配油盘的热处理工艺课程设计

中北大学课程设计说明书PAGEPAGE81引言金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。热处理不仅对机械加工的顺利进行和保证加工效果起着重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用寿命等方面起着重要作用。热处理工艺课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。作为一名金属材料工程专业的学生，我觉得这次课程设计是十分有意义的。大学的专业课程的学习已经基本上结束，我们在课堂上接触的仅仅是专业基础课上的理论方面，如何去面对现实中的各种热处理工艺设计？如何把我们学到的专业基础理论和用到实践中去呢？这次专业课程设计就为我们提供了这样一个平台。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．完成这次课程设计，需要综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次热处理设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了专业课程所学的内容，掌握热处理工艺设计的方法和步骤，掌握怎样根据零件的服役条件选择材料、分析零件的工艺性，确定工艺方案，分析工艺的可行性。同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。真正做到学以致用并从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。2零件图分析图1配油盘零件图2.1零件的总体分析柱塞泵是依靠柱塞在缸体柱塞孔中作往复运动而产生的容积变化来实现吸油和压油过程【1】。柱塞泵有压力高、排量大、效率高，其结构较齿轮泵和叶片泵要复杂，零件加工要求高。柱塞泵的主要零件有配油盘、缸套、柱塞、回程盘、斜盘及传动轴等【2】。柱塞泵的主要零件在工作时都承受压应力作用并处在腐蚀油介质中，柱塞泵主要零件特点是体积小而精度要求，在工作中承受复杂的服役条件。因此材料的选用和热处理工艺要着重从提高耐磨性，以保证高的强度，良好的韧性，高的耐磨性和尺寸稳定性高。2.2零件的结构形状零件结构形状如图1所示2.3零件的尺寸及技术要求尺寸要求：直径：110mm厚：10mm技术要求：渗氮层深度0.3-0.5mm;表面硬度800-1000HV;心部硬度250-280BS2.4零件的服役条件及失效形式分析2.4.1服役条件柱塞泵在运行过程中，配油盘与缸体发生高速运动，使油膜破坏而引起金属的直接接触，这时接触部位产生大量的摩擦热，局部温度升高，使缸体和配油盘之间由于过热而金属啮合和产生裂纹【3】。2.4.2失效形式(1)高速运动摩擦由于配油盘和缸体的高速运动，使油膜破坏而引起金属直接接触，产生大量的热。使缸体和配油盘之间由于过热而金属咬台和产生裂纹。(2)缸体和配油盘之间压力不平衡在缸体和配油盘之问存在着半周的高压区和半周的低压区，产生压力不平衡，同时由于缸体和柱塞之间产生压力作用使缸体压向配油盘，而缸体和配油盘之间的油膜反推，力图把缸体推开，当反推力大于缸体的压紧力时，则出现推盘现象，使缸体和配油盘之问的运动精度破坏而引起烧盘。(3)轴承疲劳点蚀破坏承受柱塞轴向推力的滚动轴承，由于受到重载偏心负荷的影响，使轴承产生了疲劳点蚀、破坏，因而也加剧了配油盘与缸体的磨损烧伤。(4)对于配油盘的加工，要求平面度不大于0.003mm。虽采取了较严密的加工工艺，仍避免不了超差的问题。各部件的装配，虽然采用了分组装配等一系列措施，由于零件误差很小，零件的互换性较差，仍存在装配不良的问题，造成缸体和配油盘之闻出现楔形间隙，使配油盘和缸体加速磨损。