Word版可编辑-热处理工艺课程设计精心整理.doc

钢的热处理工艺设计说明书学生姓名 设计题目 加工中心主轴 指导教师 系 主 任 完成日期 年 月 日前 言热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命。本课程设计是在材料科学基础金属热处理工艺学失效分析金属力学性能等课程学习的基础上开设的，是理论与实践相结合的重要教学环节。通过该课程设计，可使学生在综合运用所学专业基础理论和专业知识能力方面得到训练，学会独立分析问题和解决问题的方法，提高工程意识和工程设计能力。热处理工艺是整个机械加工过程种的一个重要环节，它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所要求的多种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。目 录前言 一热处理工艺课程设计的目的5二热处理工艺课程设计的任务5三热处理工艺课程设计设计内容和步骤5 3.1零部件简图，钢种和技术要求5 3.2零部件的工作条件、破坏方式和性能要求的分析6 3.3零部件用钢的分析 6 3.3.1 相关钢种化学成分的作用 6 3.3.2.相关钢种的热处理工艺性能分析 7 3.3.3钢材的组织性能与各种热处理工艺的关系 83.4热处理工艺方案及工艺参数的论述113.4.1零件的加工工艺路线及其简单论证113.4.2锻造工艺曲线113.4.3预备热处理工艺方案、工艺参数及其论证123.4.4最终热处理工艺方案，工艺参数及论证123.4.4.1 20CrMnMo的正火工艺123.4.4.2 20CrMnMo的渗碳工艺143.4.4.3 20CrMnMo的淬火工艺173.4.4.4 20CrMnMo的回火工艺193.4.4.5 总的热处理工艺曲线223.4.5 辅助工序方案 22四选择加热设备224.1 中温井式电阻炉22 4.2 井式渗碳炉23五工装图 25六工序质量检验项目、标准方法27七热处理工艺过程中缺陷分析 28 7.1常见的渗碳缺陷 28 7.2常见的淬火缺陷 29 7.3常见的回火缺陷 29八心得体会30九参考文献314一、热处理工艺课程设计的目的1. 深入了解热处理课程的基本理论2. 初步学会制定零部件的热处理工艺3. 了解与本设计有关的新技术,新工艺4. 设计尽量采用最新技术成就,并注意和具体实践相结合,是设计具有一定的先进性和实践性.二、热处理工艺课程设计的设计任务1. 编写设计说明书2. 编制工序施工卡片3. 绘制必要的工装图三、热处理工艺课程设计内容和步骤3.1零部件简图、钢种和技术要求1.简图2.钢种: 20CrMnMo3.技术要求： 1.要求主轴头部144.4mm及尾部30mm处渗碳淬火，渗碳层深度1.31.5mm； 2.硬度为6065HRC.3.2零部件的工作条件、破坏方式和性能要求的分析 1.零部件的工作条件作为机床的传动件，主轴是传递动力的零件，传递着动力和各种负荷，它的前后端由于承受一定的扭转和摩擦力，它的合理选材直接影响整台车床的精度和使用寿命。 2.零部件的主要破坏方式 (1)受横向力并传递扭矩，承受交变弯曲应力和扭应力，常常发生疲劳断裂。 (2)承受一定的过载和冲击和载荷，产生过量弯曲变形，甚至发生折断或扭断。 (3)轴颈和花键等部位发生相对运动，承受较大的摩擦，轴颈表面产生过量的磨损。3.零部件性能要求 主轴是机床上的传动力的零件，由于负荷不同，受力大小也不同，常承受弯曲，扭矩，冲击，同时受到在滑移和转动部位的摩擦作用。因此主轴的性能要求是高硬度，足够的韧性及疲劳强度，强度和形状畸变要求。3.3零部件用钢的分析3.3.1 相关钢种化学成分的作用（1）20CrMnMo表1. 20CrMnMo的化学成分C Si Mn Cr Mo P,SNi Cu 0.170.23 0.170.37 0.901.20 1.101.40 0.200.30 0.035 0.30 0.30 化学成分作用：A. 碳（C）的影响从铁碳平衡图中，我们能清楚的看到，钢随着含碳量的增加，钢的基本组织不同，而且在加热与冷却时，组织转变的温度也不相同。纯铁在加热与冷却过程中，仅发生晶格的变化（同素异形转变）。