热处理毕业设计论文范本

1、西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 论文题目：论文题目： 圆锥齿轮热处理工及设计圆锥齿轮热处理工及设计 所属系部：所属系部： 航空材料工程学院航空材料工程学院 指导老师：指导老师： 李艳李艳 职职 称：称： 学生姓名：学生姓名： 朱路飞朱路飞 班级、学号班级、学号:12806205:12806205 专专 业：业： 金属材料与热处理技术金属材料与热处理技术 西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院制 年 月 日 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院 毕业设计（论

2、文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目：题目： 任务与要求：任务与要求： 时间：时间： 年 月 日 至 年 月 日 共 周 所属系部：所属系部： 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 专业：专业： 指导单位或教研室：指导单位或教研室： 指导教师：指导教师： 职职 称：称： 西安航空职业技术学院制西安航空职业技术学院制 年 月 日 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3 题目 【摘要】 齿轮是设备运行的重要部件，20CrMnTi是制造齿轮的主要材料，具有较高的淬 透性，热处理是制造齿轮必不可少的工序，然而齿轮的质量关系到整个设备的 运行，而齿轮的质量又与齿轮的加工工艺息息相关。因此，齿轮质量的好

3、坏取 决于齿轮的材料及热处理工艺的掌握程度 关键词关键词：圆锥齿轮 热处理 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4 目录 1 标题标题.1 1.1.1 齿轮的发展史.2 1.1.2 20CrMnTi 简介.3 2 圆锥齿轮失效分析圆锥齿轮失效分析.4 2.1 .5 键入章标题(第 3 级).6 键入章标题键入章标题(第第 1 级级).1 键入章标题(第 2 级).2 键入章标题(第 3 级).3 键入章标题键入章标题(第第 1 级级).4 键入章标题(第 2 级).5 键入章标题(第 3 级).6 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 5 1.1. 前言前言 1.1.11.1.1 齿轮的发展史齿

4、轮的发展史 轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。齿轮是能互相啮合的有 齿的机械零件，齿轮在传动中的应用很早就出现了。据史料记载，远在公元 400-200 的中国古代就已开始使用齿轮，19 世纪末，展成切齿法的原理及利用 此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，随着生产的发展，齿轮运转的平稳 性受到重视。 1.1.21.1.2 20CrMnTi20CrMnTi 简介简介 20CrMnTi 是低碳合金钢，该钢具有较高的机械性能，零件表面渗碳 0.71.1mm。在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为 5862HRC，心部硬度 3045HRC。20CrMnTi 的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切

5、削加工性。此 外，20CrMnTi 还具有较高的淬透性，由于合金元素态的影响，对过热不敏感， 故在渗碳后可直接降温淬火。且渗碳速度较高，过渡层较均匀，渗碳淬火后变 形小。适合于制造承受高速中载及冲压、摩擦的重要零件。因此根据齿轮的工 作条件选用 20CrMnTi 钢是比较合适的，经过 910940渗碳，870淬火， 180200回火后机械性能的抗拉强度1100Mpa,屈服强度850Mpa,延伸率 10，断面收缩率45，冲击韧性680，硬度为 58-62HRC。 化学条件： CSiMnCrSPNiCuTi 0.17- 0.23 0.17- 0.37 0.80- 1.10 1.00- 1.30 0

6、.03 5 0.0 35 0.0 30 0.0 30 0.04 - 0.10 2.2.圆锥齿轮失效分析圆锥齿轮失效分析 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 6 2.1.1 圆锥齿轮的工作条件 齿轮在装载机工作过程中起着传递动力和改变速度的作用，啮合齿面间既有 滚动、又有滑动，轮齿根部还受到脉动或交变弯曲的作用。在由此而引起的各 种应力的作用下，齿轮将发生轮齿折断、齿面胶合、齿面疲劳及齿面磨损等失 效情况。引起齿轮失效的主要应力有：摩擦力、接触应力和弯曲应力。根据齿 轮失效的形式和原因，在选择齿轮材料及热处理方法是应从以下几个方面考虑： （1） 齿轮表面有足够的硬度。齿面存在实际上的凹凸不平，因

