40Cr齿轮轴热处理工艺规程编制

1、专业班级：学口 号学生姓名：指导教师：起止时间：院（系）：1017126可立良（老师）南机电职业技术学院毕业（论文）题目：40Cr齿轮轴热处理工艺规程编制表头表格所所提供标准附表机械工程系10171朱荣正2013 年 3 月-2013 年 4 月 15日云南机电职业技术学院毕业论文 课程设计（论文）任务及评语院（系）：机械工程系教研室：材料教研组学号课程设计（论文）题 目1017126学生姓名朱荣正专业班级1017140Cr齿轮轴热处理工艺规程编制一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行 零件的服役条件与失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工 艺设

2、计。阐述40Cr中齿轮轴热处理质量检验项目、内容及要求；阐明齿轮轴 热处理常见缺陷的预防及补救方法；给出所用参考文献。二、课设任务齿轮轴材料的选择（要求在满足工件使用性能的前提下，兼顾经济性 和工艺性，合理选择材料）；给出40Cr的C曲线；给出40Cr齿轮轴调质热处理；制定40Cr热处理工艺。三、设计说明书要求设计说明书包括三部分：1）概述；2）工艺设计；3）参考文献。设计说 明书结构见工艺设计模板。集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论1.5天，设计7天：1）概述0.5 天，2）服役条件与性能要求0.5天，3）失效形式、材料的选择0.5天，4） 结构与热处理工艺性0.5天，5）调质热处理0.

3、5天，6）工艺流程曲线图0.5 天，7）热处理工艺设计2天，8）工艺的性质0.5天，9）可能出现的问题分 析及防止措施0.5天，10）热处理质量分析0.5天，设计验收1天。成绩:学生签字:指导教师签字:一、齿轮轴热处理概述1、齿轮轴的服役条件、失效形式及性能要求二、40Cr的基本性质40cr的化学成分及力学性能40Cr的特性及用途合金元素的作用1、40cr刚中铬元素的作用 2、40cr刚中硅元素的作用 .1.2.21、2、3、4.4.3、40cr刚中锰元素的作用 (此处层次重新列一下，4、1, 4、2, 4、3)5、40Cr材料的焊接性三、齿轮生产工艺线路及分析1、齿轮轴材料的选择.2.5.8

4、.82、40cr热处理工艺特征介绍3、40cr齿轮轴断裂原因案例分析4、热处理工艺.1011165、热处理工艺的确定.176、40Cr钢调质热处理 7、热处理常见的缺陷及防护措施(1)氧化和脱碳.19.21.21(2)(4)过热和过烧软点淬火裂纹.22.22.23回火缺陷 变形和开裂(5)(6)&热处理工艺及曲线图.24.24.25退火工艺的制定 正火工艺的制定回火工艺的制定9、40Cr热处理金相组织分析2825.25.26正火热处理的金相分析调质热处理的金相分析四、质量检验项目.2829291、检验项目工件变形检查淬硬层深度检查硬度检查金相组织检查.29292929(4)五、结论、致谢303

5、1六、参考文献32(目录前少摘要)云南机电职业技术学院毕业论文 齿轮轴热处理概述轧机是现代工业生产的重要机械，而轧机的齿轮轴是轧机中重要的传动部分，主要承受 交变载荷，冲击载荷，剪切应力和接触应力大。轴部易产生裂纹，齿部易磨损。因此对齿 轮轴的心部要求有一定的强度和韧性，有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力。表面还应具有一定的硬度和耐磨性。为了满足这些性能要求，材料要有很好的力学性能，常采用40Cr钢经正火，调质，感应加热淬火加低温回火已达到所要求的性能。40Cr为中碳合金钢，预备热处理是正火，主要目的是为了获得一定的硬度，便于钢坯 的切削加工，为调质做好组织准备。调质的目的是为了提高轧机齿轮轴的

6、综合力学性能。中频感应加热表面淬火是使零件表面得到高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度及 较高的塑性、韧性。通过对40Cr钢热处理工艺的分析，明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺, 达到所需要的性能，保证质量。根据齿轮轴的工作条件，失效形式及性能要求，大部分材料选择为合金中碳钢，在设 计正火-调质-中频感应加热淬火加低温回火热处理工艺中，本设计借鉴了 热处理工程师 手册热处理实用数据速查手册，钢的热处理，机床零件用钢，金属工艺学等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的40Cr中碳合

