热处理说明书

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"热处理工艺课程设计的目的 1\o"CurrentDocument"课程设计的任务 1\o"CurrentDocument"热处理工艺设计的方法 1\o"CurrentDocument"20Cr2Ni4A汽车方向盘轴承外套的技术要求 24.1零件图 2\o"CurrentDocument"4.2技术要求 2\o"CurrentDocument"4.3工艺流程 2\o"CurrentDocument"五•低温退火的热处理工艺 2\o"CurrentDocument"5.1工艺制定 25.1.1退火温度 25.1.2加热方法 25.1.3加热介质 35.1.4加热时间 35.1.5冷却方法 35.1.6热处理后检验方法 35.1.8工艺曲线 4\o"CurrentDocument"5.2低温退火各热处理工序中材料的组织、性能⑷ 45.2.1低温退火加热到690°C后的组织及性能 45.2.2分析退火保温时零件的组织转变 45.2.3分析退火冷却到室温后的组织及性能⑸ 45.2.4采用退火处理的零件可能产生的缺陷及原因，防止和消除些缺陷的方法..5\o"CurrentDocument"5.3选择热处理的设备 55.3.1热处理炉 5\o"CurrentDocument"夹具 6\o"CurrentDocument"六.20Cr2Ni4A的渗碳工艺 7\o"CurrentDocument"6.1渗碳化学热处理的工艺参数 7\o"CurrentDocument"6.1.1加热温度 76.1.2加热方法 7渗碳介质 7\o"CurrentDocument"6.1.4保温时间 7\o"CurrentDocument"6.1.5冷却方法 7\o"CurrentDocument"6.1.6冷却介质 76.1.7渗碳化学处理及一次淬火的工艺曲线图 7\o"CurrentDocument"6.2渗碳化学热处理中材料的组织、性能 86.2.1渗碳化学热处理加热到920°C后的组织及性能⑻ 86.2.2渗碳保温时零件的组织转变 86.2.3预冷到880C后的组织及性能 86.2.4渗碳化学热处理常见缺陷及防治措施 9\o"CurrentDocument"6.3渗碳炉 9\o"CurrentDocument"6.4渗碳化学热处理中的装具 9\o"CurrentDocument"七•调质（淬火加高温回火）的热处理工艺 10\o"CurrentDocument"7.1淬火工艺 10\o"CurrentDocument"7.1.2加热温度 10加热方法 10加热介质 117.1.4保温时间 11冷却方法 11冷却介质 11\o"CurrentDocument"7.2回火工艺参数 11加热温度 11加热方法 11加热介质 12保温时间 12冷却方法 12冷却介质 12\o"CurrentDocument"7.3调质处理后检验方法 12\o"CurrentDocument"7.4工艺曲线图 13\o"CurrentDocument"7.5材料的组织、性能 137.5.1加热温度后的组织及性能 137.5.2保温时零件的组织转变 14\o"CurrentDocument"7.5.3冷却到室温后的组织及性能 147.5.4产生缺陷预测及防护[10] 14\o"CurrentDocument"7.6热处理设备 14\o"CurrentDocument"二次淬火的热处理工艺 158.1 加热温度 15\o"CurrentDocument"8.2加热方式 15\o"CurrentDocument"加热介质 158.4保温时间 15冷却方法 15冷却介质 16第二次淬火工艺图 16\o"CurrentDocument"淬火热处理炉 16\o"CurrentDocument"淬火后组织组成 16\o"CurrentDocument"低温回火热处理工艺 179.1加热温度 17\o"CurrentDocument"9.2加热时间 17\o"CurrentDocument"9.3加热方式 17\o"CurrentDocument"加热介质 17\o"CurrentDocument"冷却方式 17\o"CurrentDocument"冷却介质 18\o"CurrentDocument".