X62W万能升降台铣床摩擦片

1 前言零件设计是一个工程技术人员应该具备的最基本的专业技能。零件分析是认识零件的过程，是确定零件表达方案的前提，一个好的视图表达方案离不开对零件的全面、透彻、正确分析。零件分析也是确定零件的尺寸标注以及确定零件的技术要求的前提，因此，零件分析是绘制零件图的依据。零件的工艺结构分析就是要求设计者从零件的材料、铸造工艺、机械加工工艺乃至于装配工艺等各个方面对零件进行分析，以便在零件的视图选择过程中，考虑这些工艺结构的标准化等特殊要求和规定，使零件视图表达更趋完整、合理。课程设计可以培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题的能力，是锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。热处理生产工艺过程设计是金属材料工程专业课程教学的一个重要环节。通过这一环节，可以使我们初步掌握典型零部件生产工艺过程；掌握典型零件的选材、热处理原则和工艺制定原理；理论联系实际，综合运用基础课及专业课程多方面的知识去认识和分析零部件热处理生产过程的实际问题，培养解决问题的能力。热处理工艺是整个机器零件和工模具制造的一部分，热处理是通过改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。任何一种热处理工艺都不是绝对的完美，所以经热处理后的材料会有不同程度的缺陷，对零件的缺陷进行分析也也是零件设计必不可少的步骤。合理选择检验设备以及正确的检验方法是做好检验的必要条件。通过课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才是真正的知识，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。2 零件图分析2.1 零件的结构形状分析 图1为本次课程设计的零件图。图1 课程设计零件图2.2 零件的尺寸及技术要求分析 尺寸要求：1=37mm 2=44mm 3=82mm b=1.5mm。 技术要求：渗碳层深度：0.4mm-0.6mm 硬度：40-50HRC。 平面度：0.10mm。2.3 零件的服役条件、失效形式和性能要求X62W万能升降台铣床摩擦片的工作情况为当电磁离合器线圈通电后产生磁场，将摩擦片吸向铁芯，衔铁也被吸住，紧紧压住各摩擦片，于是依靠主动摩擦片与从动摩擦片之间的摩擦力使从动齿轮随主动轴转动，总之，摩擦片主要用于传动和制动。铣床摩擦片工作的环境介质为干的空气中，不能有油或水等液体介质，因为在液体介质中工作有可能使铣床进给箱的电磁离合器与摩擦片之间冒烟，而且有可能使电磁力不够而致使出现打滑现象。服役条件：汽车，机床等的传动和制动，高的耐磨性，高的韧性，工作温度大致在200至450左右。性能要求：较高的耐磨性，良好弹性和一定的强韧性，抗疲劳和抗咬合性能等，要求硬度在40HRC至50HRC。失效形式：断裂，磨损，表面粘着，热衰退，热龟裂，表面弯曲等失效形式。3 材料选择3.1 选材分析 根据零件图所给的性能要求，硬度为40至50HRC，如若选择一种碳素工具钢T8钢的话，它的含碳量高达0.70%至1.35%，大多属于共析和过共析钢，它们在淬火后有较高的硬度，至少大于60HRC，所以不符合零件的技术要求。同样的道理，如果选用一种优质碳素结构钢45钢的话，其属于一种中碳钢，因钢中珠光体含量多，使其强度硬度高于技术要求的硬度。所以我选用一种碳素结构钢它又是一种低碳钢即A3钢，这种钢中铁素体含量较多，所以这种钢的性能为强度高，塑性韧性好，焊接性好，这种钢能满足一般工程结构及一些机件的使用要求，价格低廉，产量约占钢总产量的70%至80%。A3钢的用途也符合我所选用的零件的硬度、技术经济性等要求，这种钢广泛用于制造薄板，钢筋，钢结构用各种型钢，建筑结构机械零件，渗碳或碳氮共渗零件。所以A3钢既符合经济性、适用性又符合工艺性能和技术要求。