课题研究报告568

1、课题研究报告三爪卡盘机爪工艺设计（45钢、40Cr的变型开裂）材热二班李宝明12806229课题研究报告标题:三爪卡盘机爪工艺设计（45钢、40Cr的变型开裂）三抓卡盘主要用于夹制工件，长需承受疲劳、冲击载荷的作用；于此同时在转动部位还要承受静摩檫力作用。为此，要求机爪要具有较高力学性能，且变形量小等特点。（1）45钢作为优质碳素结构钢，硬度不高易切削加工，然就自身来讲是不能直接用做为卡盘机爪之用；因此，要获得较高强度的性能，就必须对45钢进行热处理以达到所要求的指标。（2）40Cr中碳调制钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织

2、球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550570进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。为此机爪大端需要使用锻抷正火，以消除毛抷的锻造应力，降低硬度以改善切削加工性能；然后进行调制处理，使机爪具有良好的综合力学性能；之后经过淬火和高温回火，以提高机爪的硬度，使机爪达到良好的工作性能。一、45钢的应用特性 45号钢广泛用于机械制造，45钢为优质碳素结构钢，碳含量为0.42-0.50%化学成分(%)Si（0.17-0.37）, Mn（0.50-0.80）,P(0.035),S(0.035S),Ni(0.25),Cr(0.25),Cu(0.25)形态锭、坯、条、管、板、带状态不热处理、

3、退火、正火、高温回火抗拉强度Mpa600屈服强度Mpa 355伸长率%16，抗拉强度为610MPa，屈服点为360MPa；用于一般轴类零件。如盖体，齿轮、轴、销、花键通常需淬火提高其硬度。这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬到HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。1.、钢的热处理  1.1、将钢件加热到临界温度以上30-50,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。 （1）正火的主要目的是为了细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组

4、织。 正火保温时间和完全退火相同，应以工件透烧，即心部达到要求的加热温度为准，还应考虑钢材、原始组织、装炉量和加热设备等因素。正火冷却方式最常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中自然冷却。对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度，达到要求的组织和性能。（2）正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。1.2、钢的淬火    所谓淬火就是将钢加热到 Ac3（亚共析钢）或Ac1 (过共析钢)以上3050，保温后放入各种不同的

5、冷却介质中（ V冷应大于V临 ），以获得马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。 为了正确地进行钢的淬火，必须考虑下列三个重要因素：淬火加热的温度保温时间冷却速度。 （1）淬火温度的选择      选定正确的加热温度是保证淬火 质量的重要环节。淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据对亚共析钢，其加热温度3050，若加热温度不足（低于），则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低。对过共析钢，加热温度为 3050，淬火后可得到细小的马氏

6、体与粒状渗碳体；后者的存在可提高钢的硬度和耐磨性。（2）保温时间的确定      淬火加热时间是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留保温所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算。（3）冷却速度的影响      冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢淬火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织；在这个 前提下又应尽量缓慢冷却，以减少钢中的内应力，防止变形和开

7、裂。为此，可根据C曲线图（如图2所示），使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定的温度范围（650550）进行快冷（即与C曲线的“鼻尖”相切），在较低温度（300100）时冷却速度则尽可能小些。 为了保证淬火效果,应选用合适的冷却方法（如双液淬火、分级淬火等)。不同的冷却介质在不同的温度范围内的冷却速度有所差别。1.2.1、淬火类型（1）双频感应加热淬火特点： 双频感应加热速度快、时间短、奥氏体晶粒不易长大,使表层呈细晶结构;快速加热形成不均匀的奥氏体,转变后的马氏体组织中,残余奥氏体数量较少;淬火时表层产生的压应力对提高硬度也有一定影响。 双频加热淬火技术可以得到更好的仿