所以热处理时其机械性能几乎不发生影响。但是随着含碳量的增加，热处理将发生显著地作用。如亚共析钢随着含金量的增高，淬火后强度、硬度都有显著提高；同时含碳量的多少也确定了钢的热处理工艺。B. 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。C. 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。D. 硅（Si）的影响 Si能升高Ac1和Ac3点，从而使热处理时的退火、正火、淬火的加热温度增高。能增加奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，增加钢的淬透性很多，故能使Si合金钢在油中淬硬。E. 锰（Mn）的影响 Mn为碳化物形成元素。他降低钢的Ac1和Ac3而使钢在热处理时的温度有所降低。增加奥氏体的稳定性，降低钢的临界冷却速度，同时增加钢的淬透性，但它使残余奥氏体量增加。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。F. 硫（S）的影响硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。G. 铜(Cu)和镍(Ni)的影响铜在合金钢中，使钢的Ac3下降。Ni能强化铁素体，降低钢的Ac1和Ac3点，从而使热处理时的退火、正火、淬火的加热温度有所降低。增加了奥氏体的稳定性，降低了钢的临界冷却速度，对钢的淬透性略有增加；但它降低了钢的马氏体点，增加了钢的残余奥氏体量。对钢的强度和硬度有所提高，但阻止晶粒长大的作用不明显。3.3.2.相关钢种的热处理工艺性能分析（1）20CrMnMo 热处理基本参数表3-1临界温度Ac1Ac3Ar1Ar3Ms温度/710830620740-A.淬透性：淬透性随淬火温度的提高而增加，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变形。B.淬硬性：淬硬性表示钢淬火时的硬化能力。它主要与钢的含碳量有关，更确切的是说是它取决于淬火后马氏体中的含碳量，马氏体中的含碳量越高钢的淬硬性越高。C.变形倾向：淬火后变形分两种：翘曲变形和体积变形，翘曲变形主要是加热时工件在炉内放置不当或搓火前后没有定型处理货冷却不均匀做造成的，另一方面淬火前后组织不一样引起体积变形，淬火前一般为珠光体组织，淬火后为马氏体组织，由于两种组织的比容不同，淬火前后讲引起体积变化，从而产生变形，但这种变形只按比例使工件胀缩而不改变形状。3.3.3钢材的组织性能（硬度、强度、耐磨性、塑韧性等）与各种热处理工艺的关系 从铁碳合金相图来看, 20CrMnMo钢属于亚共析钢, 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, 可加工和热加工性能良好，强度,塑性和韧性都较高，过热倾向小，无回火脆性，既可作为渗碳钢使用，也可作为调质钢使用，渗碳加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，淬火及低温回火具有良好的综合力学性能和低温冲击韧性。20CrMnMo钢采用渗碳+淬火+低温回火，表面可以获得6065HRC的高硬度，因淬透性较高，心部具有较高的强度和韧性20CrMnMo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。钢中合金元素为Cr1.4、Mn1.2、Mo0.3。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。Mo元素提高钢的淬透性，热强性。加工中心主轴根据使用性能要求表面耐磨,所以要对20CrMnMo钢进行表面渗碳处理,渗碳淬火后表面得到高碳马氏体, 具有较高的硬度和耐磨性。