热处理工艺PPT课件

.,1,内容提要：主要介绍了工业上应用最广泛的四大类典型工件(齿轮、轴类零件、弹簧和刃具)中前两类的工作条件、失效形式、性能要求、选材及工艺分析，举例说明了典型工件的选材及工艺分析。学习目标：要求掌握：机床齿轮、轴类零件的工作条件、失效形式、性能要求及选材，进行工艺分析。,.,2,1.齿轮的工作条件、失效形式、材料性能要求、选材及工艺分析,机床、汽车中速度的调节和功率的传递主要靠齿轮，齿轮在机床、汽车中是一种十分重要、使用量很大的零件。1.1齿轮的工作条件1)由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力；2)换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；3)齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。,一.齿轮类,.,3,1.2齿轮的失效形式,齿面磨损：由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小。,疲劳断裂：零件在交变载荷下经过较长时间的工作而发生断裂的现象，主要从根部发生,.,4,齿面接触疲劳破坏：在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落。,过载断裂：主要是冲击载荷过大造成的断齿,.,5,1.3齿轮的性能要求,1)高的弯曲疲劳强度;2)高的接触疲劳强度和耐磨性;3)较高的强度和冲击韧性。此外，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。,.,6,1.4齿轮材料,金属材料,45号钢,中碳合金钢,铸钢,低碳合金钢,铸铁,非金属材料,选材时考虑：,工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等,.,7,1.5热处理,调质,正火,表面淬火,渗碳淬火,渗氮,软齿面。,改善机械性能，增大强度和韧性,硬齿面。,接触强度高、耐磨性好、可抗冲击,配对齿轮均采用软齿面时：,小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度稍高于大齿轮（约3040HBS）,.,8,齿轮热处理生产线,.,9,1.6典型齿轮举例-机床齿轮,1.6.1机床齿轮材料机床中的齿轮担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的任务。一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度（GB179-83规定，精度分12级，用1、2、3、12表示，数字愈大者，精度愈低）。机床齿轮的工作条件比起矿山机械、动力机械中的齿轮来说还属于运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。实践证明，一般机床齿轮选用中碳钢制造，并经高频感应热处理，所得到的硬度、耐磨性、强度及韧性能满足要求，而高频淬火具有变形小、生产率高等优点。齿轮材料一般选用低、中碳钢或其合金钢。1.6.2工艺路线以40Cr钢为例。根据对机床齿轮的性能要求，40Cr钢经热处理后，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。其工艺路线如下：下料锻造正火粗加工调质精加工高频淬火及回火精磨。,.,10,1.6.3热处理工序的作用,1）正火处理加热温度：Ac3+(3050)，由此确定加热温度为850；保温时间：120min；冷却方式：空冷。正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，并使组织均匀，消除锻造应力。对于一般齿轮，正火处理也可作为高频淬火前的最后处理工序。,表1.40Cr钢的临界温度,用钢成分（%）:0.38C,0.30OSi,0.66Mn,0.95Cr,0.18Ni,0.016P,0.028S;用钢成分（%）:0.42C,0.29OSi,0.69Mn,0.87Cr,0.14Ni,0.010P,0.013S;,.,11,2）调质处理淬火工艺：加热温度为Ac3+(3050)，由此确定加热温度为850；保温时间：80min；冷却方式：油冷。高温回火：温度为500C650，可选用加热温度为620；保温时间为60min；油冷。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，调质后的齿轮由于组织为回火索氏体，在淬火时变形更小。,.,12,3）高频淬火及低温回火亚共析钢的低温回火温度为150300，但钢材的第一类回火脆性温度在250400，由于40Cr中含有硅、锰、铬等，合金元素，第一类回火脆性温度将有所增高，所以选用低温回火温度为240；保温时间为60min；采用空冷。