7、金结构钢表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的疲劳强度，在高温下的强度，还要使心部具有高 的的强度和韧性，从而满足齿轮轴的质量要求。齿轮用于机械装置中功率的传递与速度的调节，在汽车、拖拉机、机床、起重机械等 产品中不仅有着重要的作用，而且用量相当大。齿轮工作时，通过齿面的接触传递动力，齿 部承受很大的交变弯曲应力和接触应力的作用，在相互啮合的齿面上会有强烈的摩擦。啮 合不均匀时，还会产生冲击力。齿轮的损坏形式主要是齿部折断和齿面的过度磨损。根据 齿轮的受力情况和失效分析，可知齿轮一般都需经过适当的热处理，以提高承载能力和延 长使用寿命。1齿轮轴的服役条件、失效形式及性能要求1. 1服役条件、失效形

8、式（注意是“.”，不是“、”）（段落开头空两格）齿轮轴在转动时主要承受剪切应力，交变弯曲应力，传递动载荷等工作，受到多次冲击应力。在工作过程中，由于不同的应力作用，导致不同的失效形式, 主要有疲劳磨损，裂纹，表面点蚀，弯曲疲劳折断，冲击折断等。1、2性能要求（1）.具有高的疲劳极限;具有高的抗弯强度;具有较高的韧性;具有高的耐磨性;具有抗多次冲击能力;具有高温下的高强度;具有一定的精度。40Cr的基本性质1、40cr的化学成分及力学性能1、1 40Cr的化学成分及临界温度40Cr的化学成分及临界温度见表1。表1.40Cr的化学成分及临界温度（表的格式）化赞分临界 （温度CMnSiCrAciAc

9、 3AllArSa450. 502040. 107438006937301.2力学性能试样毛坯尺寸（mm ）：热处理:第一次淬火加热温度40Cr圆棒25f850;冷却剂：油第二次淬火加热温度回火加热温度（C）：520;冷却剂：水、油抗拉强度（ob/MPa）:三 980屈服点（o s/MPs）:三785断后伸长率（S 5/%断面收缩率（书/%）:三45 冲击吸收功（Aku2/J ）:三47布氏硬度（HBS100/3000 ）（退火或高温回火状态）：三2071. 3 4OCr的性质从铁碳合金相图来看，40Cr钢属于亚共析钢，缓冷到室温后的组织为铁素体+珠光体;从钢的分类来看，40Cr钢属于低淬透性

10、调质钢，具有很高的强度，良好的塑性和韧性，即 具有良好的综合机械性能；40Cr钢可用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床的主轴等 零件。2.40cr特性及用途特性160HBS 毛中碳调制钢，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。正火可促进组织球化，改进硬度小于 坯的切削性能。在温度 550570 C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。用途这种钢经调质后用于制造承受中等负何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、花键轴、顶尖套等；经淬火及中温回

11、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7。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【供货状态及硬度】退火态，硬度 =心回火温度3DW2时2823亦350*益2430P蚯2500第一支Q2强2沁12卫1250心第二支心22923P1羿曲乎均

12、值卫2工刃2&刃11.0*12.29214.5P冗270.5*3.2断口形貌不同回火温度下冲击试样断口形貌见图6,r、7:* J蛙丄W3IJir逡黛熏ZL备盖芦 -*诵h . “i ”f辔疑瞪尿円 霸麝 噬i3 分析与讨论240r以下回火断口以40Cr作为中碳调质钢，一般采用淬火+高温回火，资料记载，Mn、Cr钢在较低温度回 火时容易出现回火脆性，由模拟试验冲击值与断口形貌可以看出， 准解理为主，冲击值较低，随回火温度提高冲击值上升，280r -380之间断口出现明显的沿晶断口，350C时沿晶断口所占比例最多，冲击值明显降低，460C以上断口以韧窝为主, 冲击值大幅提高，钢材化学成分、晶粒度、

13、非金属夹杂物、金相组织均符合技术标准要求, 模拟试验结果表明工件采用的热处理工艺使材料出现回火脆性。5结语工件使用的钢材符合技术标准要求;装过程中受力断裂，建议将回火温度提高到由于用户在易出现回火脆性的温度范围内回火，导致工件出现回火脆性，在安 500r以上，以获得良好的综合机械性能。4、热处理工艺淬火工艺40Cr淬火 850 r ,油冷；回火520r,水冷、油冷。 40Cr表面淬火硬度为HRC52-60，火焰淬火能达至UHRC48-55。（1）氮化处理40Cr属于可氮化钢，其所含元素有利于氮化。40Cr经氮化处理后可获得较高的表面硬度，40Cr调质后氮化处理硬度最高能达到HRA7278，即H

