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1、西 安 航 空 职 业 技 术 学 院毕 业设 计任 务 书论 文材料系金属材料与热处理技专业 118061班毕业设计题目 20CrMnTi齿轮的热处理 论文专题题目 20CrMnTi齿轮的热处理 发题日期：设计、论文自完成期限：至答辩日期：学 生 姓 名： 刘海洋 指 导 教 师： 石芬 李艳 系 主 任： 王军 毕业设计、论文任务与要求：1、任务（1）熟悉毕业设计/论文写作的格式、程序，为以后的设计/论文写作奠定基础。（2）掌握资料采撷、整理的方法，并要经过消化、吸收形成自己的知识体系。（3）通过此次的毕业设计/论文写作，把自己三年学习的知识进行梳理，融会贯通，为以后工作过程的可持续发展打
2、好基础；同时找出问题、解决问题，未能解决的问题留待以后的工作中去思考、解决；重点学会思考、掌握工作的方法。（4）熟悉本专业在生产制造过程中各细分领域的工艺方法、工艺流程，设备选用、使用及维护等实践性较强的相关知识。能掌握所涉及毕业设计/论文中制造过程的缺陷分析、质量控制的基本方法。（5）善于总结：通过毕业设计/论文写作，获得或学到的知识、效果分析及存在的问题。2、要求（1）按学院、系部及指导老师的要求完成毕业设计/论文写作；（2）严格按毕业设计/论文写作的程序：“选题准备资料设计/写作检查初稿完成校审修改终稿完成准备答辩“的程序完成毕业设计/论文；（3）在时间上严格按“发题毕业设计/论文写作完
3、成期限答辩日期“的要求按时完成。方案与设计步骤：主要根据零件的用途，提出热处理方案，热处理的材料、及热处理工艺设计的思路。1、 根据热处理材料、及工作的环境设计热处理方案。2、 齿轮性能的要求，设计热处理方案。 1 毕业设计版权使用授权书本人完全了解航空职业技术学院关于收集、保存、使用毕业设计的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交毕业设计的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存毕业设计；学校有权提供目录检索以及提供本毕业设计全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交毕业设计的复印件和电子版；在不以赢利为
4、目的的前提下，学校可以适当复制毕业设计的部分或全部内容用于学术活动。 作者签名： 年 月 日 西安航空职业技术学院毕业设计原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本毕业设计所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本文原创性声明的法律责任由本人承担。 作者签名： 年 月 日【摘要】齿轮是机械设备中的关键零件，齿轮质量的优劣直接关系到整个设备的使用寿命。而齿轮质量的好坏在很大程度上取决于齿轮材料及其热处理工艺
5、。因此，国内外与齿轮制造相关的厂家都极为重视齿轮材料及其热处理技术的研究开发，并先后开发一系列新型齿轮材料及先进的热处理工艺。20CrMnTi钢是制造齿轮的主要材料，于是研究一套以20CrMnTi为原料的齿轮热处理工艺便是研究任务的重中之重。 【关键词】齿轮 齿轮钢 发展 热处理 特性 缺陷 目录第一章 前言7一、齿轮的发展史7二、20CrMnTi简介8三、研究的目的和意义8第二章 方案7一、原材料的选择8二、齿轮的性能要求9（一）、满足齿轮材料的机械性能9（二）、满足齿轮材料的工艺性能9（三）、满足齿轮材料经济性能10第三章 热处理10一、预备热处理11二、正火11三、调质11四、渗碳热处理
6、工艺12（一）、钢的化学成分12（二）、渗碳工艺12五、淬火低温回火13（一）、淬火13（二）、低温回火14第四章 结论15致谢15 参考文献16第一章 前言一、齿轮的发展简史轮缘上有齿能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400200年得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。二、20CrMnTi简介牌号：20CrMnTi标准：GB/T 3077-1988特性及适用范围：20CrMnTi钢是性能良好的渗碳钢，淬
7、透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。化学成分碳C0.170.23硅Si0.170.37锰Mn0.801.10铬Cr1.001.30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Ti0.040.10力学性能抗拉强度b (MPa)1080(110)屈服强度s (MPa)835(85)伸长率5 (%)10断面收缩率 (%)：45冲击功Akv (J)55冲击韧性值kv
