20CRMNMO齿轮热处理工艺设计课程设计.docx

1、20CRMNMO齿轮热处理工艺设计课程设计20CrMnMo齿轮热处理工艺设计课程设计 20CrMnMo齿轮热处理 目 录 1 绪 论 1 1.1 热处理工艺课程设计的目的 1 1.2 课程设计的任务 1 1.3 热处理工艺设计的方法 1 2 热处理工艺课程设计内容和步骤 1 2.1 课题工件简图 1 2.2 技术要求： 2 2.3 特点 2 2.4 适用范围 2 2.5 齿轮的性能要求及为何选用20CrMnMo 2 2.6 化学成分作用 3 2.7 20CrMnMo钢的淬透性曲线 4 2.8 淬透性 5 2.9 渗碳热处理工艺规范 5 2.10 钢的等温转变和连续冷却转变 5 3 热处理工艺方

2、案以及参数论述 6 3.1 热处理工艺流程 6 3.2 热处理工艺方案论证 6 3.2.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式 6 3.2.2 热处理方案制定 6 3.3 热处理方案 6 3.3.1 正火 7 3.3.2 正火工艺曲线 7 3.3.3 正火冷却 8 3.4 20CrMnMo的渗碳工艺 8 3.4.1 渗碳的目的 8 3.4.2 渗碳过程 8 3.5 20CrMnMo的淬火工艺 9 3.5.1 渗碳后一次重新加热淬火的目的 9 3.5.2 淬火事项 9 3.6 低温回火工艺 10 3.6.1 回火的目的 10 3.6.2 回火温度 11 3.6.3 加热介质 11 3.6.4

3、保温时间 11 3.6.5 回火工艺曲线 11 3.6.6 冷却方式 12 4 总的热处理工艺曲线 12 4.1 热处理总工艺曲线 12 4.2 选择加热设备 12 4.2.1 装置选择：井式电阻炉 12 4.2.2井式炉示意图 13 4.3.1 井式气体渗碳炉型号规格及技术数据 13 5 工装图 14 5.1 工装图及装件 14 6 工序质量检验 15 7 热处理工艺过程中常见缺陷分析 15 7.1 常见的淬火及防护措施 15 7.2 常见的渗碳缺陷及防护措施 16 8 心得体会 17 9 _ 17 20CrMnMo齿轮热处理工艺设计 1 绪 论 1.1 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺

4、课程设计是高等工业学校金属材料工程专业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的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。 （2）学习热处理工艺设计的一般方法、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。 因此，本课程设计要求我们综合运用所学来的知识 解决生产实践中的热处理文艺，包括工艺设计中的细节问题，如设备的选用，为何选用该设备温度调节，。要求我们设计工艺流程，并且需要我们翻阅大量文献。灵活运用书籍中的资料，精简知识，精要描绘

5、并且完整体现出来，不能一蹴而就。 1.2 课程设计的任务 进行零件的 _路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微 _作出说明。 1.3 热处理工艺设计的方法 热处理工艺的最佳方案是在能够保证达到根据零件使用性能和由产品设计者提出的热处理技术要求的基础上，设计的一种高质量、低成本、低能耗、清洁、高效、精确的热处理工艺方法，通过综合经济技术分析，确定最佳热处理工艺方案。最

6、后，编写主要热处理工序的操作守则。 2 热处理工艺课程设计内容和步骤 2.1 课题工件简图 课题工件简图如图2.1 图2.1 工件示意图（单位：mm） 材料：20CrMnMo 2.2 技术要求： 1. 由于齿面硬度很高，具有很强的抗点蚀和耐磨损性能； 心部具有很好的韧性，表面经硬化后产生的残余应力，大大提高了齿根强度； 一半齿面硬度范围5663HRC。 2. 简要流程：下料-锻造-正火-粗 _-渗碳-淬火-低温回火-精磨-成品。 2.3 特点 1. _性能好。 2. 热处理畸变较大，热处理后应磨齿，可以获得高的精度。 2.4 适用范围 广泛用于要求承载能力高，抗冲击性能好，精度高，体积小的中型