低温回火工艺曲线图 18.回火冷却到室温后的组织及性能 18\o"CurrentDocument".设计的热处理处理可能产生的缺陷预测及原因，消除缺陷的方法 18\o"CurrentDocument".热处理后检验方法 19\o"CurrentDocument".低温回火热处理设备 19\o"CurrentDocument"十.完整的工艺曲线图及工艺路线 20\o"CurrentDocument"十■一.热处理工艺课程设计的体会与见解 20\o"CurrentDocument"十二•参考文件 2120Cr2Ni4A方向盘轴承外套热处理设计热处理工艺课程设计的目的热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是：培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。课程设计的任务进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。热处理工艺设计的方法热处理工艺的最佳方案是在能够保证达到根据零件使用性能和由产品设计者提出的热处理技术要求的基础上，设计的一种高质量、低成本、低能耗、清洁、高效、精确的热处理工艺方法。根据零件使用性能及技术要求，提出所可能实施的几种热处理工艺方案，通过综合经济技术分析，确定最佳热处理工艺方案。确定热处理工艺方案后，首先应根据零件的材料特性及技术要求，选择热处理加热设备、加热、保温时间与冷却方式。在此基础上，制定编制热处理工艺规范，设计零件在有关热处理工序使用的装夹具及校直装置等。最后，编写主要热处理工序的操作守则。涉及新材料、新技术等特殊零件的热处理工艺，可遵循实验室试验、小批量生产试验、生产验证等程序进行确定。四.20Cr2Ni4A汽车方向盘轴承外套的技术要求4.1零件图1204 尸2O22 504.1零件图（单位mm）4.2技术要求1） 渗碳层深度：1.2-1.5mm2） 渗碳层硬度：表面硬度56-60HRC，心部硬度28-45HRC4.3工艺流程锻造f低温退火f机械加工f渗碳f一次淬火f高温回火f二次淬火f低温回火一检验注：20Cr24Ni4A的Ac1为720°C,Ac3为780°C,Arl为575°C。五.低温退火的热处理工艺5.1工艺制定低温退火是钢件的加热温度低于Fe—C合金加热时共析转变温度（Acl）的退火。低温退火的目的是使钢件软化，以便于切削加工或随后进行的冷变形。低温退火不发生组织转变，常用于合金钢坯消除内应力，降低硬度。低温退火有利于表面缺陷清理。5.1.1退火温度选择：690C理由：20Cr2Ni4A是高合金钢，低温退火温度在再结晶温度以上，Ac以下，在680C〜1700C之间，使形变晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒⑴。5.1.2加热方法选择：随炉温加热理由：简单易控制，且是预备热处理，对性能要求不高5.1.3加热介质选择：氮气理由：由于加热温度过高，零件容易氧化脱碳，氮气可以很好的防护，使金属烧损、性能降低。5.1.4加热时间选择：3h原因：保温时间不超过10h,3h均匀合理⑵。5.1.5冷却方法选择：随炉冷却理由：表面与心部温度差距小，不易产生应力，防止其开裂。5.1.6热处理后检验方法表5.1退火的工艺规范项目要求加热温度690°C加热速度应该控制在100〜200°C/h加热时间3h冷却速度随炉冷却表5.2质量检验方法(GB/T16923——1999)⑶项目要求硬度硬度按GB/T230、GB/T4340GB/T4341进行。硬度检验设备可用硬度试验机，如洛氏硬度计，维氏硬度计，布氏硬度计。探伤可米用肉眼或着色鉴定裂纹及伤痕。必要时按有关标准进行超声或磁粉检验。探伤设备：磁粉探伤机，染色探伤机。金相其他金相组织的评定按GB/T224进行。金相检验设备：金相显微镜畸变可使用相应的仪器和量具测量5.1.8工艺曲线图5.3低温退火的工艺曲线图 时间注意事项：①低温退火时间略长，要防止晶粒粗大。②加热介质为氮气，可防止表面氧化。5.2低温退火各热处理工序中材料的组织、性能⑷5.2.1低温退火加热到690°C后的组织及性能包括：①正常温度的组织及性能：正火加热到690°C后的组织没有变化，为铁素体+珠光体加热温度不足的组织及性能：加热温度不足时，成分不均匀，晶粒较大,没有得到细化加热温度过高所产生的组织及性能：加热温度高时，可能出现奥氏体。