齿轮传动轴的热处理工艺Word格式文档下载.doc
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关键词：
42CrMo齿轮传动轴；
调制处理；
感应淬火
目录
242CrMo齿轮传动轴热处理工艺设计 5
2.1齿轮传动轴的服役条件、失效形式及性能要求 5
2.1.1服役条件、失效形式 5
2.1.2性能要求 5
2.2齿轮轴材料的选择 5
2.342CrMo齿轮传动轴的热处理工艺设计 6
2.3.142CrMo的工艺流程 6
2.3.242CrMo钢的热处理工艺设计 7
（1）预备热处理工序--正火 7
感应加热淬火工艺原理 10
2.4选择设备 11
2.642CrMo齿轮传动轴热处理质量检验项目、内容及要求 13
2.842CrMo齿轮传动轴热处理常见缺陷的预防和补救方法 14
2.8.1加热时常见的缺陷的预防及补救方法 14
（1）过热现象及其预防、补救 14
2.8.2调质时常见的缺陷的预防及补救方法 15
2.8.3感应加热淬火缺陷与预防、补救 16
3.结论 17
4.致谢 18
5.参考文献 20
1齿轮传动轴热处理概述
齿轮传动轴是轧机中重要的传动部分,主要承受交变载荷，冲击载荷，剪切应力和接触应力大。
轴部易产生裂纹，齿部易磨损。
因此对齿轮轴的心部要求有一定的强度和韧性，有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力。
表面还应具有一定的硬度和耐磨性。
为了满足这些性能要求，材料要有很好的力学性能，常采用42CrMo钢经正火，调质，感应加热淬火加低温回火已达到所要求的性能。
42CrMo为中碳合金钢，预备热处理是正火，主要目的是为了获得一定的硬度，便于钢坯的切削加工，为调质做好组织准备。
调质的目的是为了提高轧机齿轮传动轴的综合力学性能。
中频感应加热表面淬火是使零件表面得到高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性。
通过对42CrMo钢热处理工艺的分析，就是通过正确的热处理工艺，达到所需要的性能，保证质量。
根据齿轮传动轴的工作条件，失效形式及性能要求，大部分材料选择为合金中碳钢，本设计借鉴了《热处理实用数据速查手册》，《钢的热处理》，《机床零件用钢》，《金属工艺学》等。
根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的42CrMo中碳合金结构钢表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的疲劳强度，在高温下的强度，还要使心部具有高的的强度和韧性，从而满足齿轮轴的质量要求。
242CrMo齿轮传动轴热处理工艺设计
2.1齿轮传动轴的服役条件、失效形式及性能要求
2.1.1服役条件、失效形式
齿轮传动轴在转动时主要承受剪切应力，交变弯曲应力，传递动载荷等工作，受到多次冲击应力。
在工作过程中，由于不同的应力作用，导致不同的失效形式，主要有疲劳磨损，裂纹，表面点蚀，弯曲疲劳折断，冲击折断等。
2.1.2性能要求
（1）具有高的疲劳极限
（2）具有高的抗弯强度
（3）具有较高的韧性
（4）具有高的耐磨性
（5）具有抗多次冲击能力
（6）具有高温下的高强度
（7）具有一定的精度
2.2齿轮轴材料的选择
齿轮传动轴材料的选用根据齿轮传动轴的工作条件，要求以及性能来确定。
根据要求42CrMo钢的性能符合度非常好，其经过正火，调质，感应加热淬火加低温回火后表面硬度可达HRC50的高硬度，表面耐磨性好，心部硬度可达HRC35~45。
42CrMo钢，具有高强度和高韧性，淬透性好，调质后有较高的疲劳极限和抗多次冲击的能力。
淬火时变形小，高温时具有高的蠕变强度和持久强度，且无明显的回火脆性。
42CrMo钢中含有的合金元素Cr，Mo。
其中铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。
可提高碳钢的硬度和耐磨性.而含量超过12%时。
使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。
铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。
使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
而钼在钢中能提高淬透性和热强性。
在调质钢中，钼能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性。
所以在生产中常常选用42CrMo作为轧机齿轮传动轴的材料。
其综合力学性能优良符合质量要求。
表142CrMo钢的化学成分
化学成分（质量分数）%
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Cu
Mo
42CrMo
0.42
0.27
0.65
0.005
1.10
0.20
2.342CrMo齿轮传动轴的热处理工艺设计
2.3.142CrMo的工艺流程
（1）加工路线
备料→锻造→正火→粗、半精加工→制齿→调质→感应加热淬火、低温回火→精机加工磨齿。
（2）锻造工艺设计
锻造齿轮传动轴的毛坯经过锻造后获得基本的形状。
锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，已获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。