7、一下齿轮，多出应用于汽车变速器，分动箱，起动机及驱动桥的各类齿轮以及拖拉机的动力传送装置的各类齿轮，20CrMnMo的性能要比20CrMnTi的性能相对较硬。 2.5 齿轮的性能要求及为何选用20CrMnMo 为保证齿轮的正常工作,齿轮应具备以下主要性能: 1. 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强。除材料本身性能外，还可以依靠齿轮的表面强化处理来实现。 2. 齿面具有高的硬度和耐磨性，以防止黏着磨损和应力磨损。耐磨性的提高，主要依靠提高表面硬度和降低摩擦因数来实现。 3. 齿轮心部具有足够的强度和韧性，以提高承载能力。 常用的渗碳钢有20CrMnMo，20CrMnTi。本次设计我用的是20CrMnM

8、o。20CrMnMo淬火温度850，只需要一次，冷却方式与20CrMnTi一样，都采用油冷，一般可制造小雨300mm的高速，中载，受冲击和磨损的重要零件，适用于拖拉机变速箱齿轮，离合器轴和车辆上的主动轴，但某些方面优于20CrMnTi。 钼（Mo的影响） 提高钢的淬透性，热强性，有二次硬化的作用，能降低回火脆性。 锰（Mn） 降低钢的Ac1和Ac3而使钢在热处理时的温度有所降低。增加奥氏体的稳定性，降低钢的临界冷却速度，但它使参与奥氏体量增加。可以减少钢在淬火时的变形和增加钢的强度和硬度。使钢的回火脆性与晶粒长大的作用增大。 表2.2 20CrMnMo的热处理基本参数2 临界温度 Ac1 Ac

9、3 Ar1 Ar3 Ms 温度/ 710 830 620 740 - 20CrMnMo属于亚共析钢，缓慢冷却到室温后的 _为铁素体+珠光体，从钢的分类来看，20CrMnMo钢属于高级渗碳结构钢，以 _和加热并且性能良好，强度，塑性和韧性都比较高，过热倾向小，无回火脆性，即可做渗碳钢使用，也可作为调质钢使用，渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性，但是磨削时容易产生裂纹，淬火以及低温挥霍具有良好的综合力学性能和低温冲击任性。20CrMnMo钢采用低温回火，表面可获得60-65HRC的高硬度。 20CrMnMo的含碳量为0.2%属于低碳钢，渗碳时保证了碳元素的正常渗入。钢中合金元素为Cr小于1.4%

10、，Mn小于1.2%,Mo小于0.3%。 _时要对20CrMnMo进行表面渗碳处理，渗碳淬火后表面得到高谈马氏体，具有较高的耐磨性。 2.7 20CrMnMo钢的淬透性曲线 如图2.2 20CrMnMo钢淬透性曲线 图2.2 钢淬透性曲线3 2.8 淬透性 淬透性：淬透性随着淬火温度提高而增加，因为温度升高，奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高。但是如果温度过高，奥氏体晶粒过于粗大淬火后会产生开裂或者变形。 2.9 渗碳热处理工艺规范 表2.3 渗碳热处理工艺规范3 渗碳/ 淬火温度/ 淬火冷却/ 回火温度/ 回火冷却 920940 炉内降温至830850 油冷 180200 空冷 2.10 钢的等温

11、转变和连续冷却转变 如图2.3 钢的等温转变图和连续冷却转变 图2.3 钢的等温转变和连续冷却转变3 3 热处理工艺方案以及参数论述 3.1 热处理工艺流程 简要流程：下料-锻造-正火-粗 _-渗碳-淬火-低温回火-精磨-成品。 3.2 热处理工艺方案论证 3.2.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式 表3.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式4 正火 渗碳 87010 92510 35min 2.5h 空冷 空冷 低温回火 16010 0.5h 空冷 3.2.2 热处理方案制定 20CrMnMo钢经热 _后,必须经过预备热处理来降低硬度,消除热 _时造成的 _缺陷,细化晶粒,改善 _