3材料选择根据配油盘的工作状况，可以初步得出其材料应满足的性能要求：一是具有良好的热稳定性和耐磨性，以保证配油盘满足液压元件在高压高速工作下具有足够好的耐磨性和精度；二是具有良好的抗过热性能或者较高的疲劳极限，使配油盘零件能够在良好的服役条件下长时间的工作。根据配油盘的工作条件以及技术要求，承受较大的压应力，工件表面精度要求较高的特点，有较高的氮化层表面硬度和较深的氮化层深度要求，为了在材料表面获得高硬度和耐磨的氮化层，一般采用含有某些合金元素的合金钢进行渗氮工艺，这是因为氮与合金元素生成的氮化物要比氮化铁稳定，并在渗氮层中呈弥散分布，使氮化层具有很高的表面硬度。同时因为零件形状较为复杂，渗氮层心部硬度要求较高，所以要求选材必须具有良好的淬透性。3.1氮化钢的特性机械零件经表面氮化处理后，可显著提高其表面硬度、疲劳强度和耐磨性，还有抗水、油等介质的腐蚀能力。氮化层在较高温度下仍能保持其硬度。零件在氮化前世中碳钢经调质热处理，得到稳定的回火索氏体组织，保证在使用过程中几何尺寸和表面精度的稳定性。3.2氮化钢的选择常用的氮化钢有：40Cr、35CrMo、38CrMoAlA等(1)40Cr与碳钢相比，强度及淬透性均高，但对于形状尺寸较为复杂的零件，水淬时已经出现开裂变形，具有较高的综合力学性能，良好的低温冲击韧性，低的缺口敏感性。在450～680℃回火时有第二类回火脆性，对白点敏感性较大，冷畸变塑性中等，切削加工性能好，但焊接性能差。经840～860℃油淬640～660℃回火后，其硬度为250～280HBS；510～540℃渗氮后，其表面硬度≧450HV。常用于制造重要的齿轮、轴、曲轴、套筒、连杆等。(2)35CrMo强度、韧性、疲劳强度及淬透性均比40Cr高，属于细晶粒钢。热处理时无过热倾向，淬火畸变小，具有高的身室温力学性能和高温强度，良好的低温冲击韧性。冷畸变塑性中等，焊机性能差，经850～870℃油淬+600～660℃回火后，其硬度为250～280HBS，500～560℃渗氮后，其表面硬度≧550HV。常用作制造截面不大而要求力学性能高的重要零件，如曲轴、主轴、锤杆等。(3)38CrMoAlA强度较高，渗氮后具有非常高的表面硬度、耐磨性和疲劳极限，并具有良好的耐热性能（可达500℃）及耐油腐蚀性能，热处理形变小不易开裂变形，同时由于Mo的加入，抑制了第二类回火脆性，淬透性良好。经930～950℃油淬+620～640℃回火后，其硬度可以达到255～269HBS，500～560℃渗氮后，其表面硬度为900～1200HV.因此，要求表面硬度高，耐磨性好，有要求高的心部强度的渗氮零件，普遍采用38CrMoAlA。但是这种钢具有以下缺点：在冶炼上易出现柱状断口，易沾污非金属夹杂物，在轧钢中易形成裂缝和发纹，有过热敏感性，热处理时，对化学成分波动也极为敏感。这种钢易于脱碳，当铝含量偏高时，渗氮层表面容易出现脆性。由上可以看出38CrMoAlA钢表面表面可以获得最高的表面硬度，可以达到900～1200HV，38CrMoAlA钢在510℃氮化20h后可以达到0.35mm以上的氮化层深度，且具有非常高的表面硬度、耐磨性和疲劳极限，并具有良好的耐热性能（可达500℃）及耐油腐蚀性能。而35CrMo、40Cr氮化层的表面硬度控制在HV500～800，达不到配油盘要求的表面硬度，所以选用38CrMoAlA。表140Cr、35CrMo、38CrMoAlA的化学成分、热处理和力学性能【4】牌号化学成分（质量分数，％）热处理力学性能CSiMnCr其他淬火温度/℃回火温度/℃σb/Mpaσs/MpaAk/J40Cr0.37～0.440.17～0.370.50～0.800.80～1.10850油520水、油9807854735CrMo0.32～0.400.17～0.370.40～0.700.80～1.10Mo：0.15～0.25850油550水、油9808356338CrMoAlA0.35～0.420.20～0.450.30～0.601.35～1.65Mo：0.15～0.25Al：0.70～1.10940水、油640水、油980835713.338CrMoAlA中各元素的作用(1)38CrMoAlA钢中碳含量保持在0.38％左右，便以获得良好的力学性能，也便于调质处理后获得适量的铁素体组织，利于渗氮。