8、形淬硬层,对于提高齿轮疲劳强度、减小淬火变形等非常有利。 （2）高频感应电阻加热表面淬火的特点： 适用于齿条轴的齿条淬火和各种凸轮轴汽缸内表面的强化。功率密度高、加热速度快、畸变小、淬硬层浅。不需淬火介质,真空室等,无需发黑化处理。 （3）高频脉冲感应加热表面淬火 用高频脉冲感应加热进行淬火,使用2030MHz的高频脉冲,通过感应圈在毫秒级极短时间内使工件表面急速加热到淬火温度,然后自冷。高频脉冲感应加热综合感应加热与高频脉冲加热的某些特点,与其他热处理工艺比较,淬火后具有高硬度、高耐磨性、良好的韧性和疲劳强度、以及微变形等特点。而且相应的设备投资少,维

9、修简单。感应脉冲加热淬火后的超常硬化,是有效的晶粒细化,高密度亚结构及高的残余应力综合作用的结果。1.2.2 、 45钢感应加热淬火技术的应用与研究 45钢是优质碳素结构钢，车轴是其中的一个应用方向，对45钢进行合理的热处理能有效提高车轴的使用寿命。 车轴是一个变直径的圆柱体 ,要实现全长表面淬火在很大程度上取决于感应器的结构设计与制造。加热用感应器的设计应主要考虑  使被加热零件的表面温度均匀; 感应器损耗小 ,电效率高;  感应器冷却良好;  制造简单 ,有足够

10、的机械强度 ,操作使用方便。车轴加热感应器用矩形紫铜管制造成圆形感应器 ,并通水冷却 ,零件加热后由用附带喷水圈进行喷射冷却。为了保证在感应加热中尽可能地减少漏磁 ,提高加热效率 ,感应器与零件之间的间距尽可能小 ,但要有足够的间隙 ,保证使感应器能与车轴的相对运动顺利进行。首先，我国的机车、车辆均采用优质碳素钢车轴 ,纵观总体情况 ,应该说碳素钢车轴是成熟的、可靠的。对于高速列车车轴材料是选碳素钢还是合金钢 ,我国还没有成熟的技术。由于各国的国情不同 ,技术观点不同 ,选用

11、的车轴材料不尽相同 ,但都属于低碳钢范畴。在调质或正火的基础上再施加表面感应淬火强化处理 ,可使服役寿命成倍地延长。因此 ,这是提高车轴使用寿命的一种重要工艺方法。表面感应强化对提高车轴的弯曲或扭转疲劳强度、减少对缺口的敏感性和应力集中十分有效。表面感应淬火后 ,由于心部高的有效韧性和塑性 ,允许其硬化层有较高的硬度 ,以保持高的耐磨性、 强度和残余压应力 ,充分发挥材料抗疲劳的潜力。国外对车轴高频感应淬火从过去的局部淬火、 分段淬火 ,发展到现在的表面全长淬火。 其次，加热温度和加热

12、时间当材料和原始组织一定时,相变温度随着加热速度增大而 提高,为得到合格的淬火组织,相应的淬火温度也随之提高。车轴感应加热升温速度一般在 30100 / s ,45钢车轴的表面淬火加热温度选择 890960 为佳 ,为了获得较深的淬硬层深度 ,选择上限加热温度。较长的加热时间和较高的加热温度 ,可获得较深的加热深度 ,反之 ,加热深度较浅。 据文献介绍，45钢易淬裂的尺寸范围为511mm，截面尺寸过小或过大均不易淬裂。由于由于车轴直径较大 ,需要加热深度较

13、深 ,因此 ,选择加热功率 150220kW1.2.3、感应加热淬火技术常见质量问题及分析 感应热处理常见的质量问题有开裂、硬度过硬或过低、硬度不均匀、淬硬层过深或过浅、淬硬层深度不均、表面局部烧熔等。其原因归纳如下： （1）开裂原因 加热温度高、不均匀，冷却过快且不均匀；淬火液选择不当，冷却速度过大；材料淬透性偏高，成分偏析，含有毒元素，存在缺陷；零件结构设计不合理，技术规范不当。 （2）淬硬层深度过深或过浅的原因 加热功率过高（低）且加热时间过长（短）；电源频率选择不当，并且在此情况下又没有选择合理的比功率与加