7、而局部会产 生很大的压强，引起金属塑性变形或嵌入相对表面，导致金属直接接触和粘着， 当啮合齿面相对滑动是，产生了摩擦力。齿面磨损就是由于相互摩擦的结果。 减少这类磨损的关键是提高轮齿表面的塑变抗力，即提高齿面硬度。提高齿面 硬度还可以改善齿面接触状态，从而提高齿面的抗疲劳能力。 （2）轮齿芯部要有足够的强度和韧性，以保证在变载或冲击载荷作用下，轮 齿有足够的抗冲击能力。 （3）大小齿轮应有一定的硬度差，以提高其抗胶合能力。 （4）考虑材料加工性和经济性。 2.2.2 圆锥齿轮的性能要求 螺旋锥齿轮是装载机的主要传动零件，主动螺旋锥齿轮是将汽车变速器传过来 的动力传递给从动锥齿轮，从动锥齿轮再将

8、动力传递给差速器。因此，零件结 构上主动螺旋锥齿轮是齿轮轴，一端是花键，与变速器动力输出轴相连，另一 端是螺旋锥齿轮；从动锥齿轮是盘状齿轮，直径大于主动螺旋锥齿轮，起到减 速作用，同时沿圆周均布一些螺栓孔，使从动锥齿螺旋锥齿轮是装载机的主要 传动零件，主动螺旋锥齿轮是将汽车变速器传过来的动力传递给从动锥齿轮， 从动锥齿轮再将动力传递给差速器。因此，零件结构上主动螺旋锥齿轮是齿轮 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 轴，一端是花键，与变速器动力输出轴相连，另一端是螺旋锥齿轮；从动锥齿 轮是盘状齿轮，直径大于主动螺旋锥齿轮，起到减速作用，同时沿圆周均布一 些螺栓孔，使从动锥齿。 2.3.3 材

9、料的选择及技术要求 目前国内重载圆锥齿轮用材大致有 20CrMnTi、22CrMoH、20CrNiMoH、20CrNi3 等。上述材料应用于装载机圆锥齿轮，因为后三者均含有 Mo、Ni 等稀有贵金属 元素、导致成本过高，并且 20CrNiMoH、20CrNi3 还存在热处理技术不易掌握的 问题。而 20CrMnTi 工艺性能优良，广泛用于截面小于 30mm 承受高速、中等或 重载及受冲击载荷和摩擦的重要渗碳零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮、凸 轮、矿山机械使用的重载齿轮等，且材料成本相对低廉，符合上述圆锥齿轮对 钢材的要求。故可选用 20CrMnTi 钢材制作圆锥齿轮。 20CrMnTi 的含

10、碳量为 0.20属于低碳钢，渗碳时保证了碳元素的正常渗入。淬火热处理后心部获得 低碳马氏体， 以保证心部具有足够的塑性和韧性，抵抗冲击载荷。钢中合金元 素为 Cr1.5、Mn1.5、Ti1.5。Cr、Mn 合金元素能提高钢铁索体的强度， 同时提高钢的淬透性。目前国内圆锥锥齿轮用材大致有 20CrMnTi、22CrMoH、20CrNiMoH、20CrNi3 等。上述材料应用于装载机圆锥齿 轮，因为后三者均含有 Mo、Ni 等稀有贵金属元素、导致成本过高，并且 20CrNiMoH、20CrNi3 还存在热处理技术不易掌握的问题。而 20CrMnTi 工艺性 能优良，广泛用于截面小于 30mm 承受

11、高速、中等或重载及受冲击载荷和摩擦的 重要渗碳零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮、凸轮、矿山机械使用的重载齿 轮等，且材料成本相对低廉，符合上述圆锥齿轮对钢材的要求。故选用 20CrMnTi 钢材制作圆锥齿轮。 20CrMnTi 的含碳量为 0.20属于低碳钢，渗碳时保证了碳元素的正常渗入。 淬火热处理后心部获得低碳马氏体， 以保证心部具有足够的塑性和韧性，抵抗 冲击载荷。钢中合金元素为 Cr1.5、Mn1.5、Ti1.5。Cr、Mn 合金元素 能提高钢铁索体的强度，同时提高钢的淬透性。Ti 元素能阻止钢的奥氏体晶粒 的长大，提高钢的回火稳定性。 2.2.4 圆锥齿轮的服役条件及性能要求 (1)

