热处理毕业设计论文范本

《热处理毕业设计论文范本》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热处理毕业设计论文范本（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目圆锥齿轮热处理工及设计所属系部：航空材料工程学院指导老师:李艳职 称学生姓名： 朱路飞班级、学号：12806205专 业：金属材料与热处理技术西安航空职业技术学院制年月日丿西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书题目任务与要求：时间：上月 日至_年_月 _L共周所属系部：学生姓名：学号：专业： 指导单位或教研室：指导教师：职称：西安航空职业技术学院制年月日题目【摘要】齿轮是设备运行的重要部件，20CrMnT是制造齿轮的主要材料，具有较高的淬透 性，热处理是制造齿轮必不可少的工序，然而齿轮的质量关系到整个设备的运行， 而齿轮的质量又与齿轮的

2、加工工艺息息相关。因此，齿轮质量的好坏取决于齿轮 的材料及热处理工艺的掌握程度关键词：圆锥齿轮 热处理目录1 标题 11.1.1 齿轮的发展史 21.1.2 20CrMnTi 简介 32 圆锥齿轮失效分析 42.1 5键入章标题（第 3 级） 6键入章标题（第 1 级） 1键入章标题（第 2 级） 2键入章标题（第 3 级） 3键入章标题（第 1 级） 4键入章标题（第 2 级） 5键入章标题（第 3 级） 6. 21. 前言111齿轮的发展史轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。齿轮是能互相啮合的有 齿的机械零件，齿轮在传动中的应用很早就出现了。据史料记载，远在公元 400-200的

3、中国古代就已开始使用齿轮，19世纪末，展成切齿法的原理及利用此 原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受 到重视。1.1.2 20CrMnTi 简介20CrMnTi 是低碳合金钢，该钢具有较高的机械性能， 零件表面渗碳 0.7l.lmm。在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为5862HRC,心部硬度3045HRC。 20CrMnTi 的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切削加工性。此外， 20CrMnTi 还具有较高的淬透性，由于合金元素态的影响，对过热不敏感，故在渗碳后可直 接降温淬火。且渗碳速度较高，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小。适合于制造 承受高速中载及冲压、摩

4、擦的重要零件。因此根据齿轮的工作条件选用20CrMnTi 钢是比较合适的，经过910940C渗碳，870淬火，180200C回火后机械性能的抗拉强度$1100Mpa,屈服强度$850Mpa,延伸率$10%，断面收缩率鼻45%, 冲击韧性$680，硬度为58-62HRC。化学条件：CSiMnCrSPNiCuTi0.17-0.0.17-0.0.80-1.1.00-1.wwww0.04233710300.0350.0350.0300.030-0.102圆2.1.1 圆锥齿轮的工作条件齿轮在装载机工作过程中起着传递动力和改变速度的作用，啮合齿面间既有滚 动、又有滑动，轮齿根部还受到脉动或交变弯曲的作用

5、。在由此而引起的各种应 力的作用下，齿轮将发生轮齿折断、齿面胶合、齿面疲劳及齿面磨损等失效情况。 引起齿轮失效的主要应力有：摩擦力、接触应力和弯曲应力。根据齿轮失效的形 式和原因，在选择齿轮材料及热处理方法是应从以下几个方面考虑：（1）齿轮表面有足够的硬度。齿面存在实际上的凹凸不平，因而局部会产生 很大的压强，引起金属塑性变形或嵌入相对表面，导致金属直接接触和粘着，当 啮合齿面相对滑动是，产生了摩擦力。齿面磨损就是由于相互摩擦的结果。减少 这类磨损的关键是提高轮齿表面的塑变抗力，即提高齿面硬度。提高齿面硬度还 可以改善齿面接触状态，从而提高齿面的抗疲劳能力。（2）轮齿芯部要有足够的强度和韧性，

