万能升降台铣床摩擦片Word文档下载推荐.docx

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2.3零件的服役条件失效形式和性能要求

铣床摩擦片的工作情况为当电磁离合器线圈通电后产生磁场，将摩擦片吸向铁芯，衔铁也被吸住，紧紧压住各摩擦片，于是依靠主动摩擦片与从动摩擦片之间的摩擦力使从动齿轮随主动轴转动，总之，摩擦片主要用于传动和制动。

铣床摩擦片工作的环境介质为干的空气中，不能有油或水等液体介质，因为在液体介质中工作有可能使铣床进给箱的电磁离合器与摩擦片之间冒烟，而且有可能使电磁力不够而致使出现打滑现象。

服役条件：

汽车，机床等的传动和制动，高的耐磨性，高的韧性，工作温度大致在200℃至450℃左右

性能要求：

较高的耐磨性，良好弹性和一定的强韧性，抗疲劳和抗咬合性能等，要求硬度在40至50HRC

失效形式：

断裂，磨损，表面粘着，热衰退，热龟裂，表面弯曲等失效形式

3.材料分析

3.1选材分析

根据零件图所给的性能要求，硬度为40至50HRC，如若选择一种碳素工具钢T8钢的话，它的含碳量高达0.7%至1.35%，大多属于共析和过共析钢，它们在淬火后有较高的硬度，至少大于60HRC，所以不符合零件的技术要求。

同样的道理，如果选用一种优质碳素结构钢45钢的话，其属于一种中碳钢，因钢中珠光体含量多，使其强度硬度高于技术要求的硬度。

所以我选用一种碳素结构钢它又是一种低碳钢即A3钢，这种钢中铁素体含量较多，所以这种钢的性能为强度高，塑性韧性好，焊接性好，这种钢能满足一般工程结构及一些机件的使用要求，价格低廉，产量约占钢总产量的70%至80%。

A3钢的用途也符合我所选用的零件，这种钢广泛用于制造薄板，钢筋，钢结构用各种型钢，建筑结构机械零件，渗碳或碳氮共渗零件。

A3钢既符合经济性又符合工艺性的要求。

3.2零件用钢化学成分及各元素的作用

3.2.1化学成分分析

Q235这种钢的化学成分包括C元素，Mn元素，Si元素，S元素，P元素。

其中C元素的含量为0.14%~~0.22%，Mn元素的含量为0.30%~~0.65%，Si元素的含量为0.30%，，S元素的含量小于等于0.050%，P元素的含量为0.045%。

3.2.2各元素的作用

①硅（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，用于低碳钢中具有极高的导磁率。

②硫（S）：

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。

硫元素对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

如果S形成硫化物以后有可能增加钢的热脆性。

若S含量在0.2%以上，就会严重影响钢的强度和韧性。

③磷（P）：

使液相线与固相线温度范围加大，易形成严重偏析。

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，但却增加钢的脆性，尤其是显著降低钢的低温韧性，称为冷脆，磷也增加钢对回火脆性的敏感性。

因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

④锰（Mn）：

是良好的脱氧剂和脱硫剂。

钢中一般都含有一定量的Mn，它能消除和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。

Mn也能增加钢的淬透性。

4.确定加工路线

加工工艺主要包括机加工和热处理工艺。

机加工是指通过加工机械精确去除材料的加工工艺。

热处理是指采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能工艺。

下料→锻造→正火→机械加工→C-N共渗→淬火→回火→精磨平面→成品。

5.热处理工艺方法选择

5.1正火工艺的选择

正火是将钢加热到Ac3以上30-50℃（亚共析钢），保温后在空气中冷却的热处理工艺。

即正火是将钢加热到奥氏体区，使钢进行重结晶，从而解决铸钢件，锻件的粗大晶粒和组织不均匀问题。

因为正火的应用范围是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，某些低温化学热处理件的预备热处理及某些结构钢的最终热处理。