14、RC4355。氮化工件工艺路线：锻造-退火-粗加工-调质-精加工-除应力-粗磨-氮化-精磨或研磨。由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所 以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。软氮化 是活性氮化，现在比较常用的是气体氮化焊接40Cr焊接前注意预热，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。40Cr的焊接性: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。焊

15、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 C之间。J107 Cr4、焊接材料应保证熔敷金属的成分与母材基本相同，如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。5、热处理工艺的确定（1）正火加热温度通常对于亚共析钢正火的加热温度通常为 Ac3以上3050C ,而对于中碳合金钢的正火温度正火温度通常为Ac3以上50100C，保温一定时间后

16、取出喷雾冷却这种冷却方式称为 高温正火。由铁碳合金相图如图6可知42CrMo的加热温度范围为850900C。加热温度过 低先共析铁素体未能全部溶解而达不到细化晶粒的作用，加热温度过高会造成晶粒粗化恶 化钢的力学性能，所以我们可以选着870C。(2)正火加热保温时间工件有效厚度的计算原则是：薄板工件的厚度即为其有效厚度；长的圆棒料直径为其有 效厚度;正方体工件的边长为其有效厚度；长方体工件的高和宽小者为其有效厚度；带锥度的 圆柱形工件的有效厚度是距小端2L/3(L为工件的长度)处的直径；带有通孔的工件，其壁厚为 有效厚度.一般情况下，碳钢可以按工件有效厚度每 25毫米为一小时来计算，合金钢可以按

17、工件的有效厚度每20毫米一小时来计算保温时间，加热时间应为 23小时左右。淬火温度的选择40CrMo钢，含碳量为0.42%，属于亚共析钢，含碳量为0.42%钢的Ac3为800E，由亚共析钢淬火温度要求T=Ac3+3050C)可得，淬火温度T=830850 (E)，我们可以设定在 840C。淬火保温时间的确定根据有效长度/2=80/2=40mm，可查知，保温时间要大于 56min，为保证获得理想组织可选1h。确定回火温度。不同含碳量与回火温度的曲线中(钢的热处理胡光立、谢希文 西北工业大学出版 社。)查出含碳量为0.40.5%的曲线带，再在纵坐标上查出 HRC=3540,取中值36其曲线带相交的

18、点即为加热温度，大约为 480C。确定回火保温时间。由于回火保温时间为480C，根据经验公式可知回火保温时间大约为 11.5ho回火后空冷即可。6 40Cr钢调质热处理(1)调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类，不管是碳钢还是合金钢，其含碳量控制比较严格。如果含碳量过高，调质后工件的强度虽高，但韧性不够，如含碳量过低,韧性提高而强度不足。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.300.50%0调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。 小型工厂不可能每炉搞金相分析, 一般只作硬度测试，这就是说，淬火后

19、的硬度必须达到该材料的淬火硬度，回火后硬度按 图要求来检查。40Cr钢的调质处理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。40Cr工件调质的淬回火，各种参数工艺卡片都有规定，我们在实际操作中体会是：（一）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。（二） 40Cr工件调质后硬度仍然偏高，第二次回火温度就要增加2050C

20、，不然，硬度降低困难。（三）40Cr工件高温回火后，形状复杂的在油中冷却，简单的在水中冷却，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。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，我们认为:（一）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。（二）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。（三）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

21、，造成工件接近面 硬度偏低。（四）开炉淬火，不能一口气淬完，应视炉温下降程度，中途闭炉重新升温，以便前后工 件淬后硬度一致。（五）要注意冷却液的温度，10%盐水的温度如高于60C,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。（六）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。（七）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。JIO曲E j1|P-

22、145d.03SpZj心ms卜卜0皿 *C240CR是调制钢，用于制造在重载作用下同时又受冲击载荷作用的一些重要零件没要求零件具有高强度、高韧性相结合的良好综合力学性能，抗拉强度和屈服强度比的碳钢约 20%，并有良好的淬透性，切削性好，冷变形时的塑性中等，断面小于50MM时，油淬后有较高的疲劳强度。具有较高的强度和硬度，调制后可获得回火索氏体具有较高的强度、塑性、 韧性、疲劳极限、断裂韧度和较低的韧脆性转折温度，可以满足工件使用的性能要求，少 量合金元素的加入显著增加了钢的淬透性，一般采用油淬，油淬的临界直径是30MM40MM，适用于制造较重的调制件，如机床主轴、汽车、拖拉机上的连杆、螺栓等。