刚在加入Cr元素主要是提高淬透性，提高回火稳定性，提高耐蚀性，细化晶粒，改善氮化物的均匀性；Mo元素主要有细化晶粒，消除回火脆性，同时提高回火稳定性，提高对飞氧化性酸的稳定性。(2)38CrMoAlA钢中加入Al元素。主要起两方面的作用，一是与钢中的氮元素形成氮化物，起细化晶粒作用；二是提高表面的疲劳强度、表面硬度以及抗啮合性。(3)提高氮化工艺性能铝、钛、铌、钼、钨等元素师形成氮化物元素，他们在а相中形成超显微的氮化物颗粒，对а相起弥散强化作用。(4)使钢在渗氮过程中不软化Mo、Cr等元素是使钢在500～590℃长时间保温保持强度的有效元素。往氮化钢中加入Mo可以防止或者减弱钢的第二类回火脆性。4确定加工路线加工工艺主要包括机加工和热处理工艺。机加工是指通过加工机械精确去除材料的加工工艺。它直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。该零件形状尺寸复杂，精度要求高，可以通过锻轧锻出毛坯，进行退火处理，通过机加工使其成型；然后进行调质处理，改善零件的心部硬度，在进行精加工，之后进行去应力退火，消除残余内应力，改善其切削性能然后经过机加工使其复合尺寸要求；再经过化学热处理（渗氮工艺）使表面获得一层氮化物渗层，提高零件表面耐磨性和抗疲劳性能；最后经过精磨，以满足尺寸精度，即可得到所需的零件可采用的加工路线：备料→锻轧→退火→粗加工→调质→精加工→去应力退火→粗磨→渗氮→精磨（研磨）→成品。5热处理工艺方法选择5.1预备热处理的选择钢的正火是将钢加热到临界温度Ac3或者Acm以上保温一定时间，然后出炉空冷。退火是将组织偏离平衡状态的金属或者合金加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却获得接近平衡组织的热处理工艺。对于正火与退火的选择，根据具体情况，一般从以下三个方面考虑：1)改善切削加工性能。低碳钢宜采用正火；碳质量分数在0.25％～0.45％之间的中碳钢即可以采用退火，也可以采用正火；碳质量分数在0.45％～0.77％之间的高碳钢必须采用完全退火；过共析钢则宜采用球化退火。低、中碳结构钢采用正火；中高碳结构钢采用完全退火；合金工具钢采用球化退火。2)热处理工艺性。形状复杂、尺寸大或者重要零件采用退火。退火冷却速度慢，内应力小，工件不易变形开裂。一般零件，可采用正火。3)从经济性方面考虑。由于正火比退火生产周期短，操作方便，工艺成本低。因此，在满足钢的使用性能和工艺性能的前提下，应尽可能用正火代替退火。由于38CrMoAlA钢中碳含量保持在0.38％左右，属于中碳合金结构钢，且配油盘属于重要零件，形状尺寸复杂。所以选定预备热处理为完全退火。5.2调质调质，即淬火加高温回火。调质钢热处理时在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500～650℃回火。热处理后的金相组织是回火索氏体，这种组织具有强度、塑性和韧性的良好配合。淬火后得到马氏体使结构钢具有高的强度、硬度和耐磨性等性能；回火主要主要是消除零件淬火时所产生的残余内应力，提高材料的塑性韧性，获得良好的综合性能，稳定工件尺寸，使零件在后续工艺中保持稳定的尺寸和精度。主要用于中碳结构钢或者低合金结构钢以获得良好的综合机械性能。钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。5.2.1淬火方法的选择常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火等。(1)单介质淬火法，把加热到淬火温度的工件放入一种淬火介质中，使其完全冷却。此法操作简单，易实现机械化和自动化。通常形状简单尺寸较大的碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火。