工程设计模板

1、兰州理工大学工程设计LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY工程设计题 目 汽车传动轴的选材及加工工艺设计 学生姓名 刘英英 学 号 12080624 专业班级 金属材料工程（2）班 指导教师 张建斌，郭鑫 学 院 材料科学与工程 答辩日期 2016年1月15日 汽车传动轴的选材及加工工艺设计摘要：随着科技的不断发展和应用领域的扩大，轴类零件的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工方便、

2、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工成本最低，最终形成的工艺零件要完整，并能指导实际生产。传动轴是组成机器零件的主要零件之一，一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能运动的传动。传动轴的主要作用为传递力矩和扭矩。传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不能承受弯矩。应该使传动轴具有足够的强度和高临界转速，在强度计算中，由于所获取的安全系数较大，从而使传动轴的尺寸过大，因此本文讨论的主要内容是传动轴的如何选材，传动轴的分析和加工方法的选择。通过对汽车传动轴工作条件分析，以及传动轴材料的机械性能和工艺性能的要求最

3、终将材料定为合金钢40Cr。选择合金钢必须进行热处理工艺。根据传动轴的性能要求制定热处理工艺为：退火正火淬火低温回火中温回火高温回火切削加工轴颈气体渗碳成品。根据产品的尺寸、加热温度等确定所需的热处理炉。工艺布置应尽量满足工艺生产流程。关键词：传动轴、40Cr、刚度、强度、热处理目录一汽车传动轴工况分析及选材3（一）工况分析3（二）汽车传动轴的失效分析4（三） 性能要求4二. 汽车传动轴的材料选择4（一）材料初选4（二）材料终选5（三）合金元素作用分析5三、万向节的加工工艺路线5四汽车传动轴热处理工艺设计6（一）、预备热处理6（二）、最终热处理6（三）万向节的热处理工艺卡8五汽车传动轴热处理的

4、常见缺陷及防止方法9六热处理设备、组织与性能10（一）、热处理设备选择10（二）、使用状态组织与性能10七结论10参考文献12致谢13小结14汽车传动轴的选材及加工工艺设计一汽车传动轴工况分析及性能要求（一）工况分析在我们的日常生活中，传动轴的运用十分广泛。传动轴的主要作用为传递力矩和扭矩。传动轴又分为两种，转轴和心轴，转轴既能承受转矩又能承受弯矩。心轴只能承受弯矩，不能承受转矩。传动轴一般用来支撑齿轮等做回转运动的零件，所以对于传动轴有着严格的要求。传动轴的组织性能直接影响到轴的使用寿命；表面质量的好坏直接影响它的传动效率，所以为了达到轴的使用性能，对于轴的制造要有着严格的选材和工序。传动轴

5、是机械零件中重要零件之一，它起到连接支撑和传递转矩。就目前来看传动存在的问题还是很多的，重要表面质量达不到要求，装配中密封不到位等，尤其是方面。很多汽车生产商不得不把自己所产汽车召回，浪费了大量的人力物力，也给消费者带来了诸多麻烦，给自己企业造成了负面影响。（二）汽车传动轴的失效分析汽车传动轴与离合器、变速器、半轴等组成汽车传动系统，各零件之间通过各种形式的连接构成了力学特性较为复杂的传动链，它不仅受到来自发动机周期性的激励，还受到各种路面的随机激励。传动系在外力激励和系统本身弹性恢复力作用下，会发生扭转振动。如果激励的频率和振动的固有频率接近。应就会产生共振现象易造成零部件的早期失效。(1)

6、传动轴平衡失效；(2)磨损失效；(3)传动轴相关零部件损坏失效；(4)塑性变形失效。汽车传动轴失效的原因主要有：（1）汽车传动轴机件松旷；（2）万向节十字轴与轴承磨损松旷；（3）传动轴中间轴承磨损；（4）中间橡胶衬垫损坏；（5）吊架松动；（6）传动轴弯曲变形；（7）离合器壳裂；（8）中间橡胶衬垫的疲劳损坏。（三） 性能要求汽车传动轴对材料热处理后应具备下列性能：(1)良好的综合力学性能(2)较好的切削加工性能(3)较高的抗磨寿命(4)足够的硬度(5)良好的耐疲劳性(6)一定的韧性二. 汽车传动轴的材料选择（一）材料初选目前，国内使用最久应用最为广泛的是40Cr，其成分特点是：含（C）量是0.3

