汽车变速箱齿轮课程设计

江苏大学汽车变速箱齿轮课程设计金属1002j . I . A . N . G . U . V . E . R . S . I . Y .金属材料综合课程设计-汽车变速箱齿轮热处理工艺设计1.零件图图1传动齿轮示意图2.零件的使用条件、性能要求和技术指标齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一。它的主要功能是传递动力和改变运动的速度和方向。是主要部分。使用条件如下：(1)齿轮工作时，动力通过齿面接触传递。在相对运动的过程中，两个齿轮同时滚动和滑动。因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦。在齿根大弯曲应力的作用下；高速齿轮在运行中的过载会产生振动，并承受一定的冲击力或过载；(3)在某些特殊情况下，受到媒介环境的影响，并承受其他特殊力量的作用。因此，齿轮表面具有高硬度和耐磨性、高接触疲劳强度、高齿根弯曲强度和高芯部抗冲击性。高速高负荷齿轮的技术要求如下：齿面硬度：50 56 HRC渗碳层的深度为1.0-1.2毫米3.材料选择对于具有高速、高载荷和大冲击载荷的齿轮，通常使用低碳合金渗碳钢或碳氮化物钢。工作时，表面受到较大的接触疲劳应力和摩擦力，高速旋转时会受到一定的冲击力或过载。3.1材料比较和选择齿轮的常用材料有20crmanti、20crmo、20cr、40cr。1) 20CrMnTi渗碳钢性能好，淬透性高，渗碳淬火后表面坚硬耐磨，芯部坚韧，低温冲击韧性高，可焊性中等，正火后加工性好。用于制造截面为30毫米的承受高速、中、重载、冲击和摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字等。它是18CrMnTi的替代钢，广泛用作渗碳零件。它用于汽车和拖拉机行业，用于横截面小于30毫米的重要渗碳零件，承受高速、中或重载、冲击和摩擦，如齿轮、轴、环形齿轮、齿轮轴、滑动轴承主轴、十字头、爪形离合器、蜗杆等。2) 20CrMo淬透性高，无回火脆性，可焊性好，不易形成冷裂纹，可加工性和冷应变塑性好。一般在淬火回火或渗碳淬火条件下使用，用于制造高压管道、各种紧固件和齿轮、轴等高级渗碳零件，在非腐蚀介质和含氮氢混合物的介质中工作，工作温度低于250。3) 20Cr它具有较高的强度和淬透性。在油中的临界淬透性直径为4 22毫米，在水中为11 40毫米，但韧性较差。这种钢在渗碳过程中仍有晶粒长大的趋势。低温直接淬火对冲击韧性有很大影响。因此，渗碳后需要进行二次淬火，以提高零件芯部的韧性而不回火脆性。钢具有高的冷应变塑性，可以在冷状态下拉伸。可加工性在高温正火或调质时较好，但退火后较差。20Cr为珠光体，具有良好的焊接性。一般情况下，焊后不需要热处理，但厚度大于15毫米的零件需要在焊前预热到100 150，焊后不需要回火热处理。4) 40Cr中碳调质钢、冷镦模具钢。该钢价格适中，易于加工，经过适当的热处理，可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可以促进显微组织的球化，改善硬度小于160HBS的毛坯的切削性能。550570回火具有最佳的综合力学性能。经过淬火和回火后，钢被用于制造机械零件，这些零件可以承受中等负荷并以中等速度工作。经过中温淬火和回火，用于制造承受高负荷、冲击和中速工作的零件。经过淬火和低温回火后，它被用于制造承受重载荷、低冲击和耐磨性、固体厚度小于25毫米的零件通过使用性能、工艺性能和经济性的比较，选择了20CrMnTi钢。由于钢中含有铬，可提高淬透性，铬也是碳化物形成元素，可提高回火稳定性。锰能提高钢的强度和硬度，具有脱硫作用，还能提高钢的淬透性。钛是一种强碳化物形成元素。钢中形成MC碳化物，有利于提高钢的耐磨性和细化晶粒。