因为A3钢属于低碳钢所以选用正火作为预备热处理为宜。

5.2C-N共渗热处理工艺的选择

碳氮共渗是一种同时使钢中渗入碳，氮原子并随后快冷的化学热处理方法。

它可以提高零件的硬度，耐磨性和疲劳强度。

亚温碳氮共渗是以渗氮为主，它近于氮化。

如果选用常规热处理工艺高温渗碳，空冷后仍有变形，须校平，为了减少快速淬火造成的变形，必须选用缓和冷却淬火介质（油），但将影响淬硬性和淬透性，必须提高淬火温度（900到920℃）来弥补，变形虽小些，但仍需通过二次裝胎回火压平。

出现压裂和磨削加工时出现磨削裂纹，服役时发现裂脆早期失效。

所以选用碳-氮共渗化学热处理工艺是比较合理的。

碳-氮共渗包括气体碳-氮共渗和液体碳氮共渗。

气体碳-氮共渗工艺是将含碳，氮元素的介质通入密封的井士炉中，在一定的温度下发生化学反应，生成活性[C]，[N]原子，向工件表面渗透，使零件表面一定深度下获得高碳，氮化学成分，经淬火后，表层获得高硬度，反应介质选用价格便宜又易得到的灯用煤油和液氮。

液体碳-氮共渗即盐浴碳氮共渗，因最早的盐浴采用的是氰盐作为共碳，氮剂，故也俗称氰化。

盐浴碳氮共渗设备简单，但是最大的缺点是盐浴中含有剧毒的氰盐，造成环境污染甚至危及人身安全。

液体碳-氮共渗主要用于中，轻载荷下的工件，渗层要求较薄，一般在0.8mm以内，共渗温度通常在820℃-870℃之间。

在这里为了满足摩擦片的性能要求，我选则的是气体碳-氮共渗化学热处理工艺。

5.3淬火工艺的选择

碳氮共渗后直接淬火，不仅畸变较小，而且可以保护共深层表面的良好组织状态。

淬火选择在有机淬火剂中，可是变形微小，80%以上合乎技术要求，约20%摩擦片变形超差，经裝胎回火后全部合格。

5.4回火工艺的选择

回火是将淬火钢重新加热到Ac1以下某一温度，保温后冷却的热处理工艺。

目的是消除淬火内应力，以降低钢的脆性，防止产生裂纹，同时使钢获得所需的力学性能。

回火分为低温回火，中温回火还有高温回火。

（1）低温回火：

在150~2500C之间进行的回火称为低温回火，回火后的组织为回火马氏体。

低温回火的目的是在保持高硬度、高强度的前提下，降低钢的淬火内应力，减小其脆性，主要用于处理各种工具、量具、冷作模具、滚动轴承以及渗碳件等。

（2）中温回火：

在350~5000C之间进行的回火称为中温回火，回火后的组织为回火屈氏体。

中温回火后的钢具有最高的弹性极限和足够的韧性，主要用于处理各种弹簧，也可以用于处理要求高强度工件，如刀杆、轴套等。

（3）高温回火：

在500~6500C之间进行的回火称为高温回火，回火后的组织为回火索氏体。

淬火加高温回火的热处理工艺称为调制处理。

调制处理后的工件既具有高的强度又具有良好的塑性韧性，即具有高的综合力学性能，故调制处理被广泛用于要求高强度并受冲击或交变负荷的重要工作，如连杆、轴等。

与正火处理相比，在硬度相同的情况下，调制处理后钢的屈服强度、塑性和韧性明显提高了。