14、热时间；材料的淬透性过高或者过低；淬火液的温度、压力、成分选择不当。 （3）硬度过高或过低原因 材料含碳量偏高或偏低；回火温度偏低或过高且回火时间不当；淬火液成分、压力、温度选择不当；材料表面脱碳；淬火加热温度低组织尚未转变等。 （4）表面硬度不均匀的原因 感应器结构不合理；引起加热、冷却不均匀；材料原始组织不良（带状组织、偏析、局部脱碳）。 （5）表面局部烧熔的原因  感应器结构不合理；加热时间过长；工件带有尖、角、孔、槽；表面有缺陷；连续加热或半圈旋转加热时，移动或旋转过程中有突然停止现象。 1.3、45钢的调

15、质（1）45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。（2）45钢淬火温度在A3+(3050)，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。由于45钢淬透性低，故应采用冷却速度大

16、的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。（3）45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC5659，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现

17、索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。（4）45钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560600，硬度要求为HRC2234。因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以上。1.4、钢的退火 退火是将金属缓慢加热到一定温度，保

18、持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。  常用的退火工艺有：（1）完全退火用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上3050，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。（2）球化退火用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上2040，保温后缓慢冷却，在冷

19、却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。（3）等温退火用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。（4）再结晶退火用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50150 ，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。（5）石墨化退火用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950左右 ，保温一定时间后适当冷却 ，使渗碳体分解形成团絮状石

20、墨。（6）均匀化退火用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。方法是在不发生熔化的前提下 ，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。（7）去应力退火用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100200，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。1.5、渗碳类型渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质表面淬火高。其表面含碳量0.81.2，芯部一般在0.10.25（特殊情况下采用0.35）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC5862），芯部硬度低，耐冲击。如果用45号钢渗碳，淬火后芯

21、部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。现在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到0.30芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见。0.35从来没见过实例，只在教科书里有介绍。可以采用调质高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差。GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850正火、840淬火、600回火，达到的性能为屈服强度355MPa GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16，断面收缩率为40，冲击功为39J。（1）双频感应加热技术 双频感应加热是在一个感应圈上同时供给中频和高频能量,即在一个感应圈上施加掺和频率,

22、由一个中频基础振荡迭加一个高频振荡组成。两种频率(MF和HF)的振幅能独自控制,同时能调整MF和HF的输出份额,齿面淬硬程度优于齿根和齿顶,能达到工件的技术要求。 这种同时双频感应加热能实现加速奥氏体化,具有热处理质量高、生产率高和变形小的优点,能适应今天的经济发展需求,这要归功于能获得极细小的奥氏体晶粒和加热时间短。也使它能实现自淬火,高能量的迅速加热只加热工件的表面层,下方的冷基体能很快传热,实现淬硬。 （2）感应加热气体渗氮及碳氮共渗 感应加热气体渗碳及碳氮共渗是将需要渗氮或氮碳共渗的零件感应加热到560,保温一定时间。加热过程通人氨气进行渗氮。改变加热温度

23、、时间和通入的氨气流量得到不同的渗层深度和渗层硬度。 感应加热气体渗氮具有升温速度快,能在选定部位进行局部渗氮、供给渗氮的活性氮原子充足、有脉冲渗氮和磁场渗氮特点、生产周期短、渗氮层脆性低等特点。 （3）液体介质感应渗碳 液体介质感应渗碳是将处理工件和感应加热器一起浸于特殊的冷的液态活性介质中,介质具有不同的化学组份和物理性能。选择合理工艺参数,在同一活性介质中冷却。感应渗碳过程中工件表面受感应高频电流加热,高密度和精确限定的高频能量迅速加热工件表面层至材料熔点以下的某一温度。液体活性介质在工件表面直接分解,产生大量原子态高活性碳,工件表面吸收并扩散至一定深度。一

24、般适用于钢件、Ti合金和一些超合金 。 这种新技术能确保处理工件的高的质量、一致可靠的性能和长的服役寿命。同时能节约成本、能源、材料和环境保护费用。2、应用特点及技术要求2.1、轴类零件的应用、特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零45号钢实验部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈

25、。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项： （1）尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9）。 （2）几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。 （3）相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（

26、齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。 （4）表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.630.16m。2.1.1、轴类零件的毛坯和材料应用（1）轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 （2）根据生产规模的不同

27、，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 （3）轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。2.2、在模具修补领域45号钢所针对的模具焊材型号为：CMC-E4545号钢焊材它是唯一接合性较好之中硬度钢焊条，适用于空冷钢、铸钢：如ICD5、7CrSiMnMoV等等。汽车板金覆盖件模具及大型五金板

28、金冲压模具之拉延、拉伸部位修补，也可用于硬面制作。 注意事项： （1）在潮湿场地施工前，焊条先以150-200°C烘干30-50分钟。 （2）通常施以200°C以上预热，焊接后空冷，可能的话最好实施应力消除。 （3）需多层堆焊处，以CMC-E30N打底，可得到较好的焊接效果。度 HRC 48-52主要成份 Cr Si Mn C 适用电流范围：直径及长度m/m 3.2*350mm 4.0*350mm 学成分 ：含碳（C）量为(0.420.50%)，Si含量为（0.170.37%）,Cr含量<=0.25%。3、常用热处理方法优化（1）45号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高

29、易切削加工,模具中常用来做45号钢管模板,梢子,导柱等,但须热处理正火温度850，淬火温度840，回火温度600. （2）45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。 （3）45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。二、 40Cr的应用特性40Cr为中碳调制钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性

30、和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550570进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。化学成分 （质量分数，%）C 0.370.44、Si 0.170.37、Mn 0.500.80、Cr0.801.10、Ni0.30。 这种钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节、后半轴以及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键、顶尖套等；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮、主轴、油泵转子、滑块、套环等；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及

31、具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm以下的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、 螺钉、螺帽、进气阀等。此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。 40Cr钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选

32、用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。2.1、$ h& B; u  2 g, Z$ T2 H9 J三维网技术( C3 , _% F& F$ d' Q- W7 ?- I三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇力学性能： 6 c/ I  A; 8 w% v9 ' h三维,cad,机械,技术,汽车

33、,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江抗拉强度 b (MPa)：1080(110) ( l/ P5 i& N% P8 G4 I- p( 7 ; o三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa屈服强度 s (MPa)：930(95)伸长率 5 ()：12断面收缩率 ()：45冲击功 Akv (J)：63 & m; j+ 0 Q. K" , Y. ( X- p三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,

34、ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江冲击韧性值 kv (J/cm2)：78(8)硬度 ：217HB % C7 v% 4 G8 Z. Y三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa试样尺寸：试样毛坯尺寸为25mm 3 Q# m( j8 O9 C# I热处理规范及金相组织：淬火850,油冷;回火560,水冷、油冷。金相组织：回火索氏体。2.2热处理2.2.1、淬火工艺（1）40Cr钢的调质处理 淬火温度850 ±10，油冷；回火温度520±10

35、，水、油空冷。正火规范 温度850870，硬度179229HBS。）生铁屑保护摆动回火规范 （670±10）×2h，随炉升温，（710±10）×2h，随炉降温，（670±10）×2h，随炉升温, （710±10）×2h，随炉降温,共3个循环，再降温至550，出炉空冷。处理后硬度153HBS。0 q; |" B% _1 V* T8 V" ?( U三维网技术论坛6 s, u8 o( a! p4 C# ' k三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,sol

36、idedge,solidworks,caxa,时空,镇江Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。截面尺寸大或重要的调质工件，应采用Cr钢。但Cr钢有第二类回火脆性。（2）各种参数工艺卡片都有规定：40Cr工件淬火后应采用油冷，40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小。但是小型企业在供油紧张的情况下，对形状不复杂的工件，可以在水中淬火，并未发现开裂，只是操作者要凭经验严格掌握入水、出水的温度。40Cr工件调质后硬度仍然偏高，第二次回火温度就要增加2050，不然，硬度降低困难。 2.2.2、40Cr钢正火或退火处理 最终热