7、70.40%，Si含量为0.170.37%，Mn含量0.500.80%，S允许残余量0.035%，P允许残余量0.035%，Cr含量0.801.10%，Ni允许残余量0.030%, Cu允许残余量0.030%。调质处理后使零件具有良好的综合机械性能，可用调质+表面淬火提高零件表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质+表面淬火高。其表面含碳量0.81.2%，心部一般在0.10.25%（特殊情况下采用0.35%）经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC5862）,芯部硬度低，耐冲击。 （二）材料终选 40Cr是轴类零件中运用较为广泛的合金钢，它的使用量很大，国外所使用的传动轴的成分也大致相

8、似。40Cr是合金钢含有少量合金元素，综合力学性能良好。经正火后40Cr的硬度比退火略高，比油淬的硬度低，同时硬度也低于40Cr调质钢；从冲击韧性来看，经调质处理后40Cr的冲击韧性远远比正火高，从金相显微组织来看，正火40Cr钢的室温组织为铁素体与珠光体，因此可以得出40Cr经调质处理后既有比较高的硬度和强度，同时又具有比较好的韧性，即具有良好的综合机械性能，经调质处理后的钢可以用来制作汽车的传动轴。综上所述，汽车的传动轴可以选用合金钢40Cr。（三）合金元素作用分析 表1 40Cr的主要化学成分（wt.%）元素CCrMnSiPSCuNi含量0.370.400.801.100.500.800

9、.170.370.0350.0350.0300.030碳的作用：其主要作用是保证钢的硬度、强度与韧性。同时又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀能力。合金钢中的碳是为了保证热处理后该钢具有良好的综合力学性能。铬的作用：轴类零件中Cr的主要作用是增加钢的淬透性、同时有起着细化晶粒、提高耐磨性的作用。锰的作用：提高钢韧性、强度和耐磨性。提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。锰含量增高，降低抗腐蚀能力、焊接性能。还可以提高钢防止热脆的能力。硅的作用：硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度。硫的作用：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。硫偏析现象严重，且很难扩

10、散退火完全消除，硫化物夹杂促使钢中形成带状组织，恶化冲压性能。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢小于0.040%，在钢中加入0.080.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。磷的作用：在一般情况下，磷也是钢中有害元素，磷能溶于铁素体，使铁素体在室温下强度、硬度升高。塑性降低，发生冷脆，同时也使焊接性能及冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%。镍的作用：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其它合金元素代用。铜的作用：铜能提高钢的强度和

11、韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。总之钢中合金元素（如Cr、Mn、Ni）的加入都有利于提高钢的强度、硬度。以及改善切削加工性能。使得钢具有良好的综合力学性能。并且可以提高钢的塑韧性，有利轴类零件的加工和热处理。三、万向节的加工工艺路线传动轴是由轴管、伸宿套、和万向节组成。对于不同的零件，其加工过程和方法是不同的。对于同一种零件，若结构、公差等级不同，其加工过程和方法也有差异。这里主要讨论一下万向节的加工工艺路线为：下料锻造正火粗加工半精加工渗碳去碳加工（对不需要提高硬度部分）淬火车螺纹钻孔或铣槽粗磨低温时

12、效精磨成品。传动轴的生产工艺路线一般如下：下料车两端面，钻中心孔粗车各处外圆调质修研中心孔半精车各处外圆，车槽，划键槽加工线铣键槽修研中心孔磨削检验。四汽车传动轴热处理工艺设计（一）、预备热处理通常情况下，调质钢经加热后必须经过预备热理来降低硬度，便于切削加工，消除热加工造成的组织缺陷，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做好准备。对于40Cr而言，可进行正火和退火处理。比如完全退火、再结晶退火、去应力退火，其组织基本上是铁素体+珠光体。该组织热处理后具有较高的强度、硬度和理化性能好。退火的目的在于：消除材料内部存在的应力，避免材料加工成零件后，零件再产生不应有的变形。细化晶粒，改善组织以提高工件

13、的机械性能。改善和消除钢在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。软化工件以便进行切削加工。为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。退火温度是依据钢的临界点而定，40Cr的退火温度为(Ac3+3050)。由此确定加热温度为850;保湿时间：120min;冷却方式：随炉冷却。850 120min炉冷 时间温度min 图1退火工艺曲线（二）、最终热处理（1）淬火40Cr的淬火是将钢加热到临界温度(Ac3+3050) ，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。一