高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序，通过高频淬火提高了齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增强了抗疲劳破坏的能力。为了消除淬火应力，高频淬火后应进行低温回火（或自行回火），这对防止研磨裂纹的产生和提高抗冲击能力极为有利。,.,13,1.6.4齿轮高频淬火后的变形情况,齿轮高频淬火后，其变形一般表现为内孔缩小，外径不变或减小。齿轮外径与内径之比小于1.5时，内径略胀大；当齿轮有键槽时，内径向键槽方向胀大，形成椭圆形，齿间椭圆形，齿间亦稍有变形，齿形变化较小，一般表现为中间凹0.0020.005。这些微小的变形对生产影响不大，因为一般机床用的7级精度齿轮，淬火回火后，均要经过滚光和推孔才成为成品。高频淬火齿轮通常用含碳量为0.400.50%的碳钢或低合金钢（40、45、40Cr、45Mn2、405MnB等）制造。批量生产时，一般要求精选含碳量以保证质量。40Cr钢限制在0.370.42%C。经高频淬火交低温回火后，淬硬层应为中碳回火马氏体，而心部则为毛坯热处理（正火或调质）后的组织。,.,14,二.轴类,在机床、汽车等制造工业中，轴类零件是另一类用量很大，且占有相当重要地位的结构件。轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材料应有较高的综合机械性能，局部承受摩擦的部位如车床主轴的花键、曲轴轴颈等处，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。要求以综合机械性能为主的一类结构零件的选材，还需根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透性和抗疲劳性能。实践证明，受交变应力的轴类零件、连杆螺栓等结构件，其损环形式不少是由于疲劳裂纹引起的。2.1轴类的工作条件1)工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用;2)轴与轴上零件有相对运动,相互间存在摩擦和磨损;3)轴在高速运转过程中会产生振动,使轴承受冲击载荷;4)多数轴会承受一定的过载载荷。,.,15,2.2轴类零件的失效方式,长期交变载荷下的疲劳断裂,大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂,转轴弯曲疲劳断口形貌,直升飞机螺旋桨驱动齿轮轴扭断,与其它零件相对运动时产生的表面过度磨损,轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损,.,16,2.3轴类零件的性能要求,综合机械性能:足够强度、塑性和一定韧性,以防过载断裂、冲击断裂;高疲劳强度,对应力集中敏感性低,以防疲劳断裂;足够淬透性,热处理后表面要有高硬度、高耐磨性,以防磨损失效;良好切削加工性能,价格便宜。,.,17,2.4典型轴类举例-机床主轴,下面以机床主轴典型零件为例进行分析：在选用机床主轴的材料和热处理工艺时，必须考虑以下几点：1）受力的大小。不同类型的机床，工作条件有很大差别，如高速机床和精密机床主轴的工作条件与重型机床主轴的工作条件相比，无论在弯曲或扭转疲劳特性方面差别都很大。2）轴承类型。如在滑动轴承上工作时，轴颈需要有高的耐磨性。3）主轴的形状及其可能引起的热处理缺陷。结构形状复杂的主轴在热处理时易变形甚至于开裂，因此在选材上应给予重视。主轴是机床中主要进零件之一，其质量好坏直接影响机床的精度和寿命。因此必须根据主轴的工作条件和性能要求，选择用钢和制定合理的冷热加工工艺。,.,18,2.4.1C620车床主轴选材承受交变弯曲和扭转复合应力，载荷和转速不高，冲击载荷不大，一般综合机械性能即可；大端轴颈、锥孔与卡盘、顶尖间有摩擦，要有较高硬度和耐磨性。根据对C620车床主轴的性能要求，选用45钢经热处理后。,图1.C620车床主轴简图,.,19,2.4.2主轴的工艺路线,下料锻造正火粗加工（外圆留余45）调质半精车外圆（留余2.53.5），钻中心孔，精车外圆(留余0.60.7，锥孔留余0.60.7)，铣键槽局部淬火（锥孔及外锥体）车定刀槽，粗磨外圆(留余0.40.5)，滚铣花键花键淬火精磨。,.,20,2.4.3热处理工艺,1）调质淬火时由于主轴各部分的直径不同，应注意变形问题。调制后的变形虽然可以通过校直来修正，但校直时的附加应力对主轴精加工后的尺寸稳定性是不利的。为了减少变形，应注意淬火操作方法。可采取预冷淬火和控制水中冷却时间来减少变形。2)花键部分可用高频淬火以减少变形和达到硬度要求。3)经淬火后的内锥孔和外圆锥面部分需经260300回火，花键部分需经240260回火，以消除淬火应力并达到规定的硬度值。,.,21,2.4.4热处理工序的作