【正文】 在高溫下的強度， 還要使心部具有高的的強度和韌性，從而滿足齒 輪 軸 的質(zhì)量要求。齒輪的損壞形式主要是齒部折斷和齒面的過度磨損。 2 性能要求 （ 1） .具有高的疲勞極限； ； ； ； ； ； 。該鋼價格適中，加工容易，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 用途 這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負(fù)荷及中等速度工作的機械零件，如汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)、后半軸以及機床上的齒輪、軸、蝸桿、花鍵軸、頂尖套 等；經(jīng)淬火及中溫回火后用于制造承受高負(fù)荷、沖擊及中等速度工作的零件，如齒輪、主軸、油泵轉(zhuǎn)子、滑塊、套環(huán)等；經(jīng)淬火及低溫回火后用于制造承受重負(fù)荷、低沖擊及具有耐磨性、截面上實體厚度在 25mm 以下的零件，如蝸桿、主軸、軸、套環(huán)等；經(jīng)調(diào)質(zhì)并高頻表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而無很大沖擊的零件，如齒輪、套筒、軸、主軸、曲軸、心軸、銷子、連桿、 螺釘、螺帽、進(jìn)氣閥等。它主要用來支承傳動零 部件，傳遞扭矩和承受載荷。 軸用 軸承 支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標(biāo)注其允許偏差。 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 (四 )表面粗糙度 一般與傳動件相配合的軸徑表面粗糙度為 ～ ，與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為 ～ 。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。 軸承鋼 GCr15 和彈簧鋼 65Mn，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后，表面硬度可達(dá)50～ 58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。 40Cr 廣泛用于機械制造，這種鋼的機械性能很好。鉻與碳形成多種碳化物，與碳的親云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 和力大于鐵和錳而低于鎢、 鉬等 ．鉻與鐵可形成金屬間化合物σ相 (FeCr) B、 鉻使珠光體中碳的濃度及奧氏體中碳的極限溶解度減少 C、 減緩奧氏體的分解速度 ，顯著提高鋼的淬透性．但亦增加鋼的回火脆性傾向 (2)對鋼的力學(xué)性能的作用 A、 提高鋼的強度和硬度 ．時加入其他合金元素時，效果較顯著 B、 顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度 C、 在含鉻量高的 FeCr合金中，若有σ相析出，沖擊韌性急劇下降 (3)對 鋼 的物理、化學(xué)及工藝性能的作用 A、 提高鋼的耐磨性 ，經(jīng)研磨，易獲得較高的表面光潔度 B、降 低鋼的電導(dǎo)率，降低電阻溫度系數(shù) C、提高鋼的矯頑力和剩余磁感．廣泛用于制造永磁鋼 D、鉻促使鋼的表面形成鈍化膜，當(dāng)有一定含量的銘時，顯著提高鋼的耐腐蝕性能（特別是硝酸）。在降低共析溫度同時，使共析體中的碳含量減少 C、錳強烈降低鋼的 Ar1 和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度 (其作用僅次于碳）和鋼中相變的速度，提高鋼的淬透性，增加殘余奧氏體含量 D、使鋼的調(diào)質(zhì)組織均勻、細(xì)化，避免了滲碳層中碳化物的 聚集成塊，但增大了鋼的過熱敏感性和回火脆性傾向 E、錳是弱碳化物形成元素 (2)對鋼的力學(xué)性能的作用 A、錳強化鐵素體或奧氏體的作用不及碳，磷、硅，在增加強度的同時，對延展性無影響 B、由于細(xì)化了珠光體，顯著提高低碳和中碳珠光體鋼的強度，使延展性有所降低 C、通過提高淬透性而提高了調(diào)質(zhì)處理索氏體鋼的力學(xué)性能 D、在嚴(yán)格控制熱處理工藝、避免過熱時的晶粒長大以及回火脆性的前提下，錳不會降低鋼的韌性 (3)對 鋼 的物理、化學(xué)及工藝性能的作用 A、隨錳含量的增加，鋼的熱導(dǎo)率急劇下降，線脹系數(shù)上升，使快速加熱或冷卻時形成較大內(nèi)應(yīng)力，工件開裂傾向增大 