综上所述，X62W万能升降台铣床摩擦片的材料选用的是A3钢是较为合理的。3.2 零件用钢化学成分及各元素的作用3.2.1 化学成分分析Q235这种钢的化学成分包括：C元素，Mn元素，Si元素，S元素，P元素。各元素含量如下表所示1：表1 Q235化学成分及含量化学成分CMnSiSP含量0.14%-0.22%0.30%-0.65%0.30%0.050%0.045%3.2.2 各元素的作用硅（Si）：是钢中常见的还原剂和脱氧剂，能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，用于低碳钢中具有极高的导磁率。硫（S）：在通常情况下是有害元素，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。硫元素对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。如果S形成硫化物以后有可能增加钢的热脆性。若S含量在0.2%以上，就会严重影响钢的强度和韧性。磷（P）：使液相线与固相线温度范围加大，易形成严重偏析。磷是固溶强化铁素体元素，能显著提高钢的抗拉强度，也能提高钢的耐蚀性，但却增加钢的脆性，尤其是显著降低钢的低温韧性，称为冷脆，磷也增加钢对回火脆性的敏感性。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 锰（Mn）：是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中一般都含有一定量的Mn，它能消除和减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn也能增加钢的淬透性。4 确定加工路线（冷、热加工） 加工工艺主要包括机加工和热处理工艺。机加工是指通过加工机械精确去除材料的加工工艺。热处理是指采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能工艺。所以，其加工工艺为：下料锻造正火机械加工亚温C-N共渗淬火回火精磨平面成品。5 热处理工艺方法选择5.1 正火工艺的选择 正火是将钢加热到Ac3以上30-50（亚共析钢），保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺2。正火作为预先热处理，可为机械加工提供好适宜的硬度，又能细化晶粒，消除应力，消除魏氏组织和带状组织，为最终热处理提供合适的组织状态。正火还可以作为最终热处理，为某些受力小、性能要求不高的碳素结构钢零件提供合适的力学性能。正火还能消除过共析钢的网状碳化物，为球化退火作好组织准备。对于大型零件及形状复杂或截面变化剧烈的工件，用正火代替淬火和回火可以防止变形和开裂。正火的保温时间应以工件透烧，即心部达到要求的加热温度为准。正火是将钢加热到奥氏体区，使钢进行重结晶，从而解决铸钢件，锻件的粗大晶粒和组织不均匀问题。因为正火的应用范围是低中碳钢和低合金结构钢铸，锻件消除应力和淬火前的预备热处理，某些低温化学热处理件的预备热处理及某些结构钢的最终热处理。因为A3钢属于低碳钢，所以选用正火作为预备热处理为宜。5.2 C-N共渗热处理工艺的选择按传统典型热处理工艺（工艺流程：机加工一渗碳一淬火一装胎回火一机加-二次回火）处理后变形较大。金相检查发现:渗碳层晶粒粗大，淬火马氏体针状组织粗大，渗碳浓度高，渗碳层不够均匀。在装胎回火时有压裂，磨削加工时出现磨削裂纹，导致脆性增加和刚性不足。为了提高摩擦片使用寿命，经试验采用亚温C 一N 共渗淬火强化工艺。C-N共渗是“C”与“N”原子同时渗入钢表面，兼有渗碳和渗氮的长处共渗温度较低，氮降低临界温度，提高碳原子的扩散速度和渗层淬透性，而降低渗层临界淬火速度，提高过冷奥氏体稳定性，减小淬火变形和裂纹。与渗碳比有较高耐磨性、抗蚀性、抗疲劳、抗咬合和有较高的抗压强度等，但仅适宜浅层共渗。控制摩擦片变形是热处理关键工序之一。