20CrMnTi钢在低温下进行渗碳、淬火和回火。齿轮表面可获得5563HRC的高硬度。由于其高淬透性，齿中心具有高强度和韧性。因此，选择了20CrMnTi钢。20CrMnTi的含碳量为0.20%低碳钢，保证了渗碳过程中碳元素的正常渗透。淬火热处理后，在芯中获得低碳马氏体，以确保芯具有足够的塑性和韧性来抵抗冲击载荷。钢中的合金元素为Cr1.5%、Mn1.5%、Ti1.5%。铬锰合金元素可以提高钢丝绳芯的强度和钢的淬透性。钛元素可以防止钢的奥氏体晶粒长大，提高钢的回火稳定性。根据性能要求，20crmanti齿轮表面耐磨，要求齿轮芯具有良好的强度和韧性。因此，20crmanti钢应在表面渗碳。渗碳淬火后，表面获得高碳马氏体，具有较高的硬度和耐磨性。3.2合金元素的材料组成和作用20 20 CrMnTi钢的具体化学成分和含量见表1。表1-20铬钼钢的化学成分和含量(质量百分比)成合金元素C铬锰全音阶的第七音SiSP倪铜含量(重量%)0.170.231.001.300.801.100.040.100.170.370.0350.0350.300.30化学元素作用(1)碳：确保碳化物形成所需的碳和淬火马氏体能获得的硬度。铬：能提高钢的淬透性，具有二次硬化作用。它也是一种碳化物形成元素，可提高回火稳定性并增加钢的耐磨性。(3)锰：其主要功能是提高钢的淬透性，增加钢的强度和硬度，并具有脱氧和脱硫(形成锰)的作用，以防止热脆。它还能改善渗碳层，有利于渗碳层的增厚，增加冷却过程中奥氏体的过冷度，细化珠光体组织，提高力学性能。钛是一种强碳化物形成元素，它在钢中产生MC型碳化物。这有利于提高钢的耐磨性和细化晶粒。(5)硅：硅可以阻止碳化物的形核和长大，使“C”曲线向右移动，提高钢的淬透性，提高钢的抗回火性，提高钢的综合力学性能。6硫：硫是钢中的杂质元素，能明显降低钢的热塑性，但能改善钢的可加工性。(7)磷：磷是钢中有害的杂质元素，会降低钢的强度和韧性。(8)镍：降低相变驱动力，使“C”曲线向右移动，铬镍重合效果更好，提高钢的淬透性。9 Cu:铜元素相对稳定，不容易氧化，因此其中所含的铜元素可以起到抗腐蚀的作用。3.3材料的相变点表2 20CrMnTi相变临界点卡号临界温度/锻造温度/正面火力Ac1Ac3女士加热初始锻造温度/冷却/困难HBWAr1Ar3Mf最终锻造20CrMnTi7158433601200124011601200950970空气冷却156207625795850灭火回击温度/淬火剂困难人权理事会不同温度回火后的硬度值150200300400500550600650860油424643414039353025174.加工路线和技术工艺路线：锻造、正火、齿形加工、渗碳、淬火、低温回火、喷丸、花键孔修正和磨齿。4.1过程比较1)初步热处理通常选择正火或调质处理作为20CrMTi的初步热处理，其目的是降低钢的硬度和改善钢的塑性以利于切削。细化晶粒，使钢的组织和成分均匀化，改善钢的性能，并为后续工作做准备淬火和回火用于改善重要齿轮钢的性能。在切削过程中，为了避免“粘刀”现象，使刀具磨损严重，通过改善金相组织来控制钢的硬度。实践证明，为了防止锻坯在初步热处理过程中产生粒状贝氏体而影响钢的力学性能，该工艺可采用淬火后680-700的高温回火(即调质)代替原正火。高温回火后得到的回火索氏体组织具有较小的应力集中倾向，硬度降至200 HB-330 HB，切削性能良好。与正火钢相比，调质钢不仅具有较高的强度，而且其塑性和韧性也远远高于正火钢。同时，锻造应力完全消除，满足了机械加工的要求，在生产中取得了良好的经济效益。正火是将钢加热到Ac3以上30-50，保持足够的时间，然后从炉中取出，在空气中冷却到室温。普通齿轮采用正火，可减少碳及其他合金元素的成分偏析；细化奥氏体晶粒并分散碳化物，以便在随后的热处理中增加碳化物的溶解。