14、般而言，40Cr进行淬火+高温回火即为最终热处理，40Cr淬火加热温度为830-850，一般采用较慢冷却速度淬火，可以用油淬以避免热处理缺陷。当强度高时，采用较低的回火温度，反之选用较高的回火温度。40Cr钢的淬火工艺：将试样加热到850保温80min,油冷，淬火工艺曲线如图所示。淬火时间计算：t=aKD 式中t-加热时间（min/mm）， a-加热系数（min/mm）通常取1.21.5，（取1.2），K-装炉修正系数（取2.0）， D-零件有效厚度（mm）850min时间80min温度油冷所以代入经验公式得： t=aKD=1.2*2*30=72min 取80min 所以保温时间为80min。

15、 图2淬火工艺曲线说明：工件先预热，当温度加热到850保温80分钟，然后油淬缓慢冷却后回火。（2）回火850时间80min温度油冷24060min空冷min防止传动轴零件的开裂，提高力学性能，一般根据零件的具体硬度要求来确定。图3为淬火加低温回火工艺曲线图。亚共析钢低温回火温度为150300，但钢材的第一类回火脆性温度在250 400，由于40Cr中含有硅、锰、铬等合金元素，第一类回火温度有所增高，所以选用低温回火温度为240；保湿时间为60分钟；采用空冷。 图3淬火加低温回火工艺曲线图回火就是将淬火后的钢/铁，在AC1以下加热、保温后冷却下来的金属热处理工艺。回火时间：t=aD+b 式中t-

16、回火保温时间（min），D-工件有效尺寸（mm），a-加热系数（min）b-附加时间，一般为1020 min 井式回火炉（RJJ回火电炉）加热系数为：1.01.5min/mm在实际生产中，由于装炉量比较多，有时甚至要堆放，因此，必须在上述计算时间的基础上增加11.5倍，以保证工件在回火时得到充分的转变机会。所以由以上经验公式计算得：t=1.0*30+20=60min 。中温回火：依据上面的经验工式及热处理手册查得，中温回火温度为350500，选用温度为460；保湿时间为50min;空冷。高温回火（调质处理）：图4为淬火温度加高温回火工艺曲线图。高温回火温度为500650，可选用加热温度为620

17、；保温时间60min；空冷。min850时间80min温度油冷24060min空冷 图4淬火加高温回火工艺曲线图 （三）万向节的热处理工艺卡万向节的热处理工艺：一、零件的分析汽车底盘传动轴上的端部。主要作用一是传递扭矩；二是当汽车后桥钢板弹簧处在不同的状态时，由于零件可以调整传动轴的长短及位置。零件的两个部位有两个孔，用以安装滚针轴承并与十字轴相连，起万向联节的作用。零件外圆内花键孔与传动轴端部的花键轴相配合，用于传递动力之用。 图5 万向传动轴-花键轴结构简图1-盖子；2-盖板；3-盖垫；4-万向节叉；5-加油嘴；6-伸宿套；7-滑动花键槽；8-油封；9-油封盖；10-传动轴管零件的工艺分析

18、万向节滑动以叉共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求。现分述如下：零件材料为40Cr钢。考虑到汽车在运行中经常加速及正、反向行驶，零件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件产量为4000件，已达大批量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。制作零件机械加工工艺过程是生产技术准备工作的一个重要组成部分。一个零件可以采用不同的工艺过程制造出来。二、基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，

19、加工工艺过程中会出现问题，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。粗基准的选择。对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准完全合理。但对本零件来说，选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准）。精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准不重合时，应该进行尺寸转算，这在以后还要专门计算。三、制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度等技术要求能得到合理的保证。工艺路线方案一工序车外圆62mm，60mm，车螺纹M60×1mm。工序两次钻孔并扩钻花

20、键底孔mm，锪沉孔55mm。工序倒角5×30°。工序钻Rel/8底孔。工序拉花键孔。工序粗铣39mm二孔端面。工序精铣39mm二孔端面。工序钻、扩、粗铰、精铰两个39mm孔至图样尺寸并锪倒角2×45°。工序钻M8mm底孔6.7mm，倒角120°。工序攻螺纹M8mm,Rel/8。工序冲箭头。工序检查。工艺路线方案二工序粗铣39mm二孔端面。工序精铣39mm二孔端面。工序钻39mm二孔（不倒尺寸）。工序镗39mm二孔（不倒尺寸）。工序精镗39mm二孔，倒角2×45°。工序车外圆62mm，60mm，车螺纹M60×1mm。