(2)双介质淬火，采用两种冷却介质。先在一种冷却介质中冷却至Ms点时立即转入下一种冷却能力较弱的介质中的操作方法。适用于中等尺寸、形状复杂的高碳钢和尺寸较大的合金钢。(3)分级淬火，将加热到奥氏体化的钢件，先放入温度稍高或者稍低于Ms点的液态介质中，等温保持适当时间，然后空冷至室温。(4)等温淬火，工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体全变温度区间内，使之完成奥氏体等温转变，获得下贝氏体组织。待加工工件属于中碳合金钢尺寸较小，为了操作简单，淬火时间易于掌握，我选择单介质淬火。为了保证工件淬火后得到马氏体，又要减小变形和防止开裂，必须选用正确的冷却介质。常用的淬火介质有水、油和熔岩、熔碱等。该零件要求淬火变形量小，且38CrMoAlA是中碳合金钢。所以我选择淬火油介质。5.2.2回火方法的选择回火是将钢件在淬硬后，在加热到Ac1以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。回火的主要目的是:减小和消除淬火时产生的内应力和脆性，防止和减小工件变形和开裂。获得稳定的组织，保证工件在使用过程中形状和尺寸不发生变化。获得工件所需要的使用性能。根据回火温度的不同，分为低温回火、中温回火、高温回火三种。（1）低温回火（150～250℃），组织是回火马氏体，和淬火马氏体相比，回火马氏体既保持了钢的高硬度、高强度和良好耐磨性，又适当提高了韧性。硬度为61～65HRC，主要用于高碳钢，合金工具钢制造的刃具、量具、模具及滚动轴承，渗碳、碳氮共渗和表面淬火件等。（2）中温回火（350～500℃），组织为回火屈氏体，对于一般碳钢和低合金钢，中温回火相当于回火的第三温度区，此时碳化物开始聚集，基体开始回复，淬火应力基本消除。硬度为35～50HRC，具有高的弹性极限，有良好的塑性和韧性，主用于弹性件及模具处理。（3）高温回火（500～650℃），组织为回火索氏体，硬度为220～330HBS。淬火和随后的高温回火称为调质处理，经调质处理后，钢具有优良的综合机械性能。因此，高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢，用来制作汽车、拖拉机、机床等承受较大载荷的结构零件，如曲轴、连杆、螺栓、机床主轴及齿轮等重要的机器零件。因为配油盘需要进行调质处理，所以选择高温回火。5.3去应力退火将工件缓慢加热到Ac1以下一定温度，保温1～3h后随炉空冷的工艺称为去应力退火。目的是消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机械加工工件中的残余内应力，以稳定钢件的尺寸，减小变形，防止开裂。为了使渗氮弯曲变形减少到最小程度，须在渗氮前进行去应力退火。渗氮渗氮是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表面的化学热处理，常见的渗氮方法有液体渗氮、气体渗氮和离子渗氮。传统的气体渗氮是把工件放在密封的容器中，通过流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得良好的表面性能。离子渗氮是在低于1x105Pa的渗氮气氛中利用辉光放电这一物理现象对金属表面进行的渗氮法。与传统的气体渗氮相比，离子渗氮的特点是处理周期短，仅为气体渗氮的1/3～1/4（例如38CrMoAlA钢，渗氮层深度若达到0.35～0.7mm、气体渗氮需要70h，而离子渗氮仅需要15～20h），零件表面不易形成连续的白色脆性层。所以我选择离子渗氮。6制定热处理工艺制度表238CrMoAlA钢加热和冷却的临界点钢号Ac1Ac3Ar1Ar3Ms38CrMoAlA760℃885℃675℃740℃360℃6.1退火工艺的制定退火是将组织偏离平衡状态的金属或者合金加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却获得接近平衡组织的热处理工艺。