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叶片泵轴docx
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技术要求：
调制硬度235-269HES
恚面幹灭后硬度为55-60HRC
图1叶片泵轴零件图
1.零件的总体分析
叶片泵是由转子，定子，叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。
叶片泵的结构紧凑，零件加工精度要求高。
叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。
这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油后再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油与排油。
泵轴在工作是承受扭转和弯曲疲劳，在花键和轴颈处受磨损。
因此，要求轴具有高的强度，良好的韧性及耐磨性。
2.服役条件
泵轴是叶片泵的主要零件之一，主要传递动力。
在工作时，高速旋转的轴承受弯曲、扭转和冲击等多种载荷。
失效形式
叶片泵轴的主要失效形式时疲劳断裂，在花键和轴颈处可能发生工作面的磨损、咬伤，甚至是咬裂。
3.性能要求
叶片泵轴的主要性能要求是要求轴具有高的强度，良好的韧性及耐磨性，以
保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。
4.确定加工路线（冷、热加工）
叶片泵轴的整体加工工艺流程：
毛坯一调质一检验一一次机加工（粗车留精车量3-5mn）f咼频感应加热淬火f检验f回火f检验f二次机加工（精加工留精磨量0.15-0.25mm）f研磨f成品。
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。
它直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。
热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构，来控制其性能的一种金属热加工工艺。
该零件结构简单，可以先对毛坯进行调制处理，然后通过机加工使其成型；之后进行高频感应加热淬火，达到表面所需硬度，然后进行回火；改善其切削性能然后经过机加工使其复合尺寸要求；最后经过研磨，以满足尺寸精度，即可得到所需的零件。
5.热处理工艺方法选择
5.1调质工艺的选择
为了达到技术要求的调制硬度235~269HBS得到回火索氏体，得到良好的强韧性，提高使用性能和寿命，叶片泵轴应该进行调质处理。
调质，即淬火加高温回火，以获得回火索氏体组织，主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢以获得良好的综合机械性能。
该叶片泵轴的调质处理使采用单液淬火的方法+高温回火。
调质时加热到830±10C，保温1.5h，水冷；在530±10C时回火，保温2h。
5.2高频感应加热淬火工艺的选择
由于叶片泵工作时配油盘和转子端面、叶片端面发生相对滑动而产生磨损，严重时间隙封破坏，泄漏量加大，泵的容积效率下降，将影响叶片泵进而整个系统的正常工作，故叶片泵轴零件表面要求要有良好的耐磨性，以保证它能长时间
的良好工作。
45钢在调制后表面硬度不够高，耐磨性较差，不能满足零件的性能要求。
故一般在最后精加工之前要对其进行表面处理，以达到其工作性能的要求。
表面淬火是一种对零件需要硬化的表面进行加热淬火的工艺。
该零件表面的
硬度和耐磨性要求较高，用普通的表面淬火方法效果不是很明显，所以运用感应
加热表面淬火方法。
较之于普通淬火方法，感应加热具有加热速度快，时间短，热效率高，工件表面不易氧化脱碳；表面奥氏体晶粒细化，同时心部扔为原始组织，淬火后力学性能优良，表面硬度，耐磨性，疲劳强度和冲击韧性好。
由技术要求淬硬层深度为2.2-2.7mm，所以采用高频感应淬火。
淬火方式是连续加热淬火，移动速度是6mm/s喷水冷却。
5.3回火工艺的选择
