热处理课程设计

1 前言本次课程设计主要是制定典件的生产工艺是以?金属热处理原理?、?金属热处理工艺学?和?金属材料学?综合课设计从本次程设计中，我们可以得综合运用所学的根本论根本知识根本技能，立分和解决实际问题的能培养严肃、真、科学工作作风勇于地取开拓的创新精。通过本次课程设计以使我们初步掌握典型零件生产艺过:掌型件的选材、热理原艺制定原:理论联系际综合运用根底课业程多方面的知识去认识和分析零部件热处理生产过程的实际问题培养解决问题的能。热处艺是整个机件模具制造局部，热理是通过改变钢的内部组织构，以善钢的性能，通过适的热理以著提高钢机械性延长机器零件使用寿命。合理热理工艺方，可以满足设计及使用性能的求而且具有最高的劳动生产率，少工序周转和最正确的经济效果。通过课程设计使我懂得了理与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的只把所学理知与实践相结合起，理论中得出结才是真正的知识，才能高自己的动手能力和立思考的能力。2 零件图分析万能分度头是通用设备的必备设备，它可以辅助机床完成被工件在圆周任意度上的分度工。如对零件分度钻，锐槽，锐削圆弧和件划工作。主轴的回转现可在9之任调分皮主轴可配备各种类型的卡盘及夹具。--

A 222 技术要:硬度4550HRCB段度30HRC.1受力分析及性能求轴是机床上传动力的零件，由于负荷不同，受力大小不常承受曲、扭矩、同时受到在滑移和转动部位受摩擦作用。因此主轴的性能要求是高硬足的韧性疲劳强强度、形状畸变要求。上述万能分度头主轴工件体来说作为机床传动件，须具备一强韧性，同时后直径4.2及B两部位击承受一定扭转、摩擦力因要求具备较高的强度、硬度。3 材料的选择依主轴的工作条件，与滑动轴承相轴承受的载荷较小轴的转速也较小工作外表精度要求不高的特点可选用调质钢或渗碳钢。渗碳钢外表有高的弯曲、接触、劳强度及高磨性心部有良好的塑性和韧性但从所给件图求来看，主轴要求内外表也有一耐性和抗性而且渗钢热理形较大艺性能较此渗碳不适合做此类而选用调质。3.1

调质钢简介(1)组织特:结构钢碎火得到氏体组织经高温回火后，得到在α相基体上分布有极细小的颗粒状碳化它的显微组织根据含有不同合金元素而引起的回火稳定性差异和团火温可得到回火屈氏体或索氏体组织。(2)成分特:①低:含碳量般为.0.，以证心部有足够的塑性和韧性，含低时降硬性不含最时心部韧性下降。②金元:加元为Cr、[0、Ni、Si等，它们主要作用是提高钢的碎透性，从而心部的强度和韧:辅加元素为T等强碳化物形成元素这些元素通过形成稳定的化来细化奥氏。(3)性能及应调质钢具有良好的综合力学性能有高的强度，良好的塑性和韧性而被广泛用于制造各种机械零件，如轴类、轴承强度结构。3.2 调质钢的选择常用做轴类的调质钢:45钢040MnB等参数见表。表l机主铀材料-------寸主-------寸主5同0Cr0MnVB成分W(C)0.4%W(C)0.45W(Cr)15%W(C)=.40IV(Mn)<.W(V(5%，IV(B)(.5%临界度(HRC)424144临界直mm(248C)水13-16.530-3860-67(1)45钢是普通的中碳结构钢，冷热工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源，所以应用.