12、 锻件不得有任何锻造缺陷。 (2)正火处理 HB180-217。 (3)表面渗碳硬度为 HRC58-64，心部硬度为 HRC33-48，过渡层硬度变化应 该缓慢直到基体低碳，渗碳深度为 1.01.4mm，含碳量为 0.95%1.05%。 (4)金相检验标准应符合圆锥齿轮条件。低温回火做喷丸处理。 2.2.5 20CrMnTi 圆锥齿轮加工工艺 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8 根据上述零件技术要求，现拟定如下工艺路线：下料锻造正火处理粗 加工铣齿高温回火渗碳淬火+低温回火喷丸处理。之所以拟定这样的 工艺路线，其根据如下： 4. 锻造和正火 4.1.1 正火目的： 细化晶粒，消除组织缺陷，

13、以获得珠光体+铁素体组织。并使加工硬度适中， 有利于切削。 4.1.2 冷却方式 冷却方式为油淬空冷 4.1.2 正火设备 产 品 名 称 产 品 型 号 额定 功率 额定 电压 额定 温度 相 数 炉膛尺寸 外形尺寸重量 箱 式 电 阻 炉 RX3-30-330KV380V9503950*450*350 mm 1920*1620*2140 mm 2200 kg 在下料锻造成齿轮毛坯后，由于锻造使毛坯内部组织不均匀，存在残余内应力， 而且部分有偏析等缺陷。这样的钢件机械性能低劣，不利于切削加工。所以根 据合金相图，对于 20CrMnTi 这种低碳合金钢来说，应加热到 950970， 保温 34

14、 小时左右，使该零件的成分转变为均匀的奥氏体组织，然后在空气中 冷却获得较多的索氏体和少量的铁素体组织。这样既获得了合适的硬度(HB180- 217)，同时残余的内应力也在保温、空冷过程中消除掉 4。既满足技术要求 和两条，又便于下道工序的切削加工。本工序之所以选用正火热处理方法， 是因为 20CrMnTi 合金钢含碳量过低，退火钢中含有大量的柔软的铁素体，钢的 延展性非常好，切削时易粘着刀刃而形成刀瘤，而且切屑是撕裂断裂，以至使 表面粗糙度变差，刀具寿命也受到影响，不利于切削加工。接着进行粗加工， 粗加工后进行铣 齿。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 9 图一 奥氏体晶粒 4.2 高温回

15、火 20CrMnTi 钢在 920渗碳后预冷到 860直接淬火后，渗碳层将存在大量残 余奥氏体。减少残余奥氏体量的方法有两种：一是淬火后进行冷处理；一是在 淬火前进行高温回火，使残余奥氏体分解。生产上常用高温回火工艺。故此处 采用 570 摄氏度，保持 33.5h 高温回火工艺。 4.3 渗碳 齿加工完以后，进行渗碳。采用井式炉 920渗碳，渗碳时间根据所要求的 渗碳层厚度 0.81.2mm 查表920渗碳时渗层厚度与时间的关系 ，确定为 6 小时。具体渗碳后该零件组织如图 1 所示，表层为珠光体与二次渗碳体混合的 过共析组织，其中二次渗碳体呈网状，心部为珠光体与铁素体混合的亚共析原 始组织，

16、中间为过渡区，越靠近表面层铁素体越少。这样渗碳以后，就为淬火+ 低温回火工序做好了准备。 图二 20CrMnTi 圆锥齿轮渗碳缓冷后的金相组织 4.4 淬火加低温回火 钢的淬火温度一般可根据 Fe-Fe3C 相图选择，亚共析钢淬火加热温度选择 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 10 Ac3 以上 3050，过共析钢淬火加热温度选择 Ac1 以上 3050。根据 渗碳后齿轮的表层含碳量的分布状况及实践经验从 920预冷到 860左右进行 油冷可以得到好的效果。加热温度过高或保温时间过长，会引起奥氏体的晶粒 粗大引起过热或晶界氧化并部分熔化的过烧现象。过热时奥氏体的晶粒粗大不 仅降低齿轮力学性能