21、工序钻、镗孔43mm,关锪沉头孔55mm。工序倒角5×30°。工序钻Rel/8底孔。工序M8mm底孔6.7mm，倒角120°。工序攻螺纹M8mm,Rel/8。工序Xlll冲箭头。工序XIV检查。工艺方案的比较与分析。上述两个方案的特点在于：方案一是加工花键孔为中心的一组面，然后以此为基面加工39mm二孔；而方案二则与此相反，先是加工39mm孔，然后在以此二孔为基准加工花键孔及其表面。两者比较可以看出，先加工花键孔定位加工39mm二孔，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹等比较方便。但方案一中的工序虽然代替了方案二中的工序、减少装夹等都比较方便。但方案一中工序虽然

22、代替方案二中的工序、，减少装夹次数，但在一道工序中要完成这么多工作，除了选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，能保证加工精度的情况下，应尽量不选用专用组合机床）外，只能选用转塔机床，利用转塔进行加工。而转塔机床目前大多使用于粗加工，用来在此处加工39mm二孔是不合适的，因此决定将方案中的工序、移入方案一，改为两道工序加工。具体工序过程如下：工序车外圆62mm，60mm，车螺纹M60×1mm。粗基准的选择如前所述。工序两次钻孔并扩钻花键底孔43mm,锪沉头孔55mm，以62mm外圆为定位基准。工序倒角5×30°。工序钻Rel/8底孔。工序拉花键孔。工序粗铣39mm

23、二孔端面，以花键孔及其端面为基准。工序精铣39mm二孔端面。工序钻孔两次并扩孔39mm。工序精镗39mm二孔，倒角2×45°。工序，的定位基准均与工序相同。工序攻螺纹M8mm,Rel/8。工序冲箭头。工序检查。以上加工方案大致看来还是合理。但通过仔细考虑零件的技术要求及可能采用的加工手段之后，就会发现仍存在问题。主要表现在39mm两个孔及其端面加工要求上。轴类零件的加工，一般可分为3个阶段：粗阶段（包括车端面，打顶尖孔，粗车外圆），半精加工和精加工。具体的工艺路线取决于轴的主要表面的尺寸精度、形位公差。轴类零件的工序一般包括：车、钻、铣、磨。轴类零件是机器中经常遇到的典型零

24、件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、凸轮轴等，轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间，轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高。根据零件的结构类型、及其功能，运用定位夹紧的知识从而完成了夹具设计。常见轴的种类，可以从轴类零件的结构特征来看，它们都是长度（L）大于直径（,d）的旋转体零件。若L/d12，通常称为刚性轴；若L/d>12则称为挠性轴。轴的分类主要分清传动轴、心轴和转轴，一般的轴多为转轴。生活中常见的例子如：传动轴：汽车方向盘的轴；电风扇的轴。心轴：火车的车轮轴。转轴：大部分轴为转轴，如自行车中的

25、轴、齿轮、皮带轮的轴等等。这里要注意的是三种轴的共同特点都应当以转动的轴为前提，再按受力状态来区分。随着科技的不断发展和应用领域的扩大，轴类零件的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工成本最低，最终形成的工艺零件要完整，并能指导实际生产。根据传动轴的性能要求制定热处理工艺为（万向节的）：下料车两端面，钻中心孔粗车各处外圆调质修研中心孔半精车各处外圆，

26、车槽，划键槽加工线铣键槽修研中心孔磨削检验。汽车传动轴与离合器、变速器、半轴等组成汽车传动系统，各零件之间通过各种形式的连接构成了力学特性较为复杂的传动链，它不仅受到来自发动机周期性的激励，还受到各种路面的随机激励。传动系在外力激励和系统本身弹性恢复力作用下，会发生扭转振动。如果激励的频率和振动的固有频率接近。应就会产生共振现象易造成零部件的早期失效。传动轴是组成机器零件的主要零件之一，一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能运动的传动。传动轴的主要作用为传递力矩和扭矩。传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不能承受弯矩。应该

