【正文】 與工藝課程的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。如何實(shí)現(xiàn)工件設(shè)計(jì)時(shí)提出的幾何形狀和加工精度，滿足設(shè)計(jì)時(shí)所要求的多種性能指標(biāo)，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關(guān)重 要的 作用。要注意的是：汽車在前進(jìn)擋和倒檔之間換檔時(shí)，必須利用剎車在汽車停穩(wěn)后才能夠進(jìn)行換檔松離合，否則對(duì)變速設(shè)備有損害。 滑動(dòng)齒盤 熱處理工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 生 專 業(yè)： 材料成型與控制技術(shù) 摘 要 汽車同步器是為了解決汽車在換擋操作中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與變速箱轉(zhuǎn)速不一致的機(jī)械裝置，他可以有效地避免掛不上檔、消除換擋時(shí)的齒輪響聲等。 前言 熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分。 現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)機(jī)械零部件﹑工模具等提出的要求愈來(lái)愈高。其目的是： （ 1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的熱處理課程的知識(shí)去解決工程問(wèn)題的能力， 并使其所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展。因此，對(duì)熱 處理件結(jié)構(gòu)形狀有一定的設(shè)計(jì)要求。 為減少損失，避免事故，充分估計(jì)各種因素的影響，可采用設(shè)計(jì)、熱加工和熱處理幾方面共同商討，協(xié)同設(shè)計(jì)，避免因設(shè)計(jì)不當(dāng)造成加工、熱處理和使用上的問(wèn)題。如：螺栓、拉桿等承 受拉伸載荷的工件要求有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；承受交變載荷的半軸、曲軸等除了應(yīng)具備良好的綜合機(jī)械性能外，還應(yīng)有高的疲勞強(qiáng)度；而沖模、齒輪、 銑刀等則要求有高的表面硬度。同時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ⑴ 在大多數(shù)情 況下優(yōu)先考慮使用性能，工藝性能和經(jīng)濟(jì)性原則次之 。如果零件的最終狀態(tài)與手冊(cè)上給出的相同，可直接使用， 否則，還得查閱其它手冊(cè)、文獻(xiàn)資料或進(jìn)行針對(duì)性的力學(xué)性能試驗(yàn)； ⑷ 手冊(cè)或標(biāo)準(zhǔn)給出的力學(xué)性能數(shù)據(jù)是在試驗(yàn)室條件下對(duì)小試樣的試驗(yàn)結(jié)果，引用這些數(shù)據(jù)時(shí)要注意尺寸效應(yīng)； ⑸ 由于材料成分是一個(gè)范圍，試樣毛坯的供應(yīng)狀態(tài)可以有多種，因此，即使是同一牌號(hào)的材料，性能也不完全相同。 ⑶ 工廠生產(chǎn)條件及批量 確定熱處理工藝時(shí)還應(yīng)考慮工廠的現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)、現(xiàn)有設(shè)備、生產(chǎn)批量等因素。其主要作用是傳遞動(dòng)力，改 變運(yùn)動(dòng)速度和方向。 因此，齒輪表面受到很大的接觸疲勞應(yīng)力和摩擦力的作用。 b. 硬化層剝落由于硬化層以下的過(guò)渡區(qū)金屬在高接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形，使表面壓應(yīng)力降低，形成裂紋造 成碳化層剝落。還被用于內(nèi)燃機(jī)機(jī) 車、 坦克、飛機(jī)上的變速齒輪，這對(duì)材料的性能要求更高。 ⑶性能要求 齒輪的表面有高的硬度和耐磨性， 高接觸疲勞強(qiáng)度， 有較高的齒根抗彎強(qiáng)度， 高的心部抗沖擊能力。