加热温度过高时，出现过烧现象，晶界局部熔化，零件报废。5.2.2分析退火保温时零件的组织转变原子充分扩散，细化晶粒，均匀组织。5.2.3分析退火冷却到室温后的组织及性能⑸包括：①正常冷却后的组织及性能：片状珠光体+铁素体，硬度为156〜207HBW。②冷却速度不足的组织及性能：晶粒较细，但塑性韧性较低。可能形成带状组织（原因：锻压时枝晶偏析沿变形方向呈条状或带状分布，退火冷却过程中，由于冷却速度较慢，现在这些部位形成铁素体，碳被排列到枝干形成珠光体，形成了亚共析钢中的铁素体和珠光体呈带状交替分布）。③冷却速度过大的组织及性能：脱碳严重，晶粒很大，晶界出现熔化现象,并伴有非金属夹杂物集聚。5.2.4采用退火处理的零件可能产生的缺陷及原因，防止和消除些缺陷的方法表5.3结构钢常见缺陷⑹缺陷特征产生原因解决办法合晶粒较细，但塑性、韧性加热不足在正常温度下重新处低理金表面有脱碳，晶粒较大，加热温度较过热程度小时，在正塑性、韧性低。咼，时间较长常温度下重新处理12结次；过热程度较大时，第一次在Ac以上3构100~150°C，第二次在正常温度下处理钢脱碳严重，晶粒很大，有加热温度过轻度的可在大量魏氏体组织出现，晶界高，时间过长1100~1200°C长时间均出现熔化现象，并伴有非金匀化后再进行处理。较属夹杂物集聚，断口呈石板严重的需要重新锻造，装。严重的只能报废5.3选择热处理的设备5.3.1热处理炉退火的设备选用台式炉。⑺型号：RT2-45-9型额定功率：45KW电源电压：380V相数：三额定温度：950°C1200X600X500空炉耗损功率：V50KW炉膛尺寸：长：450mm；宽：350mm；深：700mm外形尺寸：长：1400mm；宽：1050mm；高：950mm自重：1930Kg 最大载重：800Kg配套变压器：ZUSG3—100—35.3.2夹具图5.4垫板注：D]=70mm,D2=180mm,D3=300mm,D4=500mm工件直径120mm,厚20mm,重0.4kg，综合考虑工件尺寸和炉膛大小等因素，同时最大程度的提高生产效益和产品质量的平衡，固正常叠放，每层7个，叠18层,每炉生产126个零件毛坯。六.20Cr2Ni4A的渗碳工艺6.1渗碳化学热处理的工艺参数6.1.1加热温度包括：加热温度：920°C加热温度的确定依据：由于20Cr2Ni4A钢的上临界点Ac3温度为780C,渗碳时必须全部转变为奥氏体。而Y—Fe的溶碳能力远在a—Fe之上，因此20Cr2NiA钢得渗碳温度应高于780C，但综合考虑渗碳速度、装炉量及渗碳过程中轴承的变形问题等，实际选用920C左右为最佳渗碳温度。6.1.2加热方法选择：随炉温加热理由：变形量少，加热组织均匀6.1.3渗碳介质选择：煤油和甲醇理由：苯和酒精提供C,其中酒精还有调节C浓度的作用6.1.4保温时间选择：保温时间约为8h理由：该钢件的渗碳层深度技术要求为1.2〜1.5mm,参照试棒送检，一般强渗时间约为5h,扩散时间约为3h[3]6.1.5冷却方法选择：随炉预冷到880C6.1.6冷却介质选择：煤油和甲醇6.1.7渗碳化学处理及一次淬火的工艺曲线图

温度佗温度佗时间h/图时间h/②装盖应盖紧，减少漏气，炉内保持正压，废气应点燃。③严禁在750°C以下向炉内滴注任何有机溶液。每次渗碳完毕后，应检查滴注器阀门是否关紧，防止低温下有机溶液滴入炉内造成爆炸。6.2渗碳化学热处理中材料的组织、性能6.2.1渗碳化学热处理加热到920°C后的组织及性能⑻包括：①正常温度的组织及性能：全部转变为奥氏体加热温度不足的组织及性能：有铁素体残余，塑性韧性较低加热温度过高所产生的组织及性能:奥氏体晶粒粗大，加热温度过高时,出现过烧现象，晶界局部熔化，零件报废。6.2.2渗碳保温时零件的组织转变原子充分扩散，奥氏体成分均匀化6.2.3预冷到880C后的组织及性能包括：①正常预冷到880C的组织及性能：奥氏体的碳含量降低，Ms点提高，热应力减小。②预冷温度过低的组织及性能：温度过低，零件表面会出现屈氏体，心部将析出较多铁素体。6.2.4渗碳化学热处理常见缺陷及防治措施表6.2渗碳件常见缺陷及防止措施[9]缺陷形式形成原因及防止措施返修方法表层粗渗碳剂活性太咼或渗碳保温时间过长在低碳式气氛下延大块状或网长保温时，重新淬火.