完全退火主要应用于亚共析成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件、焊接件及热轧型材，不适用于过共析钢。完全退火的目的是细化晶粒，均匀组织，改善切削加工性能并消除内应力。（1）退火加热温度一般选择在Ac3+20～30℃使之完全奥氏体化，室温时得到P+F一般认为是平衡组织。38CrMoAlA的Ac3=885℃，所以加热温度选择为910±10℃（2）退火加热速度在实际生产过程中，形状较为复杂，一般采用预热加热，一般以30～70℃/h速度升温到600～700℃，再以80～100℃/h迅速升温。（3）退火保温时间对亚共析钢锻轧钢材，通过完全退火，主要是消除锻后组织及硬度的不均匀性，改善切削加工性能和为后续的热处理做准备，其保温时间一般可按下式计算τ=（3～4）+（0.4～0.5）Q所以我取4h。（4）退火冷却速度退火后的冷却速度应缓慢，以保证在过冷度不大的情况下进行珠光体转变，以免硬度过高。一般碳钢的冷却速度应小于200℃/h；低合金钢冷却速度应该降至100℃/h；高合金钢的冷却速度一般为50℃/h。出炉温度为600℃以下。38CrMoAlA是中碳合金钢，所以冷却速度选择为75℃/h.表3完全退火热处理工艺加热速度加热温度保温时间冷却速度30～70℃/h80～100℃/h910±10℃4h75℃/h.淬火工艺的制定（1）加热温度，钢的淬火加热温度与钢的含碳量有关，亚共析钢的加热温度为Ac3+（30～50）℃；共析钢和过共析钢的淬火加热温度为Ac1+（30～50）℃，因为38CrMoAlA中碳的质量分数为0.35～0.42，属于中碳合金钢，加热温度一般比碳素钢稍高，所以淬火加热温度取940±10℃（2）淬火加热时间，应包括工件整个截面加热到预定淬火温度，并使之在该温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需的时间。常用经验公式为：τ=α·k·D【5】式中τ——加热时间，min；α——加热时间系数，min/mm；k——装炉量修正系数；D——工件有效厚度，mm。零件图中的最大直径为110mm，厚度为10mm，工件的有效厚度为110mm，加热系数α和装炉修正系数k分别见表4和表5，38CrMoAlA为中碳合金结构钢，故取α=1.5，k=1.4,则τ=α·k·D=1.5x1.4x110=231min，考虑到透热都因素，故加热时间取τ=4h表4常用钢的加热系数（min/mm）【6】工件材料直径/mm<600℃质炉中预热750-850中加热或预热800-900介质炉中加热1100-1300浴炉中加热碳素钢≤50>500.3-0.40.4-0.51.0-0.21.2-1.5低合金钢≤50>500.45-0.50.5-0.551.2-1.51.5-1.81.5-1.8高合金钢高速钢0.35-0.400.3-0.350.3-0.350.65-0.850.17-0.20.16-0.18表5表5工件装炉修正系数【6】工件装炉方式修正系数K工件装炉方式修正系数K1.01.01.01.42.04.02.01.71.8（3）加热速度，由于淬火温度为940±10℃，且零件的直径为110mm，可以以80～100℃/h迅速升温。（4）冷却方法一般选用单介质淬火方法冷却。（5）淬火介质的选择，38CrMoAlA是中淬透性钢，这类钢的最大淬火直径为40～60mm，采用油淬介质。表6淬火工艺的制定加热温度保温时间加热速度冷却方法冷却介质940±10℃4h80～100℃/h单液淬火介质油回火工艺的制定（1）回火温度的确定，为了获得良好的综合力学性能，合金结构钢一般在三个不同的温度范围内回火：超高强度钢在200～300℃回火；弹簧钢在460℃左右回火；调质钢在500～650℃回火.根据零件要求，调质后硬度为250～280HBS，由表7选择回火温度为630±10℃.