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1、目 录1 绪 论11.1 热处理工艺课程设计的目的11.2 课程设计的任务11.3 热处理工艺设计的方法12 热处理工艺课程设计内容和步骤12.1 课题工件简图12.2 技术要求：22.3 特点22.4 适用范围22.5 齿轮的性能要求及为何选用20CrMnMo22.6 化学成分作用32.7 20CrMnMo钢的淬透性曲线42.8 淬透性52.9 渗碳热处理工艺规范52.10 钢的等温转变和连续冷却转变53 热处理工艺方案以及参数论述63.1 热处理工艺流程63.2 热处理工艺方案论证63.2.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式63.2.2 热处理方案制定63.3 热处理方案63.3.1
2、 正火73.3.2 正火工艺曲线73.3.3 正火冷却83.4 20CrMnMo的渗碳工艺83.4.1 渗碳的目的83.4.2 渗碳过程83.5 20CrMnMo的淬火工艺93.5.1 渗碳后一次重新加热淬火的目的93.5.2 淬火事项93.6 低温回火工艺103.6.1 回火的目的103.6.2 回火温度113.6.3 加热介质113.6.4 保温时间113.6.5 回火工艺曲线113.6.6 冷却方式124 总的热处理工艺曲线124.1 热处理总工艺曲线124.2 选择加热设备124.2.1 装置选择：井式电阻炉124.2.2井式炉示意图134.3.1 井式气体渗碳炉型号规格及技术数据13
3、5 工装图145.1 工装图及装件146 工序质量检验157 热处理工艺过程中常见缺陷分析157.1 常见的淬火及防护措施157.2 常见的渗碳缺陷及防护措施168 心得体会179 参考文献17页脚 20CrMnMo齿轮热处理工艺设计1 绪 论1.1 热处理工艺课程设计的目的热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业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的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、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算
4、、工艺图绘制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来的知识 解决生产实践中的热处理文艺，包括工艺设计中的细节问题，如设备的选用，为何选用该设备温度调节，。要求我们设计工艺流程，并且需要我们翻阅大量文献。灵活运用书籍中的资料，精简知识，精要描绘并且完整体现出来，不能一蹴而就。1.2 课程设计的任务进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和
5、各热处理后的显微组织作出说明。1.3 热处理工艺设计的方法热处理工艺的最佳方案是在能够保证达到根据零件使用性能和由产品设计者提出的热处理技术要求的基础上，设计的一种高质量、低成本、低能耗、清洁、高效、精确的热处理工艺方法，通过综合经济技术分析，确定最佳热处理工艺方案。最后，编写主要热处理工序的操作守则。2 热处理工艺课程设计内容和步骤 2.1 课题工件简图课题工件简图如图2.1 图2.1 工件示意图（单位：mm） 材料：20CrMnMo2.2 技术要求：1. 由于齿面硬度很高，具有很强的抗点蚀和耐磨损性能；心部具有很好的韧性，表面经硬化后产生的残余应力，大大提高了齿根强度；一半齿面硬度范围56
6、63HRC。2. 简要流程：下料-锻造-正火-粗加工-渗碳-淬火-低温回火-精磨-成品。2.3 特点1. 加工性能好。2. 热处理畸变较大，热处理后应磨齿，可以获得高的精度。2.4 适用范围广泛用于要求承载能力高，抗冲击性能好，精度高，体积小的中型一下齿轮，多出应用于汽车变速器，分动箱，起动机及驱动桥的各类齿轮以及拖拉机的动力传送装置的各类齿轮，20CrMnMo的性能要比20CrMnTi的性能相对较硬。2.5 齿轮的性能要求及为何选用20CrMnMo为保证齿轮的正常工作,齿轮应具备以下主要性能:1. 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强。除材料本身性能外，还可以依靠齿轮的表面强化处理来实现。2. 齿面
7、具有高的硬度和耐磨性，以防止黏着磨损和应力磨损。耐磨性的提高，主要依靠提高表面硬度和降低摩擦因数来实现。3. 齿轮心部具有足够的强度和韧性，以提高承载能力。常用的渗碳钢有20CrMnMo，20CrMnTi。本次设计我用的是20CrMnMo。20CrMnMo淬火温度850，只需要一次，冷却方式与20CrMnTi一样，都采用油冷，一般可制造小雨300mm的高速，中载，受冲击和磨损的重要零件，适用于拖拉机变速箱齿轮，离合器轴和车辆上的主动轴，但某些方面优于20CrMnTi。表2.1 20CrMnMo的化学成分1 C Si Mn Cr Mo P,S Ni C0.170.230.170.370.901.