表3-2 20CrMnMo的临界温度及常规热处理工艺参数 牌 号 临界温度/退火正 火Ac1Ac3Ms温度/冷却/硬度HBW温度/冷却/硬度HBWAr1Ar3Mf20CrMnMo710830-850870炉冷217 880930空冷190228620740-续表2淬 火回 火温度/淬火介质硬度HRC不同温度回火后的硬度值HRC150200300400500550600650350油4645444335-图3-3 20CrMnMo钢淬透性曲线 表3-4 热处理工艺规范工艺名称退火正火高温回火淬火回火加热温度()850870870900680700850860按需要定冷却方式炉冷空冷空冷油冷水，空冷硬度18HRC-23HRC4146HRC见表3-2 图3-5 渗碳后力学性能表3-6 渗碳热处理工艺规范渗碳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空冷图3-7 钢的等温转变图和连续冷却转变图3.4热处理工艺方案及工艺参数的论述3.4.1零件的加工工艺路线及其简单论证淬火渗碳机加工正火锻造下料成品检验精加校直喷丸回火论证：首先正火可以细化晶粒，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，提高低碳钢零件的硬度，提高切削性能。接着需要表面硬度，发挥结构钢优越的机械性能，常将结构钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质表面淬火高。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC5862），芯部硬度低，耐冲击。3.4.2锻造工艺曲线查阅热处理工艺规范数据手册可以找出20CrMnMo钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式，如下表所示： 表3-8 20CrMnMo钢的锻造工艺图表项目Ac1(Ar1)Ac3(Ar3)加热温度/始锻温度终锻温度钢坯710(620)830(740)92094012008503.4.3预备热处理工艺方案、工艺参数及其论证20CrMnMo正火 87010 0.5h 空冷渗碳 92510 6h 坑冷重新加热淬火 84010 0.5h 油冷低温回火 16010 1.5h 空冷论证：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，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。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，满足加工中心主轴的使用要求。钢经渗碳后，仅使其表面层的含碳量提高到0.70%1.05%，仍达不到表层高硬度和耐磨的要求，因此，渗碳后还需淬火和低温回火，使工件表层具有高的硬变和耐磨性。渗碳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，淬火是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。3.4.4最终热处理工艺方案，工艺参数及论证3. 4. 4.1 正火 1.正火的目的1) 正火可以细化晶粒，使组织均匀化。2) 消除切削加工后的组织硬化现象和去除内应力。3) 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830摄氏度，所以将钢件的加热温度确定为870摄氏度。3 加热方法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。原因是加热速度快，节约时间，便于批量生产4 加热介质 加热介质为空气5 保温时间 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=(60-36)2=12mm。所以=KD=1.51.412=25.2min取30min6 正火工艺曲线根据以上热处理参数的确定工件的正火工艺曲线见图3-9根据计算结果绘制出工件的正火曲线横轴为时间，纵轴为温度。温度 87010 30min 空冷 时间/分钟 图3-9 正火处理工艺曲线7 冷却方式冷却方式采用出炉空冷。8 冷却介质 冷却介质：空气。9 正火组织细珠光体铁素体。