表738CrMoAlA钢回火温度对渗氮层深度及硬度的影响回火温度/℃回火后硬度/HRC渗氮层深度/mm渗氮层硬度/HRC72021～220.51～0.5880～81.570022～230.50～0.5580～8268024～260.46～0.4980～8265029～310.40～0.4381～8362032～330.38～0.4081～8359034～350.37～0.3882～8357036～370.37～0.3882～83（2）回火时间的确定，回火温度一般从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算，一般为1-3h。在实践中常用工件的有效厚度计算，表8是单个工件的保温时间表，多个工件叠加可适当延长时间。由于工件的有效厚度为110mm，多工件同时加热，所以保温时间选择3.5h。表8中、高温回火保温时间参数表【7】有效厚度/mm＜2525-5050-7575-100100-125125-150保温时间/min盐浴20-3030-4545-6075-9090-120120-150空气炉40-6070-9070-90150-180180-210210-240（3）回火加热速度，由于回火温度为630±10℃，所以选择30～70℃/h。（4）回火后的冷却，在空气中冷却。表9回火工艺的制定回火温度回火时间加热速度冷却方法630±10℃3.5h30～70℃/h空冷去应力退火工艺的制定（1）去应力退火温度的确定，将工件缓慢加热到Ac1以下一定温度，保温1～3h后随炉空冷的工艺称为去应力退火。去应力退火温度一般为Ac1-（100-200℃）。一般钢件在500～650℃；铸铁件在500～550℃；焊接件在500～600℃.所以去应力退火温度取为590±10℃.（2）去应力退火时间的确定，一般保温时间为3～4min/mm（一般需要3h以上），所以去应力退火时间取6h。离子渗氮工艺的制定（1）温度的确定，38CrMoAlA为了获得0.30～0.45mm的渗氮层，工件温度需加热到530±10℃.（2）保温时间的确定，对于38CrMoAlA钢，在530±10℃时保温8-15小时可得到888～1164HV的硬度。取12h。（3）炉内压力的确定，炉内压力为266～532Pa。7热处理组织、性能分析（1）完全退火：完全退火后室温得到片状珠光体和铁素体，一般可以认为是平衡组织。铁素体具有强度低、塑性韧性好的特点，片状珠光体具有较高的强度和较好的塑性韧性。完全退火可以细化晶粒，均匀组织，改善切削加工性能并消除内应力。（2）调质处理：钢件加热到Ac3以上30～50℃度，使珠光体完全奥氏体化，获得细小的奥氏体晶粒，淬火后得到细小的马氏体组织，无铁素体，强度硬度较高。经过高温回火得到回火索氏体，使零件获得良好的综合机械性能。（3）渗氮处理：渗氮后工件表面是渗入氮化物的回火索氏体，心部为回火索氏体。工件渗氮后疲劳强度显著提高，这是因为渗氮层内析出比容较大的氮化物相，产生教的的残余压应力。渗氮层深度越大，疲劳强度越大。同时渗氮层具有很高的硬度和耐磨性，即使在缺乏润滑时，仍能保持较高的硬度，有较好的抗咬合性能。渗氮层中的ε相致密度高，化学稳定性强，因而具有很好的耐腐蚀性，可以抵抗水、过热蒸汽、及碱性溶液的腐蚀。8热处理设备的选择常用的热处理加热设备按能源分有燃料加热设备和电加热设备；按工作温度可分为高温炉（＞1000℃）、中温炉（650℃-1000℃）和低温炉（≤650℃）。生产上常用的加热设备有电阻炉、浴炉、气体渗碳炉、高频感应加热设备等。炉型的选择应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定。热处理设备的选择要从设备经济性、可靠性、配套性、安全性、安全性以及工厂的实际情况等来选择【8】8.1箱式电阻炉的选择热处理电阻炉是以电为能源的，通过炉内电热元件将电能转化为热能而加热工件的炉子，是一种造价相对便宜的炉子，以降低成本。完全退火、去应力退火以及高温回火温度均不超过950℃，可以选中温箱式电阻炉。