钢齿轮的热处理工艺制定

毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告学生姓名学号班级所属院系专业材料成型与控制技术指导教师职称所在部门毕业设计（论文）题目45钢齿轮的热处理工艺制定题目类型工程设计（项目）论文类作品设计类其他一、选题理由、意义 齿轮传动是机械传动中应用最广的一种传动形式，因为它的传动效率高，传动比准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，并且寿命长。随着现代齿轮传动技术向高速重载方向发展，对其性能提出了越来越高的要求，对齿轮传动的强度、振动和噪声的要求更加严格，促使人们在齿轮的各个方面进行深入的研究。45钢广泛用于各种重要结构零件，特别是在交变载荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴等，而且取材方便，价格便宜。二、课题综述本文课题-45钢制齿轮的热处理工艺制定。齿轮传动在人们的生活中应用普遍，汽车内、各种机器、手表等等都有它的出现，它对人类的作用是可想知的。45钢是常用的中碳调质钢，虽然该钢的冷塑性一般，但是45钢经过调质处理后其综合力学性能要比其他中碳结构钢好很多。齿轮的最低的工作要求是要表面耐磨，心部耐冲击，能够承受重载并且45钢正好满足这样的要求，而且45钢应用普遍，价格比较其他齿轮用钢要便宜很多。综上所述，选用45钢是最佳选择，只要对45钢进行合适的热处理就能达到齿轮所需要的性能要求。但是在齿轮机加工有时会造成齿部的裂纹、轮齿大小不均匀等缺陷，热处理时调质深度不足、硬度不均匀、齿轮开裂等这些问题都是齿轮制造过程中的常见问题，出现了这些问题都会影响齿轮工作时的稳定性和工作寿命。但是这些问题都可克服和避免的，只要机加工和热处理正确就能够制造出合格的45钢齿轮来满足使用要求。热处理决定了零件的使用性能，为了制定更好的热处理方案，我们需要从实际工作条件出发，从企业需求等发面入手 ，制定出更佳的热处理方案。第一：我们去图书馆查阅资料，将45钢和齿轮的资料收集然后将其进行整理归纳，将有助于论文的资料收集，进行分析。第二：在所实习的企业向热处理的工作人员询问相关知识，了解齿轮热处理的实际操作和生产流程。最后得出45钢齿轮的最佳热处理工艺为：正火：温度840880 ，保温时间60min，硬度HBS170230。调质：淬火+高温回火，淬火温度810830 水冷，高温回火温度510560，保温时间110min，硬度HRC59。高频感应加热：温度860900，水淬，回火：温度180200，保温时间60min，硬度HRC5055。三、设计（论文）体系、结构（大纲） 本论文的大纲如下：1、绪论 2、零件的分析2.1、齿轮工作条件及失效形式2.2、齿轮工作时所需要的性能要求3、45钢材料分析3.1、45钢的化学成分3.2、45钢杂质元素对其影响3.3、45钢的主要性能3.4、45钢的主要用途4、45钢制齿轮热处理4.1、预备热处理工艺方法4.2、最终热处理工艺方法4.3、热处理工艺方法与性能的关系4.4、热处理常见缺陷及对策5、热处理设备的选择6、性能检测7、结论参考文献附:热处理工艺卡指导教师意见：签字： 年 月 日 院（系）审批意见：签章： 年 月 日 毕业设计任务书毕业设计（论文）题目45钢制齿轮的热处理工艺制定题目来源企业指导教师职称所在部门学生姓名学号班 级课题需要完成的任务任务序号任务内容论文成果（论文附件）1查阅资料资料清单（参考文献）2企业调研3编制热处理工艺卡热处理工艺卡一份4撰写论文(说明书)论文(说明书)一份5课题计 划 安 排序号内 容时 间 安 排1查阅资料2企业调研3编制热处理工艺卡4撰写论文(说明书)5论文修改、答辩准备计划答辩时间毕业设计论文代做平台 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考QQ 3139476774 QQ3449649974课题申报（指导老师）签名：开提意见（学生） 签名：答辩小组审核意见 签名：45钢齿轮的热处理工艺制定摘要：本文通过对45钢齿轮工作条件、主要失效形式及材料的分析，制定了45钢齿轮的预备热处理和最终热处理工艺，确定了热处理设备，检测了45钢齿轮的性能，分析了正火、调质、高频感应淬火、回火等热处理工艺对45钢齿轮的组织结构、硬度、强度的影响，确定了45钢齿轮的热处理工艺卡。