。它用做截面尺寸或不要求完全碎透的零件，经过调质处理后，硬度可到达220-0H，外表yt火之后硬度为48-52HR。(2)Cr一般用做洋透性高的零金元素Cr可阻碍碳化在高温回火时聚集长大保证钢强锦还阻碍α相再结能保持细小的晶块结构，具有优良的机械性使α相也能保持高的强Cr经调质处理后，硬度可到达220-250邸外表碎火后的为52-6R。(3)MnVB为要求湾透更高一级的钢，用做大截面零件合金元素n的参加对钢的击韧性有所改善能使钢的韧-脆转化温度下降V可以细化奥氏体品粒，微量的B可以显著提高钢的碎透性，经调质处理后，硬度可到达2250HBS外表牢火后的硬度为561HR。由上看出合金钢有高的碎透适用大截面零件，而且还有高的击韧性和低的脆温度。但是合金钢经常遇到一个特殊问题就高温回火脆性，高温回火后的冷却速度是影响钢韧性主要因素冷却速度越慢室温冲击韧性愈脆转化温度愈高，合金调质钢的热程不易把握。与合金调质钢相比，碳素结构钢的烨透性较尽管如此，由于碳素调质价格廉价来源综合虑:在满足零件要求(调制硬度235邸外表火为48C)的前提下，应该选择45。4确定加工路线工路:→机工(车留精车量4rnm)调机工(精车磨量m)径4.2mrn局部洋→机工粗磨留精磨量0.50.2删)→AB中间段降火、回火机工(磨或精磨后超精加工)成品5热处理工艺方法选择5.1调质调质，即火鸟'温获得索氏体组织，要用中碳碳素构钢或低合金构钢获得良好的综合械性。5.1.1 淳火方法的选择常用的碎火方法有单液浑火火法(双碎火介质碎法、分火等温?卒火法。(1)单i年火法已热到温牛碎种湃，火介质使完全冷却它是最简单的火方法常用于形单的碳钢合钢工件。(2中断抨火法(双碎火介质碎火法)，把加热到部火温度工件，冷却能力较强的碎火介质中冷却至接近Ms点，然后转入慢冷的洋火介质中冷却至室，以到达在不同碎火冷却温度区间，有比拟理想的碎火冷却速。(3)分级?卒火，件由奥氏体化温度猝入高于该1钢马氏开始变温度的摔火介质中，在其中冷却直至工件各局部温度到达海火介质的温，后缓慢至室，生氏体转。(4等温火法件湾火加后长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织，这种碎火方法称为等温将火。因为待加工的零件形状复杂，尺寸较大，为了防止洋火过程中发生变开裂，因而我选用中断碎火法。5.1.2因火方法的选择钢件卒火后再加热到Al一温，持一定时，后冷却到室温的热理艺称为回火。回火的目的是稳定组织，消除洋火应力;整硬强塑性、韧性。根据回火温度的不同，分为低温回火、中温回火温回种。(1)低温回火(15250.C)，组织火马氏体，和碎火马氏体相比火马氏体既保持了钢的高硬度高强和良好磨性又适当提高了韧性。硬度616R，要用于高碳，合工具钢造的量，、具滚动轴承渗碳、碳氮共渗和外表碎火件等。(2中温回火(35"""500C组织为回火屈氏体，对一般钢和低合金钢，中混回火相于火的三温区，此时碳化物开始聚集，基体开始回复，洋火应力根本消除。硬度为3550HR，有的弹性极限良好的塑性和韧性用于弹性件及模具处理。(3高温火(5006500C组织为回火索氏体，硬度2030HBo牢火和随后高温火称为调质处理，经调质处理后钢具有优良的综合机械性能。此高温火主要适用于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、机主轴及齿轮等重要的机器零件。为主轴需要进行理所以采用高温回火。5.2外表浮火的选择外表卒火是指被处件在外表有限深度范围内加热至相变点以然后迅速冷却在工件外表一定深度范围内洋火同的的热理工艺。利用外表洋火得到外表硬化后，零件的心部仍可保持原来的显微组织和性能不变，从而到达提高疲劳强度、提高耐磨性并保持心部韧性的优良综合性能。常用的外表加热碎火方法有感应加热外表碎火、火焰痒火、电接触加热外表猝火、电解液加热外表;卒火、激光加外表火、电子柬加热外表碎火等离子加热外表洋火等。(1)感应加外表火，即以电磁感原理在工件外表产生电流密度很高的涡流来加热工件外表的辩火方法。根据所产交流电流的频率不同，可分为高频碎火、中频碎火及高频脉冲溥火类。(2)火焰洋火，用温可气火直接加热工件外表的外表洋火方法。(3)电接触加外表火，即低电压大电流的电极引工件并与之接触，以电与件外表的触电阻发热来加工件外表的碎火方法。(4)电解液加热外表碎火件作个电极(阴极)插入电解液中，利用阴极效应来加热工件外表的洋火方法。综合考虑了上述几种方法各自的特点和局限性后我:ìZt用了感应洋因为它具有艺简单件变形小、生产效率、省能、环境污染少工艺过程易于实现机械化和自动化等优点。6 制定热处理工艺制度表2 45铜加热和却拍临界点钢号A，A.，s45钢725.C780.C682.C22250.C6.1 正火工艺的制定为了消除毛胚锻造应降低硬度以及善切工性能，同时均匀组织细化晶粒为了后续加热处理做准备。(1)火温度，选用830-85C。火加热泪度是件加热到ACa或AD以上30-5C45钢的临界点温度为780.C，火般采用热炉装料，加热过程中工件内温差较大为了缩工件在高温时的停留时一般加热温高。{立命(2正火保时保祖时间钢的学成分工形状寸、子类量等因素有关一般按每毫米厚度保括.1.5min估算。主铀的直径为115.4mm，考虑加工余量5mm因而其有效厚度为50m，温间为4h左右。(3)火的冷方式一般采用空。85.C6.2调艺的制定毛脏经键孔车出大台阶后进行调制处其目的是为了提高主轴整体的强韧性，满足性能要求。(1)加热温度，亚共析钢洋火加温为A汁35C一在空气中加热在盐浴中加高10-3C综合考虑洋火力日热温度应选用10-830.C。(2碎火加热时间，应包括工件整个截面加热到预定碎火温度，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常用经验公式为:τ.k•D式中 τ一一加热时间.mi;α一加热时间系数min/mm;一装炉'