C-N共渗前将摩擦片串装在花键心轴上,片与片间隔2mm,便于共渗气体流动。共渗保温后直接淬150-180硝盐,内孔和花键变形微小,均在公差范围内,仅平面翘曲约有30 40 % 超差,但经280+10 装胎回火后合格率100%。硬度HRC40-50。 工艺特点:C-N共渗层均匀，硝盐淬火变形小，C-N化合物脆性小、硬度高、耐磨性好，有良好的弹性等，比常规渗碳高温淬火使用寿命提高一倍多；且简化了工艺，质量易控制，操作方便，节约能源，有明显经济效益。碳-氮共渗包括气体碳-氮共渗和液体碳氮共渗。气体碳-氮共渗工艺是将含碳，氮元素的介质通入密封的井士炉中，在一定的温度下发生化学反应，生成活性C、N原子，向工件表面渗透，使零件表面一定深度下获得高碳，氮化学成分，经淬火后，表层获得高硬度，反应介质选用价格便宜又易得到的灯用煤油和液氮。液体碳-氮共渗即盐浴碳氮共渗，因最早的盐浴采用的是氰盐作为共碳、氮剂，故也俗称氰化。盐浴碳氮共渗设备简单，但是最大的缺点是盐浴中含有剧毒的氰盐，造成环境污染甚至危及人身安全。液体碳-氮共渗主要用于中，轻载荷下的工件，渗层要求较薄，一般在0.8mm以内，共渗温度通常在820-870之间。在这里为了满足摩擦片的性能要求，我选则的是气体碳-氮共渗化学热处理工艺。5.3 淬火工艺的选择 常用的淬火方法有单液淬火法、中断淬火法（双淬火介质淬火法）、分级淬火法、等温淬火法。 单液淬火法，把已加热到淬火温度的工件淬入一种淬火介质，使其完全冷却。它是最简单的淬火方法，常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。 中断淬火法（双淬火介质淬火法），把加热到淬火温度的工件，先在冷却能力较强的淬火介质中冷却至接近Ms点，然后转入慢冷的淬火介质中冷却至室温，以达到在不同淬火冷却温度区间，有比较理想的淬火冷却速度。 分级淬火法，把工件由奥氏体化温度淬入高于该种钢马氏体开始转变温度的淬火介质中，在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后缓慢冷至室温，发生马氏体转变。 等温淬火法，工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织，这种淬火方法称为等温淬火。 经碳氮共渗后可直接从碳氮共渗保温的温度淬火，这里选用单液淬火法。碳氮共渗后直接淬火，不仅畸变较小，而且可以保护共深层表面的良好组织状态。淬火选择在有机淬火剂中，可是变形微小，80%以上合乎技术要求，约20%摩擦片变形超差，经裝胎回火后全部合格。5.4 回火工艺的选择 回火是将淬火钢重新加热到Ac1以下某一温度，保温后冷却的热处理工艺。目的是消除淬火内应力，以降低钢的脆性，防止产生裂纹，同时使钢获得所需的力学性能。回火分为低温回火，中温回火还有高温回火。 低温回火：在1502500C之间进行的回火称为低温回火，回火后的组织为回火马氏体。低温回火的目的是在保持高硬度、高强度的前提下，降低钢的淬火内应力，减小其脆性，主要用于处理各种工具、量具、冷作模具、滚动轴承以及渗碳件等。 中温回火：在3505000C之间进行的回火称为中温回火，回火后的组织为回火屈氏体。中温回火后的钢具有最高的弹性极限和足够的韧性，主要用于处理各种弹簧，也可以用于处理要求高强度工件，如刀杆、轴套等。 高温回火：在5006500C之间进行的回火称为高温回火，回火后的组织为回火索氏体。淬火加高温回火的热处理工艺称为调制处理。调制处理后的工件既具有高的强度又具有良好的塑性韧性，即具有高的综合力学性能，故调制处理被广泛用于要求高强度并受冲击或交变负荷的重要工作，如连杆、轴等。与正火处理相比，在硬度相同的情况下，调制处理后钢的屈服强度、塑性和韧性明显提高了。 为得到硬度、强度、塑韧性及耐磨性都比较好的零件，在这里我们采用低温回火最为合适。6 制订热处理工艺制度6.1 正火工艺的制定6.1.1 正火加热温度的确定 低碳钢正火加热温度为Ac3以上30-50,所以对于Q235钢来说，选用的正火温度为900-920,冷却方式为空冷4。