(shí)相對(duì)移動(dòng)速度100mm

41、/min。</p><p>　?。?）冷卻方式和冷卻介質(zhì)的選擇：常用的冷卻方式是噴射冷卻法和浸液冷卻法。噴射冷卻法即當(dāng)反應(yīng)器加熱終了時(shí)把工件置于噴射其中，向工件噴射淬火介質(zhì)進(jìn)行淬火冷卻，其冷卻速度可以通過(guò)調(diào)節(jié)液體壓力、溫度及噴射時(shí)間來(lái)控制。浸液淬火法即當(dāng)工件加熱終了時(shí)，浸入淬火介質(zhì)中進(jìn)行冷卻?？紤]到零件加工部位的分散性，零件形狀復(fù)雜，我選擇噴射冷卻法，這樣比較容易控制冷卻速度。冷卻介質(zhì)使用水溶液。</p&g

42、t;<p>　　回火溫度根據(jù)下表選擇300℃</p><p>　　表8 45鋼調(diào)質(zhì)硬度[5]</p><p>　　回火時(shí)間的確定：回火時(shí)間一般從工件入爐后爐溫升至回火溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)算，一般為1-3h，在實(shí)踐中常用工件的有效厚度估算，選擇2h。</p><p>　　局部（A、B中間段）感應(yīng)淬火、回火熱處理工藝曲線</p><p>

43、　　7 熱處理設(shè)備選擇</p><p>　　常用的熱處理加熱設(shè)備按能源分有燃料加熱設(shè)備和電加熱設(shè)備；按工作溫度可分為高溫爐（＞1000℃）、中溫爐（650℃-1000℃）和低溫爐（≤650℃）。生產(chǎn)上常用的加熱設(shè)備有電阻爐、浴爐、氣體滲碳爐、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等。爐型的選擇應(yīng)依據(jù)不同的工藝要求及工件的類型來(lái)決定。</p><p>　　熱處理設(shè)備的選擇要從設(shè)備經(jīng)濟(jì)性、可靠性、配套性、安全性、

44、安全性以及工廠的實(shí)際情況等來(lái)選擇[6]。</p><p>　　7.1 箱式電阻爐的選擇</p><p>　　熱處理電阻爐是以電為能源的，通過(guò)爐內(nèi)電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能而加熱工件的爐子，是一種造價(jià)相對(duì)便宜的爐子，以降低成本。中溫箱式電阻爐可用于退火、正火、回火或固體滲碳等。表6為中溫箱式電阻爐各種參數(shù)，主軸的尺寸為222×115.4×48.2mm，并且為單件小批生產(chǎn)，

45、故在回火過(guò)程中選擇RX3-30-9型號(hào)的箱式電阻爐。主軸平放在爐膛內(nèi)，一次最多可放20根。</p><p>　　表9 中溫箱式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)[7] </p><p>　?。?）鑒于所需要的加熱溫度，選擇中溫箱式電阻爐進(jìn)行加熱。中溫箱式電阻爐可用為大批量生產(chǎn)考慮經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，故選用正火選用RX3-75-9箱式電阻爐批量生產(chǎn)。調(diào)質(zhì)淬火選用RX3-45-9箱式電阻爐批量生產(chǎn)。回火選

46、用RX3-75-9箱式電阻爐批量生產(chǎn)。</p><p>　　（2）鑒于工件需要局部淬火根據(jù)淬火溫度，直徑48.2mm選用RDM-30-6中溫鹽浴爐局部淬火、選用GY2-10-8外部電熱中溫浴爐加熱回火。</p><p>　　7.2 感應(yīng)加熱設(shè)備的選擇</p><p>　　局部（A、B中間段）選用GP100-CM型立式高頻加熱電源，感應(yīng)器選擇自噴水式，感應(yīng)加熱裝置根

47、據(jù)電源頻率不同，可分為超高頻、高頻、超音頻、中頻、工頻感應(yīng)加熱裝置。也可按變頻方式分為電子管變頻裝置、機(jī)式變頻裝置、晶閘管變頻裝置及工頻加熱裝置。常見(jiàn)的電子管式高頻、超音頻變頻裝置的型號(hào)見(jiàn)表7，變頻裝置由晶閘管調(diào)壓器、升壓變壓器、高壓整流器，電子管振蕩器等構(gòu)成的主回路電路及微機(jī)控制調(diào)壓電源系統(tǒng)組成。選擇的設(shè)備頻率為250KHz，因而選擇GP100-CM型號(hào)的電子管式高頻設(shè)備。</p><p>　　表10 電子管

48、式高頻裝置的型號(hào)及主要技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p>　　7.3 感應(yīng)器的選擇</p><p>　　感應(yīng)器是感應(yīng)加熱的主要工裝，選擇感應(yīng)器的原則是保證工件表面加熱層溫度均勻、電效率高、容易制造、安裝操作方便。按感應(yīng)器形狀可分為圓柱外表面加熱感應(yīng)器，內(nèi)孔表面加熱感應(yīng)器、平面加熱感應(yīng)器以及特殊形狀表面加熱感應(yīng)器等。</p><p>　　零件圖中AB兩處待加工部位為圓柱外表面