查阅《热处理工艺规范数据手册》可以找出42CrMo钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式，本设计具体的锻造工艺参数如表2所示。
表242CrMo钢的热加锻造工艺规范
项目
Ac1
Ac3
加热温度
始锻温度
终锻温度
钢坯
730℃
800℃
1150～1200℃
1130～1180℃
＞850℃
经锻造后其最大直径约为80mm，采用缓冷。
图242CrMo齿轮传动轴示意图
2.3.242CrMo钢的热处理工艺设计
（1）预备热处理工序--正火
一般均安排在毛坯生产之后，切削加工之前，或粗加工之后，半精加工之前。
正火的目的是为了细化晶粒、改善组织，提高切削加工性能，为淬火和最终热处理做好准备。
通常对于亚共析钢正火的加热温度通常为Ac3以上30～50℃,而对于中碳合金钢的正火温度正火温度通常为Ac3以上50～100℃，。
42CrMo的加热温度范围为850～900℃。
加热温度过低先共析铁素体未能全部溶解而达不到细化晶粒的作用，加热温度过高会造成晶粒粗化恶化钢的力学性能，所以我们可以选着870℃。
保温1小时。
正火工艺曲线如图3所示。
870℃
温度/℃
时间T
1h
空冷
图342CrMo钢热处理正火工艺曲线
（2）42CrMo钢的调质处理
淬火后高温回火的方法为调质。
调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。
调质处理后得到回火索氏体，Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。
截面尺寸大或重要的调质工件，应采用42CrMo钢工件淬火后油冷，42CrMo钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小。
所以42CrMo钢采用淬油，再回火处理。
硬度可达HRC35-45。
由亚共析钢淬火温度要求T=Ac3+30~50（℃）可得，淬火温度T=830~850（℃），回火温度达到480℃HRC35-45我们可以设定在840℃图4为调质工艺曲线。
840℃
480℃
时间
油冷
3h
图442CrMo调质工艺曲线图
（3）最终热处理工序—感应加热表面淬火、低温回火
零件经调质后具有良好的综合力学性能，但不满足其工艺要求，所以要进行感应表面淬火已达到所要求的力学性能，感应加热淬火后硬度较高，除磨削外不宜再进行其他切削加工，因此工序位置一般安排在半精加工后，磨削加工前。
根据所要求的性能，可设定淬温度T=900℃。
不同钢含碳量的硬度与回火温度关系不同42CrMo在150~180℃回火可满足使用要求。
图5为调质后感应淬火加低温回火热处理工艺曲线。
图542CrMo钢感应加热淬火加回火工艺曲线
900℃
150~180℃
油
约35s
感应加热淬火工艺原理
感应加热淬火加热速度快，淬火质量好，较一般淬火硬度高，得到极细马氏体，且淬硬层深度易于控制，易实现机械化和自动化。
涡流在工件截面上的分布是不均匀的，心部几乎等于零，而表面电流密度极大，称为“集肤效应”，频率愈高，电流密度极大的表面层愈薄。
依靠这种电流和工件本身的电阻，使工件表面迅速加热到淬火温度，而心部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使工件表面淬硬。
（1）感应加热淬火加频率的选择
感应加热可分为三类：
（1）高频加热
常用频率为（200～300）KHZ，淬硬层深度为（0.5～2.5）mm。
（2）中频加热
常用频率为（2500～8000）HZ，淬硬层深度为（2～10）mm。
（3）工频加热
电流频率为50HZ，不需要频设备，城市用交流电即可，硬层深度为（10～20）mm以上，城市用交流电即。
根据工件尺寸可知，一般硬化层深δ＝（10～20）％Φ较为合适，其中Φ为工件的有效直径，Φ=80mm可得δ≈8，所以我们选择中频感应加热表面淬火。
（4）感应加热淬火的目的
表面感应加热淬火是为了使钢件达到所要求的表面高硬度，高耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性，且呈现低的缺口敏感性，高的冲击韧性和疲劳强度，已达到最优的使用性能和工艺性能。
（3）回火的目的
42CrMo钢经调质、感应加热淬火和低温回火后获得显微组织表面为细马氏体、残余奥氏体和碳化物，心部组织为回火索氏体。
回火后不仅消除了淬火时产生的残余应力，降低了脆性，防止变形和开裂，调整了强度，硬度，塑性和韧性，而且稳定了显微组织和工件尺寸，使其达到了使用性能和工艺要求。
2.4选择设备
（1）正火设备
本次热处理根据工艺参数温度可选用中温箱式电阻炉。
RX-45-9中温箱式电阻炉
图11箱式电阻炉
（2）调质设备。
为方便操作也可选择RX-45-9中温箱式电阻炉淬火。
回火时选用井式回火炉如图12。
图12井式回火炉
（3）感应加热淬火设备
GC-1205感应淬火电炉。
图13中频感应淬火电炉
（4）回火设备
同样，井式回火炉。
2.642CrMo齿轮传动轴热处理质量检验项目、内容及要求
（1）外观形检查
检查工件表面有无腐蚀或氧化皮。
不得有裂纹及碰伤，表面不得有锈蚀。
（2）工件变形检查
根据图样技术要求检查工件的挠曲变形、尺寸及几何形状的变化。
（3）淬硬层深度检查
感应加热淬火后应检查淬硬层深度，42CrMo淬硬层深度应在8mm左右。
（4）硬度检查
在淬火后检查包括淬硬层表面及心部硬度，一般用洛氏硬度HRC标尺测量。
42CrMo钢在调质,感应淬火，低温回火后，表面硬度可达HRC50以上，心
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