27、使传动轴具有足够的强度和高临界转速，在强度计算中，由于所获取的安全系数较大，从而使传动轴的尺寸过大，因此本文讨论的主要内容是传动轴的如何选材，传动轴的分析和加工方法的选择。轴的热处理：整根轴轧为棒料后进行退火或正火处理（含Mn、V、Ti的钢一般退火：840-860度加热一定时间后炉冷，得到铁素体+珠光体组织），获得较好的切削加工性能，加工后整体进行调质热处理（一般为：840-860度加热一定时间后油淬，再进行550-650度的高温回火，得到回火索氏体组织），获得强度、韧性、塑性都较好的综合力学（抗扭、抗弯、无脆性断裂），然后对其花键进行精加工，此时的花键硬度较低（约HRC35-40）不耐磨，还

28、需要对花键进行二次热处理强化，目前多为高频感应热处理，获得隐晶马氏体，花键表面硬度可达到HRC58-62，具有较高的抗磨寿命。五传动轴热处理的常见缺陷及防止方法传动轴零件经热处理后常见的质量缺陷有：传动轴的锻造加热过程中容易出现过热、欠热、过烧、脱碳、回火索氏体、应力集中等缺陷。但有些传动轴零件除检查化学成分、硬度和金相组织外，还应检验其组织中的原轴使用一段时间后却发生早期断裂，甚至有些轴的奥氏体晶粒大小及相关的机械性能（强度和韧性），这些问题容易造成断裂，造成极大的经济损失。防止措施：过烧是因热处理过程操作不当引起的，以及锻造加热温度过高导致的。故应该合理操作热处理工艺，并且控制好锻造加热温

29、度使其处于适当的温度避免产生裂纹、变形开裂。应力集中是由于传动轴的结构设计不合理造成的，故应该合理设计轴的结构：采用圆角过渡，且圆角半径不能太小，尽量降低应力集中；而提高表面及圆角处的加工光洁度，以提高表面质量系数，也有利于增强材料的抗疲劳强度。回火索氏体是上贝氏体、铁素体及屈氏体，该组织强度低、塑性差。故应该在淬火后的冷却过程中要特别注意其冷却速度对组织的影响，控制好冷却速度，以便获得马氏体，回火后获得索氏体，满足轴的性能要求。加热温度太高，则会造成氧化脱碳，最终影响轴的性能。冷却速度太快，则会造成淬火内应力，随后有可能造成轴的开裂。而加热温度偏低，则基体组织中的铁素体未完全溶解，降低材料的

30、强度，最后可能导致轴的断裂。故应严格控制材料的热处理工艺，是保证零件正常工作的前提条件。传动轴是机器中重要的运动部件之一，要求材料的综合力学性能较高，而化学成分不符合技术要求、锻造加热温度过高、应力集中、热处理工艺控制不当等是轴产生断裂的常见原因。这些原因是在制造过程中或由于设计不当造成的。因此在制造过程中应严格控制包括机加工和热处理在内的每一个环节，并且合理设计轴的结构。热处理工艺控制不当，按热处理工艺要求，40Cr钢的调质组织应基本为回火索氏体，体积分数不超过3%，但若传动轴的调质工艺没控制好，如淬火时冷却速度较慢，则极易使冷却曲线碰到C曲线的鼻子，而使材料发生上贝氏体转变。调质组织除了回

31、火索氏体外，还有较多的上贝氏体组织（可通过金相组织或扫描电镜观察到）。由于不能获得所需的组织（此种调质层组织为混晶，且晶粒粗大），故材料性能下降，最终将导致轴的断裂。六热处理设备、组织与性能（一）、热处理设备选择a.退火设备：中温井式电阻炉R-20-12。b.淬火设备：高温井式电阻炉SRJX-4-3。c.回火设备：中温井式电阻炉R2-15-9。由于轴类零件采用的合金钢制造的，尺寸和热处理工艺需要达到机械性能来设计和制定。装炉量根据热处理型号承载来决定。 高温电阻炉使用注意事项：应放在平整的地面或水泥台上。炉底最好垫上石棉板、防止台面受热过高。控制器应避免震动以，放置位置与电炉不宜太近，防止过热

