钢传动轴零件热处理工艺设计书Word文件下载.docx
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45钢是中碳结构钢,冷热加工性能都不错,机械性能较好,且价格低、来源广,所以应用广泛。
它的最大弱点是淬透性低,截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
表2-145钢化学成分
2.1.1主要化学成分作用分析
C：
碳是钢铁材料的主要合金元素。
C在钢中主要以三种状态存在。
固溶于δ/γ/α-Fe中形成高温铁素体、奥氏体和铁素体,提高钢的强度；
形成金属碳化物如Fe3C、Vc等,提高钢的硬度和耐磨性；
游离态石墨<
过共析钢中>
这种状态于钢材的性能有害,应当避免。
钢中含碳量增加,屈服点和抗拉强度升高,但塑性和冲击性降低,碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力,此外,碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
Mn:
锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。
钢中一般都含有一定量的锰,它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性,从而改善钢的热加工性能。
S:
硫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。
对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。
P:
磷是固溶强化铁素体元素,能显著提高钢的抗拉强度,也能提高钢的耐蚀性。
在一般情况下,磷是钢中有害元素,使钢的晶粒粗化,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。
Si:
是钢中常见的还原剂和脱氧剂,能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度。
硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度,其作用仅次于磷。
2.1.245钢加热和冷却临界点
查表可知,45钢的Ac1温度725℃,Ac3温度775℃,Ar1温度690℃,Ar3温度751℃,Ms温度330℃,Mz温度50℃。
45钢的锻造温度为：
始锻温度1200℃,终锻温度800℃。
2.2传动轴零件加工工艺
传动轴是镗床的重要零件之一,传动轴上安了一个蜗杆套,在涡轮带动下蜗杆转动,在传动轴下端有轴承使轴向转动自如。
涡轮和蜗杆转动产生自锁,传动轴与蜗杆套配合处及在传动轴与主轴箱上孔接触处均产生摩擦,特别在传动轴与蜗杆套配合处及有相对运动,传动轴主要是在摩擦、磨损和一定的冲击条件下进行传动工作的。
此外在进行运转时还要受到扭转和碰撞等力的作用。
图2-2传动轴零件工作简图
传动轴在传动过程中,要求其具有高的强度、良好的硬度和耐疲劳性,在传动两个传动时还要有足够的精度、光洁度和尺寸稳定性,这样才能保证传动轴在传动过程中的传动稳定性和最好状态。
3.加工工艺
序号
工序名称
工序容
工序目的
1
下料,锻造
选取Ф75mm的45钢圆钢作为毛坯,下料后通过锻造粗略成型得Ф76mmX270mm的原料。
锻造可以粗略成型,以减少切削用量。
在锻造过程中,使原始网状结构得到破坏,打碎大型块状碳化物,通过细化组织来降低碳化物的大小、提高物理性能,锻造的同时还可以促进元素的扩散以使化学成分更加均匀。
2
调制处理
采用〔8605℃淬火+600℃高温回火
使钢材得到调整,使其强度、塑性和韧性都比较好,表面硬度为220~250HBW,具有良好的综合机械性能,以便后续的切削加工。
3
粗车
车端面,钻中心孔,车台阶面,留一定的余量
得到大致形状的工件,留一定余量以便接下来的精加工
4
稳定,检查
稳定形状尺寸,并在布氏硬度计上检查硬度为220~250HBW
检验尺寸稳定性和表面硬度,以满足技术要求
5
钳
在车床上修研两端中心孔
两端中心孔作为定位基准,修研为消除中心孔的热处理变形和氧化皮
6
半精车
半精车各外圆到图样规定的尺寸,加工出各退刀槽,倒角
7
钻螺纹孔
钻头钻出两个螺纹孔,留少量余量
8
铣键槽
划键槽加工线,并用铣刀铣键槽
保证有较精确的定位基准,并且避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的表面
9
修研两端中心孔
用钳修研两端中心孔
提高定位精基准面的精度,减小锥面的表面粗糙度值。
10
磨削
在外圆磨床进行磨削加工使外圆及轴肩面达到尺寸要求
11
高频感应淬火
45钢表面淬火加热温度为830℃~870℃,冷却介质为水
提高零件的表面硬度、耐磨性和疲劳强度,同时又能保证芯部有一定的韧性。
12
回火
回火温度为180℃~200℃
得到回火马氏体,不但显著降低表面淬火残余应力,而且保留较高的硬度
13
检查
表面检查,硬度检查,显微组织检查和变形检查
观察表面是否有裂纹和缺陷,检查硬度是否符合要求,显微组织是否正确,有没有发生变形等,以使工件满足尺寸和性能要求。
4.热处理工艺设计的容
