磨床砂轮主轴热处理工艺设计(周延源)Word格式.docx

磨床砂轮主轴热处理工艺设计(周延源)Word格式.docx

《磨床砂轮主轴热处理工艺设计(周延源)Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磨床砂轮主轴热处理工艺设计(周延源)Word格式.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

6.2热处理缺陷及控制方法15

七、加热设备19

八、热处理工艺卡23

九、心得和体会23

十、参考文献24

一、热处理工艺课程设计的目的及意义

热处理工艺课程设计是材控专业热处理方向学生的一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节，其目的是：

1、培养学生综合运用所学热处理知识去解决工程问题的能力，并使所学知识得到巩固和发展。

2、学习热处理工艺课程设计的一般方法，热处理设备选用和装夹具设计等。

3、进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。

2.1给定零件：

2.2技术要求:

要求主轴心部调质到235~265HBS；

主轴表面采用中频感应加热淬火，硬度应≥59HRC。

2.3选材论证（选材65）：

机床主轴的服役条件及失效形式：

主轴是机床中的重要零件，切削加工时，高速旋转的主轴承受弯曲，扭转，冲击等多种载荷，要求它具有足够的刚度、强度、耐疲劳、以及精度稳定等性能，显然硬化处理是必不可缺的。

带内锥孔或外圆锥度的主轴，工作时和配合件虽无相对滑动，但装卸频繁。

例如铣床主轴常需调换刀具，磨床头尾架主轴常需调换卡盘和顶尖，磨床砂轮主轴常需更换砂轮等，在装卸中都易使锥面拉毛磨损，影响精度，故也许硬化处理。

与滚动轴承相配的轴颈虽无磨损，但为改善装配工艺性和保证装配精度也须具有一定的硬度。

咬死，又称抱轴，是磨床砂轮主轴常见的损坏形式之一。

其主要起因是润滑油中的杂质微粒，轴瓦材料择不当，结构设计不合理，加工精度不够，主轴副装配不良，间隙不均等，咬死现象一旦发生，则主轴运转精度下降，磨削时产生震动，被磨零件表面出现波纹。

除对上述原因改进外，在主轴选材和热处理方面，提高硬度，红硬性，热强度，有助于提高抗咬死能力。

实践证明：

抗咬死能力依65Mn钢中频淬火、GCr15钢中频淬火、38CrMoAlA渗氮钢渗氮处理的顺序而提高。

不同工作条件下的磨床主轴选用材料和热处理的参考表

序号

工作条件

材料

热处理

硬度

原因

1

1）与滑动轴承配合

2）承受中等载荷，转速较高（PV<

400N.m/（cm2.s））

3）承受较高的交变和冲击载荷

4）精度要求较高

40Cr

（40MnVB）

调质处理

220~250HB或250~280HB

1）调制后主轴有较高的强度和韧性

2）为获得良好的耐磨性选择表面淬硬

3）配件拆装部分有一定的硬度

轴颈部分表面淬火

52~57HRC

装拆配件处表面淬硬

48~53HRC

2

其他条件同1但精度要求较高，转速亦有提高

45Cr

（42CrMo）

同序号1

表面硬度56~61HRC

3

3）要求轴颈有更高的耐磨性

5）承受较高的交变载荷，但冲击载荷较小

65Mn

调质

250~280HB

1）调质后有较高的强度

2）表面淬硬后提高耐疲劳性能

3）获得较高的硬度，提高耐磨性

4）表面马氏体易粗大，冲击值低

轴颈部分表面淬硬

≥59HRC

配件装拆处表面淬硬

50~55HRC

4

其他条件同3但表面硬度和显微组织要求更高

GCr15

9Mn2V

同序号3

1）获得较高的表面硬度和良好的耐磨性能

2）超精磨性能好，粗糙度易降低

5

2）承受载荷，转速很高

3）精度要求极高，轴隙≤0.003mm

4）承受很高的疲劳应力和冲击载荷

38CrMoAlA

正火或调质

1）有很高的心部强度

2）达到很高的表面硬度，不易磨损保持精度稳定

3）优良的耐疲劳性能

4）畸变最小

渗氮

≥900HV

同上

65钢的性能特点及应用

65号钢属于中高碳弹簧钢，在适当热处理或冷作硬化后具有较高强度与弹性，其焊接性不好，易形成裂纹，可切削性差，冷变形塑性低，淬透性不好，一般采用油淬，大截面零件采用水淬油冷或正火处理进行硬化。