32、使电子元件不能正常工作。石棉板，防止台面受热过高。按高温炉的额定电压，配置功率合适的插头、插座、保险丝等。炉体外壳和控制器外壳接好地线，在高温炉前的地面上铺上一块橡皮板，以避免危险，保证安全 。热电偶应插入炉膛中央，孔与热电偶之间空隙用石棉绳填塞。最好用补偿导线（或绝缘铜芯线）连接热电偶和控制器，注意正负极不要拼错。高温炉首次使用或长期停用后再次使用时，须先烘炉。使用时炉温不得超过额定温度。高温箱式电阻炉所用硅炭使用过程中自然老化，可逐级调档最高，发热量不足（即功率达不到额定值）时，应更换新的硅炭棒。将坩埚、坩埚架等物品放入炉膛时，切勿碰及热电偶，因为伸入炉膛热电偶的热接点在高温下很容易折断。

33、灼烧完毕，应立即切断电源，但不能立即打开炉门，以免炉膛因突然受冷而碎裂。一般是先开条小缝，使炉温很快下降，然后再打开炉门。必须采用逐渐提高电压的办法进行升温，炉温不得超过最高温度以免烧毁电热元件。使用过程中经常照看，防止因自控失灵而造成炉丝烧断等事故。使用完毕，切断电源，关闭炉门，以免炉膛受潮气侵蚀。高温周围不应放易燃易爆物品，更不能在炉膛内灼烧有爆炸危险的物品。（二）、使用状态组织与性能七性能验证试验设计为检验试样在热处理后的硬度与韧性，对退火和正火试样进行布氏硬度的测定；对淬火后低温回火、中温回火、高温回火（调质）的试样进行洛氏硬度的测定；同时对调质处理与油淬后的试样进行冲击韧性的测定。结

34、论见表2冲击韧性值，表3退火、正火的布氏硬度值，表达淬火后回火热处理的洛氏硬度值。表2 40Crr的冲击韧性（多试样平均k值）试样编号试样热处理工艺k值（J/mm2）140Cr850+620回火148240Cr850空冷56从上表可以看出，40Cr经调质处理后的冲击韧性远高于油淬后的冲击韧性。分析40Cr的韧性：40Cr钢的传统热处理工艺采用调质处理，即在Ac3以上3050淬火，然后高温回火。这一工艺已沿用多年，在此工艺基础上如果想进一步提高40Cr钢的强度和韧性则会出现以下矛盾：提高强度，则韧性降低；而想提高韧性，则必须牺牲一定的强度，这样，该材料的应用就会受到限制。把40Cr钢加热至850

35、然后淬火所得组织全部为板条马氏体，由于淬火温度的提高，会使显微成分均匀化，而钢的显微成分是决定钢显微组织形态与亚结构的根本原因。提高奥氏体化温度后，使钢的显微成分及碳含量均匀，淬火后得到板条马氏体。通常的高温奥氏体化效果显著。这一工艺虽然使晶粒长大，冲击韧性下降。因提高奥氏体温度后可获得全部板条马氏体，但会使晶粒异常粗大，冲击很低。为此，我们采用了第二次淬火，使板条马氏体得到遗传的同时晶粒也得到了细化，其组织为细晶的板条马氏体。40Cr热处理金相组织分析正火热处理：正火是加热、保温后在空气中冷却，其冷却速度比炉冷快，珠光体转变温度低，因此正火后获得的珠光体比退火后的珠光体细，正火后组织应为铁素

36、体加珠光体以及可能出现的魏氏组织，40Cr正火后的组织见图6。图6 40Cr正火后的组织（4%硝酸酒精）表3 40Cr退火、正火的布氏硬度（平均值） 试样编号试样热处理工艺硬度值HB140Cr850随炉冷却176240Cr850空冷198通过上表的40Cr的硬度值分析，40Cr正火后硬度高于退火后的硬度值。退火和正火所得的均是珠光体型组织，或者说是铁素体和渗碳体的机械混合物。但是正火与退火比较时，正火的珠光体是在较大的过冷度下得到的，因而对亚共析钢来说，析出的先共析铁素体较少，珠光体较多（伪共析），珠光体片间距较小。此外，由于转变温度较低，珠光体成核率较大，因而珠光体团的尺寸较小。对过共析钢来

