【传动轴硬度处理方法的探究4000字（论文）】

传动轴硬度处理方法的研究目录TOC\o"1-3"\h\u18176第一章传动轴热处理工艺 122161.1预先热处理工艺 1170341.2渗碳工艺 2268241.3碳氮共渗工艺 2187061.4渗氮工艺 37911.5感应淬火 32189第二章等温正火工艺硬度研究 4207462.1等温正火工艺 4211612.2硬度检测与分析 419320第三章渗碳淬火工艺硬度研究 6315443.1渗碳原理 691803.2渗碳过程及热处理要求 6120233.3工艺方案制定 7144693.4硬度检测与分析 811629第四章总结 99068[参考文献] 10第一章传动轴热处理工艺1.1预先热处理工艺热处理的目的是提高产品的硬度，并提供下一操作的某些依据。根据文献调研以及市场分析，传统的热处理方法是使用常规化的正火处理工艺。这种处理技术相对简单方便，处理技术要求不高，所以更一般。然后，随着传动轴质量的提高，特别是材料种类的增加，使用常规化的正火处理工艺，钢的性质随着温度的变化而变化，有时候会产生过热等现象。同时，在冷却过程中，锻造材料由于合金元素的影响而具有不同的产品特性，从而增加了部件的表面硬度（156～207Hb）或变形。对于具有高淬火性的材料，在错误的情况下会出现贝氏体结构。1.2渗碳工艺在传动轴制造过程中，由于渗碳过程具有良好的综合力，因此被广泛使用。许多国家生产汽车传动轴，一般使用气体渗碳工艺。相对而言，该制造过程是最广泛使用的部分硬度处理技术（如图1.1所示），但也具有良好的性能。目前，热处理生产企业可以通过能够有效控制部件表面硬度和渗碳层深度的计算机来工作，基本上减少了变形量，提高了部件的使用年限，并获得了最佳的处理效果。然而，一般的渗碳过程形成了输电轴表面上的非马氏体结构层，这影响了变速器轴的使用年限，整个过程中用于渗碳和淬火的温度也需要增加。真空渗碳过程在节能环保方面起着特殊的作用，但处理速度快，起到了环保和节能的作用。然而，在长时间的处理和真空渗碳处理之后，传动轴的表面呈现碳渗碳层、不充分的侵蚀层、不完整的完成和其他问题，而且会影响真空渗碳技术的应用和升级。图1.120CrMnTi渗碳工艺曲线1.3碳氮共渗工艺在材料中加入碳和氮两种元素可以提高材料的硬度，促进碳氮化层的深度，提高材料的压缩强度，保持材料的整体形状，尝试使材料具有更耐磨性。由于这些优点的存在，因此这种工艺在热处理中被大量采用，甚至被用于坦克齿轮的制造中。目前，稀土元素也适用于催化剂渗透过程，缩短了工艺时间的问题，其性能与使用真空装置进行催化剂渗透过程的部件相同。随着设备性能的提高，项目对制造业也有帮助。1.4渗氮工艺由于汽车传动轴的高品质要求，在氮化过程中，制造的传输轴是否能够满足主要在使用过程中传输轴的轴承容量的质量要求有一些争议。因此，氮渗透到传动轴的过程不被广泛使用。例如，美国相关团体明确规定，如果在应用氮化处理之后制造了传动轴，则该传动轴不能达到其100%的疲劳限度，并且弯曲允许范围也受到一定程度的影响。然而，由于在实际使用中不需要太高的温度，所以材料可以保持一定的形状，之后的处理过程不太多，并且可以间接地节省成本，所以可以在一定程度上应用该过程。1.5感应淬火在汽车使用的齿轮的初始生产中，以感应技术的淬火为主流。这个过程有利于提高生产效率，环保，引进自动控制技术。美国的相关齿轮标准明确规定了由感应技术产生的齿轮可以实现高接触强度，并且齿轮的弯曲强度也可以达到310-380MPa。套类零件、盘类零件等汽车零部件，也使用了诱导淬火技术。这个过程不仅改变了材料的形状，而且环境污染少，能源消耗少，不久就可以用于大规模生产。

第二章等温正火工艺硬度研究20CrMnTi材料具有相对较高的淬透性，选用普通及锻后余热这两种不同正火工艺，它的显微组织中可以看到很多贝氏体，参照下图2.1可见。而参照图2.2可以确定为了避免出现贝氏体的转变，通过普通的空冷达到相关技术要求是非常困难的。所以，一定要采用等温正火工艺。A.普通正火工艺条件下的显微组织B.锻后余热正火工艺条件下的显微组织图2.120CrMnTi材料正火工艺后的显微组织2.1等温正火工艺本次设计的齿轮轴使用20CrMnTi材料。该材料为同一批，规格为80mm。采用等温正火工艺进行硬度的提高处理。加热温度是930±100C，然后，设定为6种温度和3个推料周期进行等温正火工艺的试验，然后分别对不同温度下的工件硬度进行测试，进行硬度分析。2.2硬度检测与分析在不同温度下的等温正火试验中，不同温度下获得的工件的硬度与等温转变数据曲线保持一致，呈现出“S”型曲线。根据本次试验的结果，通过分析得出：采用等温正火工艺时，设定的温度较低时，产生的珠光体结构之间的距离较小，因此在空隙中产生的铁素体尺寸较小，这样就会使得工件的整体硬度较高。