回火是紧接着淬火的一道热处理工艺，大多数淬火钢都要进行回火，其目的主要是为了稳定组织，减少或消除淬火应力，提高钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性，根据回火的温度不同，回火可分为高温回火、中温回火、低温回火,经过回火的钢随着回火温度的升高，硬度越低。
为满足工件工作性能要求，我们采用低温回火处理，即150-250C之间回火，45钢硬度在55-60HRC之间，满足要求可行。
加热到160±10°C，保温1h。
6.制订热处理工艺制度
牌号
AC1
Ac3
Ar1
Ms
45钢
724C
780C
682C
350C
表145钢的物理性质
6.1调质处理工艺制度的制定
6.1.1淬火工艺的制定
1•加热温度
钢的淬火加热温度与钢的含碳量有关，共析钢和过共析钢的淬火温度为Ag+（30-50）C；亚共析钢的加热温度为AC3+（30-50）C，且一般在空气炉中加热比在盐浴炉中加热高10-30C,综合考虑淬火加热温度印在区间820-840C,在此选用830Co
2•加热与保温时间
炉中的工件应在规定的加热温度范围内保持适当的时间，以保证必要的组织
转变和扩散。
加热与保温时间一共有三部分组成：
由零件入炉到达指定工艺温度所需升温时间（T1）、透热时间（T2）以及组织转变所需时间（T3）组成。
T1+T2由设备功率、加热介质以及工件尺寸、装炉数量等决定，T3则与钢材的成分、组织以及热处理技术要求等有关。
常用的经验公式为：
t=a•K-D
式中：
t加热时间，min；
a加热时间系数，min/mm
K装炉量修正系数;
工件有效厚度，mm
对于圆柱形工件的有效厚度，但高度大于直径时，可按直径为有效厚度进行
计算，图1中的工件的毛坯直径为40mm即工件的有效厚度为D=40mm加热
系数a和装炉修正系数K见下表，对于45钢，a=1.0,K=2.0，则t=1.0
x2.0x40=80min,考虑到透热之后，还需要5-15min的组织转变时间，因而我选择1.5h的加热和保温时间
工件材料
直径/
v600C气体
750-850C盐浴
800-900C气体
1100-1300C盐
mm
介质炉中预热
炉中加热或预热
介质炉中加热
浴炉中加热
碳素钢
<50
0.3-0.4
1.0-1.2
>50
0.4-0.5
1.2-1.5
低合金钢
<50
0.45-0.5
1.2-1.5
>50
0.5-0.55
1.5-1.8
高合金钢
0.35-0.4
0.3-0.35
0.65-0.85
0.17-0.2
高速钢
0.3-0.35
0.16-0.18
表2常用钢的加热系数（min/mm）
表3工件装炉修正系数
表3工件装炉修正系数
3.冷却介质和冷却方式
冷却介质为水。
淬火介质首先要有足够的淬火能力或冷却能力，淬火介质的冷却能力必须保证工件以大于临界淬火冷速冷却，工件尺寸一定时冷速越快越有可能获得较大的淬硬深度。
但过高的冷速又将增加工件截面温度使应力与组织应力增大，容易引
起变形开裂。
因此冷却能力又不宜过于剧烈。
根据分析叶片泵轴的要求，所选用的淬火方法为在盐浴炉中加热至830C然
后进行保温，而后在水中快速的冷却。
6.1.2回火工艺的制定
1•加热温度
根据零件的要求，调制后的硬度为235-269HBS由表4、表5得，选择回火温度为530±10C。
工件名称
回火温度
回火组织
回火目的
工艺名称
工具、轴承、渗碳件及碳氮共渗见表面淬火件
150-250C
回火马氏体
在保持高硬度的条件下使脆性有所降低，残余应力有所减少
低温回火
弹簧、模具等
350-500C
回火托氏体
在具有高屈服强度及优良的弹性的前提下使钢具有一定的塑性和韧性
中温回火
主轴、半轴、曲
连杆等重要的零
件
500-650C
回火索氏体
使钢既有较高的
强度又有良好的
韧性和塑性
高温回火
切削加工量大而
变形要求严格的工件及淬火返修
件
500-760C
消除内应力
去应力回火
精密工模具、机
床丝杠、精密轴
承
120-160C
长期保温
稳定化的回火索
氏体及残留奥氏
体
稳定钢的组织及
工件尺寸
稳定化处理
表4各种工件的回火温度即回火目的
钢号
回火温度（C）
硬度（HBS）
45
600-640
200-230
560-600
220-250
540-570
250-280
表545钢调制硬度
2.回火时间
从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算。
回火时间一般为1-3h，可参
考经验公式加以确定：