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 B、使鋼的電導(dǎo)率急劇降低，電阻率相應(yīng)增大，電阻溫度系數(shù)下降 C、使矯頑力增大，飽和磁感、剩余磁感和磁導(dǎo)率均下降，因而錳對永磁合金有利，對軟磁合金有害 D、錳含量很高時，鋼的抗氧化性能下降 E、使鋼中的硫形成較高熔點的 MnS ，避免了晶界上的 FeS 薄膜，消除鋼的熱脆性，改善熱加工性能 F、 高錳奧氏體鋼的變形阻力較大，且鋼錠中柱狀結(jié)晶明顯，鍛軋時較易開裂 G、由于提高了淬透性和降低了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，對焊接性能有不利影響。 焊接工藝要點： 一般在退火（正火）狀態(tài)下進(jìn)行焊接。 對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊縫較多的產(chǎn)品，可在焊完一定數(shù)量的焊縫后，進(jìn)行一次中間退火。 齒 輪軸 材料的選用 根據(jù)齒輪軸的工作條件，要求以云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 及性能來確定。 在機械零件產(chǎn)品的設(shè)計與制造過程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。齒輪在嚙合時齒面接觸處有接觸應(yīng)力，齒根部有最大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強度失效。 例如，在確定大、小齒輪硬度時應(yīng)注意使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高3050HBS，這是因為小齒輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強度低于大齒輪。材料為 40Cr 合金鋼的齒輪，當(dāng) 840860℃ 油淬， 540620℃ 回火時，調(diào)質(zhì)硬度可達(dá)2832HRC，可改善組織、提高綜合機械性能；當(dāng) 860880℃ 油淬， 240— 280℃ 回火時，硬度可達(dá) 4651HRC，則鋼的表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形??；當(dāng) 500560℃ 氮化處理，氮化層 ，硬度 可達(dá) 5254HRC，則鋼具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲勞強度，較高的抗蝕性和抗膠合性能且變形極??；當(dāng)通過電鍍或表面合金化處里后，則可改善齒輪工作表面摩擦性能，提高抗腐蝕性能。但強度不夠高，淬透性較差。 2． 2 最終熱處理 調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火。 低溫回火工藝的制定：低溫回火的溫度為 150300，但鋼材的第一類回火脆性溫度在250400，由于 40Cr 中含有硅、錳、鉻等合金元素，第一類回火脆性溫度將有所增高，所以選用低溫回火溫度為 240，保溫時間 60min；采用空冷。 加熱溫度越高，馬氏體的百分比也會增加，如 50%99%，組織也會不斷粗大 理論上說， 40Cr 加熱到 850870 后保溫，合 金元素就基本上能全部融入奧氏體中且晶云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 粒也不是很粗大，所以在理論上 850 淬火后的硬度應(yīng)該是最高的，以后隨著溫度的增加，鋼的蓄熱量增加，淬火冷卻時的冷卻速度就下降，因此理論上在 850 以上溫度淬火硬度會下降。 圖 1 斷口形貌 理化檢驗 對所送斷裂件進(jìn)行化學(xué)成分、斷 口形貌、金相組織、晶粒度分析。 圖 4 組織 500 3 回火脆性試驗 沖擊試驗 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 14 因試樣組織和晶粒度正常，斷口以沿晶斷裂為主，因此初步推斷為回火脆性所致，為確定 40Cr 鋼在 350℃ ~370℃是否出現(xiàn)回火脆性，取兩組試樣使用 NCS NI500 沖擊試驗機進(jìn)行試驗，熱處理工藝為： 淬火： 850℃保溫一小時，機油冷卻，不同回火溫度下保溫一小時，水冷， U 型缺口，結(jié)果見表 2，沖擊值與回火溫度的對應(yīng)關(guān)系見圖 5. 