《热处理工艺课程设计高速中载齿轮的热处理工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热处理工艺课程设计高速中载齿轮的热处理工艺（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、热处理工艺课程设计高速中载齿轮的热处理工艺 1目 录一热处理工艺课程设计的目的和意义5二零件的技术要求及选材 5 1. 零件的服役条件和可能的失效形式5 2. 技术要求 6 3. 材料的选择6 4. 化学成分及合金元素的作用 8 5. 所选材料的相变临界点 9三热处理工艺课程设计的任务9 1. 相变点的确定 10 2. 热处理的工艺参数 10 3. 热处理设备的选择 10四 制定热处理工艺依据及具体参数的确定 13 1. 热处理工艺总体制定 13 2. 所选工艺的目的 13 3. 热处理工艺 14 3.1 正火 14 3.2 渗碳 14 3.3 淬火 20 3.4 回火 22 4. 组织特点和
2、性能分析 23五热处理工艺过程中缺陷分析 24 1. 常见的渗碳缺陷 25 2. 常见的淬火缺陷 26 3. 常见的回火缺陷 27六 收获和体会 27七 参考文献 28八 附表一 热处理工艺卡 29一 热处理工艺课程设计的目的和意义热处理工艺课程设计是高等学校金属材料专业学生在学完相关热处理课程后运用理论知识指导生产实践的一次专业课程设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是： （1）培养学生综合运用所学热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。 （2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和夹具设计等。 （3）进行热处理设计的基本技能训练，如
3、计算、零件绘图和学习使用设计资料、手册、标准和规范。因此，本课程设计要求我们综合运用所学知识来解决生产实践中的热处理工艺制定问题，包括工艺设计中的细节问题，如设备的选用，夹具的设计等。这些都需要我们在实践中体会并不断地总结，才能不断进步。通过该课程设计，可使学生在综合运用所学专业基础理论和专业知识能力方面得到训练，学会独立分析问题和解决问题的方法，提高工程意识和工程设计能力。热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命。热处理工艺是整个机械加工过程中的一个重要环节，它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。如何实现工件设
4、计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所要求的多种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，起着至关重要的作用。二零件的技术要求及选材1.零件的服役条件和可能的失效形式1.1服役条件齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一。其主要作用是传递动力，改变运动速度和方向。与其他机械传动相比，有功率范围大、传动效率高、使用寿命长、安全可靠等特点，是主要零件。其服役条件如下： （1）齿轮工作时，通过齿面的接触来传递动力。两齿轮在相对运动过程中，既有滚动，又有滑动。因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用。在齿根部位受到很大的弯曲应力作用； （2）高速齿轮在运转过程中的过载产生振动，承受一定的冲击力
5、或过载； （3）在一些特殊环境下，受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用。1.2失效形式 根据其服役条件，常见的失效形式为以下四点： （1）疲劳断裂齿轮在交变应力和摩擦力的长期作用下，导致齿轮点面接疲劳断裂。其产生是由于当齿轮受到弯曲应力超过其持久极限就出现疲劳破坏而超过材料抗弯强度时，就造成断裂失效； （2）表面损伤 a. 点蚀 是闭式齿轮传动中最常见的损坏形式，点蚀进一步发展，表现为蚀坑至断裂。 b. 硬化层剥落 由于硬化层以下的过渡区金属在高接触应力作用下产生塑性变形，使表面压应力降低，形成裂纹造成碳化层剥落。 （3）磨损失效汽车、拖拉机上的主载荷齿轮，受力比较大，摩擦产生热量较大，齿
6、面因软化而造成塑性变形，在齿轮运转时粘结而后又被撕裂，造成齿面摩擦磨损失效 （4）磨粒磨损外来质点进入相互啮合的齿面间，使齿面产生机械擦伤和磨损，比正常磨损的速度来得更快。2. 技术要求 本课程设计的高速中载齿轮的直径为100 mm ,模数为5。经热处理后制成的高速中载齿轮的技术要求如下： （1）齿轮表面硬度：5662HRC （2）齿轮心部硬度：3348HRC （3）渗碳层深度：0.81.2mm3. 材料的选择3.1零件的用途高速齿轮是机械工业的重要基础件，广泛地应用在动力、冶金、石油化工、航空航天以及舰船工业等重要领域，常常被用于重型载货汽车上。适用于工作条件较为繁重、恶劣的汽车、拖拉机的变