tn=Kn+AD
式中：
tn回火时间（min）;
Kn――回火时间基数；
A――回火时间系数；
D工件有效厚度（mm）,K.和A的值见下表。
本设计中的零件的有效厚度为40mm选择回火炉为箱式电炉，根据查表计算结合装炉量，选取2h为保温时间。
回火
条件
300C以下
300-450C
450C以上
箱式电炉
盐浴炉
箱式电炉
盐浴炉
箱式电炉
盐浴炉
K/min
120
120
20
15
10
3
An/（min/mm）
1
0.4
1
0.4
1
0.4
表6Kn及An推荐表n
3•回火后的冷却
工件回火后即可出炉空冷至室温。
6.2感应淬火工艺的制定
621频率的确定
叶片泵轴的失效形式为疲劳断裂、磨损，淬硬层深度为2.2-2.7mm，由下表
可知需要采用高频电流进行加热。
淬硬层深度/mm
1.0
1.5
2.0
3.0
4.0
6.0
10.0
最高频率/Hz
250000
100000
60000
30000
15000
8000
2500
最低频率/Hz
15000
7000
4000
1500
1000
500
150
最佳频率/Hz
60000
25000
15000
7000
4000
1500
500
推存使用设备
晶体管
晶体管
晶体管
机式
机式
机式
机式
式
式或机
式或机
（8KHz）
（2.5KHZ）
（2.5KHz）
（0.5,1.0KHz）
式
式
（8KHz）
（8KHz）
表7淬硬层深度与电流频率的关系
6.2.2感应加热温度和加热方式的确定
常用加热方式有两种，一种是同时加热，及对工件需淬火表面同时加热，一般在设备功率足够、生产批量比较大的情况下采用；另一种是连续加热法，挤兑工件需淬火部位中的一部分同时加热，通过感应器与工件的相对运动，把已加热部位逐渐移到冷却为之冷却，待加热部位移至感应器中加热，如此连续进行，直至需要硬化的全部部位淬火完毕。
由于所要加热的工件淬火部位比较分散，难以实现对其同时加热，因而选择连续加热法。
感应加热温度因根据钢种、原始组织及在相变区的加热速度来确定。
一般高频感应加热淬火温度可比普通加热淬火温度高30-200C,因而我选择880-900C为其加热温度。
金属
淬火温度/c
淬火介质
硬度/HRC
碳钢及合金钢
w（C）0.30%
900-925
水
50
w（C）0.35%
900
水
52
w（C）0.40%
870-900
水
55
w（C）0.45%
870-900
水
58
w（C）0.50%
870
水
60
w（C）0.60%
845-870
水
64
油
62
表8不同材料推荐的感应淬火温度及通常希望的表面硬度
6.2.3感应加热时间的确定
加热时间需要根据淬硬层深度确定，叶片泵轴加热时间可参考下表确定。
进
过查表计算有加热时间为30S,移动速度为6mm/s
项目
淬硬层深
度/mm
加热时间
/S
比功率
2/（kw/cm）
淬硬层深
度/mm
加热时间
/S
比功率
2/（kw/cm）
直径/mm
f=250kHz圆柱外表面加热
10
2
2.5
0.5
3
20
2
4.0
0.44
3
9.0
0.28
30
2
7.0
0.43
3
12.5
0.27
40
2
8.0
0.425
3
16.5
0.265
50
2
9.0
0.422
3
18
0.26
60
2
9.3
0.42
3
20
0.255
70
2
9.5
0.42
3
20.5
0.255
80
2
9.7
0.42
3
21
0.255
90
2
9.8
0.42
3
22
0.255
100
2
10
0.42
3
23
0.255
表9根据淬硬层深度选择加热时间与比功率
624冷却方式及冷却介质的选择
常用的冷却方式是喷射冷却和浸液冷却法。
喷射冷却法及当反应器加热终了时把工件置于喷射器中，向工件喷射淬火介质进行冷却，其冷却速度可以通过调节液体压力、温度及喷射时间来控制。
浸液淬火法即当工件加热终了时，进入淬火介质中进行冷却。
考虑到零件加工部位的分散性，零件的形状复杂，我选择了喷射冷却法，这样比较容易控制冷却速度。
冷却介质使用水溶液。
625感应加热淬火后的回火
感应淬火冷透的工件、浸淬或连续淬火后的工件以及薄壁和形状复杂的工
件，通常在空气炉或油浴炉中回火。
钢号
要求硬度/HRC
淬火后硬度/HRC
回火规范
温度/c
时间/min
45
40-45
>50
280-320