关键词：45钢；齿轮；热处理；工艺制定Heat treatment technological of 45 steel gear setAbstract: This article through to the 45 steel gear working conditions, the analysis of the main failure forms and materials, preparation of 45 steel gear heat treatment and final heat treatment process, to determine the heat treatment equipment, testing the performance of the 45 steel gear, analyzed the normalizing, tempering, high frequency induction quenching and tempering heat treatment process on structure and hardness of 45 steel gear, intensity, the influence of heat treatment technological of 45 steel gear was determined.Key words: 45 # steel; Gear; Heat treatment; Establish the目 录一、绪论 6二、零件的分析 72.1、齿轮工作条件及失效形式 72.2、齿轮工作时所需要的性能要求 14三、45钢材料分析 143.1、45钢的化学成分143.2、45钢杂质元素对其影响 143.3、45钢的主要性能 153.4、45钢的主要用途 15四、45钢制齿轮热处理 164.1、预备热处理工艺方法 164.2、最终热处理工艺方法 174.3、热处理工艺方法与性能的关系 244.4、热处理常见缺陷及对策 26五、热处理设备的选择 27六、性能检测 28七、结论 29参考文献 30附:热处理工艺卡 30一、绪论齿轮是机械产品的重要的基础件，绝大部分机械设备的主要传动部件就是齿轮传动。随着现代齿轮传动技术向高速重载方向发展，对其性能提出了越来越高的要求，对齿轮传动的强度、振动和噪声的要求更加严格，促使人们在齿轮动力学方面进行深入的研究。近几十年来，在齿轮传动装置内部的齿轮传动副乃至齿轮传动系统为对象的动态特性分析方面取得了不少的研究成果，并逐步运用到齿轮副的动态设计中。二、零件的分析2.1齿轮的工作条件及失效形式2.1.1齿轮工作时的受力状况齿轮传动形式有三种，分为：开始开式、半开式和闭式。开式齿轮传动：齿轮完全暴露在空气中，空气中的杂物和颗粒物容易落入齿轮的工作表面，当齿轮工作时空气中的杂物和颗粒物会落入齿轮的工作表面挤压磨损齿面，因而造成轮齿的磨损；当齿轮暴露在空气中，润滑油、润滑脂等润滑剂容易被氧化挥发，不能保证良好的润滑，所以开式齿轮传动多用于低速、不重要场合。半开式齿轮传动：装有简单的防护罩，有些还把大齿轮部分浸入油池中，这样当齿轮工作时齿轮的表面带有润滑油，润滑条件比开式齿轮的润滑条件好，但任然不能严密防止杂物及颗粒物的倾入。闭式齿轮传动：齿轮、轴、轴承都装在封闭的箱体内，处于完全封闭的状态，安装精确，润滑条件良好，没有杂质的入侵，齿轮有着良好的工作条件，所以是应用最广泛的齿轮传动。齿轮的作用是传递动力，改变运动方向和改变运动速度，所以在机械传动中有着重要的作用。齿轮工作时，两齿面相互挤压摩擦，所以既有滚动，又有滑动。齿轮表面受到脉动接触应力和摩擦力的双重作用。齿根部受到脉动弯曲应力的作用。齿面所受应力主要有摩擦力、接触应力、弯曲应力和起动、变速换挡时的冲击力。2.1.2齿轮传动的功能要求（1）能传递两个平行轴、相交轴或交错轴间的回转运动和转矩。（2）保证传动比恒定不变。（3）能传递足够大的动力，工作可靠。（4）保证较高的运动精度。（5）能达到预定的工作寿命。只要齿轮设计合理，制造质量高，达到规定的制造精度，就能达到预期的功能要求。2.1.3齿轮的失效形式齿轮传动的失效一般发生在轮齿上，通常有轮齿折断和齿面损伤两种形式。后者又分为齿面点蚀、磨损、胶合和塑性变形等。 （1）轮齿折断一般发生在齿根部位，因为齿根是应力集中源而且应力最大。轮齿折断可分为：疲劳折断、冲击疲劳折断和过载折断。 1）折断，齿轮工作时齿根部受弯曲应力的反复作用，当齿根过度圆角处的交变应力超过了45钢的疲劳极限时，其拉伸侧将产生疲劳裂纹，当裂纹不断扩展，最终造成轮齿的弯曲疲劳折断， 疲劳源多起源于齿根的圆角或刀痕处。疲劳扩展区较平坦、光滑，有时有贝纹线，瞬断区呈韧窝或撕裂花样。而且当齿轮表面存在非马氏体组织时，疲劳源更容易产生。齿轮心部硬度低，导致弯曲疲劳极限的降低，齿轮齿圆角处加工困难粗糙度差，容易有刀痕，易产生应力集中，出现缺口效应，齿轮在使用过程中就会产生早期断裂。齿轮的弯曲疲劳破坏是齿根部受到大的振幅脉动或交变应力超过了齿轮材料的弯曲疲劳极限而产生的。提高齿轮弯曲疲劳强度的基本途径是提高齿根处材料强度（硬度）并改善应力状态，所以要想阻止弯曲疲劳裂纹的产生那就要对工作面和应力集中的地方进行表面强化热处理，使强化后的工作面所能承受的最大应力大于齿轮工作时截面受到的拉应力。 2）冲击疲劳折断，轮齿根部承受脉冲或交变弯曲应力的作用，产生多次冲击疲劳，使它的屈服强度降低，缺口效应比静疲劳大。当多次冲击力大于齿根的断裂韧性最低值时，就产生疲劳裂纹源。 3）过载折断，若齿轮严重过载或突然受冲击载荷作用，或经严重磨损齿厚过分减薄时，导致齿根危险截面上的应力超过极限值而发生突然折断，这是一种快速断裂，断面无疲劳特征，轮齿心部硬度较高时，断面呈粗瓷状，断口呈凹凸形，又称韧性断裂。从折断现象上看，折断有全齿折断和局部折断之分。前者一般发生在齿宽较小的直齿圆柱齿轮；后者齿根裂纹沿倾斜方向扩展，往往发生在齿宽较大的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮及人字齿轮上。选用合适的材料和热处理方法，不允许有黑色组织和网状碳化物存在，使齿根心部有足够的韧性；采用正变位齿轮，增大齿根圆角半径对齿根进行喷丸、辊压等强化处理工艺，均可提高轮齿的抗折断能力。 （2）齿面点蚀轮齿受力后，齿面接触将产生循环变化的接触应力，在接触应力反复作用下，轮齿表面或次表层出现不规则的细线状疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展的结果，使表面金属脱落而形成麻点状凹坑。齿轮的解除疲劳破坏是由于作用在齿面上的接触应力超过了材料的疲劳极限而产生的。在齿轮的使用过程中可以看到，软齿齿面往往以麻点破坏为主，硬齿面齿轮则以疲劳剥落为主。疲劳破坏的形式主要有一下几种：表面麻点，它的形成与表面金属的塑性变形密切相关，而且由于摩擦力大于表面压应力，大多在表面萌生疲劳裂纹源，裂纹的扩展则是由于交变应力队裂纹源开口处反复垃压，拉应力大于裂纹扩展的门栏时裂纹就会扩展。另外，也是润滑油的挤入而产生油锲作用的结果。提高齿面硬度，改善齿面接触状况，可以有效的提高麻点的破坏抗力。浅层剥落，当接触表面下某一点的最大切应力大于材料的抗剪强度时，就可能产生疲劳裂纹，最后经扩展引起层状剥落。深层剥落，经表面硬化处理的齿轮，在硬化层与心部交界处是齿轮最薄弱的地方，当接触载荷在层下交界处形成的最大切应力与材料的抗剪强度达到某一界限值之后，就可能形成疲劳裂纹，经扩展最后导致较深的硬化层剥落。这种破坏形式在火焰淬火或感应淬火齿轮中特别常见。表2-1是黑色组织对接触疲劳寿命的影响，表2-2是残留奥氏体含量与疲劳寿命，表2-3是碳化物级别与疲劳寿命。表2-1.黑色组织对接触疲劳寿命的影响碳氮共渗深度/mm黑色组织层深/mm在3000MPa应力下出现麻点的周次N0.920.95055.91060.800.0257.71061.01.10.070.080.46106表2-2.残留奥氏体含量与疲劳寿命残留奥氏体含量/（%）40疲劳寿命/万次70.9104.851.324.5表2-3.碳化物级别与疲劳寿命碳化物级别/级6疲劳寿命/万次95.266.733.3齿面点蚀现象一般多出现在节线附近的齿轮表面上的点状针孔和小坑，然后再向其他部位扩展这是因为在节线处同时啮合齿对数少，接触应力大，且在节点处齿廓相对滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大。它又可分为早期点蚀和破坏性点蚀。