螺旋锥齿轮热处理生产工艺过程设计

螺旋锥齿轮热处理生产工艺过程设计内容摘要：

的范围内。 采用红外仪控制碳势时，往往采用固定总滴量，调整稀释剂和渗碳剂相对滴量的办法来调整炉内碳势。 中北大学课程设计说明书 第 11 页 共 29 页 表 10 甲醇 煤油红外仪控制滴注式渗碳工艺 【 12】 渗碳处理工艺表 表 11 渗碳处理工艺 材料 渗碳温度（℃） 渗碳时间（ h） 渗碳方法 20Cr2Ni4A 930 7 甲醇 煤油滴注式渗碳法 高温回火 工艺的制定 由于渗碳后表层组织为马氏体和大量残余奥氏体， 对这种组织不能直接重新加热淬火，否则容易恢复渗 碳时所形成的较粗大的奥氏体晶粒，即生成二次织构。 因此在淬火加热之前，需先进行一次高温回火，使马氏体和残余奥氏体分解为回火索氏体，降低基体中碳、铬的含量。 这样重新加热淬火时，由于奥氏体中融入的碳和铬等元素的含量减少，淬火后不仅残余奥氏体量减少，马氏体也细小。 下表为高温回火处理工艺的温度、时间及冷却方式。 表 12 高温回火处理工艺 材料 加热温度（℃） 加热时间（ h） 冷却方式 20Cr2Ni4A 650 6 空冷 淬火 工艺的制定 淬火加热 温度 钢的淬火是将钢加热到临界温度 Ac3（亚共析 钢）或 Ac1（过共析钢）以上某一中北大学课程设计说明书 第 12 页 共 29 页 温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体 1化，然后以大于 临界冷却速度 的冷速快冷到 Ms 以下（或 Ms附近等温）进行马氏体（或 贝氏体 ）转变的热处理工艺。 由钢的相变点在此设定淬火加热温度为 800℃。 高温下钢的状态处在 单相奥氏体 (A)区内，故称为完全淬火。 淬火 加热 时间 淬火 保温 时间由设备加热方式、 零件 尺寸、钢的成分、装炉量和设备功率等多种因素确定。 淬火 加热 时间应包括工件整个截面加热到预定淬火温度，并使之在该温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需的时间，因此，淬火加热时间包括升温和保温两段时间。 在实际生产中，只有大型工件或装炉量很多情况下，才把升温时间和保温时间分 别进行考虑，一般情况下把升温时间和保温时间统称为淬火加热时间。 在具体生产条件下，淬火加热时间常用经验公式计算，通过实验最终确定，常用经验公式为： t=a k D 式中， T—— 加热时间（ min 或 s） 、 a—— 加热系数（ min/mm 或 s/mm） 、 D—— 工件有效厚度（ mm）、 k—— 工件装炉条件修正系数，通常用 表 13 常用钢的加热系数 【 13】 工件材料 工件直径 /mm ＜ 600℃箱式炉中加热 750850℃盐炉中加热或预热 800900℃箱式炉或井式炉中加热 10001300℃高温盐炉中加热 碳钢 ≤ 50 ＞ 50 合金钢 ≤ 50 ＞ 50 由上表可选 a 为 ，修正系数 k 取 1，则加热时间为 1h。 淬火 加热速度 对于形状复杂，要求畸变形小，或用合金钢制造的大型铸锻件，必须控制加热速度以保证减少淬火畸变及开裂倾向，一般以 3070℃ /h 速度升温到600700℃，在均温一段时间后再以 50100℃ /h 速度升温。 形状简单的中、低碳钢，直径小于 400mm 的中碳合金结构钢可直接到温入炉加热。 中北大学课程设计说明书 第 13 页 共 29 页 淬火 冷却方法 工件在低温 盐浴 或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在 Ms点附近，工件在这一温度停留 2min～ 5min，然后取出空冷，这种冷却方式叫分级淬火。 对于形状复杂、畸变要求较严格的高合金工具钢，可以采用多次分级淬火。 分级冷却的目的，是为了使工件内外温度较为均匀，同时进行马氏体转变，可以大大减小淬火应力，防止变形开裂。 分级 温度以前都定在略高于 Ms点，工件内外温度均匀以后进入马氏体区。 现在改进为在略低于 Ms 点的温度分级。 实践表明，在 Ms 点以下分级的效果更好。 例如，高碳钢模具在 160℃ 的碱浴中分级淬火，既能淬硬，变形又小，所以应用很广泛。 