45-60
>55
300-320
45-60
>50
200-220
45-60
45-50
>55
200-250
45-60
50-55
>55
180-200
45-60
表1045钢感应加热淬火后在炉中回火的规范
1•回火温度的确定
根据本次设计零件的硬度要求，再对照表后，我制定了回火温度为160±
10C。
2•回火保温时间的确定
回火时间一般从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算，一般为1-3h，
在实践中常用工件的有效厚度估算，结合表我选择了保温时间为1h
7.热处理缺陷分析
对于45钢而言，在完整的热处理工艺过程中，难免会出现各种不同的缺陷。
这就需要通过不同方法来对所有可能出现的热处理缺陷进行改善。
7.1调质过程中可能产生的缺陷
1•硬度过高，其产生的可能原因：
①冷却速度快，组织中珠光体片间距变细，可以通过调整冷却方式或冷却介质来预防；②保温时间短，组织均匀化为完成，可以适当延长保温时间；③装炉量大，炉温不均匀，可以适当减小装炉量。
重新退火，严格控制工艺参数，可消除硬度过高缺陷
2.过热及过烧，其产生的原因如下：
加热温度过高，使晶界氧化或局部熔化。
防止措施：
（1）防止零件在加热过程中产生过热现象，根据选用的设备制定正确合理的热处理工艺参数；
（2）在操作过程中严格控制加热温度、保温时间，或采取预热等降低加热速度的措施，尽可能消除晶粒长大的因素。
3.氧化、脱碳，产生原因：
加热时炉温较高，过剩空气量大，炉内气氛呈氧
化性。
对策：
①避免加热温度过高，避免保温时间过长②控制炉气为中性或还原性气氛③铸件表面涂防氧化涂料或石灰④采用防护罩或铁屑、木炭，将铸件与炉
气隔离
4.裂纹，产生原因：
①铸件入退火炉前有较大内应力；②铸件入炉时炉温过低，或低温时加热速度过快，产生的热应力较大。
对策：
严格控制入炉温度，低
温阶段加热速度应缓慢
5.变形，产生原因：
①支垫不良（支点少，未垫实）：
②加热温度不均匀，冷速过快，热应力过大；③摆放不正，或工件与工件互相挤压；对策：
①合理增加支点，仔细垫实；薄壁箱体类件上部避免压工件；②铸件成垛装炉，支垫面不
得有飞边、毛刺、凸起物；③入炉前，先划线检查；装炉时，针对变形情况支压④刚出炉件不得吊放在风中冷却
7.2高频感应淬火可能产生的缺陷
1硬度不足：
原因：
⑴加热时间短，加热表面与感应器间隙过大，淬火组织有铁素体。
⑵加热结束至冷却开始时间间隙过长，喷液时间短，淬火冷却速度慢。
这些缺可以通过合理控制加热时间和工件与感应器间隙和合理控制冷却速度。
2软点：
喷水孔堵塞或喷水孔太稀，使表面冷速降低。
可以通过合理设计喷水孔。
3软带：
原因：
⑴喷水角度小，加热区返水⑵工件旋转速度与移动速度不协调。
⑶喷水孔角度不一致，工件在感应器内偏心旋转。
这些缺陷可以利用合理控制喷水角度，协调旋转速度和移动速度。
4淬火裂纹：
原因：
⑴过热。
⑵冷却过于偏激。
⑶工件表面沟槽，油孔使感应电流集中。
⑷未及时回火。
【151改善措施：
⑴降低比功率，减少加热时间，增大感应器与工件表面时间。
⑵利用冷却速度缓慢的淬火介质⑶及时回火或采用自回火。
5硬化层分布不合理：
淬硬层与非淬硬层位于工件应力集中处，容易断裂，采取使硬化层区离开应力集中的危险断面6到8mn或对截面过渡的圆角也进行淬火加强。
6硬化层过厚：
可在工艺上选择频率高的设备，提高单位面积上的功率，缩小加热时间。
7表面灼伤：
由于感应器与工件短路，使工件表面出现烧伤痕迹和蚀坑。
7.3回火缺陷的原因和控制
1回火硬度偏高：
由于回火不足，即回火温度低、回火时间不够。
可以提高回火温度、延长回火时间来解决。
2回火硬度低：
由于温度过高或淬火组织中有非马氏体。
可以降低回火温度和淬火工艺来解决。
3回火硬度不均匀：
回火炉温不均、装炉量过多造成。
4网状裂纹：
回火加热速度过快，表层产生多项拉应力。
可以采用较慢的回火加热速度。
5回火开裂：
淬火后未及时回火形成显微裂纹。
可以减少淬火应力，并在淬火后及时回火。
8.检验设备及方法选择
8.1调质后性能检验
调质为了获得心部组织的硬度要求235~269HBS采用布氏硬度计检测，或
是用洛氏硬度计检测后转化为布氏硬度。
8.1.1硬度的检验设备及方法选择
1.布氏硬度计