8、(J/cm2)69(7)硬度217HB三、研究的目的和意义中国齿轮工业“十五”期间得到了快速的发展：2005年齿轮行业的年产值由2000年得204亿元增加到683亿元，年复合增长率23.27%，已成为中国机械基础件中规模最大的行业，就市场需求和生产规模而言，中国的齿轮行业也位居世界第四。就使用性能和产品开发性而言中国齿轮制造业与发达国家相比还存在许多不足。中国制造业由于缺乏核心技术，贴牌生产仍然是“中国制造”普遍的生存模式。很多高端产品表面上市中国生产，其实核心技术都来自国外。为此，“十二五”明确指出必须坚持发挥市场基础性作用与政府引导推动相结合，科技创新与实现产业化相结合，深化体制改革，以企
9、业为主体，推进产学研结合，让高端制造业成为国民经济的先导产业和支柱产业。制造业的升级和转型，对于齿轮行业有着深远影响和重大意义。为此提高齿轮的性能便成了重中之重。第二章 方案一、原材料的选择20CrMnTi渗碳钢是一种低碳合金钢,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, 但因为齿轮材料的种类繁多，因此选择20CrMnTi作为研究对象。二、齿轮的性能要求齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件，合理地选择和使用金属材料尤为重要。大致上讲，应主要满足齿轮材料所需的机械性能、工艺性能和
10、经济性要求三个方面：（一）、满足齿轮材料的机械性能材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力，齿根部有最大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效。齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。（二）、满足齿轮材料的工艺性能 材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选材时要对材料的工艺性能加以注意。一
11、般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求。但强度不够高，淬透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途经来改善材料的工艺性能。（三）、满足齿轮材料的经济性要求所谓经济性是指最小的耗费取得最大的经济效益。在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本。我们可以从以下几方面考虑： 从材料本身价格来考虑。碳钢和铸铁的价格是比较低廉的，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可降低成本。从金属资源和供应情况来看，应尽可能减少材料的进口量及价格昂贵材料
12、的使用量。从齿轮生产过程的耗费来考虑：采用不同的热处理方法相对加工费用也不一样；通过改进热处理工艺也可以降低成本；所选钢种应尽量少而集中，以便采购和管理；我们还可以通过改进工艺来提高经济效益。第三章 热处理20CrMnTi齿轮钢要达到加工、使用所需性能必须进行热处理, 目的是提高表面的硬度、耐磨性和疲劳强度,心部具有足够的强度和韧性。一般齿轮加工的工艺路线如下。锻造正火齿形加工渗碳淬火、低温回火喷丸校正花键孔磨齿1。一般齿轮毛坯采用锻造毛坯, 经锻造以后晶粒大小形状发生了变化, 改变了钢的组织, 增加了锻造应力, 提高了硬度, 在机械加工前需预备热处理。一、预备热处理通常20CrMnTi选用正
13、火或调质处理作为预备热处理,其目的是降低钢的硬度,提高塑性, 以利于切削加工; 细化晶粒,均匀钢的组织及成分,改善钢的性能,为以后的热处理作准备;消除锻造应力,防止变形和开裂, 保证齿形合格。二、 正火正火是将钢加热到Ac3以上3050,保温足够的时间后出炉在空气中冷却到室温。对于一般的齿轮采用正火,正火可以减少碳和其他合金元素的成分偏析; 使奥氏体晶粒细化和碳化物的弥散分布, 以便在随后的热处理中增加碳化物的溶解量。由于正火的冷却速度较快, 获得细小的片层状渗碳体珠光体, 强度、硬度都较高, 力学性能较好。然而正火工艺是空冷,对于尺寸较大零件,内外温差大冷却速度不稳定,在连续冷却时,过冷奥氏体在A1-550温度范围内分解为珠光体,在550-Ms温度范围内, 因转变温度较低转变为贝氏体组织(即含碳量具有一定过饱和度的铁素体和分散的渗碳体(或碳化物)的混合物),
