齿轮用钢的热处理工艺设计毕业论文.doc

安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）齿轮用钢的热处理工艺设计毕业论文目录引言1第1章 绪论21.1 齿轮热处理的理论基础21.1.1热处理的定义21.1.2热处理的分类21.2 齿轮热处理的研究现状与发展趋势31.2.1 研究现状31.2.2 发展趋势41.3 本论文研究的主要内容及意义41.3.1 主要内容41.3.2 研究意义5第2章 热处理工艺设计62.1 零件的结构与工作条件62.1.1 机床齿轮的结构62.1.2 齿轮的服役条件和失效形式62.2 零件材料的选择72.2.1 热处理零件的选材原则72.2.2 选材应注意的问题82.3 热处理工艺方案的制定82.3.1 零件的技术要求82.3.2 制定工艺路线92.3.3 确立工艺参数10第3章 实验过程及结果分析153.1 热处理实验过程153.1.1制定模拟实验方案153.1.2实验操作过程153.2 实验结果及分析193.2.145钢热处理组织分析193.2.2Q235钢热处理组织分析203.2.345钢热处理硬度分析233.2.4 Q235钢热处理硬度分析23结论与展望25致谢26参考文献27附录A：外文文献及其译文28附录B：主要参考文献的题录及摘要43插图清单图2-1机床齿轮结构图6图2-2零件选材技术路线图8图2-3工件在炉内排布图11图2-4 FeFe3C状态图13图3-1 KSJ系列箱式电阻炉15图3-2机械抛光过程图17图3-3金相显微镜18图3-4 HRS-150数显洛氏硬度计18图3-5 45钢热处理显微组织20019图3-6 Q235钢退火处理显微组织20020图3-7 Q235钢渗碳处理缓冷显微组织20021图3-8 Q235钢淬火处理显微组织20021图3-9 Q235钢低温回火处理显微组织20022图3-10 Q235钢不同热处理后硬度曲线图24表格清单表2-1 45钢和Q235钢的临界温度10表2-2 常用钢的加热系数11表2-3 常用渗碳剂的成份12表2-4 渗碳温度、保温时间和渗碳层深度间的经验数据13表3-1 45钢不同热处理后的硬度值23表3-2 Q235钢不同热处理后的硬度值 24- 45 - 引言齿轮用于机械装置中功率的传递与速度的调节, 在汽车、拖拉机、机床、起重机械等产品中不仅有重要的作用, 而且用量相当大。在工作中,它的受力情况比较复杂,齿轮的齿根部受交变弯曲应力,齿面承受大的接触应力并产生强烈的摩擦,在换挡、启动和啮合不良时,齿轮还承受一定的冲击载荷。齿轮的主要失效形式是疲劳断齿、疲劳点蚀以及齿面的过量磨损。根据齿轮的受力情况和失效分析可知,齿轮一般都需经过适当的热处理,以提高承载能力和延长使用寿命,齿轮在热处理后应满足下列性能要求: 较高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度( 抗疲劳点蚀)。齿面具有较高的硬度和耐磨性。齿轮心部具有足够的强度和韧性。齿轮的材料及热处理对齿轮的内在质量和使用性能都有很大的影响。锻钢、铸钢、铸铁、有色金属及非金属材料都可用来制造齿轮,各种热处理方法,如渗碳、渗氮、碳氮共渗、表面淬火、调质和正火等,在齿轮制造中都被应用,因此,齿轮的选材和热处理方法的选用较其它零件复杂。这就需要设计人员根据齿轮承载能力的不同,合理选择材料和毛坯及热处理工艺,并制定相应的工艺路线,用最经济的办法最大限度地发挥材料的潜能, 做到“物尽其用”。长期以来,轿车用齿轮锻造毛坯大多采用正火处理。近年来,随着齿轮材料的多样化和对齿轮质量的高标准要求,正火工艺常常难以满足生产的实际需要,尤其是大功率发动机的问世促进了新型Cr-Ni-Mo系列齿轮钢的开发和应用,使锻后热处理工艺的研究变得更为重要和迫切。