17、，也容易引起齿轮的变形和开裂。过烧后的工件只能报废。 加热温度过低、保温时间不足会引起硬度不足。故可选择 920温度渗碳，预 冷 860左右油冷淬火。淬火冷却速度太快，奥氏体向马氏体组织转变剧烈、 体积收缩，引起很大的内应力，容易造成齿轮的变形和开裂，由于 20CrMnTi 是 合金钢，淬透性较好，故选择油冷减小冷却速度，防止淬火造成齿轮变形或开 裂。同时也能获得马氏体组织，达到较高的硬度。 淬火后的钢组织是马氏体及少量残余奥氏体，它们都是不稳定的组织，有向 稳定组织转变的趋势，同时淬火时产生内应力。为了减小或消除淬火内应力， 稳定组织和尺寸，获得所需的力学性能，选择在 200进行 4 小时低

18、温回火工 艺。低温回火时马氏体中过饱和碳原子以碳化物的形式逐步析出，马氏体晶格 畸变程度减弱，内应力有所降低。此时的回火组织由马氏体和碳化物组成。虽 然马氏体的分解使 -Fe 中碳的过饱和程度降低，钢的硬度相应下降，但析出 的碳化物又对基体起强化作用，部分的残余奥氏体分解为回火马氏体，所以零 件仍保持很高的硬度、耐磨性和一定的韧性。 经淬火+低温回火热处理后，零件最终组织为：表面为细小的片状回火马氏 体及少量的残余奥氏体和碳化物，硬度为 HRC56-62 左右，而心部是由回火低碳 马氏体、铁素体和细小的珠光体组成，其硬度为 HRC35-45，并且具有较高强度 以及足够高韧性和塑性。符合零件的技

19、术要求。 3.5 喷丸 上述工序完成后进行喷丸处理，其目的之一：是为了清除上道工序生成的氧 化皮，使表面光洁；之二：作为一种强化手段，使零件表面压应力进一步增大， 有利于提高疲劳强度。至此完成 20CrMnTi 圆锥齿轮的整个加工过程，其热处理 工艺曲线如图三所示： 图三 20CrMnTi 圆锥齿轮热处理工艺曲线 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 11 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 12 题 目 【摘要】 本论文主要阐述了（宋体，小四） 关键词： 关键词一关键词二（宋体，小四） Abstract:Abstract: The caption . KeyKey words:words: 西

20、安航空职业技术学院 毕业设计论文 13 目目 录录 1 1 XXXXXXXX.2 1.1 XXXXX.2 1.1.1 XXXX.2 1.1.2 XXXX.2 2 2 XXXXXXXX.3 2.1 XXXXX.3 2.1.1 XXXX.3 2.1.2 XXXX.3 结 束 语.4 谢 辞.5 文 献.6 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 14 1 1 XXXXXXXX（三号粗黑体，左对齐，单倍行距） XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX(内容用小四号宋体，论文字间距设置为： 标准。行间距设置为：固定值 20 磅) 1.11.1 XXXXXXXXXX（小三号粗黑体，左对齐，

21、单倍行距） XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX(内容用小四号宋体，论文字间距设置 为：标准。行间距设置为：固定值 20 磅) 1.1.11.1.1 XXXXXXXX（四号粗黑体，左对齐，单倍行距） XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX（内容用小四号宋体，论文字间距设置 为：标准。行间距设置为：固定值 20 磅） （1） XXXXX（小四号宋体，固定值 20 磅） （2） XXXXX（小四号宋体，固定值 20 磅） 1.1.21.1.2 XXXXXXXX（四号粗黑体，左对齐，单倍行距） XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX（内容用小四号宋体，论文字间距设置 为：标准。行间距设置为：固定值 20 磅） （1） XXXXX（小四号宋体，固定值 20 磅） （2） XXXXX（小四号宋体，固定值 20 磅