3.4.4.2 20CrMnMo的渗碳工艺1 渗碳的目的渗碳是将钢件置于足够的碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使其形成一个富碳层的热处理工艺。具体是将含碳(0.10.25)的钢放到碳势高的环境介质中，通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火和回火，使工件的表面层得到碳含量高的M，而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量较低的M，提高表面层的耐磨性(碳含量高的M)，同时保持心部有高的耐冲击能力，即强韧性。采用甲醇-煤油滴注式气体渗碳。高温下甲醇的裂解产物H2O、CO2等将CH4和C氧化。可使炉气成分和碳势保持在一定范围内。 渗碳可以再多方面提高钢件的机械性能，可以提高钢件的硬度和耐磨性，降低冲击韧性和断裂韧性（冲击韧性和断裂韧性随着表面碳含量的越高、碳层越深，降低的越多），同时可以提高疲劳强度（碳层的高强度有助于疲劳强度的提高）。2 渗碳温度 目前在生产上广泛使用的温度是920940。对于薄层渗碳，温度可以降到880 900，而对于深层渗碳（大于5mm）温度往往提高到980 1000 （主要是缩短渗碳时间）。 温度越高渗速越快，但是温度过高会引起奥氏体晶粒长大，降低零件的力学性能，增加零件的畸变，降低使用寿命。通常渗碳的温度选择要根据渗层的深度确定。渗层深度与温度的关系见表3-10表3-10 渗层深度与温度的关系表加工中心主轴的渗层深度为1.31.5mm所以选渗层深度的温度应为92510。3 渗碳介质渗碳介质：煤油渗碳煤油在925的分解产物及含量见表3-11，井式炉煤油滴量表 3-12表3-11 渗碳煤油在925的分解产物及含量CO2COH2CH4CmHnO2N20.232.466.20.60.6- 表 3-12 井式炉煤油滴量设备型号RQ3-35-9DRQ3-60-9DRQ3-75-9DRQ3-90-9D煤油滴量（mlmin）排气期2.02.43.03.2强渗期2.43.04.246扩散期1.21.62.02.24 渗碳保温时间保温时间6小时依据：渗碳时间的确定：根据公式：其中(mm)为渗碳层深度；K为常数；t(h)为渗碳保温时间。925渗碳时取K为0.63故t=（1.50/0.63）（1.50/0.63）=5.66h故选渗碳时间为6小时5冷却方法：冷却方式：随炉缓慢冷却至850后出炉，组织的偏析基本消除，比较均匀。对于重新加热淬火的工件，为了减少表面的氧化，脱碳及变形，应该炉冷至850860摄氏度出炉空冷。最好是将坑冷。 6 渗碳后的组织 表面：碳化物+珠光体铁素体心部：珠光体铁素体7 渗碳工艺曲图图为RQ3-75-9井式渗碳炉的工艺图8 渗碳过程中注意的问题 （1）渗碳过程中，通常可借助观察排出废气的火苗，判断炉内的气氛。正常火苗呈现浅黄色，无黑烟和白亮的火束或火星。火苗长100200mm，炉内压力为200300pa。非正常的火苗有：火苗中有火星，表示炉内炭黑过多，火苗过长而且尖端外缘出现亮白色，表示渗碳剂供给量过多，火苗短而且外呈浅蓝色，有透明感，表示渗剂供给量不足。（2）由于中段，内里部分和端面不做渗碳要求，应该涂上防渗碳涂料。（3）对于重新加热淬火的工件，为了减少表面的氧化，脱碳及变形，应该炉冷至850860摄氏度出炉空冷，最好是坑冷（冷却坑内应先加入一些甲醇，乙醇，以产生保护气氛）。3.4.4.3 20CrMnMo的淬火工艺1 渗碳后一次重新加热淬火的目的提高硬度和耐磨性，如刃具、量具、模具等；提高强韧性，如各种机器零件；提高耐腐蚀性和耐热性，如不锈钢和耐热钢。2 淬火温度淬火温度：84010依据：亚共析钢淬火加热温度选用AC3+（3050），这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。3 保温时间淬火加热时间包括升温和保温时间两段时间，升温时间包括相变重结晶时间，保温时间实际上只考虑碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间。 