其特点是在相同组态下疲劳强度可与合金弹簧钢相当。

65钢用于制造弹簧、弹簧圈、各种垫圈、离合器以及制造一般机械中的轴、轧辊、偏心轴等。

65钢的化学成分

钢号

C

Si

Mn

Cr

Ni

Cu

P

S

65

0.62~0.70

0.17~0.37

0.50~0.80

≤0.25

≤0.035

65钢中Mn的含量为0.50~0.80%，比65Mn钢低0.4%。

Mn能够强化铁素体，降低ΔGγ→α，使奥氏体等温转变曲线右移，提高钢的淬透性；

Mn是奥氏体形成元素，降低钢的A1温度，促进晶粒长大，增加钢的过热敏感性；

Mn促进有害元素在晶界上的偏聚，增大钢的回火脆性的倾向；

Mn强烈地降低钢的Ms温度，因此增加了淬火钢中的AR；

Mn扩大γ区的作用较大，与γ-Fe无限互溶，所以钢中含Mn量大时，在室温下可获得奥氏体。

Mn与硫易形成MnS，所以能减轻或消除钢的热脆性。

Mn与氧容易形成MnO，因此是较好的脱氧剂。

3.1工艺流程

锻造—退火—粗车—调质—精车—感应淬火-回火-磨削—稳定化处理。

3.2热处理工艺参数设定

表3-2-165钢临界温度及常规热处理工艺参数

临界温度/℃

退火

正火

Ac1

Ac3

Ms

温度/℃

冷却方式

硬度HBS

727

752

265

Ar1

Ar3

Mf

680~700

炉冷

≤210

820~860

空冷

-

696

730

淬火

回火

淬火介质

硬度/HRC

不同温度回火后的硬度值HRC

常用回火温度范围/℃

硬度HRC

150℃

200℃

300℃

400℃

500℃

550℃

600℃

650℃

800

水

62~63

63

58

50

45

37

32

28

24

320

~

420

水/油

35

48

磨床砂轮主轴的热处理工艺

退火：

锻后800℃X3h炉冷至550℃出炉空冷

调质：

820℃X2.5h，先盐水淬冷20s再油冷，然后600℃X4h回火，空冷

感应淬火：

精车后进行中频感应淬火，使用ZP-100，2500Hz设备，参数见表3-2-2

回火：

160℃X4h

时效：

粗磨后160℃X10h

20mm段的两边及锥体段硬度允许低至50HRC

表3-2-2磨床砂轮主轴中频淬火参数

淬火部位

功率（kW）

移动速度（mm/min）

温度（℃）

感应器尺寸（mm）

Ф100X224143

110~130

820

Ф115X29

喷水

Ф125X20

同时加热

840

Ф135X34

喷雾空冷20s

热处理工艺实施要点

①调质处理中的淬火冷却方式采用的是双液淬火（水淬油冷）法，即先在浓度为5%~10%的盐水中淬冷20s后，随即转入油中冷至室温。

然后再进行600℃X4h的高温回火。

②轴类零件淬火时，一般采用顶尖定位，但力量应适当。

否则较细的轴易产生弯曲变形。

无法用顶尖定位的工件，可采用定位套或轴向定位卡套；

若为阶梯轴应先淬直径小的部分，后淬直径大的部分。

3.3热处理工艺解析

①退火其目的为消除锻造工艺造成的组织缺陷，起到均匀组织、细化晶粒、改善切削加工性能的作用。

65钢在锻造后有残余应力，根据表3-3-1正火与退火工艺应用范围，选择去应力退火，先加热至800℃，保温3h然后炉冷至550℃后出炉空冷。

表3-3-1正火与退火工艺应用范围

工艺

名称

目的

应用

正火

（1）提高低碳钢的硬度，改善切削加工性

（2）细化晶粒改善组织（如消除魏氏组织、带状组织、大块状铁素体和网状碳化物）为最后热处理做组织准备

（3）消除内应力，提高低碳钢性能，作为最后热处理

（1）主要用于低中碳钢和低合金结构钢铸、锻件消除应力和淬火前的预备热处理，消除网状碳化物，为球化退火做准备，细化组织。

（2）用于淬火返修件，消除内应力和细化组织，以防重淬时产生变形和开裂

完全

退火

（1）细化晶粒

（2）消除魏氏组织和带状组织

（3）降低硬度，提高塑形，利于切削加工

（4）消除内应力

（5）对于铸件可消除粗晶，提高冲击韧性、塑形和强度

（1）用于中碳钢和中碳合金钢铸、焊、锻制件等。

也可用于高速钢、高合金钢淬火返修前的退火，细化组织、降低硬度、改善可加工性、消除内应力。

（2）用于亚共析钢的预先热处理

等温

（1） 采用等温退火，由于奥氏体等温分解是在恒温下进行，因而所得到的珠光体组织均匀（特别是对于大截面的零件），从而获得均匀的力学性能

（2）采用等温退火，可以使采用一般退火方法难于得到珠光体组织的钢得到珠光体，以利切削加工，并缩短生产周期

（1）可根据等温退火的目的，在生产中广泛应用，特别是亚共析钢和共析钢

（2）合金钢的退火，几乎用等温退火代替历来采用的完全退火

去应

力退

火

（1）消除内应力、稳定尺寸、减少加工和使用过程中的变形

（2）降低硬度，便于切削加工

（1）消除中碳钢和中碳合金钢由于冷、热加工形成的残留应力

（2）用于铸锻件和焊接件

（3）对于高精度零件，为消除切削加工后的应力，稳定尺寸，采用更低温度长时间保温

②调质赋予主轴整体良好的综合力学性能。

加热方法：

热炉装料。

理由：

缩短加热时间，节省能源。

加热介质：

盐浴加热。

减小开裂倾向。

淬火加热温度为820℃。

淬火加热温度确定依据：

65钢属于弹簧钢，淬火加热温度在Ac1~Accm范围时，加热状态为细小奥氏体晶粒和未溶解碳化物，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的球状碳化加热温度物。

这种组织不仅有高的强度和硬度、高的耐磨性，而且有很好的韧性。

如果淬火加热温度过高，碳化物溶解，奥氏体晶粒长大，淬火后得到片状马氏体，其显微裂纹增加，脆性增大，淬火开裂倾向也增大。

由于碳化物的溶解，奥氏体中含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低。

保温时间2.5h：

表3-3-2保温时间系数（min/mm）

工件材料

直径/mm

≤600℃

气体介质炉中预热

800~900℃

气体介质炉中加热

750~9850℃

盐浴炉炉中加热或预热

1100~1300℃

碳素钢

≤50

>