6、以保证在变载或冲击载荷作用下，轮 齿有足够的抗冲击能力。（3）大小齿轮应有一定的硬度差，以提高其抗胶合能力。（4）考虑材料加工性和经济性。2.2.2 圆锥齿轮的性能要求螺旋锥齿轮是装载机的主要传动零件，主动螺旋锥齿轮是将汽车变速器传过来的 动力传递给从动锥齿轮，从动锥齿轮再将动力传递给差速器。因此，零件结构上 主动螺旋锥齿轮是齿轮轴，一端是花键，与变速器动力输出轴相连，另一端是螺 旋锥齿轮；从动锥齿轮是盘状齿轮，直径大于主动螺旋锥齿轮，起到减速作用， 同时沿圆周均布一些螺栓孔，使从动锥齿螺旋锥齿轮是装载机的主要传动零件， 主动螺旋锥齿轮是将汽车变速器传过来的动力传递给从动锥齿轮，从动锥齿轮再

7、将动力传递给差速器。因此，零件结构上主动螺旋锥齿轮是齿轮轴，一端是花键， 与变速器动力输出轴相连，另一端是螺旋锥齿轮；从动锥齿轮是盘状齿轮，直径 大于主动螺旋锥齿轮，起到减速作用，同时沿圆周均布一些螺栓孔，使从动锥齿。2.3.3 材料的选择及技术要求目前国内重载圆锥齿轮用材大致有 20CrMnTi、22CrMoH、20CrNiMoH、20CrNi3 等。 上述材料应用于装载机圆锥齿轮，因为后三者均含有Mo、Ni等稀有贵金属元素、 导致成本过高，并且 20CrNiMoH、20CrNi3 还存在热处理技术不易掌握的问题。 而 20CrMnTi 工艺性能优良，广泛用于截面小于 30mm 承受高速、中

8、等或重载及受 冲击载荷和摩擦的重要渗碳零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮、凸轮、矿山机 械使用的重载齿轮等，且材料成本相对低廉，符合上述圆锥齿轮对钢材的要求。 故可选用 20CrMnTi 钢材制作圆锥齿轮。 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。目前国内圆锥锥齿轮用材大致有20CrMnTi、22CrMoH、20CrNiMoH、20CrNi3 等。上述材料

9、应用于装载机圆锥齿轮，因为后三者均含有 Mo、 Ni 等稀有贵金属 元素、导致成本过高，并且 20CrNiMoH、 20CrNi3 还存在热处理技术不易掌握的 问题。而20CrMnTi工艺性能优良，广泛用于截面小于30mm承受高速、中等或重 载及受冲击载荷和摩擦的重要渗碳零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮、凸轮、 矿山机械使用的重载齿轮等，且材料成本相对低廉，符合上述圆锥齿轮对钢材的 要求。故选用 20CrMnTi 钢材制作圆锥齿轮。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

10、。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 元素能阻止钢的奥氏体晶粒 的长大，提高钢的回火稳定性。2.2.4 圆锥齿轮的服役条件及性能要求(1) 锻件不得有任何锻造缺陷。(2) 正火处理 HB180-217。(3) 表面渗碳硬度为HRC58-64,心部硬度为HRC33-48,过渡层硬度变化应该 缓慢直到基体低碳，渗碳深度为1.01.4mm，含碳量为0.95%1.05%。(4) 金相检验标准应符合圆锥齿轮条件。低温回火做喷丸处理。2.2.5 20CrMnTi 圆锥齿轮加工工艺根据上述零件技术要求，现拟

11、定如下工艺路线：下料一锻造一正火处理一粗 加工一铣齿一高温回火一渗碳一淬火+低温回火一喷丸处理。之所以拟定这样的 工艺路线，其根据如下：4. 锻造和正火4.1.1 正火目的： 细化晶粒，消除组织缺陷，以获得珠光体+铁素体组织。并使加工硬度适中 有利于切削。4.1.2 冷却方式冷却方式为油淬空冷4.1.2 正火设备产 品 名 称产 品 型 号额定 功率额定 电压额定 温度相 数炉膛尺寸外形尺寸重量箱 式 电 阻 炉RX3-30-330KV380V950 C3950*450*350mm1920*1620*2140mm2200kg在下料锻造成齿轮毛坯后，由于锻造使毛坯内部组织不均匀，存在残余内应力，