在具体的生产条件下，淬火加热时间常用经验公式计算，通过实验最终确定。常用的经验公式为： = aKD 式中 加热时间，min； a 加热系数，min/mm； K 装炉修正系数； D 工件有效厚度，mm。 加热系数a表示工件单位厚度需要的加热时间，其大小与工件尺寸、加热介质和钢的化学成分有关，下表是常用钢的加热系数。表3-13 常用钢的加热系数工件材料工件直径/mm600箱式炉中加热750850盐炉中加热或预热800900箱式炉或井式炉中加热10001300高温盐炉中加热碳钢500.30.41.01.2500.40.51.21.5合金钢500.450.501.21.5500.500.551.51.8高合金钢0.300.400.300.350.170.2高速钢0.300.350.160.180.650.850.160.18 根据设计的加工中心主轴，加热系数a的大小取1.5。 装炉量修正系数K是考虑装炉的多少和方式来确定的。工件在炉内的排布方式直接影响热量传递的通道，轴在炉中的摆布如下图： 修正系数K的值取1.3所以，淬火加热时间 =aKD 23.4min同时，工件在渗碳炉中保温的时间已经足够长无需再加热很长时间。所以得到保温时间是0.5h。4 淬火工艺曲线见图3-1484010淬火温度/单液油淬30min时间/h图3-14 淬火工艺曲线5 冷却介质 L-AN15(10号机械油)的冷却能力见表3-15 表3-15 10号机械油的冷却能力特性温度/特性时间/s800400冷却/s4604.85.05依据：该冷却介质冷却能力适中适合20CrMnMo小件零件的淬火工艺处理。淬火过程中Ms点已经进入对流阶段，低温区冷却能力远小于水，可以减少工件应力的产生，减少由于内应力产生的变形和开裂。6 淬火后组织组成表面：高碳马氏体碳化物残余奥氏体 心部：低碳马氏体残余奥氏体依据 20CrMnMo的C曲线。由于表面渗碳含碳量较高在淬火后表面为马氏体和网状碳化物额和残余奥氏体，心部由于含碳量相对低所以其组成为低碳马氏体和残余奥氏体。3.4.4.4 20CrMnMo的回火工艺1 回火目的提高淬火钢的塑性和韧性，降低其脆性，但却往往不可避免地要降低其强度和硬度，回火的另一个目的是降低或消除淬火引起的残余应力，这对于稳定工具钢制品的尺寸特别重要。一般来说，淬火零件不经回火就投入使用时危险地，也是不允许的。回火可以在A1下很宽的温度范围内进行，钢的性能也可以在很宽的范围内变化，因此，回火是调整钢制零件的性能以满足使用要求的有效手段。2回火温度回火加热温度选为16010 依据：低温回火时，马氏体发生分解，析出碳化物而成为马氏体，淬火内应力得到部分消除，淬火时产的微纹也大部分得到愈合，因此低温回火也可以在很少降低硬度的同时使钢的韧性明显提高。渗碳和碳氮共渗零件，不仅要求表面硬而耐磨，同时也要求心部有较好的塑性和韧性。但因其实质上相当于表层高碳钢与心部低碳钢的一种复合材料，因此用低温回火可以满足两部分要求。通常渗碳和渗氮零件的回火温度是 180 。表 3-16 常用钢回火温度与硬度的关系3 加热介质加热介质：空气4 保温时间保温时间：1.5h确定回火保温时间一般的做法是根据工件的截面厚度而定，一般每25mm厚度保温12h，温度高可酌情缩短。回火的保温时间 回火时间一般为13小时表3-17 在空气炉中保温时间有效厚度/mm2020404060608080100保温时间/min30454560609090120120150 合金钢的保温时间按上述表格中所列出的时间增加20%30%，空气炉低温回火的保温时间不得低于120min；装炉量大时，保温时间应适当延长。所以轴的保温时间确定为1.5h。5 回火工艺曲线见图3-18温度/16010回火空冷1.5h时间/h图3-18回火工艺曲线6 冷却方式出炉空冷7 硬度表面硬度： 60HRC 3.4.4.5 总的热处理工艺曲线热处理总工艺曲线见图3-19温度/1.5h92510870106h840101601030min空冷30min正火时间/t回火淬火渗碳坑冷空冷油淬图 3-19 热处理总工艺曲线3.4.5 辅助工序方案 （1）喷砂：运用喷砂机，将砂流冲到工件表面，利用高速砂流的冲击作用清理和粗化机体表面的过程，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件表面的机械性能得到改善，提高工件的抗疲劳性，使工件显得更加美观，精细。 （2）表面防锈处理：利用抛光，刷防锈漆等方法进行表面防锈处理。（四）选择加热设备4.1 中温井式电阻炉国产电阻炉的编号采用汉语拼音+阿拉伯数字来表示，编号的一般格式为前有三个汉语拼音字母，后面为两组数字。第一个字母R代表电阻炉，第二个字母表示设备的特点（J加热，Y盐浴，Q气体渗或保护气等），第三个字母表示炉膛的形式（X箱式，J井式，D电极式，M埋入式等），第一组数代表设备的功率，第二组数代表使用的温度。例如RJJ-75-6、RYD-100-13、RJX-75-9等，通过设备的型号可以看出类型、加热特点、炉膛大小以及使用温度等，便于正确选用设备。我的加工中心主轴，它大端的直径是80mm，小端直径为60mm，长度是300mm.材料是低碳合金钢20CrMnMo。它的正火温度在870左右。考虑到中温炉在中温测量时比较准确，因而选用中温井式炉。结构图4-1如下图4-1 中温井式炉结构图1-炉盖机构口;2-炉盖;3-保温材料;4-热电偶孔;5-电热元件;6-耐火材料 根据我设计的加工中心主轴大小，正火，淬火选用的电阻炉为RJ2-40-9。回火选用RJ2-55-6低温井式电阻炉。 表4-2 标准系列中温井式电阻炉技术数据型 号功率/kw电压/v相数最高工作温度/炉膛尺寸（直径深度 ）/mm炉温890时的指标空炉损耗功率/kw空炉升温时间/h最大装载量/kgRJ2(RJ2-)RJ2-40-9403803950 60080092.5350RJ2-55-6553803650700900 - 4.2 井式渗碳炉渗碳炉是新型节能周期作业式热处理电炉，主要供钢制零件进行气体渗碳。由于选用超轻质节能炉衬材料和先进的一体化水冷炉用密封风机，渗碳炉炉温均匀、升温快、保温好 ，工件渗碳速度加快，碳势气氛均匀，渗层均匀，在炉压提高时，亦无任何泄漏，提高了生产效率和渗碳质量。RQ系列井式气体渗碳炉系周期作业式电炉，主要供碳钢机件的气体渗碳等用。与电炉控制柜配合使用可自动控制及自动记录电炉的温度其结构主要由炉体、加热元件和温控系统组成。炉体外壳由型钢及钢板焊接而成，内用超轻质高铝泡沫砖砌筑成炉膛。保温层采用硅酸铝耐火纤维、硅藻土（或蛭石粉）散料结构，以提高炉体保温性能。加热元件安放在搁丝砖上，并有电阻丝小钩使其定位。炉膛内有一耐热板焊接成炉罐及料筐，被处理工件安放在料筐内。为使被处理工件均匀的与渗碳气体接触，在炉壳上装有通风机，用来强制气流循环，以使炉内温度和气体均匀。在风机轴套上有一防止漏气的密封装置，并采用冷却水冷却。炉盖的升降均有液压升降机构来完成。当需将炉盖升起时，只要开动液压装置，炉盖即徐徐上升；如需炉盖下降，只要旋松液压装置中内螺纹截止阀，炉盖即缓缓下降。在升降轴处，有两限位开关，当升降轴上升时，下面一个限位开关自动切断电动风机电源，以免操作发生危险；当炉盖升足时，上面一个限位自动切断液压装置的电源，以防升降轴顶出油缸发生意外。RQ系列电炉的液体滴入系统备有可进行三种液体同时滴入的滴量器，并可通过流量计及针形阀控制其流量。在炉盖上方设有水冷却的试样管、取气孔、排气孔，如与红外线CO2分析仪配合及改装，则可进行碳势自动控制的工艺操作。表4-3 RQ系列渗碳井式炉的型号 型号额定功率/kW额定电压/V相数额定温度/炉膛尺寸（直径深度）/mm在950时有关指标空炉损耗功率/kW空炉损耗升温时间/h最大装载量/kWRQ3-25-925380395030045072.550RQ3-35-935380395030060092.570RQ3-60-9603803950450600122.5150RQ3-75-9753803950450900142.5220RQ3-90-9903803950600900163.0400RQ3-105-910538039506001200183.0500根据我设计加工中心主轴的大小，选择型号为RQ3-75-9系列的井式渗碳炉比较合适。 图4-4 RQ3-75-9井式渗碳炉结构图 图4-5 RQ3-75-9井式渗碳炉实图（五）工装图 RQ3-75-9井式渗碳炉的炉膛尺寸（直径深度）为450900，中温井式电阻炉为RJ2-40-9炉膛尺寸（直径深度）为600900。