毕业设计论文代做平台 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考QQ 3139476774 QQ3449649974对于软齿面齿轮（硬度350HBS）齿轮工作初期相啮合的齿面接触不良造成局部应力过高会产生麻点，经过一段时间磨合后接触应力趋于均匀麻点不在扩张甚至消失这种点蚀是早期点蚀。破坏性点蚀，如果点蚀面积不断扩展，麻点数量不断增多，点蚀坑大而深，同时连成一片，就会发展成破坏性点蚀。这种点蚀一旦发生，会产生强烈的震动和噪音，导致齿轮失效。硬齿面齿轮，其接触疲劳强度高，一般不易出现点蚀，但由于齿面硬、脆一旦出现点蚀就会不断扩大，形成破坏性点蚀。开式齿轮传动中，齿面的点蚀还来不及出现或扩展就被磨去，一般不会出现点蚀。产生麻点和剥落的原因与设计和材料有关，特别是零件的基体组织对麻点的产生非常敏感。提高齿面硬度和润滑油粘度，采用正角度变位传动等，可缓解或防止麻点。 （3）齿面磨损1）磨损种类当啮合齿面相对滑动时便会产生摩擦力齿面磨损就是相互摩擦的结果。当齿面间落入砂粒、铁屑、非金属物等磨料性物质时，会发生磨料磨损。齿面磨损后，齿廓形状破坏，引起冲击、振动和噪声，且由于齿厚减薄而可能发生轮齿折断。磨料磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。改善密封和润滑条件、在油中加入减磨添加剂、保持油的清洁、提高齿面硬度等，均能提高抗磨料抗磨损能力。表2-4是齿轮的磨损种类、受力大小及破坏特征。2）提高齿轮耐磨性的方法提高齿轮耐磨性的方法视磨损类型不同而有所不同，大致有以下两种：提高齿面硬度，提高表面塑性变形抗力。减少氧化磨损、磨粒磨损和冷胶合磨损。生产中常用各种表面强化热处理提高表面硬度，同时要及时保养，更换润滑油等。提高齿轮基体和心部硬度，减少啮合齿面间的摩擦系数，防止摩擦热引起的胶合磨损。常用复合热处理方法，如表面强化处理后在低温化学热处理渗硫和镀铜等。表2-4.齿面磨损种类、受力大小及破坏特征磨损种类载荷及运行情况表面破坏特征齿轮类型举例氧化磨损（腐蚀磨损的一种）各种大小载荷及各种滑动速度氧化膜不断形成，又不断剥落，但磨损速度小，一般为0.10.5m/h；齿面均匀分布细磨纹各类齿轮冷胶合粘着 磨损高载荷、低滑动速度（一般1m/s）局部金属直接接触、粘着，不断从齿面 脱落；磨损速度较大，一般为1015m/h；齿面有严重划痕，使齿顶变尖，齿根变薄。齿面粗糙有沟槽和撕裂纹低速度、重载荷齿轮热胶和粘着磨损高载荷、高滑动速度（一般34m/s）高的摩擦热使润滑油膜失效，金属间直接接触，发生粘着和脱落；磨损速度一般为15m/h齿面伤痕重使齿顶变尖，齿根出现二次淬火的白亮层。层次为高温回火带速度高、重载荷齿轮磨粒磨损各种大小载荷及各种滑动速度各种灰尘、铁屑、磨粒进入啮合齿面，嵌入形成切刃或直接切割齿面有磨粒刮伤纹。使齿顶变尖，齿根变薄矿山、水泥、农机等齿轮，各类开式齿轮（4）表面胶合相互啮合的轮齿齿面，在一定的温度或压力作用下，发生粘着随着齿面的相对运动，使金属从齿面上撕落而引起严重的粘着磨损现象这种现象就是胶合。胶合有热胶和和冷胶合之分。热胶和磨损，在重载高速齿轮传动中，由于啮合处产生很大的摩擦热，导致局部温度过高，使齿面油膜破裂，产生两接触齿面金属熔焊而粘着，这种胶合称为热胶和。热胶和是高速重载齿轮传动主要失效形式。冷胶合磨损，载重低速齿轮传动中由于局部齿面啮合处压力很高且速度低不易形成油膜，使接触表面膜被刺破而粘着，这种胶和称为冷胶合。降低齿高，采用角度变位齿轮以减小滑动系数，提高齿面硬度，采用抗胶合能力强的润滑油（极压油）等，均可缓解或防止齿面胶合。（5）齿面塑性变形产生机理：当齿轮材料较软，载荷及摩擦力又很大时，齿轮在啮合过程中齿面表层的材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形。现象：主动齿轮上所受摩擦力是背离节线，分别朝齿顶及齿根作用的，故产生塑性变形后，齿面沿节线处变成凹棱，从动齿轮上所受的摩擦力方向则相反塑性变形后，齿面沿节线处形成凸棱。提高齿面硬度，采用粘度高的润滑油，可防止或减轻齿面产生塑性变形。2.2 齿轮工作时所需要的性能2.2.1齿轮工作原理齿轮被广泛应用于机械设备中.它有一些非常重要的作用,但其中最重要的是他它在机械设备中提供齿轮减速功能,这种功能之所以重要是因为,通常情况下,虽然转速极高的小电动机能够为设备提供足够的力矩。