由于正火冷却速度快，获得了高强度、高硬度和良好力学性能的细小片状渗碳体珠光体。然而，正火过程是空气冷却。对于大尺寸零件，由于内外温差大，冷却速度不稳定。在连续冷却过程中，过冷奥氏体在A1-550的温度范围内分解为珠光体，在550-Ms的温度范围内由于转变温度低而转变为贝氏体组织。其特征在于过饱和碳的铁素体中粒状或长条形碳化物的分布。锻造毛坯正火产生的粒状贝氏体导致硬度增加，从而导致齿加工困难和刀具早期磨损。等温正火工艺越来越多地用于汽车齿轮或大量小齿轮。对于模数和直径大、质量要求高的工业齿轮，通常采用淬火和回火作为初步热处理。综上所述，汽车变速箱齿轮的初步热处理采用正火工艺。2)化学热处理渗碳过程渗碳工艺可以使齿轮具有良好的综合力学性能，因此广泛应用于汽车齿轮的生产。目前，世界上用于汽车齿轮生产的渗碳工艺主要是气体渗碳，而气体渗碳是低碳钢生产中应用最广泛的表面硬化工艺。国外已实现计算机控制渗碳深度和表面硬度，从而获得最佳渗碳深度和最小变形。碳氮共渗工艺碳氮共渗工艺因其在给定时间内有效增加渗层深度、获得较高硬度、保证奥氏体晶粒细小、减少零件变形、提高齿轮强度和耐磨性等优点而被频繁使用。随着齿轮质量要求的提高，碳氮共渗工艺不容易控制和稳定渗碳层的组织和性能，需要很长时间才能获得更深的渗碳层。这一过程的使用日益减少。只允许使用一些小模数和低负载的汽车齿轮。氮化过程渗氮工艺是传统热处理工艺之一。然而，它是否能成功地应用于汽车齿轮一直受到质疑和争论。主要问题是氮化齿轮的承载能力。因此，氮化齿轮的应用长期受到限制。例如，美国石油学会规定氮化齿轮只能承受渗碳齿轮接触疲劳极限的75%，齿轮弯曲疲劳极限应相应降低30%。然而，渗氮技术由于具有温度低、变形小、加工工序少等优点，近年来在齿轮中得到了广泛应用，降低了成本。总而言之，传统的气体渗碳工艺被用作化学热处理。4.2工艺设计4.2.1正常化温度：930时间：保温3小时微观结构：片状珠光体铁素体硬度：齿轮表面硬度为156 207 hbw设备：中温1-炉壳；双层衬里；3热电偶；4-熔炉；5-炉门；6-炉门升降结构；7电加热元件；8-炉底板；模型力量/kw电压/v相数最高工作温度/熔炉尺寸(长度、宽度和高度)/毫米850炉温指数空炉损失功率/千瓦空炉加热时间/小时最大负载/kg接收(RX3-9Q)RX3-15-915380195060030025052.580RX3-30-930380395095045035072.5200表3标准系列中温箱式电阻炉技术数据根据我选择的齿轮尺寸，用于正火的电阻炉是RX3-15-9。容量：6箱式炉中齿轮的热处理为了使齿轮在箱式炉中受热均匀，可以在箱式炉中放置一个由耐火材料制成的齿条，然后将齿轮放在齿条上加热。如图3所示。图3箱式炉内部示意图粗加工前，选择的正火炉为中温箱式炉，型号RX3-15-9，炉型(长、宽、高/mm)为600300250，图中齿轮架为3层，每层可装2个齿轮，共6个，齿轮可用钳子送入。归一化过程曲线如图4所示。图4标准化过程曲线4.2.2渗碳渗碳剂的选择：甲醇和煤油用于滴注式气体渗碳的渗碳剂通常是甲醇(形成载气)、煤油、丙酮、乙酸乙酯(形成富气)等。作为渗碳剂的有机溶剂，要求单位液体加热分解后产生的气体量大，碳氧比大，碳当量(生成1摩尔活性炭所需的有机液体质量)小，大气中一氧化碳和H2含量稳定，价格低廉，货源充足，安全性好。表4列出了几种常用作渗碳剂的有机溶剂的碳当量和碳氧比。表4常见有机液体的渗碳特性名字分子式碳当量/克碳氧比使用甲醇CH3OH1稀释剂乙醇C2H5OH462增碳剂丙酮CH3COCH3293强渗碳剂乙酸乙酯CH3COOC2H5442增碳剂煤油航空煤油和灯用煤油的主要成分是C9-C14和C11C17烷烃强渗碳剂煤油是一种传统的渗碳滴剂。如图5所示，显示了煤油热解气体的组成和稳定性之间的关系。煤油便宜，渗碳能力强。然而，煤油单独渗碳会在热解后产生大量