37、处理调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。一般可以采用较慢的冷却速度淬火,可以用油淬以避免热处理缺陷。当强度较高时,采用较低的回火温度,反之选用较高的回火温度。按上述知识,对40Cr钢分别采用退火、正火、淬火、不同的回火温度情况下的热处理,测定不同情况下试样的硬度与冲击韧性值。图1为退火及正火工艺曲线图。加热温度:AC3+(3050),由此确定加热温度为850;保温时间:120min;冷却方式:随炉冷却。2.2.2.1、退火态硬度207HBS临界点温度设定 （近似值） Acm=7807 1 |1 h+ u+ F' j# R# W三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug

38、|inventor|solidedge|solidworks|caxa。40cr轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零 部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。 2.2.3、正火工艺的制定：加热温度:AC3+(3050),由此确定加热温度为850;保温时间:120min;冷却方式:空冷。图2为淬火工艺曲线图。加热温度:AC3+(3050),由此确定加热温

39、度为850;保温时间:80min;冷却方式:油冷。图3为淬火加低温回火工艺曲线图。亚共析钢的低温回火温度为150300,但钢材的第一类回火脆性温度在250400,由于40Cr中含有硅、锰、铬等合金元素,第一类回火脆性温度将有所增高,所以选用低温回火温度为240;保温时间为60min;采用空冷 t/min 图3淬火加低温回火曲线图（1）40Cr热处理冲击韧性与硬度为检测试样在热处理后的硬度与韧性,对退火和正火的试样进行布氏硬度的测定;对淬火后低温回火、中温回火、高温回火(调质)的试样进行洛氏硬度的测定;同时对调质处理与油淬后的试样进行冲击韧性测定。结论见表2冲击韧性值,表3退火、正火的布氏硬度值

40、,表4淬火后回火热处理的洛氏硬度值。（2）正火是加热、保温后在空气中冷却,其冷却速度比炉冷快,珠光体转变温度低,因此正火后获得的珠光体比退火后的珠光体细,正火后组织应为铁素体加珠光体以及可能出现的魏氏组织。40Cr正火后的组织见图5 2.2.4、调质处理调质热处理是淬火加高温回火,其室温组织为回火索氏体。40Cr钢的原始组织为球状珠光体,由于球状的接触面积小,同时铬能阻碍碳的扩散,而铬本身扩散速度较慢,因此加热温度应选择上限,且保温时间加长,否则球状渗碳体很难完全溶解而被保留下来,造成淬火后硬度及强度下降。40Cr调质后的组织见图6。2.2.5、 40Cr工件高温回火形状复杂的在油中冷却，简单

41、的在水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响。回火快冷后的工件，必要时再施以消除应力处理。三 影响调质工件的质量，操作工的水平是个重要因素，同时，还有设备、材料和调质前加工等多方面的原因： （1）工件从加热炉转移到冷却槽速度缓慢，工件入水的温度已降到低于Ar3临界点，产生部分分解，工件得到不完全淬火组织，达不到硬度要求。所以小零件冷却液要讲究速度，大工件予冷要掌握时间。 （2）工件装炉量要合理，以12层为宜，工件相互重叠造成加热不均匀，导致硬度不匀。 （3）工件入水排列应保持一定距离，过密使工件近处蒸气膜破裂受阻，造成工件接近面硬度偏低。 （4）开炉淬火，不能一口气淬完，应视炉温下降程度，中途

42、闭炉重新升温，以便前后工件淬后硬度一致。 （4）要注意冷却液的温度，10%盐水的温度如高于60，不能使用。冷却液不能有油污、泥浆等杂质，不然，会出现硬度不足或不均匀现象。 （6）未经加工毛坯调质，硬度不会均匀，如要得到好的调质质量，毛坯应粗车，棒料要锻打。 （7）严把质量关，淬火后硬度偏低13个单位，可以调整回火温度来达到硬度要求。但淬火后工件硬度过低，有的甚至只有HRC2535，必须重新淬火，绝不能只施以中温或低温回火以达到图纸要求完事，不然，失去了调质的意义，并有可能产生严重的后果。铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性