例如,电动螺丝刀具有非常大的齿轮减速比,这是因为它需要巨大的力矩才能转动螺丝钉,但电动机在告诉旋转下只能深成小的力矩。利用齿轮的减速装置,将可以减小输出速度,同时增大力矩。齿轮的另一个作用是调整旋转方向，例如在汽车后轮两个后轮之间的差速器中，动力由汽车中心的传动轴传送而来，差速器需要将这一动力旋转90，然后才能将其施加给后轮。图2-1展示了齿轮的尺寸及结构。图2-1.齿轮的尺寸及结构三、45钢材料分析3.1 45钢的化学成分 45钢的含碳量为0.420.45%，属于中碳钢，45钢的化学成分见表3-1。表3-1.45钢的化学成分化学成分(%)CSi MnCr Ni CuPS0.40.450.170.370.500.8050.0350.0353.2、45钢杂质对其影响45钢中常有的杂质有：Si、Mn、S、P、和O2、H2、N等气体。1 Mn的影响：炼钢时用锰铁给铁液脱氧这时少量的Mn会残留在钢中，Mn的脱氧能力很强，而且大部分的Mn溶于与铁素体，使钢的性能强化，还能降低S对钢的危害，Mn是对钢有益的元素，45钢中的Mn元素含量一般控制在0.50%0.80%。2 Si的影响：钢中的Si主要来自与生铁和硅铁脱氧剂中。Si的脱氧能力较强，Si也溶于铁素体，能提高钢的强度和硬度，但是会使塑性和韧性降低Si还能促进Fe3C分解成石墨，钢中出现石墨会使钢的韧性严重下降，简单来讲就是黑脆。3 S的影响：S会使钢的热脆性增加，因为S不溶于-Fe而是以化合物的形态存在于钢中。钢在焊接时，由于S的存在容易导致焊缝热裂。所以S在钢中是有害杂质，其含量一般要求不大于0.05%。但是S能改善钢材的切削性能。4 P的影响：P溶于铁素体，使其强度硬度提高，而塑性、韧性降低，低温时影响更为严重，还降低钢的焊接性能，是有害杂质，其含量一般要求不大于0.045%，但是P能够改善钢材切削性能和耐腐蚀性能。5 气体的影响：O以FeO或非金属夹杂物等形式存在于钢中，呈热脆性，会降低钢的力学性能，尤其是疲劳强度。对钢无益越少越好。6 N会以氮化物的形式析出。增加钢的强度和硬度，但会降低钢的塑性和韧性，使钢变脆。7 H2钢的脆性显著增加，还会使钢中产生裂纹。3.3、45钢的主要性能45钢是高强度的中碳调质钢，具有良好的塑性和韧性，较高的强度，切削性能良好，对45钢采用调质处理可获得较好的综合力学性能，45钢的焊接性能较低，但是仍然可以进行焊接，不过在焊接前应该对它进行预热，而且在焊接后进行退火热处理以消除焊接应力。另外，45钢的脆透性较差，水淬容易产生裂纹，中、小型零件调质后可获得较好的韧性及较高的强度，大型零件（截面尺寸超过80mm）以采用正火处理为宜。3.4、45钢的主要用途45钢适用于制造高强度的运动零件，例如低速低载的变速器齿轮、挂轮架齿轮、重型及通用机械中的的轧制轴、蜗杆、连杆销子等，通常在正火或调质状态下使用。45钢渗碳后可代替渗碳刚使用，用来制造表面耐磨的零件，此时不需要经过高频或火焰淬火，如齿轮、曲轴机床主轴，传动轴等，还用于制造农机中等负荷的轴、脱粒滚筒、链轮、以及钳工工具等。四、45钢制齿轮热处理根据45钢齿轮的使用性能、材料的性能、企业条件、员工的能力等相关因素来制定优质、高效、低成本、易操作的热处理工艺。4.1预备热处理工艺方法45钢齿轮的预备热处理是正火处理，其作用是均匀其组织，为之后的机加工做准备。45钢齿轮的原始组织是铁素体+珠光体。普通正火后的组织是铁素体+索氏体，如图4-1所示。由于钢在空气中冷却要比随炉冷却的冷却速度快，同时，空冷时发生的珠光体转变温度也比炉冷时低，因此，正火后获得的珠光体比退火后的珠光体细小，正火后的钢铁件可获得优于退火状态的综合力学性能。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，所以我们对45钢齿轮的热处理采用正火。图4-1.45钢普通正火后的组织正火工艺：加热温度,在实际的生产中实际正火温度要比理论的正火温度高,为了使奥氏体均匀化,查询相关资料选择的正火加热温度为840880。加热45钢时速度不能过快防止开裂应当控制加热速度，常用的保温时间公式计算t=kd,通过查找首册，工件加热的修正系数k为1.41.8，确定加热系数=1.5，s=4.71mm，齿顶圆直径da=66mm，得出的保温时间约为60min，在静止的空气中冷却到室温。45钢正火工艺参数见表4-1，45钢正火工艺曲线如图4-2，零件装炉放式调整系数如图4-3所示。