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1、辽 宁 工 业 大 学 工艺 课程设计（论文）题目： 42CrMo轧机齿轮轴热处理工艺设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：材料科学与工程学院 教研室：材料科学与工程教研室学 号学生姓名专业班级课程设计（论 文）题 目42CrMo齿轮轴热处理工艺设计课程设计（论文）要求与任务一、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。完成工艺设计。阐述42CrMo中频感应加热淬火、回火热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述齿轮轴热处理质量检验项目、内容及
2、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1.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）；2.给出42CrMo的C曲线；3.给出42CrMo齿轮轴冷热加工工艺流程图；4.制定42CrMo感应加热淬火-回火热处理工艺。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。工作计划集中学习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）结构形状与热处理工艺性0.5天，5）冷热加工
3、工序安排0.5天，6）工艺流程图0.5天，7）热处理工艺设计2天，8）工艺的理论基础、原则0.5天，9）设计工夹具0.5天，10）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，11）热处理质量分析0.5天，设计验收1天。指导教师评语及成绩成绩： 学生签字： 指导教师签字： 年 月 日辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）目 录1 齿轮轴热处理概述12 42CrMo齿轮轴热处理工艺设计22.1 齿轮轴的服役条件、失效形式及性能要求22.1.1 服役条件、失效形式22.1.2 性能要求22.2 齿轮轴材料的选择22.3 42CrMo钢的C曲线32.4 42CrMo齿轮轴的热处理工艺设
4、计32.4.1 42CrMo的工艺流程42.4.2 42CrMo钢的热处理工艺设计42.5 42CrMo钢的热处理工艺理论基础、原则72.5.1 42CrMo的正火工艺理论基础、原则72.5.2 42CrMo调质工艺理论基础、原则82.5.3 42CrMo感应加热淬火工艺原理102.5.4 42CrMo回火工艺理论基础、原则122.6选择设备、仪表和工夹具132.6.1设备132.6.2仪表162.6.3设计工夹具162.7 42CrMo齿轴热处理质量检验项目、内容及要求172.8 42CrMo齿轮轴热处理常见缺陷的预防和补救方法182.8.1加热时常见的缺陷的预防及补救方法182.8.2调质
5、时常见的缺陷的预防及补救方法192.8.3感应加热淬火缺陷与预防、补救212.9.2 42CrMo调质工艺卡22.9.3 42CrMo感应淬火工艺卡22.9.4 42CrMo低温回火工艺卡23.参考文献111 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42CrMo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
6、。42CrMo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42CrMo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
7、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42CrMo中碳合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。2 42CrMo齿轮轴热处理工艺设计2.1 齿轮轴的服役条件、失效形式及性能要求2.1.1 服役条件、失效形式 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。2.1.2 性能要求
8、 1.具有高的疲劳极限； 2.具有高的抗弯强度；3.具有较高的韧性； 4.具有高的耐磨性； 5.具有抗多次冲击能力；6.具有高温下的高强度； 7.具有一定的精度。2.2 齿轮轴材料的选择齿轮轴材料的选用根据齿轮轴的工作条件，要求以及性能来确定。主要是工作时载荷的大小,转速的高低及齿轮的精度要求来确定的。载荷大小主要是指齿轮传递转矩的大小,通常以齿面上单位压应力作为衡量标志。一般分为:轻载荷、中载荷、重载荷和超重载荷。根据要求42CrMo钢的性能符合度非常好，其经过正火，调质，感应加热淬火加低温回火后表面硬度可达HRC50的高硬度，表面耐磨性好，心部硬度可达HRC3545。42CrMo钢属于超高
9、强钢，具有高强度和高韧性，淬透性好，调质后有较高的疲劳极限和抗多次冲击的能力。淬火时变形小，高温时具有高的蠕变强度和持久强度，且无明显的回火脆性。42CrMo钢中含有的合金元素Cr，Mo。其中铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。而钼在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在
10、某些介质中的抗蚀性，在调质钢中，钼能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性。所以在生产中常常选用42CrMo作为轧机齿轴的材料。其综合力学性能优良符合质量要求。2.3 42CrMo钢的C曲线通过查找热处理手册获得42CrMo钢的C曲线如下图所示，成分如表1。图1. 42CrMo钢连续转变C曲线 表1 42CrMo钢的化学成分材料化学成分(质量分数）%原始状态奥氏体化温度奥氏体化时间晶粒度Ms42CrMoC:0.42Si:0.27Mn:0.65P:0.005S:0.005Cr:1.10Ni:0.005Cu
11、:0.005Mo:0.20正火7901h8级3102.4 42CrMo齿轮轴的热处理工艺设计2.4.1 42CrMo的工艺流程1.加工路线备料锻造正火粗、半精加工制齿调质中频感应加热淬火、低温回火精机加工磨齿（6级以上精度齿轴）。2. 锻造工艺设计造齿轮轴的毛坯经过锻造后获得基本的形状。锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，已获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。齿轮轴的锻造工艺与齿轮相差不大，用棒料镦经切削加工制成的齿轴，其纤维组织弯曲呈放射状，所有齿部的正应力都平行于纤维组织的方向，力学性能得到很大的提高。查阅热处理工艺规范数据手册可以找出42CrMo钢的
12、锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式，本设计具体的锻造工艺参数如表2所示。表2 42CrMo钢的热加锻造工艺规范项目Ac1Ac3加热温度始锻温度终锻温度钢坯7308001150120011301180850经锻造后其最大直径约为80mm，采用缓冷。图2 42CrMo齿轮轴零件示意图2.4.2 42CrMo钢的热处理工艺设计1预备热处理工序-正火一般均安排在毛坯生产之后，切削加工之前，或粗加工之后，半精加工之前。正火的目的是为了细化晶粒、改善组织，提高切削加工性能，为淬火和最终热处理做好准备。正火工艺曲线如图4所示。870温度/时间T1h图3 42CrMo钢热处理正火工艺曲线242CrMo钢的调
13、质处理淬火后高温回火的方法为调质。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，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42CrMo钢工件淬火后油冷，42CrMo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。所以42CrMo钢采用840淬油，再480度回火处理。硬度可达HRC35-45。图4为调质工艺曲线。 840480温度/时间油冷空冷1h11.5h图4 42CrMo调质工艺曲线图3最终热处理工序感应加热表面淬火、低温回火零件经调质后具有良好
14、的综合力学性能，但不满足其工艺要求，所以要进行感应表面淬火已达到所要求的力学性能，感应加热淬火后硬度较高，除磨削外不宜再进行其他切削加工，因此工序位置一般安排在半精加工后，磨削加工前。经淬火后表面获得高硬度、高的耐磨性，而心部仍维持良好的综合力学性能。为降低表面淬火的淬火应力，保持高硬度、耐磨性，淬火后应低温回火。图5为调质后感应淬火加低温回火热处理工艺曲线。图5 42CrMo钢感应加热淬火加回火工艺曲线900150180空冷乳化液温度/时间2.5h约35s2.5 42CrMo钢的热处理工艺理论基础、原则2.5.1 42CrMo的正火工艺理论基础、原则 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3050,而对于中碳合金钢的正火温度正火温度通常为Ac3以上50100，保温一定时间后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850900。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