淬火冷却介质 要使钢中高温相 —— 奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相 —— 马氏体，冷却速度必须大于钢的 临界冷却速度。 工件在冷 淬火冷却却过程中 ， 表面与心部的冷却速度有 定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。 为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的 淬火介质 ，以保证工件心部有足够高的冷却速度。 但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。 冷却阶段不仅 为了 零件获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形状精度， 在盐浴中进行。 为了保证获得优异的性能，应采用油作为淬火介质。 油的冷却特性对各种合金钢的淬火和薄壁碳钢零件淬火是很合适的，且油在珠光体（或贝氏体）转变温度区间有足够的冷却速度。 淬火处理工艺表 表 14 淬火处理工艺 材料 加热温度（℃） 加热时间（ h） 冷却方法 20Cr2Ni4A 800 1 马氏体分级淬火 低温回火 工艺的制定 低温回火 温度 回火是将淬火后的钢重新加热到 Ac1以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。 根据回火温度的不同，可将回火分为低温回火、中温回火和高温回火。 其中北大学课程设计说明书 第 14 页 共 29 页 中低温回火是 工件在 150～ 250℃ 进行的回火。 目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火 残留应力 和脆 性 ， 回火后得到 回火马氏体 ， 力学性能： 58～64HRC，高的硬度和耐磨性。 20Cr2Ni4A 钢是低碳钢，要求具有很高的硬度、耐磨性，同时要求心部具有较好的塑性和韧性，因此低温回火可以满足性能要求，故选择低温回火， T 取 200℃。 低温 回火时间 回火时间是从工件入炉后炉温升至回火温度时开始开始计算，可参考经验公式加以确定： t=K+AD T—— 回火时间（ min） 、 K—— 回火时间基数 、 A—— 回火时间系数 、 D—— 工件有效厚度（ mm） 表 15 回火保温时间参数表 【 14】 回火条件 300℃以上 300450℃ 450℃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 A/(min/mm) 1 1 1 低温回火（ 150250℃） 有效厚度/mm ＜ 25 2550 5075 75100 100125 125250 保温时间/min 3060 60120 120180 180240 240270 270300 低温回火工艺表 表 16 低温回火热处理工艺 材料 加热温度（℃） 加热时间（ h） 冷却方式 20Cr2Ni4A 200 6 空冷 7 热处理设备选择 箱式电阻炉的选择 热处理电阻炉是以电为能源的，通过炉内电热元件将电能转化为热能而加热工中北大学课程设计说明书 第 15 页 共 29 页 件的炉子，是一种造价相对便宜的炉子，以降低成本。 高温回火、淬火及低温回火温度均不超过 950℃，可以选用中温箱式电阻炉。 因为工件正火温度过高，箱式炉炉温不均，中温箱式电阻炉无法满足温度要求，故选用高 温电阻炉。 高温箱式电阻炉最高工作温度有 1200℃和 1350℃两种，这类炉子的特点是在此温度下主要依靠辐射传热，因此电热元件直接布置在工作室内，要求炉内有足够的辐射面积。 下表为各种电阻炉的技术参数。 螺旋锥齿轮的尺寸为 502mm 135mm，并且为单件生产。 表 17 中温箱式电阻炉产品规格及技术参数 【 15】 表 18 1200℃箱式电阻炉产品规格及技术参数 【 16】 （ 1）根据零件的尺寸和加热温度条件，并综合考虑经济效益及生产方式，高温回火、淬火及低温回火选择 RX3459 型号的箱式电阻炉。 （ 2）根据零件尺寸和正火温度，并综合考虑经济效益及生产方式，正火工艺选择中北大学课程设计说明书 第 16 页 共 29 页 RX36512 型号的箱式电阻炉。