表4-1.45钢齿轮正火工艺参数牌号正火加热温度/保温温度/冷却方式硬度HBS45840880600700空冷170230图4-2 45钢正火工艺曲线4.2 最终热处理工艺方法45钢的最终热处理有调质、高频感应加热、回火。45钢齿轮在机加工完成之后，对其进行调质处理，即淬火+高温回火。淬火后得到的是高硬度和高耐磨性的板条马氏体，淬火温度对淬火后的工件质量有重要的影响。45钢淬火加热-均温-保温时间取决于钢的化学成分、加热用炉型、零件的有效厚度与加热介质、装炉量与转炉方式。零件在保温阶段停留的时间，决定了零件热处理的质量。用如下公式估算：t=akH式中 t-保温时间（min) a-钢在不同介质中加热时的保温系数（min/mm),见表4-2 K-零件装炉放式调整系数，见图4-3 H-零件的有效厚度（mm)表4-2.钢在不同介质中加热时的保温系数（mm/min)钢材种类直径在650空气中加热780900空气中加热770880盐浴介质中加热10501300盐浴介质中加热碳素钢50-0.40.5-图4-3.零件装炉放式调整系数45钢齿轮在各种介质中淬火的临界直径如表4-3所示。 表4-3.45钢在各种介质中淬火的临界直径(mm)钢号静油20水40水20、5%NaCl水溶液4510201521.5淬火冷却时，冷却介质的状态也对冷却能力有着一些影响，如表4-4：表4-4.淬火液的搅动效果循环或搅动淬火烈度（H）值或冷却能力油水苛性钠或盐水静止0.250.300.91.02缓慢0.300.351.01.122.2中等0.350.401.21.322.2良好0.400.451.41.522.2强烈0.500.801.62.022.2剧烈0.801.145综上所述：根据图样要求45钢齿轮淬火加热时间、冷却介质等都有不同的选择，可以根据公司的要求选择合适的淬火工艺。对齿轮淬火之后再对钢进行高温回火（500600），回火时间与设备类型、回火温度、零件尺寸及装炉量等因素有关，应根据生产实践确定。通常回火时的保温时间可按t=零件厚度（mm)/25+1(h)，45钢齿轮在500600的温度回火后采用830油淬和800水淬，回火时间对硬度也有着一定的影响。水淬的硬度、延伸率和抗拉强度都比油淬的高上一些，但是两者的相差不是很大。调质之后齿轮的硬度为HRC59，组织回火索氏体+少量铁素体10%，淬火温度810830水，调质工艺曲线如图4-4。图4-4.45钢齿轮调质工艺曲线为了提高齿轮的使用寿命，能够承受高速、中等载荷，齿面硬度高的性能要求，选定860900高频感应加热，水淬，低温回火180200，硬度要求5258HRC。感应加热是目前应用最广、发展最快的一种表面热处理，相比较其他的热处理工艺它有以下的优点：加热速度快、热效率高，这是因为处在交变磁场的零件靠自身产生的热量加热，其热量损失小，热效率可达60%以上，而且加热速度每秒可达几百度至几千度。加热时间短，零件无氧化和脱碳，零件心部也处于低温状态，强度高，淬火变形小，热处理质量高。便于实现机械化和自动化，产品质量稳定，产品合格率高。根据45钢齿轮的服役条件：高速、中等载荷，齿面硬度高以及失效原因，可以选定感应淬火硬化层深度，齿轮硬化层深度（mm)，一般取0.20.4m（m为齿轮模数）。然后选择电流频率，电流频率是感应加热的主要参数由硬化层深度决定。表4-5为高频频率与热透入深度的关系，表4-6不同模数全齿同时淬火时的最佳频率。表4-5.高频频率与热透入深度的关系频段高频频率/kHz500600300500200300100200热透入深度/mm0.70.5表4-6.不同模数全齿同时淬火时的最佳频率齿轮模数m/mm12345电流频率/kHz25062.5281610在实际生产中，经常会出现设备频率显示过高的情况。我们可以降低功率延长加热时间，增加工件和感应器之间的距离延长加热时间或者是将工件进行预热在炉中预热到600700后在移动到感应加热中进行最后预热，也可以在感应器中进行预热这些方法可以保证在表面不过热的条件下获得较深的加热层。45钢的高频感应淬火最佳淬火温度是在840900之间上限是950下限是790，加热速度缓慢平稳1s温度上升1。45钢高频淬火之后表层组织为马氏体，距离表层46mm时组织为马氏体+铁素体，距表层8mm的组织是马氏体+铁素体+珠光体大部分组织是马氏体。 