37、说，若与完全退火相比较，正火的不仅珠光体的片间距及团直径较小，而且可以抑制先共析网状渗碳体析出，而完全退火的则有网状渗碳体的析出。由于退火（主要指完全退火）与正火在组织有差异，因而性能上也不同。40Cr钢的正火与退火相比较，正火的强度和韧性较高，塑性相仿。对过共析钢，完全退火的因为有网状渗碳体存在，其强度、硬度、韧性均低于正火的。只有球化退火的，因其所得组织为球状珠光体，故其综合性能优于正火的。表4 40Cr淬火后回火热处理的洛氏硬度（平均值）试样编号材料热处理工艺硬度值HRC回火温度硬度值HRC140Cr850油淬50.262024.4240Cr850油淬51.846042.3340Cr85

38、0油淬49.324050.3通过上面所得数据得出40cr钢在低温回火时硬度值比中温回火要高，高温回火硬度值比中温回火要低。原因是淬火钢在低温回火时，得到的组织为回火马氏体，其作用是在保证淬火证的硬度不变或略有降低的条件下，降低其淬火内应力和脆性，稳定组织，以免使用时崩裂或过早损坏。通过查阅资料得出40Cr钢回火硬度变化理论值。通过对比分析，发现实际测得值与理论数据相符合，淬火钢在随着回火温度的升高组织由回火马氏体到回火托氏体再到回火索氏体，硬度也随之降低。调质处理：调质处理是淬火加热高温回火，其室温组织为回火索氏体。40Cr钢的原始组织为球状珠光体，由于球状珠光体的接触面积小，同时铬能阻碍碳的

39、扩散，而铬本身扩散速度较慢，因此加热温度应选择上限，且保温时间加长，否则球状渗碳体很难完全溶解而被保留下来，造成淬火后硬度及强度下降。40Cr调质后的组织见图7。图7 40Cr钢调质后组织 40Cr的性质： 从钢的分类来看，40Cr属于低淬透性调质钢，具有很高的强度，良好的塑性和韧性，即具有良好的综合机械性能；40Cr可用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床的主轴等零件。40Cr钢是我国的标准钢号，因其在调质处理后具有较高的综合力学性能、低的缺口敏感性和较高的低温冲击韧性，因此在机械制造业得到广泛的应用。40Cr钢的淬透性良好，水淬时可淬到28mm60mm,油淬时可淬到15mm40mm；其除调

40、质处理还适于氰化和高频淬火处理；切削加工性能较好，当硬度为174HB229HB时，相对切削加工性为60%；适于制作机械加工件，如一些轴类零件。40Cr机械性能：40钢属于中碳钢，经过一定的热处理后可以获得较好的韧性、耐磨性和塑性，并且价位适中。40Cr调质钢毛坯通过正火可以促进组织性能球化，硬度小于160HRS，具有较好的切削性能。回火温度在550570时，可获得最佳的力学性能。40Cr调质钢的淬透性高于45钢，适用于高频淬火、火焰淬火等表面硬化处理，调质钢经常用于制造承受中等速度的机械零件，如机床上的齿轮、齿条等。传动轴的热处理工艺技术要求如下：通过正火、调质、去应力退火等工艺后，硬度为HR

41、C22，下面对它的热处理进行简要说明。正火是将金属零件加热到上临界点（Ac3）以上3050或更高温度，保温达到完全奥氏体化后，在空气中冷却的热处理工艺。40Cr钢属于中碳调质钢，正火工艺作为其预先热处理工艺，目的是均匀组织、细化晶粒、改善切削加工工艺性能，为最终热处理工艺调质做好组织准备。40Cr钢传动轴的正火工艺参数见表5。表5 40Cr钢正火工艺参数 热处理项目加热温度()保湿时间（min）冷却方式正火850±530出炉空冷调质处理是对工件进行淬火加回火，将工件加热到临界温度以上进行淬火，然后通过不同的介质迅速冷却，再根据不同工件的具体要求将工件加热到临界温度以下某个温度进行回火

42、，以达到不同的硬度要求。淬火是为了得到马氏体组织，以便通过回火使工件获得良好的使用性能。中碳钢得到全马氏体有一个临界淬火速度，但由于40Cr中加入Cr，使得C曲线右移，临界淬火速度减小，油淬才可达到其要求，40Cr的淬透性比较好，虽然是在油中冷却，但硬度较高，而且工件的变形、开裂倾向小。为降低成本，对形状不复杂的工件也可以在水中淬火。只要操作者严格出水的温度，就不易使工件发生开裂现象。回火处理时，应注意高温回火后的冷却方式，针对40Cr回火后慢冷容易产生第二类回火脆性的特点，钢件回火后冷却方式应选择油冷，而不是空冷。钢件经油冷后，所产生的热应力小、韧性好。回火的目的：消除或减小淬火应力，降低淬