正系数;仕一件有效厚度，阳。对于管型工件效厚度，当高/壁厚运15时，可按15壁厚计算1，图l中最大壁厚为15mm，考虑到圆锥部位的壁厚稍一些，因而取最大壁厚为20mmo件的有效厚度D=50m，加热系数α和装炉修正系数k分别见表3和表，于45钢，α10k1，那么τ10X10X5=50mi，考虑到透热之后，还需要寸5min的组织转变时间因而我选择lh的保温时间。表3常用钢的加热系数Cminmm)

2)工件材料直径/Iwn600.C气体介质炉中预热750850.C盐浴炉中加热或预热80-900.C气体介质炉中加热101300.C盐浴炉中加热@t索钢三三50>50.3-.4.4-.510-.21215低合金钢主三50>500.45-.5O.-0.551215118高合金钢高速钢0.30.40O.3-0.35O.-0.35.60.850.17-.2O.1-0.18表4 件装炉修正系数)件装炉方式 修正系数K 工件装炉方式 修正系数K@1010@10JÆ一14似匀。.0仍然归.05dd@14.5dd 切2.22d矿石1.3。ldß 切.0至是172d 切18(3)冷J方法的考虑到所给主轴的形状复杂寸较洋火过程易发生形变或开裂，边用中断洋火法。把加热到淳火温度工件先在冷却能力强的盐水中冷却至接近s点，后取出转入油冷，以到达在不同湾火冷却度区，有比拟理想的卒，火冷却速这样既保证了获得较高的硬度层和碎硬层深度又可减少内应力及防止生变形或开裂。水中停留时间为每-6mm有效厚度约。由于tH7](温度难以掌握，须凭经验操作水中件抖动停止水中30S取出可放入油中油冷。另工件入水宜动不宜静应按照、工的几何形状，作规那么运。静止的冷却介质加上静止导致硬度不均应不均匀而件变形，甚至开裂。(4温度确实:根零件要求调质后的硬度为235-265HB查表，选择回火温度为00-40.。表545钢调质硬度J钢号火HS56064020230566002225057025280(5)火时确实:时般1二件入炉后炉漏升至温度时开始计算般为3h在实践中常件有度估算表6是单件的温时间表，工件堆积可长保温时间。由于工件效厚度是阳十件同时加选温时为3。表6 火保泪时间 表2有效厚有效厚Ull<2525050-7575-10010125250保温时间/min盐炉20-300-4545-607-炉4607090101205180121021240(6)回火的冷:回后般空中冷却。83C6.3卒火工艺的制定..1直径4.2mm局部洋火、回火加热标准确实定其目的是提高扭件部位的强度、硬度。(1)碎火温:加热温亚共析钢洋火加热温度为Ac3+-C一般在空气炉中加热比在盐浴中加热i13.C，综合考虑碎火加热温度应边用13.C0'加热时:加热系数选择为1215之有效厚度D为mK装炉修正系数选择为1。上可得t10x10X1rni17mi故保温17m，水碎s在油牢工须要垂直挂:.----_­...----_­(3回火温度根据表5选择3.C@I火时一般工件入炉后炉温升至回火祖度时开始计算一般卜h在实践中常工件有效厚度估算表6是单个工保温时间表，件堆积可延长保温时间。于件的有效厚度是1二十个工件同时加我选择保温时间2。C1<冷局部碎火局部CB间段)感应卒火、回火AB问段感应碎火，回火目的都是为了提高该部位外表硬度磨性。(1)洋火加热温度和加热方选:常用加热方有种一种为同时加热，即件需外表同时加一般在设备功率足够、生比拟大的情况下采:另一种为连续加热法即件年火部位中局部同时加通过应器与工件之间的相对运动，加热部位逐渐移到冷却为之冷却，待加I感应器中加，如连续进行直至硬全部部位湾由于所要加件碎火部位比拟分现其同时热，选择连续加热法一般频加火度可比普遍加热洋火度高-20C，而我选8890C在连续加热条件下通过控工件与感应圈对位移度来实现。选感应器阳极电压1.5kv阳极电流屏极电流12A件连续碎火时相对移动速度0mm/mi。(2)冷去iJ方式和冷却介质的选:常用的冷却方式是射却和浸液冷却法。射冷却法反响器加热终了时工件置于喷射其，件喷射?卒火介质进行洋火冷却，其冷却速度通过调节液体压混度及喷射时间来控制。浸液法当件加热终了时浸入碎火介质中进行冷考虑件部位的分散性零件形状复杂我选择喷射冷，样比拟容易控制冷却速度。冷却介质使溶液。(1)温度根据下表选择300.C表5 45钢调质硬度(J号温度C)硬度CHRC)45105520553005040150033502660022(2回火时间确实:回火时一般从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算般卜在实践中常件的有效厚估算，选择2。90C/感应悴火匹火7 热处理设备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:作可C 0 0C-I000C)和温炉(6500C)生产上常用的加热设备有电阻浴气体渗碳炉颇感应加热设。的选择应依据不同的工艺要求工类型来决定。热处理设备的选择要从设备经济性、可靠性配套平安性平安性以工实际情况等来选择)。7.1 箱式电阻炉的选择热处理电阻炉是以电为能源，过炉内电热元件将电能转化为热能而加热工件的子，一价相对廉价的子，以低本钱。中温箱式电阻炉可用于退火、火火渗。表6为中温箱式电阻炉各种参数，主轴的寸为222X11.4X42mm，为单件小批，在火过程中选择RX9型号箱式电阻炉平放在炉膛一次最多可放20根。表6 中温箱式电阻品规格及技术参]型号KIV/V温度℃宽×高)/(mmXmmXmm)空载耗能KW空炉fl温时h最大装载/kg80RX1-95380950600X300X205.5RX-39303803950950X450X35072.500RX3-45-953803950200X600X009.5400RX3-60-9603803950500X750X50123700RX-79753803950100X900X550163.51200项 目 单位