8、201.101.400.200.300.0.350.300.302.6 化学成分作用铬（Cr的影响）铬为碳化物形成元素。它能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性；阻止晶粒长大，增加钢的淬透性，降低钢的临界冷却速度。因而，使钢在热处理时，退火、正火、淬火的加热温度有所提高。并使它在油中便能淬硬。但它降低了钢的马氏体点，因而增加了钢残余奥氏体量。使钢的奥氏体不稳定区域变为700-500和400-250。提高了钢的硬度和强度，增加了钢在高温回火时强度降低的抗力。钼（Mo的影响）提高钢的淬透性，热强性，有二次硬化的作用，能降低回火脆性。锰（Mn）降低钢的Ac1和Ac3而使钢在热处理时的温度
9、有所降低。增加奥氏体的稳定性，降低钢的临界冷却速度，但它使参与奥氏体量增加。可以减少钢在淬火时的变形和增加钢的强度和硬度。使钢的回火脆性与晶粒长大的作用增大。表2.2 20CrMnMo的热处理基本参数2临界温度Ac1Ac3Ar1Ar3Ms温度/710830620740-20CrMnMo属于亚共析钢，缓慢冷却到室温后的组织为铁素体+珠光体，从钢的分类来看，20CrMnMo钢属于高级渗碳结构钢，以加工和加热并且性能良好，强度，塑性和韧性都比较高，过热倾向小，无回火脆性，即可做渗碳钢使用，也可作为调质钢使用，渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性，但是磨削时容易产生裂纹，淬火以及低温挥霍具有良好的综合
10、力学性能和低温冲击任性。20CrMnMo钢采用低温回火，表面可获得60-65HRC的高硬度。20CrMnMo的含碳量为0.2%属于低碳钢，渗碳时保证了碳元素的正常渗入。钢中合金元素为Cr小于1.4%，Mn小于1.2%,Mo小于0.3%。加工时要对20CrMnMo进行表面渗碳处理，渗碳淬火后表面得到高谈马氏体，具有较高的耐磨性。2.7 20CrMnMo钢的淬透性曲线如图2.2 20CrMnMo钢淬透性曲线图2.2 钢淬透性曲线32.8 淬透性淬透性：淬透性随着淬火温度提高而增加，因为温度升高，奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高。但是如果温度过高，奥氏体晶粒过于粗大淬火后会产生开裂或者变形。2.9 渗
11、碳热处理工艺规范 表2.3 渗碳热处理工艺规范3渗碳/淬火温度/淬火冷却/回火温度/回火冷却920940炉内降温至830850 油冷180200 空冷2.10 钢的等温转变和连续冷却转变如图2.3 钢的等温转变图和连续冷却转变图2.3 钢的等温转变和连续冷却转变33 热处理工艺方案以及参数论述3.1 热处理工艺流程简要流程：下料-锻造-正火-粗加工-渗碳-淬火-低温回火-精磨-成品。3.2 热处理工艺方案论证 3.2.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式表3.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式4正火渗碳870109251035min2.5h空冷空冷低温回火160100.5h空冷3.2
12、.2 热处理方案制定20CrMnMo钢经热加工后,必须经过预备热处理来降低硬度,消除热加工时造成的组织缺陷,细化晶粒,改善组织,为最终热处理做好准备,对于20CrMnMo钢而言,正火可以细化晶粒,是组织均匀化,消除切削加工后的组织樱花现象和去除内应力.接着进行渗碳淬火,得到高强度,高硬度,高抗弯强度和耐磨性,满足加工齿轮的使用要求。经过渗碳后,仅使表面层的含碳量提高0.7%1.05%,仍达不到表层高硬度和耐磨的要求.因此,渗碳后还需要淬火和低温回火,使工件表层具有高的硬变和耐磨性.渗碳的目的是提高工件表面碳浓度,以便淬火后达到提高表面硬度和耐磨性的目的.渗碳后淬火加低温回火是达到表层高硬度的热
13、处理方式,淬火后低温回火,表层得到回火马氏体组织,耐磨性达到较高水平,淬火的目的是提高硬度,淬火使得到尽量多的马氏体组织,得到高硬度,回火是为了马氏体二次分解形成索氏体,以便得到良好的机械性能。3.3 热处理方案3.3.1 正火1.正火的目的正火可以细化晶粒,使组织均匀化。消除切削加工后的组织硬化现象和去除内应力。消除共析钢中的网状硬化物,为热处理做好组织准备。2.加热温度加热温度:87010 因为20CrMnMo是亚共析钢，钢中含有碳化物形成元素。为使合金中难溶的特殊碳化物溶入奥氏体中，使奥氏体合金化程度增高，正火的加热温度为Ac3以上3050，20CrMnMo的含碳量为0.20%，Ac3为
14、830，所以将钢件的加热温度确定为870。3.加热方式采用到温加热的方法,是指当炉温加热到指定的温度时,再将工件装进热处理炉进行加热,原因是加热速度过快,节约时间。保温时间=保温时间系数有效尺寸，保温时间用表示。合金钢保温时间系数（mm/min）保温时间=保温时间系数装炉修正系数工件厚度。工件加热保温时间与加热介质，材料成分，炉温，工件的形状和大小，装炉量和装炉量等因素有关。一般用经验公式来计算保温时间：保温时间=保温时间系数装炉系数工件的有效厚度。合金结构钢选择750900井式电阻炉加热的保温时间系数选为1.5，装炉系数K一般选择1.4。工件的有效厚度为D=(10*3)2=15mm所以=KD=1.51.415=31.5min取35min。3.3.2 正火工艺曲线 如图3.1 正火工艺曲线图3.1 正火工艺曲线3.3.3 正火冷却冷却方式采用出炉空冷冷却介质是空气