因为工件淬火温度过高，箱式炉炉温不均，中温箱式电阻炉无法满足温度需求，故选用高温电阻炉。高温箱式电阻炉最高工作温度有1200℃和1350℃两种，这类炉子的特点是在此温度下主要依靠辐射传热表，因此电热元件直接布置在工作室内，要求炉内有足够的辐射面积。表10是中温箱式电阻炉的各种技术参数，表11为1200℃箱式电阻炉各种技术参数，配油盘的尺寸是110mmx10mm，并且为小批量生产。表10中温箱式电阻炉产品规格及技术参数【9】型号功率/KW电压/V相数最高工作温度℃炉膛尺寸（长×宽×高）/（mm×mm×mm）炉温850℃时的指标空载耗能/KW空炉升温时间/h最大装载量/kgRX-3153801950600×300×25052.580RX-3303803950950×450×35072.5200RX-3-45-94538039501200×600×40092.5400RX-3-60-96038039501500×750×450123700RX-3-75-97538039501800×900×550163.51200表111200℃箱式电阻炉产品规格及技术参数【9】型号功率/KW电压/V相数最高工作温度℃炉膛尺寸（长×宽×高）/（mm×mm×mm）炉温850℃时的指标空载耗能/KW空炉升温时间/h最大装载量/kgRX-3-20-122038011200650×300×250≤7≤350RX-3-45-124538031200950×450×350≤13≤3100RX-3-65-1265380312001200×600×400≤17≤3200RX-3-90-1290380312001500×750×450≤20≤4400RX-3-115-12115380312001800×900×550≤22≤4600（1）根据零件的尺寸和加热温度条件，并综合考虑经济效益及生产方式，完全退火、去应力退火以及高温回火选择RX-3-15-9型号的箱式电阻炉。（2）根据零件尺寸和淬火温度，并综合考虑经济效益及生产方式，淬火工艺选择RX-3-20-12型号的箱式电阻炉。8.2离子渗氮设备的选择表12井式渗氮炉产品规格及技术参数型号额定功率/KW额定电压/V相数最高工作温度/℃炉膛尺寸（长x宽x高）/（mmxmmxmm）外形尺寸/（mmxmm）电炉重量/kg备注LD-2-25253803650810x810x8001240x1240x20001600堆放普通型LD-2-25B353803650810x810x8001240x1240x20001600对方半自动LD-2-506038036501060x1060x1101557x1557x23502730堆放普通型LD-2-50B7538039501060x1060x1101557x1557x23502730对方半自动由表可知，渗氮处理可以选用LD2-25型离子炉。8.3热处理冷却设备的选择热处理冷却设备应能保证工件在冷却时具有相应的冷却速度和冷却温度。由出于经济的考虑，我们选择油冷，一般的淬火槽的尺寸都能够满足淬火要求，我们选用普通淬火槽。图2普通间隙淬火作用淬火槽[3]1-溢流槽2-排出管3-供入管4-事故排出管5-淬火槽6-工件9工装设计（夹具、辅具等）工装设计主要指的是热处理过程中所用到的辅具和夹具以及其他设备所进行的选择。9.1工装夹具的选择9.1.1热处理夹具的选择热处理夹具的选择原则为：①符合热处理技术条件：保证零件热处理加热，冷却，炉气成分均匀度，不致使零件在热处理过程中变形。②符合经济要求：在保证零件热处理质量复合热处理技术要求时，确保设备具有高的生产能力。夹具应具有质量轻，吸热量少，热强度高及使用寿命长的特点。③符合使用要求：保证装卸零件方便和操作安全。图3箱式炉装料盘图4盘形零件渗氮夹具9.2清洗设备的选择零件在热处理前需清除锈斑、油演、污垢、切削冷却液和研磨剂等，以保证不阻碍加热和冷却，不影响介质和气氛的纯度。以防零件出现软点、渗层不均匀、组织不均匀等影响热处理质量的现象。热处理后也常需清洗，以去除零件表面残油、残渣和炭黑等附着物，以保障热处理零件清洁度、防锈和不影响下道工序加工等要求。