工程材料复习题

1、 高频感应加热机可应用于自行车中轴的热处理（1） 中轴的工作特点、技术要求和选用的材料：中轴是自行车中主要的传动件之一，是最主要的受力零件，既要受到冲击力的作用，又要与滚珠轴承接触来传递动力。在正常工作过程中的失效形式为低负荷接触疲劳所引起的外层剥落和磨损等，因此中轴表面应具有高的硬度，以耐磨损，同时要求有高的疲劳强度等，而自身具有一定的强度和韧性。因此采用优质的20渗碳钢制作，渗碳层0.71.0mm，碳浓度为0.81.0，渗碳后淬火回火处理，才能满足其工作需要。 （2） 中轴的机械加工工艺流程：目前中轴制造企业的工艺流程有所不同，这多半与其加工设备、技术条件和加工能力等有

2、关，一般的流程为：下料机械加工清洗渗碳（空冷）加热淬火清洗检验低温回火检验滚光校直磨弹道检验入库。（3） 中轴的热处理工艺：根据中轴的工作特点，选用20钢渗碳淬火回火的热处理工艺，其中渗碳方式是采用气体渗碳，具体的技术要求如下。碳的含量为0.81.0；渗层深度为0.71.0mm；表面硬度8083HRA；显微组织为马氏体级别小于4级，不出现明显的碳化物，并以步、匀、圆的形态颁布在马氏体的基体上；韧性好（校直时不折断）和畸变小（弯曲量0.3mm）。随后进行的淬火是重新加热后水冷的，既可整体加热也可局部加热淬火，最后进行低温回火，处理后的中轴表面获得了高的硬度，内部具有良好的综合力学性能。（4） 中

3、轴的热处理工艺分析与工艺实施要点   20钢制作的中轴要满足其工作要求，在进行机械加工以前采用中间退火工艺，使硬度在60HRB以下，目的是提高切削加工性。   考虑到中轴的工作特点，要求表面耐磨而基体部分又有一定的强度和韧性，采用低沓渗碳处理是十分可行的。中轴渗碳的意义在于赋予了它具有复合材料的作用，使表面和心部的含碳量存在差异，利用淬火后两者硬度的不同，满足了其耐磨和强度的良好的匹配。在920进行渗碳时，根据装炉量的大小、吊挂或摆放方式的具体情况，渗碳的速度按0.20mm/h估算即可。   渗碳结束后不直接淬火处理，而进行风冷的目的

4、是有效预防因晶粒粗大、出现“黑色组织”等，避免因淬火后得到粗针状马氏体、中轴寿命短和耐磨性降低的质量缺陷的产生。   采用的热处理方法既可进行整体也可进行表面的淬火处理，应当注意淬火的温度与加热的设备和采用的工艺而有所不同，盐浴炉在850左右，而中频加热则在 900950。需要注意中轴在盐浴加热时要防止出现表面氧化脱碳现象的发生，中频淬火应在淬火机床上进行自动热处理。   冷却介质的温度应控制在1030。避免表面硬度不足、硬度不均匀、硬化层剥落等缺陷，中频淬火比高频淬火硬化层深，因此表面组织与内部组织的结合力增大，能明显降低淬火脆性，抗疲劳性能好。

5、60;  中轴的回火是在硝盐中进行的，确保其表面获得均匀一致的回火马氏体组织，降低内应力的作用，如无条件也可在井式加热炉中完成该工序。   （5） 中轴的质量检验和常见热处理缺陷：经过渗碳或热处理后的中轴，其质量检验应按技术要求执行，其耐磨性在专用试验机上进行，结束后的滚动表面无任何剥落、凹陷和磨损等。采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。 2钢的淬火组织 含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。

6、在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。 图3 T12 钢球化退火组织 图4 低碳马氏体组织 45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。 45钢加热至860后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550350及350 Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。

7、上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的片层状组织，当转变量不多时，在光学显微镜下可看到成束的铁素体在奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特性，如图7所示。图5 45钢正常淬火组织 图6 45钢油淬组织 图7 上贝氏体组织特征 下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的组织。由于易受浸蚀，所以在显微镜下呈黑色针状特征，如图8所示。 在观察上、下贝氏体组织时，应注意为显示贝氏体组织形态，试样的处理条件一般是在等温度下保持不长的时间后即在水中冷却，因此只形成部分贝氏体，显微组织中呈白亮色的基体部分为淬火马氏体组织。 含碳质量分数相当于过共析成分的奥氏体淬火后除得到针状马氏体外，还有

8、较多的残余奥氏体。T12碳钢在正常温度淬火后将得到细小针状马氏体加部分未溶人奥氏体中的球形渗碳体和少量残余奥氏体，如图49所示。但是当把此钢加热到较高温度淬火时，显微镜组织中出现粗大针状马氏体，并在马氏体针之间看到亮白色的残余奥氏体，如图10所示。 图8 下贝氏体组织特征 图9 T12钢正常淬火组织 图10 T12钢1000油淬组织 3. 碳钢回火后的组织 淬火钢经不同温度回火后所得到的组织不同，通常按组织特征分为一下三种。 (1)回火马氏体。淬火钢经低温回火(150250),马氏体内脱溶沉淀析出高度弥散的碳化物质点，这种组织成为回火马氏体。回火马氏体仍保持针状特征，但容易浸蚀，故颜色比淬火马