目前,国外汽车生产厂家对齿轮锻坯普遍采用等温退火处理,而且对不同的材料规定了不同的等温退火工艺。生产实践表明,经等温退火处理的齿轮不仅机加工性能大大提高,而且渗碳淬火后的变形也明显减小。因此,齿轮锻坯的等温退火工艺是一项应大力推广的新工艺1。第1章 绪论1.1 齿轮热处理的理论基础1.1.1 热处理的定义金属材料的热处理是将固态金属或合金，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，有时并兼之以化学作用和机械作用，使金属合金内部的组织和结构发生改变，从而获得改善材料性能的工艺。热处理工艺是使各种金属材料获得优良性能的重要手段。热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的，而且，只要选材合适，热处理得当，就能使机械零件和工模具的使用寿命成倍、甚至十几倍的提高，实现“搞好热处理，零件一顶几”的目标，收到事半功倍的效果。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义2。1.1.2 热处理的分类金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。（1）退火：将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却(冷却速度最慢)，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。（2）正火：将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。（3）淬火与回火：将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。（4）“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺 。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。（5）表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法，有激光热处理、火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。（6）化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等。1.2 齿轮热处理的研究现状与发展趋势1.2.1 研究现状建国以来，我国的热处理技术有了很大的发展，现有热处理生产厂点一万余家，职工15万人，专业科技人员约1000余人，热处理加热设备11万台，年生产能力660万吨钢件，年产值约50亿元，全员劳动生产率约3万元/人年。目前我国在热处理的基础理论研究和某些热处理新工艺、新技术研究方面，与工业发达国家的差距不大，但在热处理生产工艺水平和热处理设备方面却存在着较大的差距，还没有完全扭转热处理生产工艺和热处理设备落后、工件氧化脱碳严重、产品质量差、生产效率低、能耗大、成本高、污染严重的局面。下面具体从齿轮热处理方面说明其中的不足之处。（1）齿轮材料品质较低，铸锻件缺陷较多，一些特殊要求的材料如直升机高温高硬度齿轮钢、高寒气候军用车辆低温抗冲击性能齿轮钢、低应力感应淬火齿轮钢等缺乏。（2）齿轮渗碳淬火变形大，磨齿时可能出现磨削裂纹、烧伤和磨削台阶，且渗碳周期较长、能耗高，易产生内氧化，影响齿根弯曲疲劳强度；渗氮层薄，不适合较大模数的齿轮，若增加层深，时间太长，而且相成分控制困难；感应淬火齿轮易出现齿根淬火开裂，硬化层与心部的过渡层薄弱，往往引起早期疲劳剥落，严重影响齿轮承载能力和可靠性。（3）对于热处理变形的产生,至今尚没有用来分析和解决实际工件热处理变形的系统而实用的方法。