一DM-.ROM一RD-RIJ-RM-RDM-RDM一RDM-ROM-084-13 3S -803 45-6 08

903 90-6

108电饭Æ v 5.12 25.J .2 3$.1 28 25.1 8 28.14 Z.H 28棚It 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3领Ii度 "c 850 1300 òSO 850 13CO 650 850 100 50 850空民电功率k-

<13 <6 <8 <18 <3S 12 <4 <50 <4 <50•mm 300 创} 350 350 50 50 50 450i9。00•炉'尺寸 "、凹' 250 250 350 300 300 350 350 350 450 450Rmm 700 00 100 700 700 100 700 700 700 ∞妖 π1 n60 120 10 l0 310 10 0 40 560 1560侨贵R..; 町、 910 010 960 0 J060 010 1010 1110 0 1310fi lJl 070 100 070 1070 10 070 070 1070 070 1010•• kg 230 130 50 1530 173') 630 160 1770 2700 20SGsZUSGZShZUSGZUSGlz织1)zJ ZUSGZUSGZUS，-35'-3-50335-3一1>37-3一0-3--75-0-11050-3配套变Ætf 盟号---i曼4-12外部电加中温浴妒的技术.黯E 协归 自 L t:r

CY1-B GY-3 GY2-1-8 ' 领定汤'W02030电压V08030相敷 ' 1Ttk 扇属提 联 Y造商工作温度 'C 0 50 50绵绵陀tI直径 IIm 0 00400深度 mm 0 550 55交铲1t温时间 3 .S 二6.5窃功民 kW 4 击 7外形尺寸 mm 10X126X184 140X1[)OX215 OX122CX2316• 量 kg L0

1∞ 10(1)鉴于需要加热，选择中温箱式电阻炉进行加。中温箱电阻炉可用为批量生产考虑济性实用应选火边用RX3759箱式电量生产调制火边用RX3-45-9箱式电炉生产。火选用RX3-75-9箱电阻炉批量生。(2)鉴需要局部火根据海温度，直径48.2mm选用RD36中温盐浴炉周音卒火、选用GY2108外部电热中温浴炉加热回火。7.2感应加热设备的选择(L)局部(AB中间段〉选用GPJOO-CM立式高频加热电源感应器选择自喷水式感应加热装置根据电源频率不可分为超高高'音频中、颇感应加热。可按变勋方式分为电子管装置、式变频装、闸管变频置及工加热置。常见子管式高频、音频变频装置的型号见表，变频装置由晶闸管调压器、升压变压器高压整流电子管振荡器等构成的主回路电路及微机控制调压电源系统组成。选择的设备频率为250KH，因而选择GP100-CM型的子管式频设。表7 电子管高频装置型及主要技术数据号输入容量/KVA振荡功率KW输出率KW振荡频率KHz怜却水耗韭L要用途设备组成设备外形寸mmXmrnXmrnGC25085010008000卒火焊接振柜800X00X150GP30A-C2503025200-300100牢火焊接振荡柜整流柜变压器2200X900X2000100X900X12001150X800X10GPIOOCM8010085203003200卒火焊接振荡柜整流柜器§2200X900X2000600X050X2000800X500X00GP200-C20020070150、50800碎火振荡柜1600x2000x22001600X2000x1800| 焊接