感应加热之后要进行淬火冷却，淬火介质应根据材料、工件形状和大小以及加工方式和淬火硬层深度等因素综合考虑确定。45钢齿轮的冷却方法与冷却介质如表4-7所示。表4-7.45钢齿轮的冷却方法与冷却介质验试比较零件材料加热方法冷却方法备注齿轮（m=13mm)45同时加热0.05%0.3%聚乙烯醇水溶液停喷温度200齿轮（m=310mm)45同时加热水或0.05%聚乙烯醇水溶液-高频感应加热后零件为了节省成本可以在加热炉中回火，45钢感应加热表面淬火件炉中回火规范见表4-8，回火工艺曲线如图4-5所示。表4-8.45钢感应加热表面淬火件炉中回火规范钢号要求硬度（HRC）淬火后硬度（HRC）回火规范温度/时间/mm45404550280320456050300320456050220220456045505520025045605055551802004560图 4-5.回火工艺曲线4.3 热处理工艺方法与性能的关系45钢齿轮我们首先采用的正火处理，将毛坯加热到840880，保温时间为90min ,然后进行空冷，由于冷却速度稍快，组织内含量相对较多，且片层较细密，所以性能有所改善，细化晶粒，改善了组织，消除了残余内应力。之后对毛坯进行了机加工，然后进行调质处理,当截面尺寸太大，在淬火时，表面刚得到的马氏体被里面向外传递的热量所回火，当外传温度高于重结晶温度时，基体又恢复到原始组织，此时的淬火将失去作用，所以热处理零件有尺寸效应。尺寸效应又与热透性、硬度要求、硬化层深、热处理工艺等因素有关。为了合理选材和规定硬度而考虑截面尺寸时，不需要考虑正常的粗加工余量，而其他加工余量（如为了减小热处理变形而留余量）则应考虑。有些大尺寸齿轮结构不允许淬火处理而要求正火及回火处理，也要考虑最大控制截面尺寸。影响调质处理质量最重要的因素是钢的淬透性，而钢的淬透性又主要取决于溶入奥氏体的合金元素的种类、数量及奥氏体均匀化的程度，所以淬火加热的保温时间必须能使足够的碳化物溶于奥氏体中，并均匀化。调质热处理工艺见表4-9。表4-9.调质热处理工艺工艺特点淬火加热淬火加热规范应充分考虑提高钢的淬透性，在不使奥氏体晶粒长大的前提下，选择足够高的加热温度，保温时间必须使碳化物及合金元素充分溶于奥氏体中并力求奥氏体均匀化淬火冷却选择合适的冷却介质，保证工件淬透，又不致严重变形和开裂。碳素调质钢采用冷却介质较强的淬火介质（水或水溶液）；对于形状较复杂的薄壁零件，因容易产生变形和开裂，应采用双液淬火；合金调质钢可油冷；对于形状简单和截面尺寸较大的零件，可用双液淬火回火属于高温回火，要考虑防止回火脆性。碳素调质钢没有第二类回火脆性，因此高温回火后采用空气冷却即可。合金调质钢有第二类回火脆性，其高温回火保温时间不宜过长，并且回火后应快冷调质之后再对齿轮进行最后的机加工，机加工完成之后就可以对齿轮进行高频感应加热处理，通过表面热处理就能满足齿轮的使用条件，利用表面加热淬火，表层硬化，齿轮的心部仍可以保持原来的显微组织和性能不变，从而达到提高疲劳强度、提高耐磨性并保持心部韧性的优良的综合力学性能。若是零件的表面预先涂上含有渗入元素的膏剂或合金粉末，还可实现表面化学热处理或表面合金化，节约时间和成本，表面热处理可以节省能耗并减小淬火畸变。高频感应淬火之后采用低温回火保持淬火齿轮的高硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性。4.4 45钢齿轮热处理常见缺陷及对策由于热处理工艺的不同，产生缺陷的原因及其对策也各不相同。需要指出的是，并不是所有的热处理缺陷都可以补救，对热处理缺陷的补救，也会增加热处理工艺的成本。因此，相应获得高质量的热处理产品，必须在生产过程中严格控制质量，把热处理缺陷消灭在热处理生产过程中。4.4.1正火缺陷与补救措施 过烧，加热温度过高使晶界局部熔化，此时的工件已经报废任何的热处理对它已经不起任何作用了。 过热，加热温度过高使奥氏体晶粒粗大，冷却后形成魏氏体组织或粗晶组织，钢的冲击韧性下降，此时可以通过完全退火或正火补救。4.4.2淬火缺陷及补救措施： 淬火畸变与淬火裂纹，淬火畸变乃是不可避免的现象，只有超过规定公差或产生无法矫正时才构成废品，合理选择淬火、回火方法及规范等可有效地减小与控制淬火畸变。淬火裂纹一般是不可补救的淬火裂纹的，只有采取积极的预防措施，如减小和控制淬火应力、方向、分布，同时控制原材料的质量以及正确的结构设计等。 