49、，因而可以使用圓柱外表面加熱感應(yīng)器，如圖3所示。零件圖AB中間段部位為內(nèi)孔表面，選用內(nèi)孔表面加熱感應(yīng)器，如圖4所示。</p><p>　　圖3 高頻外表面連續(xù)淬火感應(yīng)器[7]</p><p>　　a）感應(yīng)器結(jié)構(gòu) b）淬火時(shí)位置</p><p><b>　　8 工裝設(shè)計(jì)</b></p><p>

50、;　　工裝設(shè)計(jì)主要指的是熱處理過(guò)程中所用到的輔具和夾具以及其他設(shè)備所進(jìn)行的選擇。</p><p>　　8.1 淬火介質(zhì)冷卻設(shè)備</p><p>　　選用普通型間隙淬火槽，由于此類淬火槽水的熱容量很大，冷卻能力很強(qiáng)，工件在水中淬火時(shí)，阻礙冷卻。為此淬火水槽應(yīng)設(shè)置攪拌或其他使介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的裝置，以破壞蒸汽膜和使介質(zhì)溫度均勻化，水溫控制在15—25℃，可獲得一致的淬火效果。熱處理冷卻設(shè)備應(yīng)能保證工

51、件在冷卻時(shí)具有相應(yīng)的冷卻速度和冷卻溫度。淬火冷卻設(shè)備主要指盛油介質(zhì)的槽子，油的粘度大，并影響冷卻能力和溫度均勻度，因此油槽應(yīng)控制油溫和加熱攪拌。油溫一般保持在40—95℃，最常用的在50—75℃之間，油槽應(yīng)設(shè)冷卻循環(huán)系統(tǒng)和加熱裝置，還應(yīng)防止水混入，注意設(shè)置排水口。一般的淬火槽的尺寸都能夠滿足淬火要求如選普通淬火槽</p><p>　　8.2 清洗設(shè)備的選擇</p><p>　　零件在熱處

52、理前需清除銹斑、油漬、污垢、切削冷卻液和研磨劑等，以保證不阻礙加熱和冷卻，不影響介質(zhì)和氣氛的純度。以防零件出現(xiàn)軟點(diǎn)、滲層不均勻、組織不均勻等影響熱處理質(zhì)量的現(xiàn)象。熱處理后也常需清洗，以去除零件表面殘油、殘?jiān)吞亢诘雀街铮员Ｕ蠠崽幚砹慵鍧嵍?、防銹和不影響下道工序加工等要求。根據(jù)零件對(duì)清潔度要求、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)批量及工件外形尺寸選用相應(yīng)的清洗設(shè)備。</p><p>　　一般清洗機(jī)常用于清除殘油和殘鹽，可分為間歇

53、式和連續(xù)式兩種。前者有清洗槽、室式清洗機(jī)，強(qiáng)力加壓噴射式清洗劑等；后者有傳送帶式清洗機(jī)及各類生產(chǎn)線、自動(dòng)線配置的懸掛輸送鏈?zhǔn)?、鏈板式、推桿式和往復(fù)式等各類專用清洗設(shè)備。根據(jù)主軸的生產(chǎn)特點(diǎn)，小批量的中小型零件，我選擇室式清洗機(jī)。</p><p>　　8.3 工裝夾具的選擇[13][14]</p><p>　　工件調(diào)制選用（a）夾具，進(jìn)行局部淬火選用（b）將工件垂直掛立。</p>

54、<p>　　9 檢驗(yàn)設(shè)備及方法選擇</p><p>　　9.1檢驗(yàn)所依據(jù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b>　　化學(xué)成份檢驗(yàn)參考：</b></p><p>　　碳含量 GB/T 223.71-1997 GB/T 223.69-1997 </p><p>　　硫含量 GB/T 223.68-1997

55、 </p><p>　　錳含量 GB/T 223.63-88 </p><p>　　硅含量 GB/T 223.60-87 </p><p>　　磷含量 GB/T 223.59-87</p><p><b>　　其他檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：</b></p><p>　　GB/T 247-1997

56、 鋼板和鋼帶驗(yàn)收包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書的一般規(guī)定 </p><p>　　GB/T 700-2006 碳素結(jié)構(gòu)鋼 </p><p>　　GB/T 709-88 熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差</p><p>　　GB/T 2975-82 鋼材力學(xué)及工藝性能試驗(yàn)取樣規(guī)定 </p><p>　　GB/

57、T 3274-88 碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶</p><p>　　ASTM 370-02 鋼制品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義</p><p>　　表10 主軸的技術(shù)要求和質(zhì)量檢驗(yàn)[9] [10][15]</p><p>　　10 熱處理缺陷分析[1][2][10]</p><p>　　在實(shí)際的熱處

58、理過(guò)程中，由于原材料的缺陷、工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)、工序不當(dāng)、操作不當(dāng)?shù)仍颍自斐筛鞣N熱處理缺陷的產(chǎn)生。軸類在加工過(guò)程中可能出現(xiàn)的熱處理缺陷如下：</p><p>　?。?）硬度過(guò)高，W（C）>0.45%的中、高碳鋼在正火過(guò)程中容易出現(xiàn)硬度過(guò)高現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：冷卻速度快，組織中珠光體片間距變細(xì)，碳化物彌散度增大；裝爐量大，爐溫不均勻。嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，可消除硬度過(guò)高缺陷。</p><p>　