以渗碳炉的尺寸为设计原则。如图4-6 尺寸：4509002 （直径深度层数），每个孔的直径为60mm。图4-6 图4-7底面一圆实盘，中间两个圆盘带通孔若干，中间用轴，根据工件大小，炉子条件，可以做2层，增大装炉量。材质：Cr-Mn-N、Ni7N、2520等零件的有效厚度为12mm，渗碳时零件之间的间隔为：0.512=6mm综合考虑零件的间距和数学，几何计算得出下表4-7： 所以可在井式炉内一次放:(6+12+18)2=72个。表4-7R066132198X061218注R:距离圆心的距离；X:以R作圆后，可沿着周长作小圆的个数；小圆与小圆的间距为6mm。（六）工序质量检验项目、标准方法检查主轴的外观表面、渗层深度、硬度、金相组织等是否达到设计的要求。a. 外观：表面无损伤、烧伤、严重腐蚀等缺陷；使用测量工具测量，用显微镜看表面是否有裂纹。b. 主轴头部144.4mm及尾部30mm渗层深度：1.31.5mm；金相法：步骤为打断试样、磨光、腐蚀，然后用放大镜测出整个成乌黑色外层的厚度即为全渗层厚度。或硬度法，它是目前采用最广泛的方法，便捷、精确、设备简单，零件或式样经渗碳淬火后切取下来（切取时避免受热回火）用砂纸磨光，然后垂直于渗碳表面（或呈一定角度）测维氏硬度（载荷9.8N），根据所测得硬度与至表面距离的关系曲线，以硬度大于HV550（相当于HRC50）的层深作为优先渗碳层深度。c. 硬度： 6065HRC；洛氏硬度计打硬度。d. 金相组织：马氏体、残余奥氏体及少量小条状碳化物。参照JB/T6141.3-1992重载齿轮渗碳金相检验评定，马氏体及残余奥氏体均为4级，碳化物为1级。用金相显微镜看金相组织。f工件变形检查：根据图样技术要求检查工件的挠曲变形、尺寸及几何形状的变化。（七）热处理工艺过程中缺陷分析 7.1常见的渗碳缺陷缺陷名称产生原因预防措施表面碳质量分数低1. 炉温低2. 渗剂滴量少3. 炉子漏气4. 工件表面不干净1. 校检仪表，调整温度2. 按工艺规范调整滴量3. 检查炉子密封性4. 清理工件表面、补渗残留奥氏体过多1. 炉气碳势过高2. 渗碳温度过高3. 奥氏体中碳和合金元素含量过多1. 按工艺规范调整渗剂滴量2. 降低渗碳温度3. 冷处理或高温回火后重新加入淬火渗层深度不够1. 保温时间不够2. 表面碳质量分数低1. 适当延长保温时间2. 按正常渗剂滴量补渗渗层深度不均匀1. 炉温不均匀2. 炉气循环不良3. 工件表面沉积炭黑1. 正确摆放工件2. 检查风扇3. 渗剂量不要过多表面硬度低1. 表面碳质量分数低2. 残留奥氏体多3. 形成托氏体组织1. 按正常渗剂滴量渗碳2. 形成托氏体组织是表面碳浓度低，淬火时冷速不够3. 表面有托氏体可重新加入淬火表面有粗大的网状碳化物1. 炉气碳势过高，渗碳剂浓度太高或活性太大2. 预冷温度过低3. 渗碳温度高或保温时间长4. 冷却太慢1. 严格控制表面碳质量分数，或当渗碳层要求较深时，保温后期适当降低渗剂滴量2. 提高预冷温度，适当加快出炉的冷却速度3. 提高淬火加热温度，延长保温时间重新淬火4. 渗碳后通过正火处理，予以消除畸变1. 夹具选择方式不当，因工件自重而产生变形2. 工件本身截面不均，在加热和冷却过程中因热应力和组织应力而变形3. 冷速过快1. 合理装夹工件对应变形工件采用压床淬火并在淬火时趁热矫正2. 采用热油淬火7.2 常见的淬火缺陷 缺陷产生原因预防措施硬度不够亚共析钢加热不足，有未溶铁素体正确选择并严格控制加热温度、保温时间和炉温的均匀性控温仪表故障定期检查控温仪表预冷时间过长正确控制预冷时间冷却速度不够1. 合理选择淬火介质2. 控制淬火介质的温度不超过最高使用温度3. 定期检查或更换淬火介质在淬火介质中停留时间不够正确控制在淬火介质中停留的时间钢的淬透性差更换淬透性高的钢或提高冷却速度氧化和脱碳导致淬火后的硬度降低1. 采取防氧化脱碳措施2. 采取下线加热温度3. 在600左右预热，然后再加热到淬火温度，缩短高温加热时间过热和过烧1. 加热温度过高，或在高温下加热时间过长2. 仪表失控而超温1. 正确选择淬火加热温度和保温时间2. 定期检