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1、设计说明书一、设计内容和步骤1.1 技术要求：零部件名称：轴斜齿轮钢种：20CrMnTi要求：齿面渗碳深度1.2-1.8mm，淬火硬度HRC 56-65，齿芯硬度HBC 280-3201.2 零部件的工作条件、破坏方式工作条件：高速重载或中载破坏方式：轮齿折断，齿面疲劳，齿面耗损，裂纹，永久变形。1.3 性能要求 针对以上的失效形式 要求齿轮有高强度，以适应高速重载，抵抗折断的要求；齿面要有很好的耐磨性，齿芯还要具有一定的韧性。二、零部件用钢的分析2.1 20CrMnTi钢的化学成分的作用2.1.1 20CrMnTi钢的化学成分表碳C：0.170.23硅Si：0.170.37锰Mn：0.801
2、.10铬Cr：1.001.30硫S：允许残余含量0.035磷P：允许残余含量0.035镍Ni：允许残余含量0.030铜Cu：允许残余含量0.030钛Ti：0.040.102.1.2 合金元素的作用（1）、20CrMnTi钢中加入Cr、Mn元素，主要是提高钢的淬透性。（2）、20CrMnTi钢中加入Ti元素主要是为了细化晶粒。（3）、20CrMnTi钢淬火加热时，Cr、Mn、Si元素完全固溶于奥氏体中，提高钢的淬透性。Ti元素以TiC形式钉扎于奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒长大。（4）、20CrMnTi钢淬火后，Cr、Mn、Si元素固溶强化基体组织，并改善回火稳定性。（5）、20CrMnTi钢低温回
3、火时，部分Cr、Mn元素从基体组织扩散到析出的渗碳体Fe3C中，形成合金渗碳体，（Cr、Mn、Fe）3C，改善其硬度，合金渗碳体（Cr、Mn、Fe）3C与碳化物TiC同基体组织一起共同作用，使钢产生较高的强度、硬度与耐磨性，同时保持良好的韧性。2.1.3 20CrMnTi钢的组织及性能20crMnTi钢是低碳低合金结构钢,该钢通常在化学热处理状态下使用。经渗碳或 碳氮共渗处理后,具有良好的耐磨性能和抗弯强度,以及较高的抗多次冲击能力。该钢 还可在调质状态下使用,其热处理工艺简单,热加工和冷加工性能均较好,在兵器工业 中,主要用来制造截面在30mm以下的承受中等载荷的零件,如履带车辆的左右分离
4、圈、同步器固定齿套等。 20crMnTi钢作为低碳马氏体用钢,经淬火低温回火后,在获得高强度的同时,比优质碳素钢有更好的塑性、韧性的配合,其冷脆倾向较小,低温冲击值高,综合机械性能良好,可用以制造中小尺寸的高强度零件。2.2 20CrMnTi钢的热处理工艺性能分析（1）20CrMnTi钢经淬火和不同温度回火后,具有良好的综合力学性能,因此,除在化学热处理状态下使用外,还可做为低碳马氏体钢制造中小尺寸的高强度零件。 （2）20CrMnTi钢淬火后获得低碳马氏体组织,由于自回火现象使该钢的性能与低温回火时相近,即具有高强度和良好的塑性与韧性,因而可以在淬火状态下直接应用。 （3）应用20CrMnT
5、i钢制造要求高精度尺寸稳定的零件,在淬火后应进行回火处理。当在150250进行回火时,将获得最佳强韧性能配合,如在300400温度范围内回火时,则出现回火脆性,对一般结构零件应设法避免和克服,而对某些兵器零件可用此满足其特殊性能要求。2.3 20CrMnTi钢的组织性能与各种热处理工艺的关系正火：加热温度在Ac3线之上，细化晶粒消除组织缺陷。以获得珠光体+少量铁素体组织淬火：淬火温度高，淬透性中等，变形较大，硬度不高，耐磨性差气体渗碳：加热温度不超过920度，以避免晶粒长大淬火与回火：芯部保持良好的韧性的同时，表层获得高的强度、硬度、耐磨性与耐蚀性三、热处理工艺方案及工艺参数的论述3.1 零部