在这里我们采用低温回火最为合适以得到硬度及耐磨性比较好的零件。

6.制定热处理工艺制度

6.1正火工艺的制定

6.11正火加热温度的确定

低碳钢正火加热温度为Ac3以上30-50℃，所以对于Q235钢来说，选用的正火温度为900-950℃冷却方式为空冷

6.12加热时间的确定

加热时间的组成可用公式t加热=t升温+t均热+t保温表示。

摩擦片一般经验加热时间为1.5~2h。

最终确定正火工艺制度：

900~950℃×

1.5~2h，空冷。

6.2C-N共渗工艺的制定

碳氮共渗比渗碳温度低，大约低100℃.可以使基体晶粒长大趋势和渗后淬火畸变减小，氮原子的深入还使等温转变图右移使马氏体点（Ms）下降。

因此，氮的渗入还可以提高渗层的淬透性。

但同时使渗层中残留奥氏体量增加。

另外，氮的渗入还会使共深层的耐火性增加。

氮碳共渗的特点为：

（1）温度对共渗表层碳氮含量的影响，随着共渗温度的升高，共渗层中的氮含量降低，碳含量先是增加，到一定温度反而降低。

（2）共渗时间对共深层中碳氮含量的影响，共渗初期（≤1h），渗层表面的C,N浓度随时间的延长同时提高，继续延长共渗时间，表面的碳浓度继续提高，但是氧的浓度反而降低。

（3）碳氮相互影响，共渗初期，氮原子渗入工件表面使其Ac3点下降，有利于碳原子的扩散。

随着氮原子的不断渗入，渗层中会形成碳氮化合物相，反而阻碍碳原子扩散，碳原子会减缓氮原子的扩散。

6.21碳氮共渗温度的确定

对于碳钢来说碳氮共渗温度一般选在840℃至860℃，因为在此温度范围内晶粒不长大，变形小，渗速适当并可在渗后直接淬火。

但对于受力不大要求变形小的薄壁耐磨件可在780至800℃共渗。

因为铣床摩擦片的厚度为1.5mm，且是一种耐磨件，所以温度定在820±

10℃比较合适。

【】]

6.22碳氮共渗时间的确定

根据渗层深度（x）确定共渗时间（t）,渗层深度与共渗时间关系式为x=K

，【】式中t为共渗保温时间（h）；

K为常数；

x为渗层深度（mm）

碳氮共渗温度、时间对碳氮共渗层深度的影响【】

由公式和上图还有技术要求中要求的渗碳层深度0.4-0.6mm可大致确定碳氮共渗时间为3.8h左右。

6.2.3碳氮共渗气氛及渗剂的确定

选择以氨气为共渗剂的碳氮共渗剂，由氨气+渗碳剂组成。

其中渗碳剂可以是吸热式，氨基气氛和滴入式渗碳剂。

渗碳剂除向表面滴入碳原子外，还会与氨发生反应，形成氰氢酸。

氰氢酸分解，形成碳氮原子。

进一步促进渗碳和渗氮。

共渗剂中氨加入量对炉内的碳势和氮势都有影响，对被渗工件所形成的共渗层的成分，性能也有一定的影响。

常用气体共渗介质的类别为①液体有机化合物+氨气，介质各组分为1）煤油+氨气（占总体积的25-30）2）甲醇+丙酮+氨气（占总体积的25-30）②含氮有机化合物，介质各组分1）丙酮+甲醇+尿素2）三乙醇胺+甲醇3）三乙醇胺[（C2H4OH3）N]4）甲醇+甲酰胺5）苯胺③气体渗碳剂+氨气介质各组分：