12、,为最终热处理做好准备,对于20CrMnMo钢而言,正火可以细化晶粒,是 _均匀化,消除切削 _后的 _樱花现象和去除内应力.接着进行渗碳淬火,得到 _度,高硬度,高抗弯强度和耐磨性,满足 _齿轮的使用要求。 经过渗碳后,仅使表面层的含碳量提高0.7%1.05%,仍达不到表层高硬度和耐磨的要求.因此,渗碳后还需要淬火和低温回火,使工件表层具有高的硬变和耐磨性.渗碳的目的是提高工件表面碳浓度,以便淬火后达到提高表面硬度和耐磨性的目的.渗碳后淬火加低温回火是达到表层高硬度的热处理方式,淬火后低温回火,表层得到回火马氏体 _,耐磨性达到较高水平,淬火的目的是提高硬度,淬火使得到尽量多的马氏体 _,得

13、到高硬度,回火是为了马氏体二次分解形成索氏体,以便得到良好的机械性能。 3.3 热处理方案 3.3.1 正火 1.正火的目的 正火可以细化晶粒,使 _均匀化。 消除切削 _后的 _硬化现象和去除内应力。 消 _析钢中的网状硬化物,为热处理做好 _准备。 2.加热温度 加热温度:87010 因为20CrMnMo是亚共析钢，钢中含有碳化物形成元素。为使合金中难溶的特殊碳化物溶入奥氏体中，使奥氏体合金化程度增高，正火的加热温度为Ac3以上3050，20CrMnMo的含碳量为0.20%，Ac3为830，所以将钢件的加热温度确定为870。 3.加热方式 采用到温加热的方法,是指当炉温加热到指定的温度时,

14、再将工件装进热处理炉进行加热,原因是加热速度过快,节约时间。 保温时间=保温时间系数有效尺寸，保温时间用表示。合金钢保温时间系数（mm/min） 保温时间=保温时间系数装炉修正系数工件厚度。工件加热保温时间与加热介质，材料成分，炉温，工件的形状和大小，装炉量和装炉量等因素有关。一般用经验公式来计算保温时间：保温时间=保温时间系数装炉系数工件的有效厚度。合金结构钢选择750900井式电阻炉加热的保温时间系数选为1.5，装炉系数K一般选择1.4。工件的有效厚度为D=(10*3)2=15mm 所以=KD=1.51.415=31.5min取35min。 3.3.2 正火工艺曲线 如图3.1 正火工艺曲

15、线 图3.1 正火工艺曲线 3.3.3 正火冷却 冷却方式采用出炉空冷冷却介质是空气正火 _产生细珠光体。 3.4 20CrMnMo的渗碳工艺 3.4.1 渗碳的目的 渗碳的具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900-950的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。 相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。 渗碳可以在多方面提高钢件的机械性能,可以提高钢件的硬度和耐磨性,降低冲击任性和断裂韧性(冲击韧性和断裂任性随着表面碳含量的越高,碳层越

16、深,降低的越多),同事可以提高疲劳强度.采用炉内滴注式气体渗碳，高温下甲醇的裂解产物H2O,CO2等将CH4和C氧化。可使炉气成分和碳势保持在一定范围内 渗碳温度:目前在生产上广泛使用的温度920-940.通常渗碳的温度选择要根据渗层的深度确定。根据本次材料以及用途决定渗层深度为0.9-1.2，渗碳温度为92510。 3.4.2 渗碳过程 1.保温时间; 采用的渗碳介质是煤油,并且渗碳保温时间是2.5小时。 公式为： (mm)：渗碳层深度； K：与渗碳温度有关的系数925时K=0.633； t(min)：渗碳保温时间。经计算选渗碳时间t=（0.9/0.63）（0.9/0.63）=2.01h2.5h。 2.