40Cr机床齿轮热处理工艺设计

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1、1 辽 宁 工 业 大 学材料工艺学 课程设计（论文）题目： 40Cr 机床齿轮热处理工艺设计院 （ 系 ） ： 光伏学院专业班级： 材料 111学 号 ： 111802016 学生姓名： 杨天宇指 导 教 师 赵荣达起止时间： 2012-7-22012-7-122 课程设计（论文）任务及评语院（系） ：光伏学院 教研室：材料科学教研室学 号 111802016 学生姓名 杨天宇 专业班级 材料 111 课程设计（论 文）题 目40Cr 机床齿轮规淬火回火时效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

2、形式分析，提出硬度、耐磨性、强度等要求。完成工艺设计。阐述40Cr 机床齿轮规热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述 40Cr 机床齿轮规热处理质量检验项目、内容及要求；阐明 40Cr 机床齿轮规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. 40Cr 机床齿轮的选择（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. 40Cr 机床齿轮相应的 C 曲线；3.给出 40Cr 机床齿规热加工工艺流程图；4.制定 40Cr 机床齿轮热处理工艺。三、设计说明书要求设计说明书包括三大部分： 1）概述； 2）工艺设计； 3）参考文献。设计说明书结构见

3、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： 指导教师签字：年 月 日3 前 言现代工业的飞速发展对机械零部件及热

4、处理对锻造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。 为获得理想的组织与性能， 保证零件在生产过程中的质量稳定性和使用寿命， 就必须从工件的特点要求和技术条件， 认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能失效形式， 正确选择材料； 再根据生产规模现场条件热处理设备提出几种可行的热处理方案。由于块规在使用过程中易磨损和碰撞，另外块规本身尺寸精确，因此要求块规具有高的硬度， 高的耐磨性和高的尺寸稳定性以及一定的韧性。 但块规没有单独专用的钢种，为了满足上述性能要求，块规选用，低合金工具钢（ 40Cr） 。40Cr 机床齿轮规采

5、用淬火及低温回火热处理工艺， 其组织是回火马氏体和残余奥氏体， 并残存一定的淬火应力。 这种组织状态在长期放置和使用过程中， 将发生变化， 从而使块规的尺寸也发生变化， 对于高精度的块规， 这种变化是不允许的。 尺寸变化的原因主要是残余奥氏体转变为马氏体使尺寸增大， 以及残留应力在量具内部重新分布和消失所引起的组织变化。为使 40Cr 机床齿轮规尺寸和形状稳定，确保其精度，对要求较高的精密的，淬火温度应低些。同时在淬火后立即将其冷却到 -80 左右，甚至在液氮中进行冷处理，然后取出再进行正常回火。为了进一步提高 40Cr 机床齿轮规尺寸稳定性，在精磨或研磨前，必须进行时效处理，进一步消除内应力

6、，必要时，这种处理要重复多次 1。本设计是在课堂学习热处理知识后的探索和尝试， 其内容讨论如何设计 40Cr机床齿轮规淬火回火时效热处理工艺技术， 重点是制定合理的热处理规程， 并按此设计 40Cr 机床齿轮规热处理工艺方法。4 目 录一、齿轮轴热处理概述 8 1、齿轮轴的服役条件失效形式及性要求求 2 二、 40Cr 的基本性质 2 1、 40cr 的化学成分及力学性能 2 2、 40Cr 的特性及用途 3 3、合金元素的作用 5 4 1、 40cr 刚中铬元素的作用 5 4 2、 40cr 刚中硅元素的作用 6 5 4 3、 40cr 刚中锰元素的作用 7 5、 40Cr 材料的焊接性 .

7、8 三、齿轮生产工艺线路及分析 .8 1、齿轮轴材料的选择 .8 2、 40cr 热处理工艺特征介绍 .10 3、 40cr 齿轮轴断裂原因案例分析 11 4、热处理工艺 16 5、热处理工艺的确定 17 6、 40Cr 钢调质热处理 .19 7、热处理常见的缺陷及防护措施 .21 6 （ 1）氧化和脱碳 .21 （ 2）过热和过烧 .22 （ 3）软点 .22 （ 4）淬火裂纹 .23 （ 5）回火缺陷 .24 （ 6）变形和开裂 .24. 8、热处理工艺及曲线图 .25 （ 1）退火工艺的制定 25 （ 2）正火工艺的制定 .25 （ 3）回火工艺的制定 .26 7 9、 40Cr 热处理

8、金相组织分析 28 （ 1）正火热处理的金相分析 .28 （ 2）调质热处理的金相分析 29 四、质量检验项目 29 1、检验项目 .29 （ 1）工件变形检查 29 （ 2）淬硬层深度检查 29 （ 3）硬度检查 29 （ 4）金相组织检查 30 五、参考文献 318 一 齿轮轴热处理概述9 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

9、力学性能，常采用 40Cr 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。40Cr 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 40Cr 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

10、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 40Cr 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。齿轮用于机械装置中功率的传递与速度的调节 , 在汽车、拖拉机、机床、起重机械等产品中不仅有着重要的作用 , 而且用量相当大。齿轮工作时 , 通过齿面的接触传递动力 , 齿部承受很大的交变弯曲应力和接触应力的

11、作用 , 在相互啮合的齿面上会有强烈的摩擦。啮合不均匀时 , 还会产生冲击力。齿轮的损坏形式主要是齿部折断和齿面的过度磨损。 根据齿轮的受力情况和失效分析 , 可知齿轮一般都需经过适当的热处理 , 以提高承载能力和延长使用寿命。1 齿轮轴的服役条件、失效形式及性能要求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。1 2 性能要求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；10

12、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。二、 40Cr 的基本性质1、 1 40Cr 的化学成分及临界温度40Cr 的化学成分及临界温度见表 1。表 1. 40Cr 的化学成分及临界温度化学成分 临界温度C Mn Si Cr Ac1 Ac3 Ar1 Ar 30.370.45 0.50.8 0.20.4 0.81.1 743 800 693 730 1.2 力学性能40Cr 圆棒试样毛坯尺寸（ mm） ： 25 热处理：第一次淬火加热温度（ ） ： 850；冷却剂：油第二次淬火加热温度（ ） ： - 回火加热温度（ ） ： 520；冷却剂：水、油抗拉强度（ b/MPa

13、） ： 980 屈服点（ s/MPa） ： 785 断后伸长率（ 5/%） ： 9 断面收缩率（ /%） ： 45 11 冲击吸收功（ Aku2/J） ： 47 布氏硬度（ HBS100/3000） （退火或高温回火状态） ： 2073 1 3 4OCr 的性质从铁碳合金相图来看， 40Cr 钢属于亚共析钢，缓冷到室温后的组织为铁素体 +珠光体；从钢的分类来看， 40Cr 钢属于低淬透性调质钢，具有很高的强度，良好的塑性和韧性，即具有良好的综合机械性能； 40Cr 钢可用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床的主轴等零件。2.40cr 特性及用途特性中碳调制钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、 塑性和耐磨性。 正火可促进组织球化， 改进硬度小于 160HBS毛坯的切削性能。在温度 550570 进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于 45 钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。用途这种钢经调质后用于制造承受中等负