6.1.2 加热时间的确定加热时间的组成可用公式t加热=t升温+t均热+t保温表示。摩擦片一般经验加热时间为1.52h。最终确定正火工艺制度：9009201.52h，空冷。图2为正火工艺曲线。图2 正火工艺曲线图6.2 C-N共渗工艺的制定共渗层淬火组织为(由表至里): C-N化合物+ 含C-N马氏体+少量残余奥氏体+基体组织。与渗碳摩擦片比：碳氮共渗的硬度、耐磨性、弯曲疲劳强度和接触疲劳强度都高于渗碳，且因有氮存在，有一定的抗蚀性，又因共渗温度低，摩擦变形小，可直接淬火，节电20%以上，既大幅度提高摩擦片使用寿命(约1-1.5倍)，又有明显的技术经济效益，值得推广应用。碳氮共渗比渗碳温度低，大约低100.可以使基体晶粒长大趋势和渗后淬火畸变减小，氮原子的深入还使等温转变图右移使马氏体点（Ms）下降。因此，氮的渗入还可以提高渗层的淬透性。但同时使渗层中残留奥氏体量增加。另外，氮的渗入还会使共深层的耐火性增加氮碳共渗的特点为：（1）温度对共渗表层碳氮含量的影响，随着共渗温度的升高，共渗层中的氮含量降低，碳含量先是增加，到一定温度反而降低。（2）共渗时间对共深层中碳氮含量的影响，共渗初期（1h），渗层表面的C,N浓度随时间的延长同时提高，继续延长共渗时间，表面的碳浓度继续提高，但是氧的浓度反而降低。（3）碳氮相互影响，共渗初期，氮原子渗入工件表面使其Ac3点下降，有利于碳原子的扩散。随着氮原子的不断渗入，渗层中会形成碳氮化合物相，反而阻碍碳原子扩散，碳原子会减缓氮原子的扩散。6.2.1 碳氮共渗温度的确定 对于碳钢来说碳氮共渗温度一般选在840至860，因为在此温度范围内晶粒不长大，变形小，渗速适当并可在渗后直接淬火。但对于受力不大要求变形小的薄壁耐磨件可在780至800共渗。因为铣床摩擦片的厚度为1.5mm，且是一种耐磨件，所以温度定在82010比较合适。6.2.2 碳氮共渗时间的确定根据渗层深度（x) 确定共渗时间（t) ,渗层深度与共渗时间关系式为：x=K，式中：t为共渗保温时间（h)；K为常数；x为渗层深度（mm）5。图3为碳氮共渗温度、时间对碳氮共渗层深度的影响。图3 碳氮共渗温度、时间对碳氮共渗层深度的影响由横坐标渗碳层深度0.4-0.6mm，可找出图中所对应的纵坐标即碳氮共渗的时间，可大致确定碳氮共渗时间为3.8h左右。 6.2.3 碳氮共渗气氛及渗剂的确定选择以氨气为共渗剂的碳氮共渗剂，由氨气+渗碳剂组成。其中渗碳剂可以是吸热式，氨基气氛和滴入式渗碳剂。渗碳剂除向表面滴入碳原子外，还会与氨发生反应，形成氰氢酸。氰氢酸分解，形成碳氮原子。进一步促进渗碳和渗氮。共渗剂中氨加入量对炉内的碳势和氮势都有影响，对被渗工件所形成的共渗层的成分，性能也有一定的影响6。常用气体共渗介质的类别为：1） 液体有机化合物+氨气，介质各组分为：煤油+氨气（占总体积的25-30）。甲醇+丙酮+氨气（占总体积的25-30）2） 含氮有机化合物，介质各组分，分为：丙酮+甲醇+尿素。三乙醇胺+甲醇 。三乙醇胺(C2H4OH3)N。甲醇+甲酰胺。苯胺。3） 气体渗碳剂+氨气，介质各组分：吸热式气氛+富化气+氨气。 最后我选择的是以煤油和氨气为渗剂。 图4为碳氮共渗工艺曲线。图4 碳氮共渗工艺曲线图6.4 淬火工艺的确定共渗层淬火组织为（由表至里）：C-N化合物+含C-N马氏体+少量残余奥氏体+基体组织。经碳氮共渗后可直接从碳氮共渗保温的温度淬火，这里选用单介质淬火，空冷即可，加热温度为Ac3以上3050。可直接淬入150-180的硝盐中，这样内孔和花键变形微小，均在公差范围之内，仅平面翘曲约有30%-40%超差，但经过280左右装胎回火后，合格率100%。淬火后硬度为40HRC至50HRC之间。图5为淬火工艺曲线图。图5 淬火工艺曲线图6.5 回火工艺的制定 回火是将淬火钢重新加热到Ac1以下某温度，保温后冷却的热处理工艺，主要目的是消除淬火内应力，以降低钢的脆性，防止产生裂纹，同时使钢获得所需要的力学性能。