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1、SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY课程设计（说明书）磨床砂轮主轴热处理工艺设计学 院：机械工程学院专 业： 材料1103名：学 号：指导教师： 姜英老师2014年 6月目录一、热处理工艺课程设计的意义及目的1二、设计任务2.1 给定零件 1.2.2 技术要求12.3 选材论证 1三、热处理工序3.1 工艺流程 4.3.2 热处理工艺参数设定 4.3.3热处理工艺解析5四、工艺曲线10五、热处理后的检验5.1 热处理后检验方法 1. 05.2 热处理规范及操作守则 1. 0六、热处理材料组织性能分析6.1 组织分析 1. 56.2 热处理缺陷及控制方法 1. 5七
2、、加热设备19八、热处理工艺卡23九、心得和体会23十、参考文献24一、热处理工艺课程设计的目的及意义热处理工艺课程设计是材控专业热处理方向学生的一次专业课设计练习，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知识去解决工程问题的能力，并使所学知 识得到巩固和发展。2、学习热处理工艺课程设计的一般方法，热处理设备选用和装夹具设计等。3、进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计 资料、手册、标准和规范。二、设计任务2.1给定零件：2.2技术要求：要求主轴心部调质到235265HBS；主轴表面采用中频感应加热淬火，硬度 应 259HRC
3、。2.3选材论证（选材65）：机床主轴的服役条件及失效形式:主轴是机床中的重要零件，切削加工时，高速旋转的主轴承受弯曲，扭转，冲击等多种载荷，要求它具有足够的刚度、强度、耐疲劳、以及精度稳定等性能， 显然硬化处理是必不可缺的。带内锥孔或外圆锥度的主轴，工作时和配合件虽无 相对滑动，但装卸频繁。例如铣床主轴常需调换刀具，磨床头尾架主轴常需调换 卡盘和顶尖，磨床砂轮主轴常需更换砂轮等，在装卸中都易使锥面拉毛磨损，影 响精度，故也许硬化处理。与滚动轴承相配的轴颈虽无磨损，但为改善装配工艺 性和保证装配精度也须具有一定的硬度。咬死，又称抱轴，是磨床砂轮主轴常见的损坏形式之一。其主要起因是润滑 油中的杂
4、质微粒，轴瓦材料择不当，结构设计不合理，加工精度不够，主轴副装 配不良，间隙不均等，咬死现象一旦发生，则主轴运转精度下降，磨削时产生震 动，被磨零件表面出现波纹。除对上述原因改进外，在主轴选材和热处理方面， 提高硬度，红硬性，热强度，有助于提高抗咬死能力。实践证明：抗咬死能力依 65Mn钢中频淬火、GCrl5钢中频淬火、38CrMoAlA渗氮钢渗氮处理的顺序而提不同工作条件下的磨床主轴选用材料和热处理的参考表序号工作条件材料热处理硬度原因11）与滑动轴承配 合2）承受中等载 ;荷 转吿+速较O高40Cr(40MnVB)调质处理220250HB或250280HB1）调制后主轴 有较咼的强 度和韧
5、性2）为获得良好 的耐磨性选 择表面淬硬3）配件拆装部 分有一定的 硬度荷，转速较冋（PV400N.m/（cm2.s）3）承受较咼的交 变和冲击载荷4）精度要求较咼轴颈部分表面淬火5257HRC装拆配件 处表面淬 硬4853HRC2其他条件同1但精 度要求较咼，转速 亦有提咼45Cr(42CrMo)同序号1表面硬度5661HRC同序号131）与滑动轴承配 合2）承受中等载 荷，转速较咼（PV400N.m/（cm2.s）3）要求轴颈有更 高的耐磨性65Mn调质250280HB1）调质后有较 高的强度2）表面淬硬后 提咼耐疲劳 性能3）获得较咼的 硬度，提高 耐磨性轴颈部分表面淬硬259HRC4）
6、精度要求较咼5）承受较咼的交 变载荷，但冲 击载荷较小配件装拆 处表面淬 硬5055HRC4）表面马氏体 易粗大，冲 击值低4其他条件同3但表 面硬度和显微组 织要求更咼GCr159Mn2V同序号3250280HB259HRC1）获得较咼的 表面硬度和 良好的耐磨 性能2）超精磨性能 好，粗糙度 易降低51）与滑动轴承配 合2）承受载荷，转 速很高3）精度要求极 高，轴隙WO.OO3mm4）承受很高的疲 力应力和冲击 载荷38CrMoAIA正火或调质250280HB1）有很咼的心 部强度2）达到很高的渗氮2900HV表面硬度，不易磨损保 持精度稳定3）优良的耐疲劳性能4）畸变最小同上同上65
7、钢的性能特点及应用65 号钢属于中高碳弹簧钢，在适当热处理或冷作硬化后具有较高强度与弹 性，其焊接性不好，易形成裂纹，可切削性差，冷变形塑性低，淬透性不好，一 般采用油淬，大截面零件采用水淬油冷或正火处理进行硬化。其特点是在相同组 态下疲劳强度可与合金弹簧钢相当。65 钢用于制造弹簧、弹簧圈、各种垫圈、离 合器以及制造一般机械中的轴、轧 辊、偏心轴等。65 钢的化学成分钢号CSiMnCrNiCuPS650.620.700.170.370.500.800.250.250.250.0350.03565钢中Mn的含量为0.500.80%,比65Mn钢低0.4%。Mn能够强化铁素体,降低AG/tq，使