当等温正火温度设定到6000C时，在加温过程中会产生贝氏体结构，因此，工件的整体硬度会提高，一般到达HB229左右，这样在传动轴数控加工过程中增加难度，使得后续的加工处理较为不稳定。通过仔细观察图2.2所示的信息，可以发现三个推料周期的等温温度和硬度曲线几乎相同。在这样的实验条件下，等温时间对正常化处理后传动轴硬度的影响很大。在实际的生产过程中，对于轴类零件的数控加工时最适合刀具进行切削的硬度在HB165-HB185之间，而达到此时的硬度所采用的等温正火温度一般为640士100C。图2.220CrMnTi锻件等温温度与硬度变化曲线第三章渗碳淬火工艺硬度研究3.1渗碳原理现在采用渗碳工艺提高硬度的原理一般为采用渗碳剂中的CO或CH4进行化学反应，通过以下化学反应式制造出碳原子并进入工件表面。3.2渗碳过程及热处理要求（1）在渗碳剂中形成CH4、CO及其他渗碳成分。（2）由渗碳剂生成的CH4和CO的渗碳成分逐渐移动到钢的表面，在吸附到被加工物的表面上进行反应的同时，产生活性碳物质，并逐渐渗透到钢的表面。H20和（或）CO2从工作表面缓慢分离。（3）碳原子渗透到被加工物表面后，逐渐扩散到被加工物内部，形成具有某个碳原子浓度梯度的渗碳层。表3.120CrMnTi传动轴齿轮热处理工艺要求序号控制项目控制标准1有效硬化深度0.85-1.15mm2表面硬度HRC58-643芯部硬度HRC33-484马氏体及残余奥氏体等级≤5级5碳化物级别≤4级6金相组织芯部铁素体组织≤4级7非马氏体组织深度≤0.025mm3.3工艺方案制定（1）随着渗碳温度的增加，钢中碳原子的扩散系数呈指数增加趋势，碳原子的渗透速度也逐渐加快。但是，由于浸炭温度高，成品的粒径变大，被加工物的畸变尺寸较大，设备的寿命逐渐下降，这是显著的缺点。因此，经常需要在900-9500C之间控制渗碳温度。（2）一定程度上将渗碳过程中的时间进行缩短可以大大提高工厂的生产时间以及生产效率，同时在渗碳过程中产生的能源损耗也会大大降低。同时，通过控制渗碳温度来适当调整渗碳温度，可以更准确地控制渗碳深度。（3）渗碳淬火工艺中，当采用的较高的碳势时，渗碳过程所用的时间较短，渗碳过速度较快，但是工件表面渗碳层的浓度会下降的较快，浓度梯度变得较为陡峭。但是，随之碳势的增高，可能会使得工件表面出现积碳现象，降低表面硬度，因此为了避免这种问题的发生，经常采用强渗+扩散的手段进行渗碳工艺处理。20CrMnTi材料的渗碳淬火过程已经应用了40多年，过程成熟稳定。在设备良好的状态下，渗碳层深度控制没有问题。因此，强的渗碳时间和扩散时间几乎没有变化。本次研究的是采用渗碳工艺对传动轴的硬度进行研究，包括有效硬化层深度、表面硬度和芯部硬度。也从冷却工艺方面对传动轴的硬度进行了分析，主要考虑冷却系统的搅拌速度以及冷却液温度。因此采用8中不同组合的渗碳和冷却工艺对同类试件进行热处理，具体热处理方案如下表所示。表3.220CrMnTi传动轴渗碳淬火工艺方案序号强渗扩散淬火冷却系统温度碳势时间温度碳势时间温度碳势时间搅拌速度油温19201.138800.618500.80.521008029201.138800.618600.80.521007039201.22.58600.61.58500.80.518007049201.228600.61.58600.80.521009059001.238800.61.58500.80.521008069001.238800.61.58600.80.521007079001.23.58600.61.58500.80.518007089001.23.58600.61.58600.80.52100903.4硬度检测与分析表3.3有效硬化层深度、硬度检测结果序号有效硬化层深度表面硬度芯部硬度10.9862.740.120.9661.539.331.1060.738.241.0562.340.950.9861.839.761.0561.538.371.1061.138.081.1262.441.0比较结果表明，用于第5号样本的渗碳过程在质量方面是最好的。第5号样本采用9000C作为低于一般高渗碳温度的高渗碳温度，可以保证在长时间渗碳处理中被加工物的尺寸变化较小；扩散温度为8800C，扩散温度与强透过温度之差为20℃。差异较小，降低温度率和比容量的变化较慢，以免被加工物的大小受到温度的影响；另一方面，使用850℃的淬火温度和2100转的搅拌速度，解决了尺寸变化和非马氏体结构形成之间的矛盾。第四章总结本文通过对相关文献的调研，分析了传动轴热处理工艺的种类以及各自的发展状况以及特点，然后研究等温正火工艺对传动轴硬度的影响和渗碳淬火工艺对传动轴硬度的影响，得出以下结论：（1）如果传动轴锻坯先进行普通正火处理或者利用锻后余热正火处理，其金相组织就会出现一些贝氏体。贝氏体组织的硬度很高