因为铣床摩擦片要求有较高的耐磨性能，硬度在40至50HRC，所以我们一般选择低温回火。6.5.1 回火温度的确定 碳氮共渗淬火后一般选用介于低温和中温回火的温度，回火温度大致为定为280较为合理。6.5.2 回火时间的确定回火时间从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算6。可参考经验公式如下：tn=Kn+AnD。式中：tn 回火时间（min）；Kn回火时间基数；An回火时间系数；D工件有效厚度（mm）；假设选择的回火炉为箱式电阻炉，则由回火温度280可查表得：Kn=120min，An=1min/mm,又有工件有效厚度D=1.5mm，带入上述公式得：tn=2h左右。表2为Kn及An推荐值。表2 Kn及An推荐值 回火条件300以上300-450450以上箱式电炉盐浴炉箱式电炉盐浴炉箱式电炉盐浴炉Kn/min1201202015103An(min/mm)10.410.410.46.5.3 回火后的冷却钢制工件一般回火后多采用空冷至室温，不允许重新产生内应力的工件应该缓冷。 图6为回火工艺曲线图。图6 回火工艺曲线图7 热处理设备选择 热处理设备是指用于实施热处理工艺的装备。其主要设备为：热处理炉、加热装置、表面改性装置、表面氧化装置、表面机械强化装置、淬火冷却设备、冷处理设备和工艺参数检测、控制仪表。设备选择的基本原则是质量安全可靠，能生产出优质产品，高的生产效率，低的生产成本和良好的作业环境。 7.1 热处理设备选型的依据1）零件热处理工艺要求、技术条件。2）零件的形状、尺寸、重量和材质。3）零件生产量和劳动量。4）热处理所需要的辅料和能源供应。5）车间劳动安全卫生和环保要求。6）设备投资和运行成本。7.2 热处理设备选型的原则1）少品种大批量生产的热处理设备的选型对于少品种大批量热处理件的生产，应根据工艺要求，优先考虑组建各类全 自动生产线，选用安全可靠、生产率高、运行成本低的连续式热处理设备。2）批量生产的热处理设备的选型 对于批量热处理件的生产，原则上应以连续式热处理生产线为主；但由于热处理件的品种规格较多，工艺和生产量常需要调整，因此所选设备用便于工艺和生产调整。7 .3 正火炉的选择前已制定摩擦片的正火温度为900-950，可选用中温箱式电阻炉，其结构图、产品规格和相应技术参数如下5。图7为45KW中温箱式电阻炉，表3为中温箱式电阻炉产品规格及技术参数。 图7 45KW中温箱式电阻表3 中温箱式电阻炉产品规格及技术参数型号功率/kw电压/v相数最高工作温度/炉膛尺寸（长宽高）/mmmmmm炉壁850时的指标空载损耗/kw空炉升温时间/h最大装载量/kgRX3-15-915380395060030025052.580RX3-30-930380395095045035072.5200RX3-45-9453803950120060030092.5400RX3-60-96038039501500750450123700RX3-75-97538039501800900550163.51200 根据炉温850时的指标，选择型号为RX3309的中温箱式电阻炉。7.4 C-N共渗炉的选择 一般碳氮共渗选用的热处理炉为井式气体渗碳炉。这类炉子的结构实际上是在井式炉炉膛内再加一密封炉罐，专为周期作业的渗碳、渗氮、碳氮共渗所用由下表各数据可以选择出具体的型号。 最终选用RQ3-60-9井式气体渗碳炉。表4为井式气体渗碳炉产品规格及技术参数，图8为RQ3-60-9井式气体渗碳炉。表4 井式气体渗碳炉产品规格及技术参数型号额定功率/kw额定电压/v相数额定温度/炉膛尺寸（长宽高）/mmmmmm炉壁950时的指标空载损耗/kw空炉升温时间/h最大装载量/kgRQ3-25-925380395030045072.550RQ3-36-9353803950300060092.570RQ3-60-9603803950450600122.5150RQ3-75-9753803950900450142.5220RQ3-90-9903803950600900163400RQ3-105-910538039506001200188500注：型号尾部加D，表示气体成分能自动控制 图8 RQ3-60-9井式气体渗碳炉7.5 淬火炉的选择 低温盐浴炉主要指RYN和RYW5这两类，我选择的是RYW5。