600X670X15007.3 感应器的选择感应器是感应加热的主要装，选择感应器的是保件表团加层度均匀、电效高、容易制造、安装操作方便。按器形分圆外团加热感应器，内孔外表加热感应器、面加热感应器以及特殊形状外表加热感应器等。件图中AB两处待部位圆外，因而可以使用圆柱外外表加热感应器，如所。件图AB中间段部为内孔外表，选用内孔外表加热感应，图4所示。)图3高频外外表连续碎火感应揣q1体]图4 内孔感应梅a)'器结构 b)碎火时置8 工装设计

耳bk流压柜器工装设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。8.1 卒火介质冷却设备选用普通型间隙洋火槽，由于类火槽水的热很大，冷却能力很强工件在水中碎火时，阻碍冷为摔火水槽应设置搅拌或其他使介质运动的装置，以破坏蒸膜和使介质温度均化)温控制在15-2C可获得一洋火效热冷却设应能保件冷却时有应的冷却和冷却温_火冷却设备主要指盛油介质的槽子，油的粘度大并影响冷却能力和度，因此槽应控油温和加热搅拌。油温一般保持在0-9C最常的在57之间槽应设冷却循环系统和加热装置，应防止水混注意设置排水口。一般火槽寸都能够满足洋求如边普通了卒火槽8.2 清洗设备的选择件在热理前需去除锈斑、油溃、污垢、切削冷却液和研磨等，以证不阻碍加热和冷却，不影响介质气的纯以防件出现软点、渗层均匀、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，件外表残油、残渣和炭黑等附物，以保障热处零件清洁、防锈和不影响下等要。根据件对清洁度要求生产方生批量及件外形选用应的清洗设。般清洗机常用于去除残油和残盐，可分为间歇式和续两种。前者有清洗槽室式洗机，强力压射式清洗剂等后者传送带式清洗机及各类生产、自线配置的悬挂输送链式、链板式、推轩式和往复等类专用清洗设根据轴生特点，小量的型件，我选择室式清洗机。A-A因1-41盒式清洗机

1J-88.3 工装夹的选择工件调制边用(a)夹进行局I卒火边用(b)将工件垂直挂立。b)a)阂)-75儿小王仲华文总共9 检验设备及方法选择表13 主轴的技术要求和质量检验J[IJ检验工程火质局部碎火回火局部队B中间段)淳，火硬度运19HBW卒火后工件硬度二三50RC.|火工件硬度为23-26BW周字火部位硬度为45-50HRC主直径4.2mm段和B中间段硬应为45-50HRC显微H织结构钢正后晶主斩等主要件测定硬化层细化体组织粒度二三5级为均匀铁京体加片状珠光体组织调质后金相组织为均匀索氏体，不允许存在游离铁体深度为1015n，卒火后马氏体-7级崎变径不能超过余的1，对变形者也采用00N机正。外观所有过件都必须进行外观，不有开、烧伤磕碰腐蚀缺陷质检方法用磁粉探伤或其他无损检测方;用相显微镜查检查部:工件外表:布氏硬度计检查;金相显微镜查洛氏硬度计融'法量采用顶尖、百分表检查径盘其他他工程如性能、成分、性等需要检查时按规定检对易产生裂件进行10%无损伤检查10热处理缺陷分(1]在实际的热处理过程中，由于材料缺陷工艺设计工、作不等易造成各种热处理缺陷生。轴炎在工过程中可能出现的热处理缺陷如:(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高现象生原:冷却速度快，织中珠光体片间距变细，碳化物弥散度增大:装炉里-大炉温不均控工艺参数，可除硬高缺。(2)碎1奇产生原:热处理前后组织比体积不同是引起体积变化的主要原，日热温不均火却时的时性形成的热应组织应力使工件局部发生塑性变形。消除方式:降低了卒火加热泪度对减少热应力和组织应力畸变都有