热处理综合实验方案

1、热处理综合实验方案汽车变速箱齿轮固体渗碳工艺设计的实验方案 11 变速箱齿轮的材料选择 11.1 汽车变速齿轮的服役条件 11.2 汽车变速齿轮常见的失效形式 21.3 汽车变速齿轮的性能要求 31.4 汽车变速齿轮的材料的选择 32 渗碳工艺的确定 72.2 渗碳温度 7.2.3 渗碳保温时间 92.4 渗碳过程 1. 02.5 渗碳后的淬火、回火处理 113 渗碳热处理后的检测 12汽车变速箱齿轮固体渗碳工艺设计的实验方案1 变速箱齿轮的材料选择1.1 汽车变速齿轮的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。其服役条件如下 :1）齿轮

2、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）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）变速齿轮在换档时，端部受冲击，承受 一定冲击力 ;4）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。1.2 汽车变速齿轮常见的失效形式 根据其服役条件，常见的失效形式为：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

3、 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a 摩擦磨损：汽车、拖拉机上变速齿轮属于 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。b 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。 另外， 齿轮除上述失效 形式外，还有在换档时， 齿端相互撞击， 而 造成的齿端磨损

4、， 或因换档过猛或过载造成 断裂以及齿面塑性变形，崩角等失效形式。1.3 汽车变速齿轮的性能要求根据变速齿轮服役条件及失效形式， 对齿轮 的性能作如下要求：1 ) 有较高的弯曲疲劳强度；2 ) 表面有高的硬度和耐磨性；3 ) 具有高接触疲劳抗力；4 ) 足够的塑性和韧性；5 ) 高的淬透性；6)齿面硬度 HRC 5662 。1.4 汽车变速齿轮的材料的选择汽车变速齿轮属于重载荷齿轮，受力较大， 且频繁受冲击，因此在耐磨性、疲劳强度、抗冲 击能力等方面要求较高， 为满足表面耐磨性和整 体强韧性的要求，一般选用渗碳钢，如 20Cr、 20CrMnTi 选用热处理为：渗碳。汽车变速齿轮备选材料分析对

5、于20Cr1）成分钢种C %Si%Mn %Cr %P%S%200.170.200.50 0.70< 0.()< 0.04Cr0.240.400.801.00400临界点：Ac1 = 760CAc3= 830C2）性能特点20Cr是典型的低淬透性钢，但比相同 含碳量的碳素钢的强度和淬透性都有明显 提高，油淬后可得马氏体淬硬层为20-23,常用于制造截面尺寸小于 30伽，形状 简单，受力不大，变 速档较高，负载不大 的而耐磨渗碳零件。20Cr正火后硬度为 HB179217，显 微组织为均匀分布的片经渗碳后淬火，状 珠光体和铁素体， 回火，表面硬度达5662HRC , 心部硬度达3545

6、HRC。a b> 835MPa a S> 540MPa 8 S> 1%40 Ak> 47J对于20CrMnTi钢1）成分钢种C %Si%Mn%Cr %Ti %s、 P%20Cr0.170.200.801.100.06< 0.04MnTi0.240.401.101.300.120临界点：Ac1 = 750°CAc3= 835C2）主要性能20CrMnTi是典型的中淬透性钢，该钢 由于Cr > Mn多元复合 合金化的作用，淬 透性好，油淬临界直径为 40mm左右。渗 碳后淬火回火具有较高耐磨性和抗弯强度 以及高的强韧性，特别是良好的低温冲击韧 性，钢在

7、加热时过热敏感性小，渗碳速度快, 过渡层均匀，渗碳后可以降温直接淬火，淬火 变形小。钢的渗碳工艺性较好，晶粒长大倾 向小，热处理工艺简单。20CrMnTi 的热加工和冷加工性能较 好，正火后硬度为HB180230,相对切削 性能好，并可获得光洁的表面。一般可用于制造截面在 30mm 以下的 承受高速、中速及重载 荷以及冲击和摩擦 的重要渗碳零件，如齿轮、齿轮圈、离合器 轴、液压马达转子等。由以上分析可得： 汽车变速箱齿轮从服 役条件、失效 形式、性能综合考虑，故选 用 20CrMnTi 作为汽车变速齿轮的材料。 其含碳量及合金元素的作用如下：C = 0.170.24是为了保证心部得到 低碳马氏

8、体，具有足够的强韧性；Cr 、Mn 、Si 的作用：增加钢的淬透性；Ti 的作用：细化晶粒，防止渗碳温度 下奥氏体晶粒粗化， 以便实现渗碳预冷直淬 工艺，同时还可形成合金碳化物渗层耐磨 性。 试验设备为固体渗碳炉、回火炉等。2渗碳工艺的确定 2.1齿轮的生产工艺流程：锻造-正火-粗制齿-渗碳-半精制齿-淬回火-精制J_K 齿火工艺曲线2.2渗碳温度渗碳温度对渗碳过程及结果有如下几方面的影响：1）影响渗碳速度，提高温度可显著加速扩散过程 加速渗碳速度，缩短渗碳时间；2）影响渗碳层的碳浓度，表层含碳量并非越高越 好，一般控制在0. 8% 1. 1%之间比较理想；3）温度过高，容易引起钢的晶粒长大，

9、降低韧性, 零件翘曲变形的可能性增加；4）如果采用渗碳后直接淬火工艺，渗碳温度的升 高容易导致渗层中残余奥氏体量增加及渗碳温 度冷到淬火温度的时间相应延长；综合考虑了以 上各种影响后，多数选择900950C渗碳，以 92O930C用得最多。临界温度和渗碳淬火温 度钢种Ac1/CAc3/CAr3/CAr1/CMs/C渗碳/C淬火/ C20Cr MnTi7408257756803749209408308702.3渗碳保温时间渗碳温度与保温时间对渗碳层深度的影响渗碳层深(mm)保温时间(h)渗碳温度(C)8809009209409609800.43.53.02.752.52.01.50.86.56.

10、05.04.54.01.51.29.08.06.55.55.04.01.612.010.08.07.06.05.02.014.512.09.58.57.06.0根据上表及渗碳温度(920940°C)，取渗碳层深0.8mm，得保温时间为5小时。保温5小时后开 始炉冷，炉冷至860C后出炉随箱空冷。2.4渗碳过程1）渗碳前的准备工作将齿轮清理干净,用120#汽油清洗油污并擦 净,有氧化皮的用细砂布打去。作为渗碳剂的木 炭要打碎成约 40 mm< 40 mm 的小块,粉末筛 去。钢板焊接渗碳筒，焊好的箱体内部清洁氧化 皮,密封好,在渗碳箱一端端板上部的两侧，距侧边和顶边各150 mm处多钻一个<12 mm的孔 以便放、取试样。2）渗碳箱不宜过大，其外形尺寸应尽可能适合工件的要求，箱子与炉底板架空，使受热均匀。零件装箱时，在渗碳箱底部先铺上一层渗碳 剂（厚3040mm），随后即往箱内放工件，工件 间距须保持10 15mm，工件和箱壁的距离则 为2025mm。装好一层工件后，铺上一层渗 碳剂并细心捣实，然后放上第二层工件，上下两 层工件之间渗碳剂厚度为 1525mm.。在装工 件的同时，应装上试棒，试棒放置位置应尽可能 的反映工件的实际渗碳情况。在箱内放入最后一 层工件后，上面放的渗碳剂厚度不得小于 30 40mm。装箱好后，用耐火粘土（加上