布氏硬度计的原理用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力压入式
样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径。
布氏硬度值
是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。
以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2
（MPa。
测定布氏硬度较准确可靠，但一般HBS只适用于450N/mm2（MPa以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄的板材不适用。
在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。
2.洛氏硬度计
洛氏硬度计原理在规定条件下，将压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）分2个步骤压入试样表面。
卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度h0以压痕残余深度h代表硬度的高低。
8.1.2外观检测和方法选择
同时观察外观，不允许有裂纹、开裂烧伤、磕碰、腐蚀等缺陷，必要时可用磁粉检测或其他无损检测方法检测。
8.1.3金相组织检验
用金相显微镜观察其组织，其金相组织应为均匀的回火索氏体，不允许存在游离的铁素体。
8.2高频淬火后硬度的检验设备及方法选择
高频淬火以后，淬硬层为2.2-2.7mm,我们采用洛氏硬度试验的方法，可用
于表面淬火钢。
如表11各种洛氏硬度标尺的试验条件与应用
标尺符号
所用压头
预载荷/N
总载荷/N
应用举例
HRA
金刚石圆锥
100
600
硬质合金、碳化
物、表面淬火钢
HRB
1/16in钢球
100
1000
铜合金、退火钢、
铝合金
HRC
金刚石圆锥
100
1500
淬火钢
HRD
金刚石圆锥
100
1000
薄钢板
HRE
1/8in圆锥
100
1000
HRF
1/16in钢球
100
600
铸铁、铝、镁合
金
表11洛氏硬度标尺的试验条件与应用
所以我们可选择金刚石圆锥的压头，采用预载荷为100N总载荷为1500N
的试验机。
821硬化层厚度的检验设备和方法选择
叶片泵轴经过表面淬火后规定硬化层厚度为2.2-2.7mm,可通过硬度法测量
有效硬化层深度，方法参看GB5617《钢的感应淬火和火焰淬火后有效硬化层深度的测定》。
8.2.2外观检测和方法选择
工件表面不能有淬火裂纹，锈蚀和影响使用性能的缺陷。
一般通过磁粉探伤或其他无损检测设备。
823金相组织检验
淬火后一般得到马氏体组织，由于奥氏体化温度不同，马氏体形态的大小不一样，一般分为8级，1级属于奥氏体化温度偏低，淬火组织是是隐晶马氏体+细针状马氏体和不大于5%勺铁素体。
而8级属于过热组织，是粗大的板条状马氏体+片状马氏体。
正常淬火是2至4级，其组织委细小的板条马氏体+片状马氏体。
之后用金相显微镜观察，确定所属等级。
表面淬火后的金相组织按马氏体大小分为10级，4到6级是正常组织，为细小马氏体，1到3级是粗大或中等大小的马氏体，因淬火加热温度偏高引起，7到10级组织中有未溶铁素体或网状托氏体。
之后用金相显微镜观察，确定所属等级。
工艺卡片
叶片泵轴热处理工艺卡
零件名称：
叶片泵轴
零件号：
17
装炉方法及数量：
热处理工艺曲线:
热处理工艺卡片材料：
45钢工序号:
加热保温冷却
设备
时间
/min
时间
/min
RX3-15-9装
料
盘
83083090
温度
/
室
温
处理刖要求:
热处理技术要
求：
硬度：
调质硬度235-269HBS表面淬火后硬度
55-60HRC
硬化层深度：
2.2-2.7mm
允许变形量：
零件图:
135|^冋蒋兄熾左沏菊丨2A—IPT）110010
；.诜
箱式回火装
炉料
盘
530
530120
咼频
淬火
GCLDO560夹
具
/、
890
890
移动
速度
6mm/s
回火
箱式回火装160炉料
盘
160
60
备
注:
-k'l
拟疋者:
日期：
2011-12-31
审核者:
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