59、　（2）淬火畸變，產(chǎn)生原因：熱處理前后組織比體積不同是引起體積變化的主要原因，加熱溫度不均，淬火冷卻時(shí)的不同時(shí)性形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部發(fā)生塑性變形。消除方式：降低淬火加熱溫度對(duì)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(guò)程中的熱畸變，合理捆扎和吊掛工件。根據(jù)工件的形狀采用合理的淬入方式。</p><p>　?。?）淬火開(kāi)裂，產(chǎn)生原因：冷卻不當(dāng)，在Ms溫度以下快冷，因組織應(yīng)力大

60、引起開(kāi)裂，還可能是淬火后未及時(shí)回火，工件內(nèi)部的顯微裂紋在淬火應(yīng)力作用下擴(kuò)展成宏觀裂紋。消除方式：正確進(jìn)行預(yù)先熱處理，避免正火、退火組織缺陷。合理選擇淬火介質(zhì)和淬火方法。易開(kāi)裂工件，淬火后要及時(shí)回火。</p><p>　?。?）感應(yīng)淬火易出現(xiàn)硬度不足，產(chǎn)生原因：?jiǎn)挝槐砻婀β实?，加熱時(shí)間短，加熱表面與感應(yīng)器間隙過(guò)大，這些因素都使感應(yīng)加熱溫度降低，淬火組織中有較多的未溶鐵素體。還可能是加熱結(jié)束至冷卻開(kāi)始的時(shí)間間隙太長(zhǎng)，

61、噴液時(shí)間短，噴液供應(yīng)量不足或噴液壓力低，淬火介質(zhì)冷卻速度慢，使組織中出現(xiàn)非馬氏體組織。消除方式：正確選擇感應(yīng)設(shè)備，嚴(yán)格按照工藝參數(shù)加工。</p><p><b>　　11 小結(jié)</b></p><p>　　熱處理工藝的制定，必須居于工件的服役條件情況，不但要分析其性能要求，還要根據(jù)零件的外形條件，對(duì)其他不同的不為采用不同的熱處理方法，只有這樣才能取得良好的效果。&l

62、t;/p><p>　　真是書到用時(shí)方恨少，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我真是深有體會(huì)。做課程設(shè)計(jì)之前，我沒(méi)有一個(gè)完整的設(shè)計(jì)思路，這足以顯示我學(xué)得不夠精不夠深，所學(xué)的知識(shí)沒(méi)有形成一個(gè)完整的體系。不能運(yùn)用自如，這可以說(shuō)明我們實(shí)踐太少，所學(xué)的知識(shí)沒(méi)有及時(shí)的整理和消化學(xué)習(xí)尚欠努力。不過(guò)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)典型零件的熱處理生產(chǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的方法、步驟、思路等有了深刻的了解，基本上可以把所學(xué)的專業(yè)課知識(shí)綜合地運(yùn)用于實(shí)踐當(dāng)中，這對(duì)我以后的學(xué)

63、習(xí)工作起到一定的作用。</p><p>　　再次感謝**老師的認(rèn)真輔導(dǎo)以及同學(xué)們的幫助，無(wú)論是學(xué)習(xí)還是生活，他們讓我有了一個(gè)更好的認(rèn)識(shí)，生活是實(shí)在的，要踏實(shí)走路。課程設(shè)計(jì)時(shí)間雖然很短暫，但我學(xué)習(xí)了很多的東西，使我眼界大開(kāi)，感受頗深。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孫大涌， 熱處理手冊(cè)（第三版）

64、，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[2] 胡光立、謝希文， 鋼的熱處理 ，西北工業(yè)大學(xué)出版社，</p><p>　　[3] 雷延權(quán)、傅家騏， 金屬熱處理工藝方法500種，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998</p><p>　　[4] 戴起勛， 金屬材料學(xué)， 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2011 </p><p>　　[5]

65、 夏立方編，金屬熱處理工藝學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[6] 吉澤升，熱處理爐，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[7] 吳承建，陳國(guó)良，強(qiáng)文江編，金屬材料學(xué)，冶金工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[8] 全國(guó)熱處理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)編，金屬熱處理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p&g

66、t;<p>　　[9] 朱和國(guó)、王恒志， 材料科學(xué)研究與測(cè)試方法， 東南大學(xué)出版社， 南京，20008</p><p>　　[10] 束德林， 工程材料力學(xué)性能，機(jī)械工業(yè)出版社， 北京， 2007</p><p>　　[11] 崔忠圻，劉北興，金屬學(xué)與熱處理原理，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008 </p><p>　　[12] 周存龍，

67、特種軋制設(shè)備，北京，冶金工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[13] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)，熱處理手冊(cè)─熱處理設(shè)備和工輔材料，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 </p><p>　　[14] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)，熱處理手冊(cè)─典型零件熱處理，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[15] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)，熱處理手冊(cè)─熱處