由制定的工艺路线可知,在加工过程中将用到四种热处理工艺,分别是：
调质处理、高频感应淬火、低温回火,接下来将详细介绍其工艺容和参数确定。
4.1调质处理
将淬火加高温回火双重处理的热处理工艺称为调质处理。
调质处理的目的是使钢既具有高的强度极限和屈服极限,又有足够的性和韧性,故具有高的综合机械性能。
常用于中碳结构钢和中碳合金结构钢,以便于接下来的切削加工。
4.1.1加热温度
GB/T699-1999标准规定45钢的推荐热处理制度为850℃正火、840℃淬火、600℃回火,屈服强度≥355MPa。
本次采用860℃5℃淬火,未回火之前,硬度在55-62HRC,采用600℃高温回火,使表面硬度降低到220-250HBW,约为21-25HRC。
加热方法
对于形状复杂,要求精度高变形量小的工件,为减少淬火变形及开裂倾向,必须严格控制加热速度,一般选择以30～70℃/h升温到600~700℃,等温一段时间后再以50~100℃/h速度升温。
加热装置：
45钢,高温淬火,选择RJX110-12高温箱式电阻炉,炉膛尺寸1800X900X600<
mm>
。
装炉原则：
1.允许不同材质、但具有相同加热温度的工件装入同一炉加热；
2.入炉工件均应干燥、无油污及其它脏物；
3.截面大小不同的工件装入同一炉时,大件应放在炉镗里面,大、小件分别计算保温时间；
4.装炉时必须将工件放在装炉架或炉底板上,用钩子、钳子堆放,不得将工件直接抛入炉,以免碰伤工件或损坏设备；
5.细长件应尽量垂直吊挂加热,以减少变形；
6.在炉中加热时,一般单层排列,工件间隙10-30mm,小件允许适当堆放,保温时间酌情增加。
安装简图如下：
图4-2装炉安装简图
4.1.2保温时间
炉中的工件应在规定的加热温度围保持适当的时间,保证必要的组织转变的护散。
加热时间是指工件装炉合闸通电加热起至出炉的整个过程的时间〔含所需升温时间、透热时间、及组织转变所需时间。
加热时间与工件的有效厚度、钢种、装炉方式、装炉量、装炉温度、炉的性能及密封程度等到因素有关。
工件的加热时间可按下列公式计算：
T=KαD
式中 T加热时间,min;
K工件装炉方式修正系数;
α保温时间系数〔min/mm;
D工件有效厚度〔mm>
.
图4-3α保温时间表
装炉方式：
单层工件有间隔排放,K=1.0；
单层工件无间隔排放,K=2.0；
料盘堆放装料加热,K=1.1∽1.2；
小件散状堆放加热,K=1.3∽1.4。
由上可知,进行淬火时的K=1.0,α=1,。
5min/mm,D=68mm,
则860℃淬火时的加热时间为：
T=100min。
回火时间的确定：
从工件入炉后炉温升到温度时开始计算。
回火时间一般为：
1∽3h,回火时间长短与工件有效厚度相关。
合金钢应按列表时间增加1/3保温时间。
低温回火保温时间应＞2h。
图4-4空气炉回火保温时间表
4.1.3冷却方法及介质
因为45钢淬透性低,故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。
工件入水后,应该淬透,但不是冷透,如果工件在盐水中冷透,就有可能使工件开裂,这是因为当工件冷却到180℃左右时,奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。
因此,当淬火工件快冷到该温度区域,就应采取缓冷的方法。
由于出水温度难以掌握,须凭经验操作,当水中的工件抖动停止,即可出水空冷〔如能油冷更好。
另外,工件入水宜动不宜静,应按照工件的几何形状,作规则运动。
静止的冷却介质加上静止的工件,导致硬度不均匀,应力不均匀而使工件变形大,甚至开裂。
4.1.4检验方法
硬度检查：
在3000bld布氏硬度机上检查硬度是否在220-250HBW。
尺寸测量：
用千分尺测量。
热处理工艺路线图：
图4-5调质处理热处理工艺图
图4-6淬火马氏体金相图
4.1.5调质处理材料的组织、性能
860℃淬火后,组织：
淬火马氏体。
性能：
强度及硬度很高〔硬度可达58~60HRC左右,而其韧性及塑性则明显下降。
600℃回火后,组织：
回火索氏体。
工件的强度和硬度有所下降,而塑性及韧性则显著提高。
因此,可获得良好的综合力学性能,以适应制造要求强度较高,塑性及韧性也好的机械零件。
问题及分析：
如果加热速度过快,工件加热会出现变形,而且,如果保温时间不足,会使得整个组织是不均匀的,不仅会降低轴的机械性能,而且,会引起由于组织不均匀而引起的机械变形,因为,组织转变中会有体积的变化。
组织转变的顺序图是：
〔加热奥氏体——<
淬火>
马氏体——〔高温回火索式体。
而且,冷却过程中,如果冷速过快,不仅会出现工件变形,还会使得工件出现很大的淬火应力,严重时工件甚至会开裂。
常见淬火缺陷有：
1.淬火畸变与淬火裂纹;
畸变：
防止措施,热校直、冷校直、加压回火修正；
裂纹：
报废。
2.氧化、脱碳与过热、过烧；
氧化、脱碳：
防止措施,加热保护；
过热：
防止措施,重新退火再次淬火；
过烧：
3.硬度不足；
4.软点：
硬度不均；
5.其它组织缺陷。
4.2高频感应淬火
4.2.1原理
它是利用高频感应电流将钢材的局部加热表面淬火目的在于提高零件局部硬度、耐磨性、疲劳强度。
它是根据电磁感应原理将工件置于通有高频感应电流的感应线圈中,在高频
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