38CrMoAlA钢的热处理课程设计.docx

1、38CrMoAlA钢的热处理课程设计九、附表1 热处理工艺卡一、热处理工艺课程设计的作用热处理工艺课程设计是材料专业学生学完相关热处理课程后运用理论知识指导生产实践的一个必经环节，培养学生综合运用所学知识制定生产实践中的热处理工艺的能力，包括工艺设计中的细节问题，设备选用，夹具设计，工艺流程，资料、手册的查用，规范、标准、工艺卡的书写等。2、热处理工艺课程设计的目的1、课程设计属于金属热处理工艺学课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握金属热处理工艺设计的一般规律和方法。2、培养综合运用金属固态相变学、材料性能学、金属材料学、金属材料热处理等相关知识，进行工艺设计的能力。3、培养学生使用手册、

2、图册、有关资料及设计标准规范的能力。4、提高学生技术总结及编制技术的能力。三、热处理工艺课程设计的任务1.相变点的确定2.热处理工艺参数的制定3.热处理设备的选择4.组织特点和性能的分析5.夹具的设计或选用6.工艺卡片填写四、零件的技术要求及选材4.1 丝杠的工作条件及失效形式 丝杠是机床是机床上最常见的一种将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动的传动、定位功能部件，它有较高的精确度和尺寸稳定性，广泛应用于各类机床的传动进给机构和调节移动机构，能够保证直线运动的精确性和均匀性。它的精度高低，直接影响到机床的加工精度，影响加工中心。丝杠一般在机床上由两点或几个支点来支撑进行旋转运动，

3、推动螺母及连接的滑板等零件进行平移。丝杠与螺母的螺纹牙齿侧面相对滑动，丝杠每转一周则推进一个螺距，螺母存在很大的摩擦力，螺母和丝杠齿型面易于磨损，而且一根丝杠仅仅一部分磨损严重，引起螺距误差进而影响精度。常见的机床丝杠有梯形丝杠和滚珠丝杠两大类。滑动丝杠的主要失效形式是由于磨损或塑性变形而丧失精度；滚珠丝杠工作时常承受弯曲、扭转、疲劳、冲击，同时在滑动与转动部位承受摩擦作用，其工作表面承受较大的接触应力。滚珠丝杠主要的失效形式是接触疲劳破坏，同时也存在机械损伤磨损。 4.2 丝杠的性能要求丝杠整体要有一定的刚度和强度，在工作中不能产生大的挠度和塑性变形，因此必须具有较好的综合力学性能和高的尺寸

4、稳定性。同时其相关工作部位也要求具有高的磨损抗力，高的接触疲劳强度即具有高强度、高硬度与足够的耐磨性。还要求丝杠在工作过程中，具有传动灵敏、平稳、定位精度和重复精度高等要求；对于在腐蚀介质和较高温度下工作的丝杠，还要求具有耐腐蚀性和耐热性等。4.3 材料的选择 38CrMoAlA钢 38CrMoAlA钢属于合金结构钢，国内执行标准GB/T3077- 1999。38CrMoAl 是一种专用氮化钢, 经过热处理和精加工后的38CrMoAlA钢具有很高的表面硬度、耐磨性及疲劳强度, 并具有良好的耐热性及腐蚀性。处理后尺寸精度高,通常38CrMoAl 氮化后的表面硬度在HV800以上。4.4 38Cr

5、MoAlA钢化学成分化学成分碳(C)硅（Si） 锰（Mn）铝（Al）钼（Mo）铬（Cr）含量（%)0.350.42 0.200.45 0.300.60 0.701.100.150.25 1.351.65 铝（Al）作用：38CrMoAlA合结钢材料中的Al（铝），能与空气中的O（氧）化学反应生成Al2O3（三氧化二铝）.从而行成保护膜，既防腐又耐腐。 钼（Mo）作用：钼对铁素体有固溶强化作用；提高钢热强性；抗氢侵蚀的作用；提高钢的淬透性。铬（Cr）作用：铬可提高钢的强度和硬度；铬可提高钢的高温机械性能；使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性；提高淬透性。此外，Cr、Mo、Al、Si等元素对丝杠表面渗

6、氮层厚度有一定的影响，如下图：4.5 38CrMoAlA钢相变点临界点Ac1 Ac3Ar1Ar3Ms温度（近似值）7608856757403604.6 热处理工艺的总体制定 零件加工流程：下料粗加工调质精加工氮化。 调质：淬火 915935，油淬，回火 600650，时间 12h。 氮化：采用气体等温渗氮法。 渗氮温度 500520； 渗氮时间 x=Kt，K常数，x渗层深度； 氨分解率 1535%；渗氮温度/450-500500-520520-540540-560560-600氨分解率（%）15-2520-3535-5040-6555-70五、制定热处理工艺依据及具体参数确定零件名称：精密淬硬

7、丝杠（精度在6级或6级以上）零件参数：丝杠直径80mm，长度1500mm。5.1 38CrMoAlA钢调质处理 （1） 调质处理：淬火加高温回火，获得回火索氏体。 调质目的：对要进行氮化的工件，要求其氮化前有均匀而又细致的组织（即回火索氏体），以保证工件心部有较高的强度和良好的韧性，不允许存在游离铁素体，表面不能有脱碳层，氮化前的表面粗糙度应小于Ra1.6um,从而提高其综合力学性能，为氮化做好必要的组织准备，因此氮化工件都必须进行调质处理。调质可以使38CrMoAlA钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。 （2） 淬火温度：Ac3+3050； 淬