因此,一方面,应加强理论研究,正确地模拟齿轮的热处理变形过程,分析各种因素的影响机理,为解决变形问题提供理论依据。另一方面,各厂应根据自己的实际情况,有针对性地摸索出各种因素对齿轮变形的影响规律,有效地减少齿轮的热处理变形。（4）目前，车辆齿轮大都进行渗碳淬火处理，渗碳气氛对C r、M n、S i、A l等元素具有氧化性。这些元素在表面层下被内氧化，使表层的合金元素含量降低，导致淬透性降低，在1 02 0m左右的深度形成不完全淬火层，这种现象对疲劳强度影响很大。采取的对策是降低钢中导致上述氧化物形成的元素含量，添加Ni、Mo等非氧化性且可提高淬透性的元素。车辆齿轮一般采用渗碳淬火强化，但渗碳淬火会带来较大变形，进而影响齿轮精度。感应热处理加热速度快，变形小。选材为中碳钢或中碳合金钢，如45、55、40Cr、42SiMn、35CrMo、42CrMoH、40CrMnMo、40CrNiMo。齿轮表面淬硬层为中碳回火马氏体，齿面具有高硬度、高耐磨性及高疲劳强度和韧性，以保证使用中能承受较大的弯曲应力和冲击力3。1.2.2 发展趋势为促进我国热处理技术的发展，我们应全面了解热处理技术的现状和水平，掌握其发展趋势，大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”，力争到 2020年时达到工业发达国家八十年代中期的水平。未来我国齿轮热处理的发展方向有以下七点。（1）高承载能力、高可靠性现代机械设备的技术参数不断提高，对齿轮的性能提出了更高的要求，如风电齿轮、高速列车传动齿轮、核电及大型石化装备的齿轮等，因此，对材料热处理的冶金因素、残余应力与性能之间的关系必须更深入地研究，并运用有限元及断裂力学来计算、分析裂纹的形成与扩展，预测使用寿命，提高其可靠性。（2）齿轮大型化、精密化现代机械设备越来越大型化，如大型石化装备、水泥、钢铁冶金、矿山开采、电力、运输等，其传递功率增大，相应齿轮也就越来越大，而且加工精度要求还很高。现在渗碳淬火齿轮直径从1m2m3m，最大直径已到5m，单件齿轮重已达40t以上，这使得渗碳工艺和热处理质量的控制成为了很大的难题。（3）大批量生产、高质量要求我国汽车、工程机械及摩托车各类车辆齿轮的生产量以亿件计，这类齿轮的生产既要求高质量，又要求高速度，因此，热处理工艺的均匀性、稳定性就成为难点。（4）更高的钢材冶金质量和锻件质量要求普遍采用真空脱气、钢包精炼方法，提高钢材纯净度，降低含氧量和非金属夹杂物，控制淬透性带；同时，采用合理的锻造工艺和锻后热处理，保证足够的锻造比，从而提高钢的力学性能和工艺性能，以满足齿轮高强度和高可靠度的要求。（5）减小热处理变形随着机械设备的大型、高速、高精度化，对齿轮传动也提出了更高的要求，最初的整体硬化（调质）从承载能力到经济性都不能满足工业发展的需要，现在已普遍采用硬齿面热处理工艺，其中又以渗碳淬火为主。困扰多年的渗碳碳势控制已经解决，而留下一个最大的难题就是热处理变形，其不仅影响齿轮的精度，还影响齿轮的强度。然而，由于齿轮的热处理变形的影响因素很多，其技术难度相当大，因此需要付出很大的努力。（6）热处理工艺计算机模拟随着现代计算机技术的发展，从齿轮强度和热处理工艺综合的角度开展CAD、CAE工程应用的研究；在热处理工艺方面对加热、冷却过程的温度、热传递、组织转变、应力等进行模拟，从而提高热处理工艺水平和齿轮的承载能力。（7）热处理工艺节能、环保工业生产的节能、环保是对齿轮热处理生产的重要考验。在硬齿面齿轮热处理工艺中，渗碳淬火具有最佳综合力学性能，但也是耗能最大、污染最严重的工艺，而渗氮、表面感应淬火则是节能、低污染的工艺，但两者的承载能力都受到限制，国内外一直进行着扩大在齿轮中应用的研究,有潜力但尚需更多的努力3。