第10章 热处理工艺设计

.,出发点：合理应用热处理新工艺、新技术，并做到技术与经济的统一目标：用最廉价的材料并规定合理的组织性能要求，以最低的能源消耗、最高的劳动生产率生产出质量可靠、性能稳定的工件，满足整机及零部件提出的一定要求，同时无公害。发展方向：优质、高效、节能、无公害,第10章热处理工艺设计,.,一、热处理工艺编制的有关概念工艺过程指改变加工对象形状、尺寸、位置和性质等，使之成为半成品或成品的过程。如钢材制品，一般有锻造、铸造、机加工、热处理等工艺过程。热处理工艺过程在零件整个制造过程中，用热处理方法改变组织和性能的工艺过程。如正火、渗碳、淬火、回火等,.,一、热处理工艺编制的有关概念热处理工序指一个人或一组人在同一场地，对一个或同时对一批工件所连续完成的那一部分热处理工艺过程。热处理工序是热处理过程的基本单元。分类：基本工序达到热处理目的不可少的工序，如正火、淬火、渗碳等辅助工序辅助基本工序更好地实现热处理目的的工序，如清洗、较直、工件裝夹等工序又可分为工步，工序中参数不变的部分,.,热处理工艺路线指对热处理工艺过程中各个工序所安排的程序热处理技术要求一般是热处理后应达到的质量指标，也是热处理质量合格与否的检验标准。热处理工艺规程指导热处理工艺实施的规定性技术文件，以表格形式给出。内容：零件概况、零件简图、技术要求、各工序的工艺参数、要求、所用设备及工装、质量检验项目、抽检率、工时定额及编制人、校对人、审查人、批准人签名等。用途指导热处理各工序生产，生产和管理的依据热处理工艺编制编制热处理工艺规程,.,二、热处理在加工路线中的位置,1、零件加工工艺路线,零件加工工艺路线对原材料到成品零件经过的全部加工工序所安排的程序，包括原材料检验、锻造、铸造、焊接、切削加工、热处理等环节的全部加工工序。制定零件加工工艺路线，需考虑冷加工、热加工的相互配合，结合实际生产条件，对各工序位置予以合理安排。,.,2、热处理类型及在加工路线中的位置,（一）预备热处理,退火和正火,目的是消除毛坯中的内应力，细化晶粒，均匀组织；改善切削加工性；或为最终热处理做组织准备,.,二、热处理在加工路线中的位置,（一）预备热处理,调质处理,主要是提高零件的综合力学性能，或为以后表面淬火和为易变形的精密零件淬火作组织准备,预备热处理一般安排在毛坯件精加工之前,.,（二）最终热处理的工序位置,淬火、回火,渗碳,感应加热表面淬火,整体淬火、回火,二、热处理工序的位置,渗氮,最终热处理一般安排在半精加工之后、精加工（磨削）之前,.,整体淬火、回火件的加工路线,下料,锻造,正火或退火,机械粗加工、半精加工,淬火、低温回火（中温回火）,磨削,下料,锻造,正火或退火,机械粗加工,调质,磨削,半精加工,.,表面淬火件加工路线,下料,锻造,预备热处理（正火或退火）,机械粗加工,调质,机械半精加工,表面淬火、低温回火,精加工（磨削）,.,.,渗氮的工序位置,下料,锻造,预备热处理,机械粗加工,调质,机械精加工,去应力退火,渗氮,粗磨,精磨或研磨,不需渗氮部位镀锡保护，渗氮后磨去。,.,冷冲模具的加工路线,下料,锻造,球化退火,机械粗加工、半精加工,淬火、回火,电加工成形,钳修,.,二、热处理在加工路线中的位置,（三）补充热处理,位置：放在最终热处理之后目的：进一步提高零件的组织稳定性如：稳定化处理，冷处理,.,三、热处理工艺制定原则热处理工艺制定应遵循以下原则。(1)工艺的先进性充分注意采用可靠的热处理新工艺、新技术；选用稳定、优质高效的完成热处理任务，且能耗低、无污染的设备和材料(2)工艺的合理性热处理工艺制定应最大限度避免产生热处理缺陷，工艺方法选择要恰当、参数要合理、热处理辅助工序设置、安排及工艺流程要合理。,.,(3)工艺的可行性根据企业的热处理条件、人员结构素质、管理水平制定的热处理工艺才能保证在生产中正常运行。(4)工艺的经济性工艺应充分利用企业现有条件，力求流程简单、操作方便，以最少的消耗获取最佳的工艺效果。(5)工艺的可检查性现代质量管理要求，热处理属特种工艺范畴，工艺过程的主要工艺参数必须记录，一旦发生质量问题，可以追根溯源。要求工艺参数的选用依据相关技术标准或经过试验、鉴定，可供检查。,.,(6)工艺的安全性工艺要有充分的安全可靠性，遵守安全规则，不成熟的工艺要经试验验证鉴定后方可编入。(7)工艺的标准化标准化是工艺质量的保证；工艺编制时的书写格式、所用术语、基础标准的引用、计量单位及检验都应执行有关技术标准。,.,四、热处理工艺制定依据,1、产品零件图及技术要求产品零件图应标明对工件的热处理技术要求，普通热处理件：标明材料牌号、热处理后硬度等性能要求化学热处理件：标明化学热处理部位及尺寸、渗层深度、表面与心部硬度、组织要求及相关标准热处理后有特殊要求的零件，应标明检验类型及相关标准,.,2、零件毛坯图及技术要求零件毛坯图应标明材料、热处理要求、毛坯热处理后达到的性能指标及硬度检测部位、方法。