状碳化物高温加热扩散后再淬火冷处理表层大淬火温度过高，奥氏体中碳及合金元素高温回火后，重新量残留奥氏含量较高；降低渗碳活性，降低直接淬火加热淬火体或重新加热淬火的温度采用合适的加热温度，重新淬火6.3渗碳炉井式气体渗碳电阻炉设备型号：RJJ—35—9T额定功率：35KW额定电压：380V相数：3额定温度:950°C工作空间尺寸（直径X深度）/mmXmm：300X600在950C时的有关指标：空炉损耗功率/KW：W9；空炉升间/h：W2.5；最大装载量/Kg：1006.4渗碳化学热处理中的装具注：装炉量为200个，共叠50层，每层4个，炉子最大载荷为100kg,工件单量0.4kg。七•调质（淬火加高温回火）的热处理工艺调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好,具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体。7.1淬火工艺7.1.2加热温度选择：880°C理由：低合金钢的加热温度范围为Ac3+30〜50°C；且其Ac3为780C，但零件中含有较高的Ni和Cr,综合考虑，可选温度为880C。其目的是为了加速奥氏体化而又不引起奥氏体晶粒粗化。7.1.2加热方法选择：随炉加热理由：简单易操作控制7.1.3加热介质选择：氮气理由：由于加热温度过高，零件容易氧化脱碳，氮气可以很好的防护，使金属烧损、性能降低。7.1.4保温时间选择：0.5h理由：由经验公式t=aKD=1.5XlX20=30mina是保温时间系数一般取1.5K是工件装炉修正系数一般取1〜1.5，这里取1D是工件有效厚度，这里为20mmt是保温时间7.1.5冷却方法选择：油淬理由：20Cr2Ni4A是高合金结构钢，Ni和Cr的含量较高，油介质在其奥氏体不稳定区有最好的冷却速度，减少残余奥氏体，残余应力。7.1.6冷却介质选择：10号机油理由：机油冷却速度在500—350r最快，这种冷却特性最符合该工件冷却特性。7.2回火工艺参数高温回火目的：消除淬火时产生的残余应力，提高材料的塑性和韧性，稳定工件尺寸,或得良好的综合力学性能。7.2.1加热温度选择：680°C理由：在钢的Ac1温度以下，20Cr2Ni4A钢的Ac1为720C，且是高温回火，故可以选温度为680°C。7.2.2加热方法选择：随炉温加热理由：简单易操作控制，且不易产生应力7.2.3加热介质选择：氮气理由：由于加热温度过高，零件容易氧化脱碳，氮气可以很好的防护，使金属烧损、性能降低。7.2.4保温时间选择：1h理由：一般根据工件截面厚度而定，一般每25mm厚度保温1~2h，该工件有效厚度15mm,回火温度较高时，可以适当缩短，故为lh。7.2.5冷却方法选择：空冷理由：为了减少残余应力，在回火后一般在空气中冷却。7.2.6冷却介质选择：空气7.3调质处理后检验方法内容：硬度范围应在250〜280HBW方法：通过加载将钢球压头压入被检测的金属零件表面，根据单位压痕面积上所受的负荷大小来确定硬度值。HB=P/F=P/DtnF：凹陷压痕的面积t：压痕凹陷的深度检测面应是光滑平面。7.4工艺曲线图操作守则：a.淬火加热和保温应确定原始组织完全奥氏体化；b.淬火冷却速度能够确保大多数奥氏体转变马氏体组织，零件表层铁素体体积分数不得超过3%〜5%。7.5材料的组织、性能7.5.1加热温度后的组织及性能回火正常温度的组织和性能回火索氏体，良好的综合力学性能淬火正常温度的组织和性能大部分接近平衡状态的组织，为奥氏体；工件较软，塑韧性好回火加热温度不足的组织及性能下贝氏体，硬度较高，塑性和韧性差淬火温度不足的组织及性能奥氏体和残留碳化物。加热温度低于AC],组织中会保留一部分渗碳体，使淬火强度，硬度高回火加热温度过高的组织及性能上贝氏体，易产生回火脆性淬火加热温度过高的组织及性能奥氏体晶粒细化，但易脱碳氧化7.5.2保温时零件的组织转变回火后转变为索氏体，淬火保温时奥氏体不发生转变，工件心部和表面组织和性能差异不大。7.5.3冷却到室温后的组织及性能回火正常冷却后的组织及性能回火索式体和残余奥氏体，良好的综合力学性能淬火正常冷却后的组织及性能得到马氏体还有一部分残余奥氏体回火冷却速度不足的组织及性能少量的铁素体和屈氏体和残余奥氏体，易产生回火脆性淬火冷却速度不足的组织及性能掺杂一定的珠光体、奥氏体，使硬度、强度降低回火冷却速度过大的组织及性能少量的铁素体和屈氏体晶粒与正常态比细化了，硬度较高，不易加工，工件易变形。