RYW5类浴槽采用金属浴槽，由位于浴槽外的金属元件加热，用硝盐作溶剂时，使用温度限制在550以下。因为当温度大于550时，硝盐会发生爆炸。表5为外热式电热低温浴炉技术据。表6为NS88-930系列微机低滴控箱式多用炉组技术规格。图9为带搅拌器的外部电热式硝盐炉。图10为配密封箱式炉的回火炉。表5 外热式电热低温浴炉技术数据项目单位规格SY2-6-3SY2-12-3NS-85-61NS-85-62NS-85-63NS-85-64NS-85-65溶剂-油油硝盐硝盐硝盐硝盐硝盐功率KW5121520384536电压V380380380380380380380相数-3333333接线方法-YYYYYYY最高温度-300300550550550550550升温时间h121.21.21.21.21.2空载功率KW2.134.5561310炉膛尺寸mm长400600宽300500400400600600500高2504004006008001000750外形尺寸mm长58080013801380158015801480宽56076012201220142014201320高66081015101710171019101650质量kg12501510205031002500表6 NS88-930系列微机低滴控箱式多用炉组技术规格项目单位NS88-930机组多用炉清洗炉回火炉移动小车额定功率kw额定电压V380380380380最高工作温度95040-80500相数3333频率Hz50505050空炉升温时间h4.5-3-空炉损失kw40-400-工作区尺寸长1000100010001000宽750750750750高500500500最大装载量kg580580580580质量kg13000560045002100图9 带搅拌器的外部电热式硝盐炉1-盐液面 2-搅拌器 3-挡板 4-隔离板 5-电热元件图10 配密封箱式炉的回火炉1辊轮轨道支承墩 2辊轮轨道 3炉门提升气缸 4炉膛 5回火工件 6炉门 7炉升降机构8、11热电阻 9陶瓷纤维炉衬 10循环风扇 12电阻加热器8 工装设计（夹具、辅具等）8.1 热处理夹具的选择原则(1)符合热处理技术条件：保证零件热处理加热，冷却，炉气成分均匀度，不致使零件在热处理过程中变形。(2)符合经济要求：在保证零件热处理质量复合热处理技术要求时，确保设备具有高的生产能力。夹具应具有质量轻，吸热量少，热强度高及使用寿命长的特点。(3)符合使用要求：保证装卸零件方便和操作安全。(4)热处理夹具和料盘用钢应从温度、装载条件、加热速度、冷却速度、炉气组分及工作炉炉型等因素综合生产运行和经济方面来确定热处理夹具用钢。箱式电阻炉加热夹具：零件进行正火处理时，加热方式采用箱式电阻炉，由于工件较小可采用如图所示的夹具。图11为热处理过程中所使用到的装具、夹具示意图。 图11装具、夹具示意图8.2 清洗设备的选择 零件在热处理前需清除锈斑、油演、污垢、切削冷却液和研磨剂等，以保证不阻碍加热和冷却，不影响介质和气氛的纯度。以防零件出现软点、渗层不均匀、组织不均匀等影响热处理质量的现象。热处理后也常需清洗，以去除零件表面残油、残渣和炭黑等附着物，以保障热处理零件清洁度、防锈和不影响下道工序加工等要求。根据零件对清洁度要求、生产方式、生产批量及工件外形尺寸选用相应的清洗设备8。一般清洗机常用于清除残油和残盐，可分为间歇式和连续式两种。前者有清洗槽、室式清洗机，强力加压喷射式清洗剂等；后者有传送带式清洗机及各类生产线、自动线配置的悬挂输送链式、链板式、推杆式和往复式等各类专用清洗设备。室式清洗机它主要用于批量不大的中小零件。输送带式清洗机，适用于批量较大的小型零件。