吸热式气氛+富化气+氨气最后我选择的是以煤油和氨气为渗剂

6.4淬火工艺的确定

经碳氮共渗后可直接从碳氮共渗保温的温度淬火，这里选用单介质淬火。

可直接淬入150℃-180℃的硝盐中，这样内孔和花键变形微小，均在公差范围之内，仅平面翘曲约有30%-40%超差。

而且淬火后硬度为40至50HRC之间。

【】

6.3回火工艺的制定

回火是将淬火钢重新加热到Ac1以下某温度，保温后冷却的热处理工艺，主要目的是消除淬火内应力，以降低钢的脆性，防止产生裂纹，同时使钢获得所需要的力学性能。

因为铣床摩擦片要求有较高的耐磨性能，硬度在40至50HRC，所以我们一般选择低温回火。

6.31回火温度的确定

碳氮共渗淬火后一般选用介于低温和中温回火的温度，回火温度大致为定为280℃较为合理

6.31回火时间的确定

回火时间从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算。

可参考经验公式加以确

Kn及An推荐值[3]（第一卷187页）

最终确定回火时间为2-2.5h

6.32回火后的冷却

钢制工件一般回火后多采用空冷，不允许重新产生内应力的工件应该缓冷。

7热处理设备的选择

设备选择的基本原则是质量安全可靠，能生产出优质的产品，高的生产效率，低的生产成本和良好的作业环境。

7.1热处理设备选型的依据

1）零件热处理工艺要求、技术条件。

2）零件的形状、尺寸、重量和材质。

3）零件生产量和劳动量。

4）热处理所需要的辅料和能源供应。

5）车间劳动安全卫生和环保要求。

6）设备投资和运行成本。

7.2热处理设备选型的原则

1）少品种大批量生产的热处理设备的选型

对于少品种大批量热处理件的生产，应根据工艺要求，优先考虑组建各类全自动生产线，选用安全可靠、生产率高、运行成本低的连续式热处理设备。

2）批量生产的热处理设备的选型

对于批量热处理件的生产，原则上应以连续式热处理生产线为主；

但由于热处理件的品种规格较多，工艺和生产量常需要调整，因此所选设备用便于工艺和生产调整。

7.3正火炉的选择

前已制定摩擦片的正火温度为900~950℃，可选用中温箱式电阻炉，其结构图、产品规格和相应技术参数如下。

【实用热处理技术手册】

根据炉温850℃时的指标，选择型号为RX3—30—9的中温箱式电阻炉。

7.4C--N共渗炉的选择

一般碳氮共渗选用的热处理炉为井式气体渗碳炉。

最终选用RQ3-60-9井式气体渗碳炉

7.5回火炉的选择

选用的是密封式箱式炉，型号为NS88-930机组，为低温回火炉，工作区的尺寸长、宽、高依次为：

1000mm、750mm、500mm，结构简图如下图所示：

配密封箱式炉的回火炉

1—辊轮轨道支承墩2—辊轮轨道3—炉门提升气缸4—炉膛5—回火工件6—炉门7—炉升降机构8、11—热电阻9—陶瓷纤维炉衬10—循环风扇12—电阻加热器

8工装设计（夹具、辅具）

热处理夹具的选择原则:

（1）符合热处理技术条件：

保证零件热处理加热，冷却，炉气成分均匀度，不致使零件在热处理过程中变形。

（2）符合经济要求：

在保证零件热处理质量复合热处理技术要求时，确保设备具有高的生产能力。

夹具应具有质量轻，吸热量少，热强度高及使用寿命长的特点。

（3）符合使用要求：

保证装卸零件方便和操作安全。

（4）热处理夹具和料盘用钢应从温度、装载条件、加热速度、冷却速度、炉气组分及工作炉炉型等因素综合生产运行和经济方面来确定热处理夹具用钢。

箱式电阻炉加热夹具：

零件进行正火处理时，加热方式采用箱式电阻炉，由于工件较小可采用如图所示的夹具。

9检验设备及方法选择

9.1硬度试验

硬度试验是常用的热处理质量检验方法之一，具有试验设备简单，操作迅速方便，同时它的压痕很小，对零件损坏小，是一种力学性能的综合指标。

常用的硬度试验方法有布氏、洛氏、肖氏、维氏和显微硬度等方法。

一般选用洛氏硬度计即可达到要求。

在淬火回火后按工艺进行检查，检查数量根据工艺稳定性和零件重要性而定，一般抽查10%—20%，重要件100%，一般不允许软点。

正火后一般不做硬度检查，如有特殊要求，按规定检查

9.2渗层厚度的检验设备及方法选择

总氮碳共渗层深度为0.4mm～0.6mm。

测定方法有硬度法和金相法，且两种方法同等有效。

对于薄层的情况，用硬度法测量时试验力较小，规行为1.96～2.94N。

在技术要求中若提出以硬度法作为仲裁结果，或硬化层对侵蚀剂不敏感时可采用显微硬度法；

当检验批量较大时则采用金相法为宜。

由于渗层深度较浅，可采用斜截面试样，使测量精度明显提高。

一般把试样表面到扩散区与基体金属交界处作为碳氮共渗渗层的总深度。

10热处理缺陷分析

10.1正火的缺陷原因与预防

（1）缺陷名称：

过烧

产生原因：

加热温度过高，使晶界局部融化

预防措施：

报废

（2）缺陷名称：

过热

产生原因：

加热温度高，使奥氏体晶粒长大，冷却后形成魏氏组织或粗晶组织

预防措施：

完全退火或正火

（3）缺陷名称：

硬度过高

冷却太快，生成的珠光体片层太薄，使硬度升高

重新加热，按工艺规定冷却，冷却速度不应大于120℃/h

（4）缺陷名称：

出现粗大的块状铁素体

冷却速度太慢

冷却速度应控制在30℃/h以上

（5）缺陷名称：

粗大魏氏体组织

原始晶粒粗大。

加热温度过高。

先析相（亚共析钢铁素体，过共析钢渗碳体）沿奥氏体一定晶面析出，形成魏氏组织

重新正火清除，对于低碳钢严重的魏氏组织常用两次正火消除，第二次比第一次温度低

10.2碳-氮共渗缺陷原因及预防

（1）缺陷名称：

粗大碳氮化合物

表面碳氮含量过高、共渗温度较高或是共渗温度较低，炉气氮势过高

严格控制碳势和氮势，特别是共渗初期，必须严格控制氨的加入量

黑色组织（黑点、黑带、黑网）

合金的内氧化。

共渗初期，炉气氮势过高、渗层中氮的质量分数过高。

共渗时间较长时碳的质量分数增高，氮化物发生分解，脱氮

适当提高共渗温度和淬火冷却速度。

提高炉气碳势。

提高炉子的密封性，防止氧的进入。

减少炉气中的水分，采用干燥的氨气。

渗层中氮的质量分数应控制在0.5%以下，在共渗第一阶段减少供氨量，在共渗第二阶段适当增加供氨量。

10.3回火工艺的缺陷与预防

（1）硬度不合格回火后硬度偏高或偏低，或是回火后硬度不均匀，后者大多是在成批回火零件中在同一批中出现，主要原因是炉温不均匀，回火温度规定错误或炉温失控造成，同批零件回火硬度不均，大多是由于回火炉本身温度不均匀造成，如炉气循环不均匀，装炉量过大等。

（2）畸变主要由于淬火应力在回火过程中重新分布所致，因此对形状扁平，细长零件要采用加压回火或趁热校值等办法弥补。

（3）回火脆性碳钢在200℃至400℃回火，室温冲击韧度出现低谷，称为回火马氏体脆性，也叫第一类回火脆性，造成该类回火脆性的机理尚未完全统一，下列三种理论都有一定实验依据：

①片状碳化物沉淀理论，②杂质元素晶界偏距理论；

③残留奥氏体薄膜分解理论第二类回火脆性是由于Sn,Sb,As.P等杂质偏聚在原奥氏体晶界引起的。

11小结

此次课程设计更加深入的让我们了解了平时在书本中所学到的相关知识，如金属材料与热处理、钢材质量检验等。

此次课程设计虽然遇到了很多不曾遇到过的问题和困难，经过老师及同学的帮助找到了相应的解决的办法，增强了自己的思维创造能力及用于克服困难的信心。

此次同样是即将进入工作岗位的我们在学校内的一次锻炼的实习机会，是学校和老师给我们又一次的锻炼机会。

也使我们在课程设计中发现了的自己的不足及弱点，在今后的学习和工作生活中将会不断的学习进步以弥补自己的不足和缺点。

课程设计是在学完了专业课，并经历了生产实习的基础上进行的一个教学环节，是对之前所学课程的一次复习，也是一次理论联系实际的训练，它在几年的学习中占有十分重要的地位。

就我个人而言，希望通过这次课程设计，对自己今后从事的工作，进行一次适应性的训练，通过设计锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后从事专业工作打下良好的基础。