氧化、脱碳与过热、过烧，零件淬火加热过程中若不进行表面防护，将发生氧化、脱碳等缺陷，其后果是表面淬硬性下降、达不到技术要求，或在零件表面形成网状渗碳体，并严重降低零件的外观质量、加大表面加工粗糙度甚至超差。 硬度不足，淬火、回火后硬度不足一般是由于淬火加热温度不足、表面脱碳或回火温度不足等因素造成。解决硬度不足的缺陷必须分清原因，采取相应对策加以防止。 软点，淬火零件出现的硬度不均匀也叫软点。与硬度不足的主要区别是在零件表面上硬度有明显的忽高忽低现象，这种缺陷可能是由于原始组织过于粗大及不均匀。软点我们可以通过重新淬火来修正。 其他组织缺陷，粗大淬火马氏体（过热）、调质钢中的大块自由铁素体。4.4.3感应加热常见缺陷及预防措施： 硬度不足，产生的硬度不足的原因有两个：加热不足或冷却不足。加热不足的主要原因是比功率偏低、加热时间不足、感应器与工件表面间隙偏大，造成淬火温度偏低，组织中有较多为未溶铁素体。冷却不足主要是加热结束后延时过长再冷却、喷液时间过短和喷射密度过低及淬火介质冷却速度低等均会造成冷却不足，使组织中出现托式体等非马氏体组织。 软点，喷水孔局部堵塞或过稀，导致工件局部区域冷却不足而出现软点。 淬火裂纹，感应淬火裂纹的形成原因和预防措施见表4-11。表4-11.感应淬火裂纹的形成原因和预防措施淬火裂纹的形成原因预防措施过热，如齿面弧裂纹、齿顶延伸到齿面裂纹降低比功率，减少加热时间，增大感应器与工件的间隙，同时加热时降低感应器高度 冷却过于激烈采用冷速较缓慢的淬火介质，降低喷液供给量和喷液压力钢材的碳质量分数较高精选碳量，使45钢中的碳量控制在下限，采取冷速较缓慢的淬火介质工件表面沟槽、油孔是感应电流集中源用铁屑堵塞或镶铜未及时回火及时回火或采用自回火 畸变，感应淬火加热多数表现为热应力型畸变，为此需要减少热量向工件内层中的传递。为减少畸变，通常采用透入式加热，提高比功率，缩短加热时间；齿轮内孔加防冷盖，减少内径缩小,薄壁齿轮淬火时对内孔喷水加速冷却来控制内径胀大。 硬化区分布不合理，淬硬区与非淬硬区的交接部位恰在工件的应力集中处，比如齿轮的齿面与齿根的交接处。为此可采取一些措施，使硬化区离开应力集中的危险断面68mm或对截面过渡的圆角也实施淬火 硬化层过厚，要求高硬度且承受冲击载荷易断裂的较小零件（如小模数齿轮），硬化层过厚是不利的。我们在工艺上可以采用较高的电源频率和比功率，适当减小感应器与工件的间隙，缩短加热时间，减少硬化层深度。 表面灼伤，由于感应器与工件接触短路而使工件表面留下的烧伤痕迹和蚀坑。为此，应注意工件内应力和预先热处理状况（清除铁屑等）、感应器刚性、淬火机床精度以及与工件间的间隙。4.4.4回火缺陷与预防硬度不合格，回火与硬度偏低或偏高，或是硬度不均匀，后者大多是在成批回火零件中在在同一批内出现，主要原因是炉温不均匀、回火温度规定错误或炉温失控造成。同批零件回火硬度不均匀，大多是由于回火炉本身温度不均匀造成的，炉气循环不均匀，装炉量过大等。畸变，主要是由于淬火应力在回火过程中重新分布引起。回火脆性，由于调质是高温回火会产生第二类回火脆性，产生了第二类回火脆性应该重新回火和回火后快速冷却。五、热处理设备的选择根据正火、回火、淬火的温度1000,可以选定中温炉6501000就可以满足使用要求。热处理是对零件的使用最要的部分，所以找到合适的热处理设备来实际生产和应用就显得尤为重要。齿轮是常见零件不像轴那些长杆件需要井式电阻炉这些大型设备，热处理齿轮我们只需要使用普通间歇式箱式电阻炉，通过比较选择了最高工作温度为950的RX3-30-9中温箱式电阻炉。表5-1是中温箱式电阻炉的主要参数。表5-1.中温箱式电阻炉产品规格和技术要求型号功率kW电压V相数最高工作温度炉膛尺寸（长x宽x高）mm炉温850时的指标空载损耗kW空炉升温时间h最大装载量kgRX3-30-9 30 380 3950900x450x350 72.5200 箱式电阻炉同样可以为零件正火、回火等常规热处理的使用，但是箱式电阻炉的炉料一般在空气介质中加热，没有装出料的机械装置所以就要靠工作人员的手动操作，只适合小批量生产。45钢齿轮需要进行调质处理，所以我们还需要选择淬火的冷却设备。45钢齿轮的淬火只是简单的水淬，以水为冷却介质，设备简单只需要一个盛水的槽子，但是工件在水中冷却会在工件表面形成较厚和分部不均匀的蒸汽膜，容易造成局部冷却不足、开裂倾向加大和畸变增大等问题。所以在淬火槽上设置介质搅拌或介质循环功能