8620H 的含碳量為 ％屬于低碳鋼 ,滲碳時(shí)保證了碳元素的正常滲入。 8620H 齒輪根據(jù)使用性能要求表面耐磨 ,心部又要 求有良好的強(qiáng)韌性 ,所以要對(duì) 8620H 鋼進(jìn)行表面滲碳處理 ,滲碳淬火后表面得 到高碳馬氏體 , 具有較高的硬度和耐磨性。 ⑷ Cr：能夠提高鋼的淬透性并有二次硬化作用，還是碳化物形成元素，提高 回火穩(wěn)定性，增加鋼的耐磨性。 ⑻ Ni：降低相變驅(qū)動(dòng)力，使“ C”曲線右移， CrNi 符合效果更好，提高鋼 的淬透性。正火工藝的加熱溫度要求足夠高，一般要求得到均勻的 單相組織。 ⑶ 淬火 淬火：將工件加熱到 860℃左右的溫度，保溫一定時(shí)間，使之全部或部分 奧氏體化后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s，獲得馬氏體或和貝氏體組織的熱處理工藝。改善鋼的物理、化學(xué)性能。 2. 熱處理工藝 ⑴ 正火 將材料為 20CrMnTi 鋼的齒輪放進(jìn)中溫箱式爐加熱到 930177。鋼中的 S 是雜質(zhì)元素，能明顯降低鋼的熱塑性，但是 S 能改善鋼的 可切削性能。因它們會(huì)對(duì)滲層組織的膨 脹系數(shù)產(chǎn)生影響，滲碳后若表面形成不 良碳化物分布，將增加齒形、齒向的變形 ,因此必須控制滲碳時(shí)的碳勢(shì)，以防止 表面碳濃度過(guò)高和碳量不均勻。 齒輪滲碳的方法 較多， 常用氣體滲碳 ,目前應(yīng)用電解質(zhì)氣相離子 (ECA)催滲技術(shù)控制滲碳變形也取 得較好效果。 滲碳時(shí)要控制滲碳的時(shí)間、活性碳的濃度 ,使表面的含碳量控制在 %～ % 范圍內(nèi)，并從表面到心部逐漸減小，心部仍保持原來(lái)低碳鋼的含碳量。下 表列出了幾種常用作滲碳劑的幾種有機(jī)溶劑的碳當(dāng)量、碳氧比。為了保證甲醇和煤油裂解反應(yīng)充分進(jìn)行，應(yīng)保證四個(gè)條件： 一是爐氣靜壓＞ 1500Pa；二是滴注劑必須直接滴入爐內(nèi)；三是加濺油板；四是滴 注劑通過(guò) 400～ 700℃溫度區(qū)的時(shí)間≤ 。 b. 清除工件表面油污、 銹斑、毛刺和水跡 （常用 10%的 Na2CO3 水溶液、 汽油或四氯化碳等作清洗介質(zhì)，以除去油污及其他污染；對(duì)有銹的工件，可用砂 紙打磨或進(jìn)行噴砂，或用 10%的硫酸水溶液（ 40~80℃）浸洗，酸洗后應(yīng)有堿中 和并清洗干凈） ，確保工件表面無(wú)碰傷或裂紋。 試樣有兩種： 一種是Φ 10mm 100mm 的爐前試棒，用于確定出爐時(shí)間；另一種是與工件形狀相似的隨爐試 塊，與工件一起處理，用于檢查滲碳層深度及金相組織。 b. 若每層放入的工件不止一個(gè)，工件相互間或工件與料框間的 間隙應(yīng) 大于 5mm，層與層之間也可用絲網(wǎng)隔開(kāi)，以保證滲碳?xì)夥盏牧魍?，使?jié)B碳層均 勻。 ④ 操作過(guò)程 a. 升溫裝爐。當(dāng)問(wèn)到超過(guò) Ac3 線時(shí)，會(huì)發(fā)生鐵素體與奧氏體之間 的相互轉(zhuǎn)變。具有面心立方晶格的 Ni、 Mn、 Cu 等元 素以及 C 會(huì)擴(kuò)大奧氏體相區(qū)， Cr、 Ti 會(huì)縮小奧氏體相區(qū)。開(kāi)始加熱，并啟動(dòng)風(fēng)扇。 滴量的大小應(yīng)根據(jù)爐子的容積來(lái)確定。 d. 滲碳階段 滲碳階段。這里 分解階段 是煤油在 930℃時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)，分解后產(chǎn)生 CO、 CH CnH2n+ CnH2n、H CO O N2 等氣體，其中 CO 為弱滲碳?xì)怏w， CH4 為強(qiáng)滲碳?xì)怏w，在 930℃是， 會(huì)在工件的表面進(jìn)一步分解，形成滲入能力很高的活性碳原子 [C]。第三階段擴(kuò)散階 擴(kuò)散階 段工件表面吸收了活性碳原子，碳濃度大大提高，沿著碳梯度的下降逐漸向內(nèi)部 滲入，完成工件表面的碳成分的變化。 在排氣結(jié)束后，進(jìn)入滲碳階段，放入試棒，關(guān)好試棒孔。 e. 使用 RQ 系列氣體滲碳爐進(jìn)行滲碳時(shí)，推薦采用煤油與甲醇作滴注 劑，并保持清 潔，使用時(shí)，根據(jù)滲碳過(guò)稱各階段的碳勢(shì)需要，以兩者不同的比例 分別滴入。