根据零件对清洁度要求、生产方式、生产批量及工件外形尺寸选用相应的清洗设备。一般清洗机常用于清除残油和残盐，可分为间歇式和连续式两种。前者有清洗槽、室式清洗机，强力加压喷射式清洗剂等；后者有传送带式清洗机及各类生产线、自动线配置的悬挂输送链式、链板式、推杆式和往复式等各类专用清洗设备。室式清洗机它主要用于批量不大的中小零件。输送带式清洗机，适用于批量较大的小型零件。根据生产特点，小批量的中小型零件，可以选用室内清洗机。10质量检验【10】表12渗氮件的质量检查检查项目检查内容及方法备注外观检查氮化表面呈银灰色，无光泽有光点表示该处清理不佳导致未渗氮渗氮层深度检查端口法：用带刻度的放大镜直接观察其深度金相法：在金相显微镜下测量氮化层与基体的明显交界处渗氮层硬度检查用维氏硬度计或者表面洛氏硬度计测量表面硬度渗氮后检验渗氮层脆性检查用维氏硬度计压痕作为评断依据，根据压痕的外形，将脆性分为五级一级压痕边角完整侵袭；五级压痕四边破裂，轮廓不清脉状氮化物的检验渗氮层组织中不应该存在网状的氮化物，连续的波纹状氮化物以及鱼骨状氮化物。渗氮后不再进行磨削加工的零件ε相层厚度不超过0.03mm渗氮层疏松及原始组织的测定渗氮层中不应该有严重的微孔，来不判定渗氮层是否疏松。对于渗氮层原始组织的要求为渗氮前原始组织应该为回火索氏体。零件尺寸渗氮后不需要再精磨的零件，尺寸变化不得超过图纸标注范围。需要精磨的零件最大变形处的磨削量不超过0.15mm。11热处理缺陷分析【11】在实际的热处理过程中，由于原材料的缺陷、工艺设计不当、工序不当、操作不当等原因，易造成各种热处理缺陷的产生。轴类在加工过程中可能出现的热处理缺陷如下：（1）硬度过高，W（C）>0.45%的中、高碳钢在正火过程中容易出现硬度过高现象。产生原因：冷却速度快，组织中珠光体片间距变细，碳化物弥散度增大；装炉量大，炉温不均匀。严格控制工艺参数，可消除硬度过高缺陷。（2）淬火畸变，产生原因：热处理前后组织比体积不同是引起体积变化的主要原因，加热温度不均，淬火冷却时的不同时性形成的热应力和组织应力使工件局部发生塑性变形。消除方式：降低淬火加热温度对减少热应力和组织应力畸变都有作用，缓慢加热或对工件进行预热，可减少加热过程中的热畸变，合理捆扎和吊挂工件。根据工件的形状采用合理的淬入方式。（3）淬火开裂，产生原因：冷却不当，在Ms温度以下快冷，因组织应力大引起开裂，还可能是淬火后未及时回火，工件内部的显微裂纹在淬火应力作用下扩展成宏观裂纹。消除方式：正确进行预先热处理，避免正火、退火组织缺陷。合理选择淬火介质和淬火方法。易开裂工件，淬火后要及时回火。（4）脉状氮化物，渗氮（特别是离子渗氮）易出现脉状氮化物，即扩散层与表面平行呈白色波纹状的氮化物。一般认为与合金元素在晶界偏聚及氮原子的扩散有关，因此，控制合金元素的偏聚的措施均有利于减轻脉状氮化物的形成。工艺参数方面，渗氮温度越高，保温时间越长，越易形成脉状组织。如工件棱角处，因渗氮温度相对较高，脉状组织比其他部位严重。（5）渗氮层硬度偏低或者硬度不均匀，形成原因：①渗氮时温度偏高，使用了新的渗氮炉。②零件表面有锈斑或者油污等，零件在调质后硬度太低。③装炉不当，使气流循环不良或者密封性不好，有漏气现象。所以在进行渗氮前需要对零件表面的锈斑和油污进行处理【10】。（6）渗氮层深度较浅，主要是因为装炉不当，是的零件间的相互距离太近；保温时间不高。为了弥补缺陷，需要进行补渗的操作处理。（7）零件出现变形，形成原因：①机加工时留下的残余应力，以及零件尺寸较大，形状较复杂。②渗氮面不对称或者局部渗氮，同时还有零件自重的影响。③由于渗氮层体积增大而产生的应力【10】。12结束语通过这次课程计，我在多方面都有所提高。在完成设计的过程中，你需要考虑许多课堂上不需要考虑的东西比如说经济性、实用性等。不仅需要我们学到的专业知识，还需要我们通过图书馆及网络等资源来收集资料。通过分析零件图，制定合适的工艺路线，分析工艺路线的可行性、经济性和环保性