7、速箱和后桥中的齿轮。还被用于内燃机机车、坦克、飞机上的变速齿轮，这对材料的性能要求更高。3.2工作条件齿轮工作时，通过齿面的接触来传递动力。两齿轮在相对运动过程中，既有滚动，又有滑动，表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用。在齿根部位受到很大的弯曲应力作用；高速齿轮在运转过程中的过载产生振动，承受一定的冲击力或过载；在一些特殊环境下，受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用。3.3性能要求根据齿轮工作条件及失效形式分析，对齿轮材料提出如下性能要求： （1）高的弯曲疲劳强度，特别是齿根处要有足够的强度，使运行时所产生的弯曲应力不致造成疲劳断裂。 （2) 高的接触疲劳强度、高的表面硬度和耐磨性，
8、防止齿面损伤。 （3）足够高的齿轮心部强度和冲击韧度，防止过载与冲击断裂。 （4）原材料材质纯净，断面经浸蚀后，不得有肉眼可见的空隙、气泡、裂纹、非金属夹杂物及白点等缺陷，其疏松和夹杂物等级应符合有关标准规定的要求。 （5）还要求有良好的切削加工性，淬火变形要小，以获得高的加工精度和低的表面粗糙值，以提高齿轮抗磨损能力。 （6）价格低廉，材料来源充足。3.4选材高速、中载、承受较大冲击载荷的齿轮，一般采用低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢，工作时表面承受很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用，高速转动承受一定的冲击力或过载。选用20CrMnTi钢，由于钢中含有Cr能够提高淬透性，Cr还是碳化物形成元素，提高
9、回火稳定性；Mn能增加钢的强度和硬度，还有脱硫的功效，也能提高钢的淬透性；Ti是强碳化物形成元素，在钢中生成MC型碳化物，对提高钢的耐磨性和细化晶粒有一定的好处。20CrMnTi钢采用渗碳+淬火+低温回火，齿轮表面可以获得5863HRC的高硬度，心部硬度为3045HRC，因淬透性较高，齿心部具有较高的强度和韧性。20CrMnTi的含碳量为0.20属于低碳钢,渗碳时保证了碳元素的正常渗入。淬火热处理后心部获得低碳马氏体, 以保证心部具有足够的塑性和韧性,抵抗冲击载荷。钢中合金元素为Cr1.5、Mn1.5、Ti1.5。Cr、Mn合金元素能提高钢铁索体的强度,同时提高钢的淬透性。Ti元素能阻止钢的奥
10、氏体晶粒的长大, 提高钢的回火稳定性。20CrMnTi齿轮根据使用性能要求表面耐磨,心部又要求有良好的强韧性,所以要对20CrMnTi钢进行表面渗碳处理,这样可以提高钢的硬度、耐磨性及疲劳强度，经过渗碳淬火后表面得到高碳马氏体, 具有较高的硬度和耐磨性。综上，本次课程设计高速中载齿轮选用材料为20CrMnTi钢。4. 化学成分及合金元素的作用4.1 20CrMnTi钢的化学成分 20CrMnTi钢的化学成分CSiMnCrTi0.170.230.170.370.801.101.001.300.040.10SPNiCu0.0350.0350.300.30 4.2 合金元素的作用 C：保证形成碳化物
11、所需要的碳和保证淬火马氏体能够获得的硬度。 Si：硅能阻止碳化物形核长大，使“C”曲线右移，提高钢的淬透性，还能提高钢的抗回火性，提高钢的综合机械性能。 Mn：主要作用是提高钢的淬透性，增加钢的强度和硬度，有脱氧及脱硫的功效（形成MnS），防止热脆。还可以改善渗碳层，有利于渗碳层增厚，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善机械性能。 Cr：能够提高钢的淬透性并有二次硬化作用，还是碳化物形成元素，提高回火稳定性，增加钢的耐磨性。 Ti：是强碳化物形成元素，在钢中生成MC型碳化物，对提高钢的耐磨性和细化晶粒有一定的好处。 S：S是钢中的杂质元素，能明显降低钢的热塑性，但是S能改善钢的可切削
12、性能。 P：P是钢中的有害杂质元素，能降低钢的强度和韧性。 Ni：降低相变驱动力，使“C”曲线右移，Cr-Ni符合效果更好，提高钢的淬透性。 Cu：铜元素比较稳定，不易被氧化，所以含有的铜元素能起到耐腐蚀作用。5. 所选材料的相变临界点 铁碳合金组织相图： 20CrMnTi 钢热处理的临界转变温度如下表格：钢号临界温度（）Ac1Ac3Ar1Ar320CrMnTi740825680730 三 热处理工艺课程设计的任务根据题目中零件的技术要求，分析零件服役条件和可能的失效形式，根据失效形式，确定零件的性能特点，根据性能特点，选择材料，相变点的确定，分析含碳量及合金元素的作用，确定该零件的加工工艺路线以及热处理在加工工艺路线中的位置，选定能实现技术要求的热处理方法，热处理工艺参数的制定，热处理设备的选择，画出各热处理工艺后的金相组织示意图，分析显微组织特点，说明相组成物、组织组成物的名称，工艺卡片的填写。1.相变点的确定20CrMnTi钢的相变点如下表： 牌 号 临界温度/正 火Ac1Ac3Ms温度/