43、和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素22.5.1、轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项： （1）、尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9）。 （2）、几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。 （3）、相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主

44、要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。 (4)、表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.630.16m。 2.3、应用技术及特性2.31、毛坯和材料 ：冷压毛坯软化处理规范 温度740760，保温时间46h，再以510/h的冷速，降温到600，出炉空冷。处理前硬度217HBS，软化后硬度163HBS。:

45、z& k9 0 ( g  n三维网技术论坛0 O/ T6 D1 F  5 ?三维网(1)轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 (2)轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等）

46、，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 （3）40Cr是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。 40Cr广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，40Cr可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥40Cr优越的机械性能，常将40Cr表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。40Cr弹性模数40Cr弹性模数:弹性模量E(20) /MPa 200000211700 ，切变模量G(20) 808002.3.2、40Cr的焊接性： 40Cr焊接前

47、注意预热，以防止因基体散热，造成焊缝内部激冷淬裂。焊接后调质前最好加一遍正火。 结晶时易偏析，对结晶裂纹（一种热裂纹）比较敏感，焊接时容易在弧坑和焊缝中凹下的部分开裂。含碳量较高，快冷时易得到对冷裂纹很敏感的淬硬组织（马氏体组织）。过热区在冷速较大时，很容易形成硬脆的高碳马氏体而使过热区脆化。2.3.2.1、焊接工艺要点： 1、一般在退火（正火）状态下进行焊接。 2、焊接方法不受限制 3、用较大线能量，适当提高预热温度，一般预热温度及层间温度可控制在250300之间。 4、焊接材料应保证熔敷金属的成分与母材基本相同，如J107Cr 5、焊后应及时进行调质热处理。若及时进行调质处理有困难，可进行

48、中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间，以排除扩散氢并软化组织。 对结构复杂、焊缝较多的产品，可在焊完一定数量的焊缝后，进行一次中间退火。 三、差异分析优化45为优质碳素结构钢，碳含量为0.42-0.50%，抗拉强度为610MPa，屈服点为360MPa；用于一般轴类零件。+ B  Z$ 1 K/ K5 p) ?3 r! ( 三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇40Cr为合金结构钢，碳含量为0.37-0.45%，含铬0.8-1.1%，抗拉强度为1000MPa，屈

49、服点为800MPa；用于负荷较大的受力件。40Cr这种材料的含碳量为0.37%0.44%，比45钢（0.42%0.50%）略低，Si、Mn的含量相当，含Cr0.80%1.10%。     在热轧供货的情况下，这1%的Cr基本不起作用，它俩的力学性能大体相当。由于40Cr的价格比45钢贵一半左右，所以出于经济性的考虑能用45钢的就不用40Cr。     平常分类45钢属于GB699“（优质）碳素结构钢”，40Cr属于GB3077“合金结构钢”。区别就在于热处理以后。Cr在热处理中的主要作用是提高钢

50、的淬透性。由于淬透性提高，淬火（或调质）处理后40Cr的强度、硬度、冲击韧性等机械性能也明显比45钢高，但也是由于淬透性强，在淬火时40Cr的内应力也就比45钢大，同样的条件下40Cr材料的工件开裂倾向也就比45钢材料的工件大。因此为避免工件开裂，40Cr淬火时大多选用导热性较低的油作为淬火介质（有时也用双液淬火法，俗话叫水淬油冷），而45刚则用导热性较高的水作为淬火介质。     当然，水和油的选择也不是绝对的，和工件的形状也有密切关系。形状简单的40Cr零件也可以使用水淬，而形状复杂的45钢零件也许就得使用油淬甚至盐浴。 实验目的：1、根据所学会制定相关工艺流程。2.淬火介质对淬火工件的的影响。 3.分析导致工件变形开裂的内外因素。 4.如何防止工件在淬火过程中出现变形开裂现象。试验材料：45钢 40Cr箱式电阻炉 游标卡尺 盐浴池 废机油 环球卡盘机爪2个 火钳 实验要求：根据自己所学的热处理工艺知识，编写工艺流程。核对无误后，严格按图上的工艺流程进行