8、奥氏体等温转变曲线右移，提高钢的淬透性；Mn是奥氏体形成 元素，降低钢的A1温度，促进晶粒长大，增加钢的过热敏感性；Mn促进有害元 素在晶界上的偏聚，增大钢的回火脆性的倾向；Mn强烈地降低钢的Ms温度，因 此增加了淬火钢中的Zr； Mn扩大Y区的作用较大，与Y-Fe无限互溶，所以钢中 含Mn量大时，在室温下可获得奥氏体。Mn与硫易形成MnS，所以能减轻或消除 钢的热脆性。Mn与氧容易形成MnO,因此是较好的脱氧剂。三、热处理工序3.1 工艺流程锻造退火粗车调质精车感应淬火 -回火-磨削稳定化处理。3.2 热处理工艺参数设定Aci727Ar696表3-2-1 65钢临界温度及常规热处理工艺参数临
9、界温度/C265温度/C800AC3752牝730淬火介质硬度/HRC6263温度/C680700冷却 方式 炉冷硬度HBS210温度/C820860冷却 方式 空冷硬度HBS不同温度回火后的硬度值HRC150C200C300C400C500C550C600C650C6358504537322824常用硬度回火HRC温度范围/C320水35/420油48磨床砂轮主轴的热处理工艺退火：锻后800CX3h炉冷至550C出炉空冷调质：820CX2.5h，先盐水淬冷20s再油冷，然后600CX4h回火，空冷感应淬火：精车后进行中频感应淬火，使用ZP-100, 2500Hz设备，参数见表3-2-2回火：
10、160CX4h时效：粗磨后 160CX10h20mm段的两边及锥体段硬度允许低至50HRC表 3-2-2 磨床砂轮主轴中频淬火参数淬火部位功率(kW)移动速度(mm/mi n)温度(C)感应器尺寸(mm)淬火介质100X22450110130820115X29喷水 125X2050同时加热840135X34喷雾空冷20s热处理工艺实施要点 调质处理中的淬火冷却方式采用的是双液淬火(水淬油冷)法，即先在浓 度为 5%10%的盐水中淬冷 20s 后，随即转入油中冷至室温。然后再进行 600C X4h 的高温回火。 轴类零件淬火时，一般采用顶尖定位，但力量应适当。否则较细的轴易产 生弯曲变形。无法用
11、顶尖定位的工件，可采用定位套或轴向定位卡套；若为阶梯 轴应先淬直径小的部分，后淬直径大的部分。3.3 热处理工艺解析退火 其目的为消除锻造工艺造成的组织缺陷，起到均匀组织、细化晶粒、改 善切削加工性能的作用。65 钢在锻造后有残余应力，根据表 3-3-1 正火与退火工艺应用范围，选择 去应力退火，先加热至800C，保温3h然后炉冷至550C后出炉空冷。表 3-3-1 正火与退火工艺应用范围工艺目的名称(1) 提高低碳钢的硬度，改善切削加工性(2) 细化晶粒改善组织(如消除魏氏组织、带状组织、大块状铁素体和网状碳化正火 物)为最后热处理做组织准备(3) 消除内应力，提高低碳钢性能，作为最后热处理
12、(1) 细化晶粒(2) 消除魏氏组织和带状组织完全(3)降低硬度，提高塑形，利于切削加工退火(4)消除内应力(1) 主要用于低中碳钢和低合金结 构钢铸、锻件消除应力和淬火前的预 备热处理，消除网状碳化物，为球化 退火做准备，细化组织。(2) 用于淬火返修件，消除内应力 和细化组织，以防重淬时产生变形和 开裂(1)用于中碳钢和中碳合金钢铸、 焊、锻制件等。也可用于高速钢、高 合金钢淬火返修前的退火，细化组 织、降低硬度、改善可加工性、消除 内应力。(2)用于亚共析钢的预先热处理等温退火去应力退火(1) 采用等温退火，由于奥氏体等温 分解是在恒温下进行，因而所得到的珠光 体组织均匀(特别是对于大截
13、面的零件), 从而获得均匀的力学性能(2) 采用等温退火，可以使采用一般退火 方法难于得到珠光体组织的钢得到珠光 体，以利切削加工，并缩短生产周期(1) 消除内应力、稳定尺寸、减少加工和 使用过程中的变形(2) 降低硬度，便于切削加工(1) 可根据等温退火的目的，在生 产中广泛应用，特别是亚共析钢和共 析钢(2) 合金钢的退火，几乎用等温退 火代替历来采用的完全退火(1) 消除中碳钢和中碳合金钢由于 冷、热加工形成的残留应力(2) 用于铸锻件和焊接件(3) 对于高精度零件，为消除切削 加工后的应力，稳定尺寸，采用更低 温度长时间保温(5)对于铸件可消除粗晶，提高冲击韧 性、塑形和强度调质 赋予
14、主轴整体良好的综合力学性能。加热方法：热炉装料。理由：缩短加热时间，节省能源。加热介质：盐浴加 热。理由：减小开裂倾向。淬火加热温度为820C。淬火加热温度确定依据：65钢属于弹簧钢，淬火加热温度在4CAccm范围 时，加热状态为细小奥氏体晶粒和未溶解碳化物，淬火后得到隐晶马氏体和均匀 分布的球状碳化加热温度物。这种组织不仅有高的强度和硬度、高的耐磨性，而 且有很好的韧性。如果淬火加热温度过高，碳化物溶解，奥氏体晶粒长大，淬火 后得到片状马氏体，其显微裂纹增加，脆性增大，淬火开裂倾向也增大。由于碳 化物的溶解，奥氏体中含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨 性降低。保温时间 2.5h：表3-3-2保温时间系数（min/mm）工件材料直径/mm600C 气体介质炉