43、火钢有脆性，达到零件要求的使用性能，稳定钢件的组织和尺寸。回火的作用：提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。调整钢铁的力学性能以满足使用要求。回火之所以具有这些作用，是因为温度升高时，原子活动能力可以较快地扩散，实现原子的重新排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。内应力的消除还与温度升高时金属强度下降，塑性提高。回火温度超高，这些力学性能的变化越大。有些合金元素含量高的合金钢，在某一温度范围回火时，会析出一些颗粒细小的金属化合物，使强度和硬度上升。这种现象称为二次硬化。通

44、过调质处理，工件可获得综合力学性能良好的回火索氏体组织，保证了钢件的强韧性。具体的40Cr钢的调质工艺参数见表6。表6 40Cr钢调质工艺参数热处理项目加热温度()保温时间(h)冷却方式硬度(HRC)淬火8308500.451油冷5255回火66070011.5水冷20左右满足工艺性能要求：可锻性：具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。退火工艺性：球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。切削加工性：切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。氧化、脱碳敏感性：高温加热时抗氧化性能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。淬硬度性:淬

45、火后具有均匀而高的表面硬度.淬透性:淬火后获得较深的的淬硬度层,采用缓和的淬火介质就能淬硬.淬火变形开裂倾向:常规淬火体积变形小,形状翘曲畸变轻微异常变形倾向低,对淬火温度及工件形状不敏感。可磨削性：砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。满足经济性要求：在给轴类零件选材时，必须考虑经济性这一原则，尽可能的降低制造成本。因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。另外，在选材时还应考虑市场的生产和供应情况，所选钢种应尽量少而集中，易购买。合金元素对钢性能的影响：在现代工业生产中，含合金元素

46、的钢已被广泛的采用，这是因为它们不但有较好的物理、化学性质，更重要的是它的机械性能也大为改善，特别是强度、韧性等性能；同时热处理能十分显著的改善和加强它的机械性能。因此，我们必须详细地了解各个合金元素对钢在热处理时的影响。八结论1.通过对汽车传动轴工作条件分析，以及传动轴材料的机械性能和工艺性能的要求最终将材料定为40Cr。2.40Cr为轴承钢，将进行球化退火、淬火、回火热处理工艺。3.根据传动轴的性能要求制定热处理工艺为（万向节的）：下料车两端面，钻中心孔粗车各处外圆调质修研中心孔半精车各处外圆，车槽，划键槽加工线铣键槽修研中心孔磨削检验。4.根据产品的尺寸、加热温度等确定所需的热处理炉有，

47、a.退火设备：中温井式电阻炉R-20-12，b.淬火设备：高温井式电阻炉SRJX-4-3，c.回火设备：中温井式电阻炉R2-15-9。工艺布置应尽量满足工艺生产流程。参考文献1 梅尔.库兹. 材料选用手册, 北京：化学工业出版社，20052 肖天宇. 最新钢牌号性能用途与技术标准速用速查手册, 银声音像出版社, 20043 于刚. 金属材料性能与质量检测标准规范全书，金版电子出版公司，20034 张超,于民治. 新编钢材速查速算手册, 北京：化学工业出版社，20085 薄鑫涛,郭海洋,袁凤松. 实用热处理手册, 上海: 上海科学技术出版社, 20096 机械工程材料性能数据手册编委会. 机械工程材料性能数据手册, 北京：机械工业出版社,7 李炯辉. 金属材料金相图谱, 北京：机械工业出版社, 20068 机械设计手册 闻邦椿 主编 ， 机械工业出版社9 机械零件设计手册 吴宗泽主编， 机械工业出版社10 机械传动装置设计手册卜炎主编 ， 机械工业出版社11 实用机床设计手册 隋秀凛，高安邦 主编， 机械工业出版社12 张峰，李兆前，黄传真.参数化设计的研究现状与发展趋势J. 机械工程师，2002.13 吴吉林.圆柱齿轮的有限元模态分析J.煤矿机械，2005.14 田静云，田卫军，李郁.基于 Pro/E 齿轮的参数化设计及有限元分析J.机械设计与制造1