根据生产特点，小批量的中小型零件，可以选用室内清洗机。图12为室内清洗机的结构图。图12 室内清洗机结构图9 检验设备及方法选择9.1 硬度试验硬度试验是常用的热处理质量检验方法之一，具有试验设备简单，操作迅速方便，同时它的压痕很小，对零件损坏小，是一种力学性能的综合指标。常用的硬度试验方法有布氏、洛氏、肖氏、维氏和显微硬度等方法。一般选用洛氏硬度计即可达到要求。洛氏硬度实验以检测压痕深度表示材料的硬度值，实验所用的压头有两种：一种是圆锥角a=120的金刚石圆锥体；另一种是一定直径的小淬火钢球或硬质合金钢。考虑到常用洛氏硬度实验标尺、试验规范及应用（见表9.1），实验选择C标尺类金刚石圆锥型压头9。表7为常用洛氏硬度实验标尺、试验规范及应用。表7 常用洛氏硬度实验标尺、试验规范及应用标尺硬度符号压头类型初始实验力F0/N主实验力F/N总试验力F/N测量硬度范围应用举例AHRA金刚石圆锥98.07490.320-8820-88硬质合金、表面薄层硬化钢BHRBf1.588mm球882.620-10020-100低碳钢、铜合金CHRC金刚石圆锥1471.020-7020-70淬火钢等 下图为用金刚石圆锥体测定硬度过程示意图。为保证压头与实样表面接触良好，实验时先加初始试验力F0，在试样表面得一压痕，深度为h0。此时，测量压痕深度的指针在表盘上指零（图13a）。然后加上主试验力F1，压头压入深度为h1。表盘上指针以逆时针方向转动到相应刻度位置（图13b）。试样在F1作用下产生的总变形h1包括弹性变形和塑性变形。当将F1卸除后，总变形中的弹性变形恢复，压头回升一段距离（h1-h）(图13c)。这时试样表面残留的塑性变形深度h即为压痕深度，而顺时针方向转动停止时所指的数值即为洛氏硬度的值。计算式为，其中k为常数。图13为刚石圆锥体测定硬度过程示意图。图13 金刚石圆锥体测定硬度过程示意图在淬火回火后按工艺进行检查，检查数量根据工艺稳定性和零件重要性而定，一般抽查10%20%，重要件100%，一般不允许软点。正火后一般不做硬度检查，如有特殊要求，按规定检查。9.2 渗层厚度的检验设备及方法选择 总氮碳共渗层深度为0.4mm0.6mm。 测定方法有硬度法和金相法，且两种方法同等有效。对于薄层的情况，用硬度法测量时试验力较小，规行为1.962.94N。在技术要求中若提出以硬度法作为仲裁结果，或硬化层对侵蚀剂不敏感时可采用显微硬度法；当检验批量较大时则采用金相法为宜。由于渗层深度较浅，可采用斜截面试样，使测量精度明显提高。一般把试样表面到扩散区与基体金属交界处作为碳氮共渗渗层的总深度。10 热处理缺陷分析10.1 正火的缺陷原因与预防（1） 缺陷名称：过烧10。产生原因：加热温度过高，使晶界局部融化。预防措施：报废。（2）缺陷名称：过热。 产生原因：加热温度高，使奥氏体晶粒长大，冷却后形成魏氏组织或粗晶 组织。 预防措施：完全退火或正火。（3) 缺陷名称：硬度过高。 产生原因：冷却太快，生成的珠光体片层太薄，使硬度升高。 预防措施：重新加热，按工艺规定冷却，冷却速度不应大于120/h。（4）缺陷名称：出现粗大的块状铁素体。 产生原因：冷却速度太慢。 预防措施：冷却速度应控制在30/h以上。（5） 缺陷名称：粗大魏氏体组织。 产生原因：原始晶粒粗大。加热温度过高。先析相（亚共析钢铁素体，过共析钢渗碳体）沿奥氏体一定晶面析出，形成魏氏组织。 预防措施：重新正火清除，对于低碳钢严重的魏氏组织常用两次正火消除，第二次比第一次温度低。 10.2 碳-氮共渗缺陷原因及预防（1）缺陷名称：粗大碳氮化合物。 产生原因：表面碳氮含量过高、共渗温度较高或是共渗温度较低，炉气氮势过高。 预防措施：严格控制碳势和氮势，特别是共渗初期，必须严格控制氨的加入量。（2） 缺陷名称：黑色组织（黑点、黑带、黑网）。 产生原因：合金的内氧化。共渗初期，炉气氮势过高、渗层中氮的质量分数过高。共渗时间较长时碳的质量分数增高，氮化物发生分解，脱氮。预防措施：适当提高共渗温度和淬火冷却速度。提高炉气碳势。提高炉子的密封性，防