9、氏体深些，是暗黑色的针状组织，如图11所示。回火马氏体具有高的强度和硬度，而韧性和塑性叫淬火马氏体有明显改善。 (2)回火托氏体。淬火钢经中温回火(350500) 得到在铁素体基体中弥散分布着微小状渗碳体的组织，称为回火托氏体。回火托氏体中的铁素体仍然基本保持原来针状马氏体的形态，渗碳体则呈细小的颗粒状，在光学显微镜下不易分辨清楚，故呈暗黑色，如图12所示。回火托氏体有较好的强度、硬度、韧性和很好的弹性。 (3)回火索氏体。淬火钢高温回火(500650)得到的组织称为回火索氏体，其特征是已经聚集长大了的渗碳体颗粒均匀分布在铁素体基体上。回火索氏体中的铁素体已不呈针状形态而呈等轴状，如图13所示

10、。回火索氏体具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。 图11 回火马氏体组织 图12 回火托氏体组织 图13 回火索氏体组织机床的主轴制作工艺机床的齿轮制作工艺典型零件选材及工艺分析一，齿轮类机床、汽车、拖拉机中，速度的调节和功率的传递主要靠齿轮机床、汽车和拖拉机中是一种十分重要、使用量很大的零件。齿轮工作时的一般受力情况如下：（1）齿部承受很大的交变弯曲应力；（2）换当、启动或啮合不均匀时承受击力；（3）齿面相互滚动、滑动、并承受接触压应力。所以，齿轮的损坏形式主要是齿的折断和齿面的剥落及过度磨损。据此，要求齿材料具有以下主要性能：（1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；（2）齿面有高的硬度和

11、耐磨性；（3）齿轮心部有足够高的强度和韧性。此外，还要求有较好的热处理工艺性，如变形小，并要求变形有一定的规律等。下面以机床和汽车、拖拉机两类齿轮为例进行分析。机床中的齿轮担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的任务。一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度（GB179-83规定，精度分12级，用1、2、3、12表示，数字愈大者，精度愈低）。只是在他度传动机构中要求较高的精度。机床齿轮的工作条件比起矿山机械、动力机械中的齿轮来说还属于运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。实践证明，一般机床齿轮选用中碳钢制造，并经高频感应热处理，所得到的硬度、耐磨性、强度及韧性能满足要求，而县市频淬火具有变形小、生产

12、率高等优点。下面以C616机床中齿轮为例加以分析。下料 锻造 正火 粗加工 调质 精加工 高频淬火及回火 精磨推孔（花键孔或圆孔）1、高频淬火齿轮的工工艺线2、热处理工序的作用正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，并使组织均匀，消除锻造应力。 对于一般齿轮，正火处理也可作为高频淬火前的最后热处理工序。调质处理可以使齿轮具有较高的综合机械性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。调质后的齿轮由于组织为回火索氏体，在淬火时变形更小。高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序，通过高频淬火提高了齿轮表面硬度和耐磨性，并使

13、齿轮表面有压应力存在而增强了抗疲劳破坏的能力。为了消除淬火应力，高频淬火后应进行低温回火（或自行回火），这对防止研磨裂纹的产生和提高抗冲击能力极为有利。3、齿轮高频淬火后的变形情况齿轮高频淬火后，其变形一般表现为内孔缩小，外径不变或减小。齿轮外径与内径之比小于1.5时，内径略胀大；当齿轮有键槽时，内径向键槽方向胀大，形成椭圆形，齿间椭圆形，齿间亦稍有变形，齿形变化较小，一般表现为中间凹0.0020.0005。这些微小的变形对生产影响不大，因为一般机床用的7级精度齿轮，淬火回火后，均要经过滚光和推孔才成为成品。高频淬火齿轮通常用含碳量为0.400.50%的碳钢或低合金钢（40、45、40Cr、4

14、5Mn2、405MnB等）制造。批量生产时，一般要求精选含碳量以保证质量。45钢限制在0.420.47%C，40Cr钢限制在0.370.42%C。经高频淬火交低温回火后，淬硬层应为中碳回火马氏体，而心部则为毛坯热处理（正火或调质）后的组织。常见的热处理炉的概念:1 正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上2040度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺 3 固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩

15、相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺 4 时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。 5 固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型 6 时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度7 淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺 8 回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的

16、热处理工艺 9 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。 10 调质处理quenching and tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理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。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火

17、温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200350之间。 11 钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺 回火炉回火的种类及应用 根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种： （一）低温回火（150250度） 低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为HRC5864。 （二）中温回火（350500度） 中温回火所得组织为回火屈氏体。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，它

18、主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC3550。 （三）高温回火（500650度） 高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200330。 热处理炉的热处理工艺：（ 1）退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工 艺。常见的退火工艺有：再结晶退火，去应力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的： 主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少

19、残余应力，提高组 织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。 （2 ）正火：指将钢材或钢件加热到 或 （钢的上临界点温度）以上，3050 保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。 （3）淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一 定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬 火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的

20、硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组 织准备等。 （4）回火：指钢件经淬硬后，再加热到 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷 却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。 回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韧性等。 （5）调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。 （6）渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工

21、件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。机床主轴箱 齿轮工艺设计1、材料45；铜套材料 ZQSn6-6-3。2、齿部高频感应加热淬火4448HRC。齿轮基本参数m=2Z=25=20°确定毛坯 热处理 工艺步骤 工艺路线 = 加点分没问题啊 急啊1、下料，直径58或60长38（买到58的圆钢是最好）2、粗车，按图单边余量在1.5到23、调质处理 HRC22-28 4、精车（内孔留0.3的余量、端面留0.2的余量。如车床能保证尺寸就孔一步到位，端面留0.1的余量。建议用好的数控车床来精车。）5、钻油孔、去孔口毛刺6、磨孔带端面（端面擦出，建议用2115）.如精车保证的话就可省略。7、平磨另一面（留0.05的磨量）。如精车保证的话就可省