毛坯热处理车间据此安排、编制热处理工艺。,四、热处理工艺制定依据,.,3、技术标准技术标准分为上级标准（国家、国家军用、行业）和企业标准编制热处理工艺的主要依据4、车间的实际生产条件热处理工艺编制应根据企业实际生产条件进行编制。包括：热处理车间的设备类型、性能及数量、车间技术管理水平、相关人员的结构、素质等；车间用水、电、气、工艺材料等供应情况；车间照明、通风、取暖及起重运输条件等。,四、热处理工艺制定依据,.,五、热处理工艺编制的步骤,.,五、热处理工艺编制的步骤,1、编制工艺前的分析准备研究加工工艺路线了解热处理前的工序对热处理的影响和其后工序对热处理的要求，也有利于工序间沟通协调。分析技术要求、零件结构、形状、尺寸及材料满足热处理技术要求的难易程度。应做到技术要求、零件结构的热处理工艺性、材料三者协调一致。分析毛坯或原材料状态，考虑是否安排预备热处理或采取相应措施。如：组织粗大、严重魏氏组织、带状、网状碳化物增加相应的预备热处理研究相关技术标准，编制热处理工艺的主要依据,.,五、热处理工艺编制的步骤,2、编制工艺规程确定热处理工艺方案根据技术要求等确定热处理工艺方法、热处理工艺流程及工时定额、工人技术等级。选择热处理方法确保达到零件技术要求；并对其先进性、合理性、可行性、经济性、安全环保性及可操作性进行考虑，定出最佳方案,选择设备选择原则：确保优质高效、低耗、安全环保；并注意不同设备之间的密切配合选择依据：与热处理工艺方法、零件的尺寸及形状、批量大小及表面质量和畸变要求等有关。,确定工艺参数工艺参数主要依据技术要求及工件等具体情况进行选择。为工艺编制的核心内容,.,五、热处理工艺编制的步骤,2、编制工艺规程选择或设计工装应做到合理、安全、经济、耐用。,确定辅助工序所用的设备和工装进行工艺实验用以检验工艺方案是否正确、合理、经济、环保可行。若不合理，对原工艺、设备及工装加以相应调整。填写热处理工艺卡片若工艺方案可行，将工艺方案中的工序、工艺参数等按工序顺序填入工艺卡，所有术语、符号等需遵循国家或行业有关标准会签、审批,.,六、常用热处理工艺文件指导热处理生产的依据,常用热处理工艺文件：工艺卡、工艺守则,工艺卡以表格形式将热处理工艺规程表示出来的工艺文件，表述以工序为基本单位，是零件实施热处理工艺的依据工艺卡一般是针对某一具体零件编制，也可对同一类型不同规格的零件编制一份工艺卡，零件所用材料、工艺参数相同，只是尺寸不同工艺卡分类：专用工艺卡专用某一热处理工艺的专用工艺卡通用工艺卡适用于常用热处理工艺的通用工艺卡,.,六、常用热处理工艺文件指导热处理生产的依据,工艺卡内容：见表17-1零件概况；零件简图；加工路线；热处理技术要求；各工序的名称、所用设备及工装型号或编号、工艺参数及简要的操作说明；装炉方式及装炉量；热处理质量检验项目、抽检率；工时定额；签名栏,工艺卡中的热处理是热处理操作必须的，表格要简练、明确、避免发生误解。作为热处理工艺实施的依据。工艺卡的形式可根据生产条件、零件热处理特点等具体情况制定，不拘一格。工艺卡中零件简图的大小、比例可灵活处理，但线条、尺寸标注按照制图标准绘制,.,六、常用热处理工艺文件,工艺守则（操作守则）是热处理工艺操作必须遵守的准则,工艺守则内容：见表17-2基本工艺参数、设备、工装、操作要点、安全、卫生注意事项、环保要求、质量标准及质量检验方法等工艺守则通用性技术文件，是针对一类而非某一具体零件编制的，如弹簧热处理工艺守则、锻模热处理工艺守则等，工艺守则可按工艺方法编制，如退火工艺守则，气体渗碳、碳氮共渗工艺守则等。辅助工序也需指定相应的工艺守则，如清洗工艺守则、较直工艺守则当工艺守则与工艺规程不一致时，应以工艺规程为准,.,典型零件热处理,齿轮热处理实例:齿轮类零件的选材齿轮材料一般选用低、中碳钢或其合金钢，经表面强化处理后，表面强度和硬度高，心部韧性好，工艺性能好，经济上也较合理。,.,1.机床齿轮机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强裂冲击。因此，一般可选中碳钢(45钢)制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢(40Cr钢)。工艺路线为：下料-锻造-正火-粗加工-调质-精加工-轮齿高频淬火及回火-精磨。冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮外,有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛(或单体浇铸尼龙)齿轮,工作时传动平稳,噪声减少,长期使用无损坏,且磨损很小。