6、件的加工工艺路线及论证下料锻造正火齿形加工渗碳淬火低温回火喷丸磨切削加工20CrMnTi钢在锻造后空冷所得组织为片状珠光体与网状碳化物，这样是组织硬而脆，难以切削加工且在以后淬火过程中容易出现变形开裂。而正火可以得到珠光体组织与片状珠光体相比，硬度低便于切削加工。渗碳使工件表层获得高的硬度同时芯部碳含量适中 ，淬火加低温回火让其保持高硬度的同时具有一定的韧性。3.2 热处理工艺、参数及曲线正火：正火温度为930950，冷却方式为出炉空冷，冷却介质为空气。渗碳：进行气体渗碳，加热900920，以0.150.2mm/h计保温时间，加热温度不超过920，以避免晶粒粗大，渗碳介质为煤油。淬火：淬火温度
7、为850870，淬火冷却的方式为油冷，淬火方式为单液油淬。回火：回火温度为150250,回火保温时间为150180min.图1：热处理总工艺曲线3.3 工艺参数选择原理3.3.1 正火温度20CrMnTi钢AC3约为820，为促使奥氏体均匀化，增大过冷奥氏体稳定性，选择的加热温度在9309503.3.2 正火保温时间选定的依据：保温时间可按下列公式进行计算：t=aKD, t保温时间K工件装炉方式修正系数a保温时间系数（一般取1.21.5之间值）D工件有效厚度表1：工件装炉方式修正系数表所以t=1.2*1*1191.5*1.7*119=142.8303.5 min3.3.3 渗碳温度渗碳温度Ac
8、3以上，考虑碳在钢中的扩散速度等因素，目前再生产上广泛采用温度为910930。随着渗碳层深度的升高，碳在钢中的扩散系数呈指数上升，渗碳速度加快，蛋渗碳温度过高会使晶粒粗大，工件畸变增大，设备寿命降低等负面影响。渗层厚度为1.21.8mm，可以选取t=920。3.3.4 渗碳保温时间表2：渗碳时间表保温时间：2.5小时强渗，强渗之后扩散3小时 3.3.5 淬火温度依据：20CrMnTi为低碳钢，加热温度t=Ac3+（3050）。 表3：20CrMnTi钢的相变温度所以t=8508703.3.6 淬火保温时间选定的依据：保温时间可按下列公式进行计算：t=aKD, t保温时间K工件装炉方式修正系数a
9、保温时间系数（一般取1.21.5之间值）D工件有效厚度所以t=1.2*1*1191.5*1.7*119=142.8303.5 min该公式是淬火加热、保温时间经验公式，当工件形状简单时，采用到温入炉加热，即公式计算出的时间为保温时间。由于工件是渗碳后直接淬火，该公式计算的保温时间依然适用。3.3.7 回火温度由于渗碳钢零件表面要求具有很高的硬度，耐磨性，同时要求心部具有较好的塑韧性。因此低温回火可以满足性能要求，故选择低温回火，且工件适中，温度t：150250。 3.3.8 回火保温时间工件有效厚度82mm，合金钢应按空气回火炉温表，增加所列时间的1/3保温时间。表4：空气回火炉保温时间表所以回火保温时间为150180min3.4 设备选择正火、回火选用RX3箱式电炉参数见表5表5：RX3箱式电炉参数表渗碳设备：选用RQ3-60-9D型井式气体渗碳炉表6：RQ3-60-9D型井式气体渗碳炉3.5缺陷及分析表7：热处理过程可能存在的缺陷及原因四、参考资料1金荣植编著.齿轮热处理手册M.北京：机械工业出版社.2015.2全国热处理标准技术委员会编.金属热处理标准应用手册M.北京：机械工业出版社.2016.3赵乃勤主编.热处理原理与工艺M.北京：机械工业出版社.2012.420CrMnTi热处理工艺道客巴巴520CrMnTi简介百度文库620CrMnTi概述百度文库7