1.3 本论文研究的主要内容及意义1.3.1 主要内容1、假设机床齿轮分别选用45钢和Q235钢作为材料，根据齿轮的服役条件，分别采用调质、渗碳和表面淬火处理，制定其热处理工艺参数，包括加热温度、保温时间、冷却方式和冷却介质等。重点分析制定依据。2、根据所设计的热处理工艺，进行相应的热处理操作；观察热处理后的组织，金相摄影，并测试相应的硬度；分析组织和性能变化机理。1.3.2 研究意义该课题是根据齿轮使用条件和性能要求，选择不同的材料，进行相应的热处理工艺设计，包括加热温度、保温时间、冷却方式和冷却介质等。并通过热处理，分析组织和性能的变化，在实验基础上，验证所设计热处理工艺的正确性。该课题不仅能使学生加深对所学理论知识的理解和掌握，也可以提高学生分析和解决实际问题的能力，为今后从事相关工作奠定了基础。第2章 热处理工艺设计2.1 零件的结构与工作条件2.1.1 机床齿轮的结构图2-1 机床齿轮结构图该齿轮零件的模数m=4毫米，要求小批量生产。2.1.2 齿轮的服役条件和失效形式1、服役条件齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一。其主要作用是传递动力，改变运动速度和方向。是主要零件。其服役条件如下：（1）齿轮工作时，通过齿面的接触来传递动力。两齿轮在相对运动过程中，既有滚动，又有滑动。因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用。在齿根部位受到很大的弯曲应力作用；（2）高速齿轮在运转过程中的过载产生振动，承受一定的冲击力或过载；（3）在一些特殊环境下，受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用4。2、失效形式 根据其服役条件，常见的失效形式为以下四点：（1）疲劳断裂齿轮在交变应力和摩擦力的长期作用下，导致齿轮点面接疲劳断裂。其产生是由于当齿轮受到弯曲应力超过其持久极限就出现疲劳破坏而超过材料抗弯强度时，就造成断裂失效；（2）表面损伤 a. 点蚀 是闭式齿轮传动中最常见的损坏形式，点蚀进一步发展，表现为蚀坑至断裂。 b. 硬化层剥落 由于硬化层以下的过渡区金属在高接触应力作用下产生塑性变形，使表面压应力降低，形成裂纹造成碳化层剥落。 （3）磨损失效汽车、拖拉机上的主载荷齿轮，受力比较大，摩擦产生热量较大，齿面因软化而造成塑性变形，在齿轮运转时粘结而后又被撕裂，造成齿面摩擦磨损失效（4）磨粒磨损外来质点进入相互啮合的齿面间，使齿面产生机械擦伤和磨损，比正常磨损的速度来得更快。2.2 零件材料的选择齿轮材料的选用主要是根据齿轮工作时载荷的大小,转速的高低及齿轮的精度要求来确定的。载荷大小主要是指齿轮传递转矩的大小,通常以齿面上单位压应力作为衡量标志。一般分为:轻载荷、中载荷、重载荷和超重载荷。齿轮工作时转速越大,齿面和齿根受到的交变应力次数越多,齿面磨损越严重。因此,可以把齿轮转动的圆周速度v 的大小,作为材料承受疲劳和磨损的尺度。一般分为:低速齿轮(19 m/s)；中速齿轮(610 m/s)；高速齿轮(1015 m/s)。齿轮的精度高,则齿形准确,公差小,啮合紧密,传动平稳且无噪声。机床齿轮精度一般为68级(中、低速)和812 级(高速),汽车、拖拉机齿轮精度一般为68 级。机床中使用的齿轮主要起传递动力、改变运动速度和运动方向的作用。机床齿轮的工作条件比起汽车、拖拉机、矿山机械、动力机械中的齿轮来说相对工作平稳,负荷小,工作环境较好。一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度,只有在分度传动机构中要求较高的精度。实践证明,一般机床齿轮选用中碳钢制造, 如Q235、Q275、40 、45 、50 、50Mn 等钢制造5。那么如何确定选择那种材料最为合适呢？在对齿轮材料进行选材时，必须要围绕着热处理材料的选材原则，进行多方面考虑。