23、调制钢在加热后，必须经过预备热处理降低硬度，以利于切削加工，预备热处理还 可以消除加工缺陷，改善组织委淬火做好准备。对合金含量较低的钢，可采用正火或者完 全退火，对合金含量较高的钢采用正火加高温回火做预备热处理，高温回火可使正火处理 得到马氏体转变为粒状珠光体。最终热处理为调质，碳钢淬火温度为 AC3+（3050）摄氏度，合金钢可适当提高淬火温度，回火温度为500650摄氏度，具体回火温度按硬度取，要求强度好的选下限。合金调质钢有较大高温的回脆倾向，为防止高温脆性发生，高温回火后要采用水冷或 油冷，对于大锻件体要采用合金化方法防止回脆，调质钢不一定都进行调质处理，因为回 火索氏体组织不能充分发

24、挥碳提高钢的强度方面的潜力，所以可采用淬火加低温回火代替 调质。低合金超高强度结构和合金钢调质钢经淬火加低温回火后，其韧性与碳的质量分数有 关。例如低合金高强度钢当碳的质量分数超过 0.3%,虽然随着谈的质量分数的增高强度持 续增高，但钢的韧性特别是断裂韧度显著下降。所以应合理控制碳质量分数，以得到最佳 强度与塑性的配合。7、热处理的常见缺陷及补救措施（1）氧化和脱碳：工件在加热过程中，由于周围的加热介质与钢表面所起的化学作用，会使钢发生氧化 与脱碳，严重影响淬火工件的质量。氧化：是指钢的表面与加热介质中的氧、氧化性气体、氧化性杂质相互作用形成氧化铁的过程。由于氧化铁皮的形成，使工件的尺寸减小

25、，表面光洁 度降低，还会严重地影响到淬火时的冷却速度，致使工件表面产生软点和硬度不足。钢的 氧化虽然是化学反应，但是一旦在钢的表面出现一层氧化膜之后，氧化的速度主要取决于氧和铁原子通过氧化膜的扩散速度，如图2-53所示。由图可见，随着加热温度的升高，原子扩散速度增大，钢的氧化速度便急剧地增大，特别是在570度以上，所形成的氧化膜是以是FeO为主，它是不致密的，结构疏松的。因此，氧原子很容易透过已形成的表面氧化 膜，继续与铁发生氧化反应，所以，当氧化膜中出现FeO时，钢的氧化速度大大增加，氧化层逐渐增厚。在570度以下氧化膜则由比较致密的 Fe3O4所构成，由于处于工件表面的这种氧化膜结构致密，

26、与基体结合牢固，氧原子难以继续渗入，故氧化的速度比较缓慢。脱碳：是指钢表层中的碳被氧化，使钢的表层含碳量降低，钢的加热温度越高，且钢的含碳量越多（特别具有高含量的硅、钼、铝等元素时），钢越容易脱碳。由于碳的扩散速度较快，所以钢的脱碳速度总是大于其氧化速度。在钢的氧化层下面，通常总是存在着一定厚度的脱碳层，由于脱碳使钢的表层碳含量下降，从而导致钢件淬火后表层硬度不足, 疲劳强度下降，而且使钢在淬火时，容易形成表面裂纹。为了防止氧化、脱碳，根据工件 的技术要求和实际情况，可以采用保护气氛加热、真空加热，以及用工件表面涂料包装加 热等方法。在盐浴中加热时，可以采用经常加入脱氧剂的方法，并要求建立严格

27、的脱氧制度。此外，对普通箱式炉稍加改造后，采用滴入煤油的办法进行保护，可大大改善加热工 件的表面质量。图2 53 钢的氧化速度和加热温度的关系(2)过热和过烧钢件进行奥氏体化加热时，如加热温度过高或加热时间过长，会引起奥氏体晶粒长大变粗，形成的马氏体也粗化，这种现象叫过热。过热的工件几乎 不能防止淬火裂纹产生。因为在生成的马氏体中存在大量微裂纹，这种马氏体裂纹会发展 为淬火裂纹。在加热温度更高的情况下，钢的奥氏体晶粒进一步粗化，并产生晶界氧化, 严重时还会引起晶界熔化，这种现象叫过烧。产生过烧的工件，其性能急剧降低。然后再按正常规范重新淬火。有过热缺陷的工件，可先进行一次细化组织的正火或退火,