,.,2.汽车齿轮汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。一般用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi制造。渗碳齿轮的工艺路线为：下料-锻造-正火-切削加工-渗碳、淬火及低温回火-喷丸-磨削加工,.,轴类零件材料及选材方法材料：经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造（兼顾强度和韧性，同时考虑疲劳抗力）；一般轴类零件使用碳钢（便宜，有一定综合机械性能、对应力集中敏感性较小），如35、40、45、50钢，经正火、调质或表面淬火热处理改善性能；载荷较大并要限制轴的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，如20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等；采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作曲轴的材料。选材原则：根据载荷大小、类型等决定：主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透性。,.,(一)工作条件,1.承受交变的弯曲应力和扭转应力，有时受到冲击载荷作用。,2.主轴大端内锥孔和锥度外圆经常与卡盘、顶尖有相对摩擦。,3.花键部分与齿轮有相对滑动。,52HRC,48HRC,.,（二）性能要求,1.整体调质后硬度应为200230HBS，组织为回火索氏体。,2.内锥孔（莫氏6号锥度）硬度为48HRC，表面层35mm为回火屈氏体和少量回火马氏体组织。,3.外圆锥面及花键部分硬度为52HRC，组织为回火屈氏体和较多回火马氏体。,根据工作条件和性能要求，选用45钢的锻件。,返回,上一页,下一页,回主页,.,（三）工艺路线,下料,锻造,正火,机械粗加工,调质,半精加工（除花键外）,局部淬火、回火,粗磨（外圆、外圆锥体及圆锥孔）,（圆锥孔及外圆锥体）,铣花键,花键高频淬火、回火,精磨,.,复习题,1、下列零件应选用何种热处理工艺：Wc=0.2%，要求适当提高硬度，改善切削加工性能。Wc=1.2%，要求提高硬度和耐磨性。Wc=0.45%，要求具有好的综合力学性能。Wc=0.6%，要求具有好的弹性。钢丝冷拉后硬度高，要求降低硬度，消除内应力。有一具有网状渗碳体T12钢坯，应进行哪些热处理才能达到改善切削加工性的目的？并说明热处理后的组织状态？,.,2、用45钢制造一根10的轴和一根100的轴，用相同淬火工艺淬火，试问两根轴的表面硬度是否相同？淬透层深度是否相同？3、甲、乙两厂生产同一种零件，均选用45钢，硬度要求220250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。4、两根45钢制造的轴，直径分别为10mm和100mm，在水中淬火后，横截面上的组织和硬度是如何分布的？,.,5、某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（HRC50），而心部具有良好的韧性（Ak40J），原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。试说明：（1）原45钢各热处理工序的作用；（2）改用15钢后，按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？（3）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？,.,6、某厂拟用T10钢（含1.0%C，Ac1=730，Acm=800）制造形状简单的刀具，工艺路线为：锻造热处理机加工热处理磨加工1）说明热处理工序和的名称及其作用；2）制定各道热处理工艺规范；3）说明该刀具使用状态的组织名称及其性能。,.,现有60Si2Mn（Ac1=724,Ac3=745）钢用做弹簧，40Cr钢（Ac1=735,Ac3=780）用做传动轴（要求有良好机械性能），T13A（Ac1=730,Acm=820）钢用做简单车刀。请分别针对这三种钢回答：、淬火温度的选择原则。、加热方式、保温时间的选择原则及加热后显微组织、淬火后组织。、回火温度的选择原则？、回火后的组织。、画出热处理工艺曲线（保温时间略），标明工艺参数。,.,.,.,今有一批20CrMnMo（Ac1=730,Ac3=820）汽车传动齿轮，其工艺路线为;下料锻造-热处理-切削加工热处理-热处理热处理喷丸磨加工