2.2.1 热处理零件的选材原则1、使用性原则使用性原则是零件在使用中应该具有的性能，这是保证零件完成规定功能的必要条件。在选材之前必须了解零件承受的负载类型及大小，所处工作环境和介质温度等服役条件。服役条件不同，性能要求也不一样。根据上一节中描述的齿轮的服役条件，我们得出机床齿轮的受力情况和性能要求如下：机床齿轮工作时一般受力情况为:(1) 齿部承受很大的交变弯曲应力；(2) 换档、启动或啮合不均匀时承受冲击力；(3) 齿面相互滚动、滑动时摩擦, 并承受接触压应力。以上齿轮的受力特点决定其损坏形式主要是齿的折断和齿面的剥落及过度磨损。据此, 在选择齿轮材料时要使材料性能满足以下要求:(1) 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；(2) 齿面有高的硬度和耐磨性；(3) 齿轮心部有足够高的强度和韧性；(4) 较好的热处理工艺性。2、工艺性原则零件毛坯主要有铸件、锻件、焊接件和型材四种，熟悉材料的加工工艺过程和材料的工艺性能，使所选材料比较容易加工成工件，在选材时必须考虑材料的加工工艺性能。从原材料到成品件，不同的工作经过了不同的冷、热加工工艺，从工艺性出发，选材可按下列技术路线进行：综合比较初选材料提出对材料工艺性能的要求制造加工工艺路线 初选材料合格不合格重选或修改确定材料图2-2 零件选材技术路线图3、经济性原则选材要讲经济效益，即应计算所得与所费、投入与产出、有用效果与、劳动消耗，要对它们进行评价和比较，从中选择最合适的不一定是最好的或单价最贵的材料，以最好的消耗量得到最大的效益，这就是经济性原则6。零件选材原则的实质是所选材料要耐用，易加工且费用低。同时，我们在进行选材时，还需要注意一些问题。2.2.2 选材应注意的问题（1）在大多数情况下优先考虑使用性能，工艺性能和经济性原则次之；（2）有些力学性能指标（如 b、0.2、-1、K1c）可直接用于设计计算； 、Ak等不能直接用于计算，而是用于提高零件的抗过载能力，以保证零件工作安全性；（3）在对零件的力学性能要求转化为材料力学性能指标时，要注意手册上给出的组织状态。如果零件的最终状态与手册上给出的相同，可直接使用，否则，还得查阅其它手册、文献资料或进行针对性的力学性能试验；（4）手册或标准给出的力学性能数据是在试验室条件下对小试样的试验结果，引用这些数据时要注意尺寸效应；（5）由于材料成分是一个范围，试样毛坯的供应状态可以有多种，因此，即使是同一牌号的材料，性能也不完全相同。国际标准或原冶金部标准给出的热轧或退火状态的力学性能范围或最低值，其数据可靠；而技术资料、论文中给出的数据一般是特定条件下的平均值，使用时要加以注意；（6）同一材料的不同供应状态对数据影响很大；（7）选材时要注意同时考虑所选材料的成型加工方法。分别从使用性、工艺性和经济性三方面入手，结合零件的结构尺寸与实际工作条件分析，最终确定分别选择45钢和Q235钢作为机床齿轮的材料。2.3 热处理工艺方案的制定2.3.1 零件的技术要求45钢制成的轻载低速或中速机床齿轮技术要求如下：齿表硬度：3035 HRCQ235钢制成的轻载低速或中速机床齿轮技术要求如下：齿表硬度：700860 HV心部硬度：240295 HV渗碳层深度为：0.60.8 mm72.3.2 制定工艺路线要制定出合理的工艺路线，与之紧密联系的一些概念是必不可少的，包括热处理工艺在整个工件加工制造过程中的位置、选择热处理工艺时应考虑的因素和热处理工艺规程拟定。在这些理论基础上，结合工件的实际技术要求，全方位分析，制定出有效实用的工艺路线。