28、 有过烧缺陷的工件因无法挽救而只能报废。(3)软点：工件或钢材淬火硬化后,表面硬度偏低的小区域被称之为软点。当用水作冷却介质时，工件表面因被传热很差的蒸气膜包住而造成冷却缓慢，所以淬火后工件的软点比较严重，在存在氧化皮和脱碳的部位也会出现软点。 软点可用锉刀检查,容易锉动的地方即是软点所在部位。为了防止软点，应该使工件在无氧化、无脱碳条件下加热；其次是加强淬火介质在淬火过程中的机械搅拌；也可采用清水中加入盐、碱，或采用聚乙 烯醇等水溶性有机溶液做淬火介质，使钢件在淬火时形成蒸气膜迅速破坏，不至于出现淬 火软点。(4)淬火裂纹Ms点淬火裂纹是由于淬火内应力在工件表层的拉应力超过冷却时钢的断裂强度

29、而引起的，这种裂纹是工件在进入冷却介质中不久之后，温度降至(大约为250度)以下时产生的。这是因为工件从奥氏体化温度急冷至Ms点以下的过程中，因马氏体转变使塑性急剧降低，而组织应力急剧增大，所以容易形成裂纹。最常见的淬火裂纹如图2-54所示，有纵向裂纹、横向裂纹、网状裂纹和应力集中裂纹几种。对于淬火后未出现而在磨削后才出现的裂纹，要区别它 究竟是淬火裂纹还是磨削裂纹。磨削裂纹的方向总是垂直于磨削方向并呈平行线形样式,淬火裂纹则与磨削方向无关并呈刀割状开裂。纵向魏纹麻力细中霰纹网状裂纹圈254 常乩淬火裂皱示倉11形成淬火裂纹的原因:导致淬火裂纹的原因很多，大体可归纳为三个方面。热处理工艺：如过

30、热、脱碳、冷速过快、冷却操作不当、淬火后未及时回火等。原材料原因：如有大块或连续分布的非金属夹杂物、碳化物偏析、白点、气孔、锻造折叠等。工件结构设计或选材不当：如工件壁厚相差悬殊，具有形成应力集中的尖角、凹角等。在选材方面对形状复杂的零件选用淬透性较低的钢种，从而造成在激烈的冷却过程中开裂。淬火裂纹的防止:淬火裂纹一旦产生便无法挽救，因此必须设法防止。为了防止淬火裂纹，首先应改善零件结构设计的工艺性，并正确选用钢材。在淬火技术方面，应特别注意在点以下 Ms点以上快冷、在Ms慢冷，即遵守“先快后慢”的原则，如双介质淬火和分级淬火能有效防止淬火裂纹。工件淬火后要注意立即回火，因为淬火工件中或多或少

31、地存在一定量的残余奥氏体，这些奥氏体在室温下的放置过程中会转变成马氏体，从而因发 生体积膨胀而导致开裂。同时，淬火残余应力的存在会助长裂纹产生。这种裂纹是延迟发 生的淬火裂纹，其形状与淬火裂纹相同。(5 )回火缺陷回火缺陷主要指回火裂纹和回火硬度不合格。所谓回火裂纹，是指淬火状态钢进行回火时，因急热、急冷或组织变化而形成的裂纹。有回火硬化(二 次硬化)现象的高合金钢，比较容易产生回火裂纹。防止方法是在回火时缓慢加热，并使 回火温度缓慢冷却。硬度过高一般是因回火温度不够造成的，补救方法是按正常回火规范重新回火。回火后硬度不足主要是回火温度过高，补救办法是退火后重新淬火 回火。出现硬度不合格时，首

32、先要查找原因，检查是否发生混料，因为这也是引起淬火后 硬度不合格的主要原因。回火脆性，是钢的一种热处理特性，而不是热处理缺陷。但如果不注意这种特性，有时就会成为回火缺陷的根源。回火脆性一般有两类，第一类是低 温回火脆性，钢在250-400度范围内产生，生产过程中无法通过改变工艺操作来消除，只 能尽量避免在此温度范围内回火，或改用等温淬火工艺来代替淬火加回火；第二类是高温 回火脆性，某些合金钢在450-575度回火，或在稍高温度下回火后缓慢冷却，出现了冲击 韧度下降的现象，这类已脆化的钢再次重新加热至预定的回火温度，然后快冷至室温，脆 性消失，所以也叫可逆回火脆性。(6)变形和开裂减少变形及防止