12、 而且部分有偏析等缺陷。这样的钢件机械性能低劣，不利于切削加工。所以根据 合金相图，对于20CrMnTi这种低碳合金钢来说，应加热到950C970C，保温 34小时左右，使该零件的成分转变为均匀的奥氏体组织，然后在空气中冷却 获得较多的索氏体和少量的铁素体组织。这样既获得了合适的硬度(HB180-217)， 同时残余的内应力也在保温、空冷过程中消除掉4。既满足技术要求和两条， 又便于下道工序的切削加工。本工序之所以选用正火热处理方法，是因为 20CrMnTi 合金钢含碳量过低，退火钢中含有大量的柔软的铁素体，钢的延展性 非常好，切削时易粘着刀刃而形成刀瘤，而且切屑是撕裂断裂，以至使表面粗糙 度

13、变差，刀具寿命也受到影响，不利于切削加工。接着进行粗加工，粗加工后进 行铣齿图一 奥氏体晶粒4.2 高温回火20CrMnTi钢在920T渗碳后预冷到860C直接淬火后，渗碳层将存在大量残 余奥氏体。减少残余奥氏体量的方法有两种：一是淬火后进行冷处理；一是在淬 火前进行高温回火，使残余奥氏体分解。生产上常用高温回火工艺。故此处采用 570 摄氏度，保持 33.5h 高温回火工艺。4.3 渗碳齿加工完以后，进行渗碳。采用井式炉920C渗碳，渗碳时间根据所要求的渗 碳层厚度0.81.2mm查表920C渗碳时渗层厚度与时间的关系，确定为6小 时。具体渗碳后该零件组织如图 1 所示，表层为珠光体与二次渗

14、碳体混合的过共 析组织，其中二次渗碳体呈网状，心部为珠光体与铁素体混合的亚共析原始组织， 中间为过渡区，越靠近表面层铁素体越少。这样渗碳以后，就为淬火+低温回火 工序做好了准备。图二 20CrMnTi 圆锥齿轮渗碳缓冷后的金相组织4.4 淬火加低温回火钢的淬火温度一般可根据Fe-Fe3C相图选择,亚共析钢淬火加热温度选择Ac3 以上30C50C,过共析钢淬火加热温度选择Ac1以上30C50C。根据渗碳 后齿轮的表层含碳量的分布状况及实践经验从920C预冷到860C左右进行油冷 可以得到好的效果。加热温度过高或保温时间过长，会引起奥氏体的晶粒粗大引 起过热或晶界氧化并部分熔化的过烧现象。过热时奥

15、氏体的晶粒粗大不仅降低齿 轮力学性能，也容易引起齿轮的变形和开裂。过烧后的工件只能报废。加热温度 过低、保温时间不足会引起硬度不足。故可选择920C温度渗碳，预冷860C左 右油冷淬火。淬火冷却速度太快，奥氏体向马氏体组织转变剧烈、体积收缩，引 起很大的内应力，容易造成齿轮的变形和开裂，由于 20CrMnTi 是合金钢，淬透 性较好，故选择油冷减小冷却速度，防止淬火造成齿轮变形或开裂。同时也能获 得马氏体组织，达到较高的硬度。淬火后的钢组织是马氏体及少量残余奥氏体，它们都是不稳定的组织，有向稳 定组织转变的趋势，同时淬火时产生内应力。为了减小或消除淬火内应力，稳定 组织和尺寸，获得所需的力学性能，选择在200C进行4小时低温回火工艺。低 温回火时马氏体中过饱和碳原子以碳化物的形式逐步析出，马氏体晶格畸变程度 减弱，内应力有所降低。此时的回火组织由马氏体和碳化物组成。虽然马氏体的 分解使a-Fe中碳的过饱和程度降低，钢的硬度相应下降，但析出的碳化物又对 基体起强化作用，部分的残余奥氏体分解为回火马氏