1、热处理在加工工艺路线中的位置材料的加工工艺路线是比较复杂的，根据对工件性能要求的不同，热处理在加工工艺路线中的位置通常有以下三种情况：（1）毛坯正火（退火）机械加工工件成品（一般工件）（2）毛坯预先热处理（正火、退火或调质）粗加工最终热处理（淬火、回火、化学热处理等）精加工（要求较高的工件）（3）毛坯预先热处理粗加工淬火、回火或化学热处理半精加工稳定化处理或化学热处理精加工稳定化处理工件成品（精密工件）2、选择热处理工艺时应该重点考虑的因素（1）工件设计中热处理技术条件 如材料（包括规格、钢种、晶粒度等）、金相组织、硬化层及渗层厚度、强度、冲击韧性及硬度要求；（2）热处理的工艺性 确定热处理工艺时，应根据每种工件的技术,尽量做到工艺上的先进性，技术上的可靠性和经济上的合理性；（3）工厂生产条件及批量 确定热处理工艺时还应考虑工厂的现场特点、现有设备、生产批量等因素。在保证技术要求和质量稳定的前提下，可选用周期作业炉、连续作业炉或设计新标准设备。3、热处理工艺规程的拟定（1）分析所有可能的热处理工艺方案，比较后选择其中保证工件高质量而有最经济的方案；（2）需要热处理的工件应按材料、形状、尺寸、重量和性能要求等选择合适的热处理工艺；（3）根据现场加热和冷却设备选择工件的加热和冷却方法；（4）热处理工艺过程各工序顺序应力求优化，避免在工艺传递过程中的重复7。4、45钢齿轮工艺路线（1）工艺路线的安排齿轮材料选为45钢时, 毛坯为锻件, 由于锻造加工后, 钢件不但存在有残余应力, 而且组织粗大不均匀,成分也有偏析, 严重影响切削加工, 故需采用退火处理改善钢件的切削加工性能。在粗加工后, 为了得到强度、塑性、韧性都较好的综合机械性能, 需对钢件进行调质处理, 据此, 该工艺路线安排为:下料锻造退火粗加工调质半精加工高频表面淬火及回火精磨（2）热处理工序作用分析退火火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序,它可以使同批坯料具有相同的硬度,便于切削加工,使化学成分均匀,减小或消除锻造内应力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。调质处理可以使齿轮具有较高的综合机械性能,提高齿轮心部的强度和韧性,使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。调质后的齿轮组织为回火索氏体,在高频淬火时变形更小。高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序,感应加热表面淬火可以在工件表层得到极细的“隐晶马氏体”组织,从而提高齿轮表面硬度和耐磨性,并使齿轮表面有压应力存在而增加抗疲劳破坏的能力。为了消除淬火应力,高频淬火后应进行低温回火,这对防止研磨裂纹的产生和提高抗冲击能力极为有利8。5、Q235钢齿轮工艺路线（1）工艺路线的安排齿轮材料选为Q235钢时, 毛坯同样为锻件,同理也需采用退火处理改善钢件的切削加工性能。主传动系统中的齿轮, 受力较大, 受冲击较频繁, 因此对材料要求较高。由于弯曲与接触应力都很大, 所以齿轮都需渗碳、淬火处理, 以提高耐磨性和疲劳抗力。据此，该工艺路线安排为: 下料锻造退火机加工渗碳、淬火及低温回火喷丸磨削加工（2）热处理工序作用分析齿轮毛坯锻造后进行退火处理, 用以改善Q235钢的切削加工性，Q235钢退火后的硬度的170210HBS,切削加工性能良好。渗碳处理改变了材料的表面特性，使钢的表面具有高的耐磨性、疲劳强度和抗弯强度，心部具有足够的强度和韧性。机加工后的齿轮经渗碳后预冷到一定温度(一般为840 860)进行直接淬火, 而后再低温回火。回火温度一般为18010。低温回火后, 渗碳层的硬度变化很小, 但是渗碳层的抗弯强度、脆断强度、塑性却可以提高。最后的喷丸处理不仅是为了清除氧化皮, 使表面光洁,更重要的是作为一种强化手段, 使零件表层压力进一步增大, 有利于提高疲劳强度。