8、火方式：油淬； 淬火设备：45KW中温箱式电阻炉 淬火时间：t=KD; 式中 t加热时间（min）； 加热时间系数（min/mm），参考表1； D工件有效厚度（mm），参考表2； K工件装炉方式修正系数，参考表3。 表1 合金钢在各种介质中的加热时间系数 工件材料工件直径/mm600箱式炉中加热750850箱式炉中加热或预热850950箱式炉或井式炉中加热10001300高温盐炉中加热碳钢50500.30.40.40.51.01.21.21.5合金钢50500.450.500.500.551.21.51.51.8高合金钢0.300.400.300.350.170.2高速钢0.300.350.6

9、50.850.160.18根据所选设备及上表得，取=1.5。 表2不同形状和尺寸的工件加热计算时的特征尺寸及形状系数工件形状特征尺寸s形状系数k球球径0.7立方体边长0.7圆柱直径1.0菱形边长1.0环环宽度1.5换厚度1.5板厚度1.5管材壁厚开口通管2.0；长管4.0；闭口管4.0 根据上表，可以计算出工件的有效厚度： D=直径形状系数=801.0=80（mm） 表3 装炉方式修正系数 据表知，K=1.0。 综上所述，淬火时间t=KD=1.5801.0=120min，即2h。（3） 回火温度：600650；回火温度（）回火硬度（HRC）渗层深度（mm）72021220.510.587002

10、2230.500.5168024260.460.4965029310.400.4362032330.380.4059034350.370.3857036370.370.38 所以选择回火温度:650。 回火冷却介质：油冷； 回火设备：5KW中温箱式电阻炉； 回火时间：2h左右。 回火工艺图：915935600650AC3AC1油冷油冷淬火高温回火温度/时间/h（4）调质后硬度：200220HBW。（5）调质对变形的影响：由于淬火过程中马氏体转变时体积变化产生，材料受到外部应力时，超过弹性极限即产生塑性变形，超过断裂极限即产生开裂，所以淬火后要进行适当的回火或退火以去除内应力，提高韧性和疲劳强度

11、。5.2 38CrMoAlA钢氮化处理 (1) 渗氮的目的：渗氮能使钢铁零件得到比渗碳淬火具有更高硬度、耐磨性、抗咬合性能、红硬性和良好疲劳强度的渗氮层；由于渗氮温度低和渗氮后的渗氮层具有高的硬度，因而零件渗氮后不进行淬火工艺，故渗氮零件的变形很小。渗氮后工件还具有抵抗大气、水分及某些介质的腐蚀能力。(2) 氮化操作流程：氮化前的准备工作升温保温渗氮冷却。 渗氮前的生产准备： a去污处理。零件装炉前要用汽油或酒精进行脱脂、去污处理，零件表面不允许有锈蚀及脏污。 b渗氮件的表面质量应良好，不允许有脱碳层存在，因此，零件在预先热处理前应留有足够的加工余量，以便在渗氮前的机加工能将脱碳层全部去除，以

12、保证渗氮层的质量。 c装炉前检查设备和渗氮夹具、电系统、管道、氨分解测定仪等应保证正常使用；渗氮夹具不允许有赃物或氧化皮，如有应清除。 d随炉试样。随炉的试样应与渗氮零件通材料并经过同样的预先处理。 排气升温：通常采用先通氨排气后升温，以防止零件升温时发生氧化。但是为了缩短工艺周期，也可以在排气的同时升温，但应适当加大送入炉内的氨量，争取零件在较低温度时排除炉内的空气。变形要求不严的零件可以不控制升温速度，否则应采用较慢的加热速度，或者采用分段加热的方法，以减少零件加热时因热应力引起的变形。当炉温升到450左右时，应控制加热速度不要太快，以免造成保温初期的超温现象。同时，加大氨的流量，使其分解

13、率控制在工艺要求的下限，保证零件到温后炉气具有较高的活性，提高渗氮速度。 保温：当渗氮罐内的温度达到要求的渗氮温度时，就进入保温渗氮阶段。在保温渗氮阶段应按工艺要求正确地调节、控制渗氮温度、氨气流量或氨的分解率和炉内压力的正确和稳定，并每隔半小时检测一次氨的分解率，保证炉内的氨势符合要求，使渗氮工艺正常进行。加热保温阶段应保持炉内正压力为2040mm油柱，以防空气窜入炉内使工件氧化和破坏正常炉气。因为氨极易溶于水，所以测量炉压用的U形管中通常装入油。 冷却：渗氮结束，停电降温，但是仍应保持一定的氨流量并维持炉内正压，以预防零件氧化。变形要求不严的渗氮零件，可将渗氮罐吊出炉外并加大氨流量，加快零

14、件冷却。较快冷却有利于防止渗氮层的脆性。对于容易变形零件如复杂形状或细长零件，为了减少热应力引起的变形，渗氮零件可随炉冷却。（3） 渗氮方式：气体等温渗氮法； 渗氮温度 500520； 渗氮时间 x=Kt，K常数，x渗层深度； 表一 渗氮温度对38CrMoAlA钢渗氮层深度的影响渗氮温度越高，扩散速度越快，渗氮层厚度越大。但渗氮温度超过550，合金氮化物将发生聚集、长大，而使硬度下降。 表二 渗氮时间对38CrMoAlA钢渗氮层硬度的影响渗氮初期，钢的硬度随渗氮时间增大而增大。增大到一定值后，随渗氮时间增大而减小。 气体渗氮以氨气作为提供活性氮原子的介质。加热时，氨分解反应如下： 2NH3 3H2 + N2 平衡常数: （PH2)3PN2 (PNH3)2Kp愈大，则氨分解的趋势愈大，达到平衡时气相中残余氨的量愈小。 表三 氨分解反应的平衡常数与残余氨量温度氨分解反