在升溫和保溫時(shí)， 不同的爐型，滴入量也不同。斷口 目測(cè)法是將滲碳試棒從爐中取出，淬火后打斷，觀察斷口，滲碳層呈白色瓷狀， 未滲碳部分為灰色纖維狀，交界處的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)月為 %，用讀數(shù)放大鏡測(cè) 量表面至交界處的厚度。吊車一件一 件的吊出托盤。 ⑤操作過(guò)程中的注意點(diǎn) a. 滲碳工件表面不得有銹蝕，油污及其他污垢。 10℃的范圍。合金元素將改變滲層表面的碳濃 度和厚度。 ⑦ 滲碳過(guò)程中的時(shí)間 t 氣體滲碳是目前應(yīng)用比較多的滲碳方法，在社團(tuán)過(guò)程中，控制的工藝 參數(shù)主要有滲碳溫度、滲碳時(shí)間、爐內(nèi)氣氛的碳勢(shì)三項(xiàng)。 齒輪在井式爐中的滲碳工藝曲線 滲碳層組織 齒輪滲碳冷卻后， 一般認(rèn)為工件滲碳層表層應(yīng)有細(xì)針狀或隱晶 馬氏體 +細(xì)顆粒狀彌散均勻分布的碳化物 +少量殘余奧氏體；工件心部應(yīng)為細(xì)晶 粒低碳馬氏體組織，不允許有大塊的鐵素體存在，此時(shí)工件畸變量最?。槐韺优c 心部之間的組織為高碳馬氏體 +殘余奧氏體。 ⑶ 淬火 為了使工件獲得表硬內(nèi)韌的性能要求，工件滲碳后必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽? 理，由于齒輪的材料是 20CrMnTi 鋼，是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，特別是鋼中含有的強(qiáng)碳 強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大， 經(jīng) 過(guò)長(zhǎng)時(shí)間滲碳后奧氏體晶粒并 化物形成元素 Ti，不明顯長(zhǎng)大，故可以用預(yù)冷直接淬火法。根據(jù)滲碳后齒輪的表層含碳量的分布 狀況及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)從 930℃預(yù)冷到 860℃左右進(jìn)行油冷可以得到好的效果。加熱溫度過(guò)低、保溫時(shí)間不足會(huì)引起 硬度不足。 升溫時(shí)間 保溫時(shí)間的確定 淬火加熱時(shí)間包括升溫和保溫時(shí)間兩段時(shí)間， 包括相變重結(jié)晶時(shí)間， 保溫時(shí)間實(shí)際上只考慮碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所 需要的時(shí)間。 常用鋼的加熱系數(shù) 工件材料 工件直徑 /mm ≤ 50 ＞ 50 ≤ 50 ＞ 50 750～ 850℃ 800～ 900℃ 1000～ ＜ 600℃箱 鹽爐中加熱 箱式爐或井 1300℃高溫 式爐中加熱 或預(yù)熱 式爐中加熱 鹽爐中加熱 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 碳鋼 合金鋼 高合金鋼 高速鋼 ～ 根據(jù)設(shè)計(jì)的 8620H 鋼齒輪，加熱系數(shù) a 的大小取 。 冷卻方式 由于 20CrMnTi 剛的淬透性較好，冷卻速度越大，則淬火內(nèi)應(yīng) 力越大，淬火變形也越大，這樣工件容易變形開(kāi)裂，不滿足齒輪的性能要求。 為了克服機(jī)械油冷卻能力低， 以氧化胡易老化， 選用普通淬火油油淬， 80℃ 的油溫冷卻，并向油中加入催冷劑（將石蠟基潤(rùn)滑油餾分精制） 、抗氧化劑 和表 面活性劑。當(dāng)鋼在油中溫度低于 Ac1 線時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)鐵素體，過(guò)冷奧氏體會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w或是下貝氏體，但是不希望發(fā)生這樣的轉(zhuǎn)變，而是在溫度降 低到 Ms 線，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。 Cr 是碳化物形成元素，增加鋼的 耐 磨性。 ⑶ 加熱溫度過(guò)高時(shí) 會(huì)引起奧氏體晶粒粗化，加熱后的組織為粗大奧氏體，室溫后的組織為粗大馬氏體，脆性太大，易斷