2.3.3 确立工艺参数1、所选材料的相变临界点表2-1 45钢和Q235钢的临界温度9 （）钢号临界温度（近似值）Ac1Ac3Ar1Ar345724780682751Q2357358556808352、45钢齿轮工艺参数（1）完全退火加热温度：一般在Ac3点以上3060，使之完全奥氏体化，取840。保温时间：可按下式计算 （式2-1）式中为保温时间（h），Q为装炉量。由齿轮的材质和尺寸，取Q=4。所以保温时间=8.5+4/4=9.5h冷却方式：先随炉冷却到600以下，然后出炉空冷。这样冷却速度缓慢，以保证奥氏体在Ar1点以下不大的过冷度情况下进行珠光体转变，以免硬度过高10。（2）淬火加热温度：一般在Ac3点以上3060，以获得奥氏体组织，取840。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。淬火加热时间常用以下经验公式计算 （式2-2）式中为淬火加热时间（min），a为加热系数（min/mm），K为装炉量修正系数，D为工件有效厚度（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11。表2-2 常用钢的加热系数 （mm）工件材料工件直径600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根据图2-1中机床齿轮的尺寸，加热系数a的大小取1.4。装炉量修正系数K是考虑装炉的多少和方式来确定的。前面已经确定了装炉量Q=4，工件在炉内的排布方式直接影响热量传递的通道，齿轮在炉中的排布如右图： 修正系数K的值取2.0工件有效厚度D的计算，可按下述原则确定：圆柱体取直径，正方形截面取边长，长方形截面取短边长，板件取板 图2-3 工件在炉内排布图厚，套筒类工件取壁厚，圆锥体取离小头2/3长度处直径，球体取球径的0.6倍作为有效厚度D10。机床齿轮相当于套筒类工件，故有效厚度D的值取70。所以，淬火加热时间 =1.4270=196min因为淬火加热时间当中有升温的过程，升温时间大约76min，所以减去升温时间，最后得到保温时间2小时。冷却方式：由于冷却速度必须大于临界冷却速度，故采用水冷12。（3）高温回火加热温度：一般高于500，调质处理高温回火实际上为混合组织的回火，一般取560，使之转变为稳定组织回火马氏体。保温时间：回火保温时间，是根据材料、工件尺寸、对工件的性能要求和加热炉型而定的。对于中、高温回火的工件，回火保温时间可按下列经验公式计算 （式2-3）式中为回火保温时间（min），d为加热系数（min/mm），D为工件有效厚度（mm），b为附加时间（一般为1020min）。加热系数d根据炉型而定：盐浴炉 d=0.50.8min/mm井式回火炉 d=1.01.5min/mm箱式电炉 d=22.5min/mm这里采用箱式电炉，加热系数d取值2.2，有效厚度D值为70，附加时间b取值15。所以，回火保温时间=2.270+15=169min冷却方式：一般采用空冷，以防止开裂。3、Q235钢齿轮工艺参数（1）高温退火低碳钢若采用通常的完全退火，则其硬度太低，切削性能不好，故采用高温退火。加热温度：在比完全退火更高的温度下（9601100）加热，获得46级的粗晶粒，以提高切削性能。故加热温度取1000。保温时间：由式2-1计算得，保温时间为9.5小时。冷却方式：先随炉冷却到600以下，然后出炉空冷。（2）渗碳（固体渗碳）钢之所以能够渗碳，是因为钢在高温奥氏体状态，对碳具有相对大的溶解度(2.06%)，钢的渗碳就是借助这个原理。但是，并不是所有状态的碳都可以被钢表面所吸收，而只有活性碳原子才能被钢表面吸收，被吸收的碳原子，在高温状态下在内部往外扩散，从而形成一定厚度的渗碳层13。渗碳剂：固体渗碳剂主要是由木炭粒和碳酸盐(BaCO3或Na2CO3等组成。木炭粒是主渗剂，碳酸盐是催渗剂。木炭颗粒均匀，并要求36mm左右的占80%，