33、裂纹的措施淬火的目的是为了获得马氏体，就要快速冷却，但这又会引起淬火内应力，淬火工件发生变形和开裂的根本原因是由于淬火内应力造成的。因此，除 制定合理的淬火工艺外，同时还必须设法减小淬火内应力，防止变形和开裂。所以有必要 对淬火过程中产生的内应力有所了解。内应力有热应力和组织应力两种，它们的成因和作 用是不同的。1.热应力与组织应力的分布规律:热应力：工件加热或冷却时，由于工件表层和心部温度变化不同时，造成热胀冷缩不均，这种由热胀冷缩不均而产生的应力叫热应力。工件加热时，表面温度比心部高,表面受热膨胀，心部温度低未膨胀，这时表层受压应力，心部则受拉应力。透热后，心部 温度升高而膨胀，使表层产生

34、塑性变形，此时，工件表现为体积膨胀。工件冷却时，表面 冷速比心部快得多，表层要收缩，中心温度尚高不让收缩，对表层产生拉应力，心部则产 生压应力。继续冷却时，心部要发生收缩，这时表层已冷硬不让收缩，于是对心部产生拉 应力，表层则受压应力，这种应力在冷却结束后仍存在于工件内部，叫残余应力。&热处理工艺及曲线图40Cr热处理工艺的制定按上述知识，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。(1)退火工艺的制定图1为退火及正火工艺曲线图。加热温度:(3050) C,由此确定加热温度为850 C;保温时间:图1 退火及正火工艺曲线图正火工艺

35、的制定加热温度：Ac。+ (3050)C，由此确定加热温度为850 C;保温时间：120min；冷却方式：空冷。3. 3淬火工艺的制定图2为淬火工艺曲线图。加热温度：A。+ (3050)C,由此确定加热温度为850 C;保温时间：80min；冷却方式：油冷。(3)回火工艺的制定3. 4. 1低温回火图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150 C3O0 C,但钢材的第一类回火脆性温度在250 C400 C,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 C;保温时间为60min；采禺2 淬火工W曲线00禺：i淬火力口彳氐s

36、a回火工W曲举阖3.4. 2中温回火中温回火温度为350 C500 C,选用温度为460 C;保温时间为50min; 空冷。3.4.2高温回火(调质处理)图4为淬火加高温回火工艺曲线图。高温回火温度为500C650 C,可选用加热温度为620 C;保温时间为60min；空冷。 图4淬火加高温回火工艺曲线图4 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，表4淬火后回火热处理的洛

37、氏硬度值。表2 40Cr的冲击韧性值（多试样平均at值）试样编号试样热处理工艺值140Cr850 C油淬+ 620C回火148240Ct1&5（rc空冷56云南机电职业技术学院毕业论文 4 JV G叮峠、 .、*:九*rJ E- =, F I25OX（4%硝酸酒精）表3 4C）Cr退火，正火的布氏硬度（平均值）试捽编号试样热处理工艺礎度值 HB1lOCr850 C随炉冷却17624OCr850 C空冷198表4 40Cr淬火后回火热处理的洛氏硬度（平均值）试样 编号1材料1热处理工艺硬度值 HRC回火温度C硬度值 HRC140Cr850 C油淬50. 262024* 4240Cr850 C油淬

38、51. 846041. 3340Cr850 C油淬49*324050. 39 40Cr热处理金相组织分析（1）正火热处理的金相分析正火是加热、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)调质热处理的金相分析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*

39、GOCjX四、质量检验项目及标准1、检验项目检验项目及标准检查工件表面有无腐蚀或氧化皮。不得有裂纹及碰伤，表面不得有锈蚀。(1)工件变形检查根据图样技术要求检查工件的挠曲变形、尺寸及几何形状的变化。淬硬层深度检查感应加热淬火后应检查淬硬层深度，42CrMo淬硬层深度应在8mm左右。可采用硬度法测量。硬度压痕应当打在垂直于表面的一条或多条平行线上，而且宽度为1.5mm区域内,最靠近表面的压痕中心与表面的距离为0.15m m,从表面到各逐次压痕中心的距离应每次增加0.1mm。当表面硬化层深度大时，各压痕中心的距离可以大一些，但在接近极限硬度区域附近，仍应保持压痕中心之间的距离为0.1m m。用垂直