斷口形貌 不同回火溫度下沖擊試樣斷口形貌見圖 6， 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 16 3 分析與討論 40Cr 作為中碳調(diào)質(zhì)鋼，一般采用淬火 +高溫回火，資料記載， Mn、 Cr 鋼在較低溫度回火時容易出現(xiàn)回火脆性，由模擬試驗沖擊值與斷口形貌可以看出， 240℃以下回火斷口以準(zhǔn)解理為主，沖擊值較低，隨回火溫度提高沖擊值上升， 280℃ 380 之間斷口出現(xiàn)明顯的沿晶斷口， 350℃時沿晶斷口所占比例最多，沖擊值明顯降低， 460℃以上斷口以韌窩為主，沖擊值大幅提高，鋼材化學(xué)成分、晶粒度、非金屬夾雜物、金相組織均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，模擬試驗結(jié)果表明工件采用的熱處理工藝使材料出現(xiàn)回火脆性。 云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 （ 1） 氮化處理 40Cr 屬于可氮化鋼，其所含元素有利于氮化。軟氮化是活性氮化 ,現(xiàn)在比較常用的是氣體氮化 . 焊接 40Cr 焊接前注意預(yù)熱，以防止因基體散熱，造成焊縫內(nèi)部激冷淬裂。過熱區(qū)在冷速較大時，很容易形成硬脆的高碳馬氏體而使過熱區(qū)脆化。若及時進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理有困難，可進(jìn)行中間退火或在高于預(yù)熱的溫度下保溫一段時間，以排除 擴散氫并軟化組織。加熱溫度過云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 18 低先共析鐵素體未能全部溶解而達(dá)不到細(xì)化晶粒的作用，加熱溫度過高會造成晶粒粗化惡化鋼的力學(xué)性能 ，所以我們可以選著 870℃。長方體工件的高和寬小者為其有效厚度 。 （ 4）淬火保溫時間的確定 根據(jù)有效長度Φ /2=80/2=40mm，可查知，保溫時間要大于 56min，為保證獲得理想組織可選 1h。 （ 6）確定回火保溫時間。如果含碳量過高，調(diào)質(zhì)后工件的強度雖高，但韌性不夠，如含碳量過低，云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 19 韌性提高而強度不足。小型工廠不可能每爐搞金相分析，一般只作硬度測試，這就是說，淬火后的硬度必須達(dá)到該材料的淬火硬度，回火后硬度按圖要求來檢查。 40Cr 工件調(diào)質(zhì)的淬回火，各種參數(shù)工藝卡片都有規(guī)定，我們在實際操作中體會是： （一） 40Cr 工件淬火后應(yīng)采用油冷， 40Cr 鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開裂傾向小?；鼗鹂炖浜蟮墓ぜ匾獣r再施以消除應(yīng)力處理。 （三）工件入水排列應(yīng)保持一定距離，過密使工件近處蒸氣膜破裂受阻，造成工件接近面硬度偏低。 （六）未經(jīng)加工毛坯調(diào)質(zhì)，硬度不會均勻，如要得到好的調(diào)質(zhì)質(zhì)量，毛坯應(yīng)粗車，棒料要云南機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 鍛打。具有較高的強度和硬度，調(diào)制后可獲得回火索氏體具有較高的強度、塑性、韌性、疲勞極限、斷裂韌度和較低的韌脆性轉(zhuǎn)折溫度，可以滿足工件使用的性能要求，少量合金元素的加入顯著增加了鋼的淬透性，一般采用油淬，油淬的臨界直徑是30MM~40MM，適用于制造較重的調(diào)制件，如機床主軸、汽車、拖拉機上的連桿、螺栓等。 合金調(diào)質(zhì)鋼有較大高溫的回脆傾向，為防止高溫脆性發(fā)生，高溫回火后要采用水冷或油冷，對于大鍛件體要采用合金化方法防止回脆，調(diào)質(zhì)鋼不一定都進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，因為回火索氏體組織不能充分發(fā)揮碳提高鋼的強度方面的潛力， 所以可采用淬火加低溫回火代替調(diào)質(zhì)。 熱處理的常見缺陷及補救措施 （ 1）氧化和脫碳： 工件在加熱過程中，由于周圍的加熱介質(zhì)與鋼表面所起的化學(xué)作用，會使鋼發(fā)生氧化與脫碳，嚴(yán)重影響淬火工件的質(zhì)量。由圖可見，隨著加熱溫度的升高