淬火冷却速度过大的组织及性能有较多的马氏体和残余奥氏体，硬度较高7.5.4产生缺陷预测及防护[10]工件表面脱碳严重由于工件在氧化气氛的加热炉中加热时间过长、温度过高所致。解决办法是合理选择加热温度和保温时间，或选择保护气氛加热炉、真空炉等加热设备。力学性能过低这是由于淬火加热温度低游离态铁素体未完全溶入奥氏体中所致；或是原材料钢材的淬透性差；或是由于回火温度过高或过低所致。解决方法为：调整淬火温度；调整回火温度。淬裂由于原材料内部缺陷所致；淬火冷却过于激烈；尖角沟槽处应力集中，切削刀纹粗大；工件表面脱碳。7.6热处理设备使用与低温退火时相同的热处理炉，装炉量和夹具也相同，如以上第1节退火所示。八.二次淬火的热处理工艺两次加热加热淬火的目的是细化渗碳层中马氏体晶粒，获得隐晶马氏体，残余奥氏体及均匀分布的细粒状碳化物的渗碳组织。8.1加热温度选择：780°C理由：第二次淬火加热温度选择在高于渗碳层成分的Ac20Cr2Ni4A的Ac为720C,1,1综合工件尺寸和装炉量，780C最为合适。8.2加热方式选择：随炉加热理由：简单易操作控制，且不易产生应力。8.3加热介质选择：氮气理由：加热温度过高，零件易氧化脱碳，氮气很好防护，使金属烧损、性能降低。8.4保温时间选择：14min理由：经验公式：合金钢在空气电阻炉中加热的经验公式为t（1.2〜1.5）D[4]D—计算厚度或直径计算结果：1.4X10=14故取14min8.5冷却方法选择：油淬理由：20Cr2Ni4A是高合金结构钢，Ni和Cr的含量较高，油介质在其奥氏体不稳定区有最好的冷却速度，减少残余奥氏体，残余应力。

8.6冷却介质选择：10号机油理由：10号机油冷却速度在500—350°C最快，这种冷却特性最符合该工件冷却特性。表8.610号机油的冷却能力[5]特性温度/C特性时间/s800〜400C冷却/s4604.85.058.8淬火热处理炉与低温退火相同，装炉量，夹具，装炉方式等见第5章低温退火。8.9淬火后组织组成由于表面渗碳含碳量较高在淬火后表面为马氏体和网状碳化物和残余奥氏体，心部由于含碳量相对低所以其组成为低碳马氏体和残余奥氏体。九.低温回火热处理工艺将淬火后的钢材或零件加热到临界点（Ac1）以下的某一温度，保温一定的时间后，以一定速度冷却至室温的热处理工艺。9.1加热温度选择：220°C理由：20Cr2Ni4A是高合金钢，查手册可知，20Cr2Ni4A热处理规范中，回火温度最佳范围是200〜225C，综合零件尺寸和装炉量等因素考虑，220C最为合宜。9.2加热时间选择：40min理由:经过二次淬火后，钢件残余应力减少，综合零件尺寸和较高Ni和Cr含量，加热时间40min合理。9.3加热方式选择：到温加热理由：用空气电阻炉采取到温加热方式，减少工件加热时间，回火后硬度下降较小。加热介质选择：空气冷却方式选择：空冷理由：低温回火一般使用空气冷却。96冷却介质选择：空气9.7.低温回火工艺曲线图图9.7回火工艺曲线图.回火冷却到室温后的组织及性能包括：①正常冷却后的组织及性能：表面高碳回火马氏体，心部低碳回火马氏体。冷却速度不足的组织及性能：奥氏体向马氏体转变不完全，有过多的奥氏体生成，硬度较低。冷却速度过大的组织及性能：马氏体过多，硬度较高，塑性韧性较低。.设计的热处理处理可能产生的缺陷预测及原因，消除缺陷的方法回火硬度偏高。产生原因是回火不足。对策：提高回火温度，延长回火时间。回火硬度低。产生的原因是回火温度过高或淬火组织中有非马氏体组织。对策：降低回火温度；改进淬火工艺，提高淬火温度。回火畸变。产生原因是淬火应力回火时松弛，引起畸变。对策：加压回火或趁热校直。回火硬度不够。产生的原因是回火炉温不均，装炉量过多，炉气循环不良。对策：炉内应有气流循环风扇或减少装炉量。网状裂纹。产生的原因是回火加热温度过快，表层产生多向拉应力。对策：采用较缓慢的回火加热速度表面腐蚀。产生的原因是带有残盐的工件回火前为未及时清洗。对策：回火前应及时清洗残.热处理后检验方法表4.1回火件的质量检验方法及设备[11]质量检验方法 探伤检验。裂纹及伤痕的检验应包括肉眼鉴别与各类无损探伤方法。普通件应做