【正文】 出管 3供入管 4事故排出管 5淬火槽 6工件 8 工裝 設計 熱處理夾具 的選擇 熱處理夾具的選擇原則為：①符合熱處理技術條件：保證零件熱處理加熱冷卻，爐氣成分均勻度，不致使零件在熱處理過程中變形。 井式滲碳爐的選擇 對于滲碳設備選用井式滲碳爐， 這類爐子實際上是在井式爐爐膛中再加一密封爐罐， 專為周期作業(yè)的滲碳、滲氮、碳氮共滲等所用。下表為各種電阻爐的技術參數(shù)。 低溫 回火時間 回火時間是從工件入爐后爐溫升至回火溫度時開始開始計算，可參考經(jīng)驗公式加以確定： t=K+AD T—— 回火時間（ min） 、 K—— 回火時間基數(shù) 、 A—— 回火時間系數(shù) 、 D—— 工件有效厚度（ mm） 表 15 回火保溫時間參數(shù)表 【 14】 回火條件 300℃以上 300450℃ 450℃以上 箱式電爐 鹽浴爐 箱式電爐 鹽浴爐 箱式電爐 鹽浴爐 K/min 120 120 20 15 10 3 A/(min/mm) 1 1 1 低溫回火（ 150250℃） 有效厚度/mm ＜ 25 2550 5075 75100 100125 125250 保溫時間/min 3060 60120 120180 180240 240270 270300 低溫回火工藝表 表 16 低溫回火熱處理工藝 材料 加熱溫度（℃） 加熱時間（ h） 冷卻方式 20Cr2Ni4A 200 6 空冷 7 熱處理設備選擇 箱式電阻爐的選擇 熱處理電阻爐是以電為能源的，通過爐內電熱元件將電能轉化為熱能而加熱工中北大學課程設計說明書 第 15 頁 共 29 頁 件的爐子，是一種造價相對便宜的爐子，以降低成本。 根據(jù)回火溫度的不同，可將回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。 冷卻階段不僅 為了 零件獲得合理的組織，達到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度， 在鹽浴中進行 。 淬火冷卻介質 要使鋼中高溫相 —— 奧氏體在冷卻過程中轉變成低溫亞穩(wěn)相 —— 馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的 臨界冷卻速度 。分級 溫度以前都定在略高于 Ms點，工件內外溫度均勻以后進入馬氏體區(qū)。形狀簡單的中、低碳鋼，直徑小于 400mm 的中碳合金結構鋼可直接到溫入爐加熱。 淬火 加熱 時間應包括工件整個截面加熱到預定淬火溫度，并使之在該溫度下完成組織轉變、碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所需的時間，因此，淬火加熱時間包括升溫和保溫兩段時間。 表 12 高溫回火處理工藝 材料 加熱溫度（℃） 加熱時間（ h） 冷卻方式 20Cr2Ni4A 650 6 空冷 淬火 工藝的制定 淬火加熱 溫度 鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度 Ac3（亞共析 鋼）或 Ac1（過共析鋼）以上某一中北大學課程設計說明書 第 12 頁 共 29 頁 溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體 1化，然后以大于 臨界冷卻速度 的冷速快冷到 Ms 以下（或 Ms附近等溫）進行馬氏體（或 貝氏體 ）轉變的熱處理工藝 。 中北大學課程設計說明書 第 11 頁 共 29 頁 表 10 甲醇 煤油紅外儀控制滴注式滲碳工藝 【 12】 滲碳處理工藝表 表 11 滲碳處理工藝 材料 滲碳溫度（℃） 滲碳時間（ h） 滲碳方法 20Cr2Ni4A 930 7 甲醇 煤油滴注式滲碳法 高溫回火 工藝的制定 由于滲碳后表層組織為馬氏體和大量殘余奧氏體， 對這種組織不能直接重新加熱淬火，否則容易恢復滲 碳時所形成的較粗大的奧氏體晶粒，即生成二次織構。 表 9 常用有機液體的滲碳特性 【 11】 為了保證甲醇與煤油裂解反應充分進行，爐體應保證四個條件： ① 爐內靜壓大于 1500pa； ② 滴注劑必須直接滴入爐內； ③ 加濺油板； ④ 滴注劑通過 400700℃溫度區(qū)的時間≦ 。10)/℃ (940177。 滲碳 時間 滲碳時間與滲碳深度呈平方根關系，滲碳時間越短，生產效率越 高，能耗越低，但對于淺層滲碳而言，滲碳時間太短，滲層深度控制難以準確。 得 回火 加熱 時間為 90min。 正火處理工藝表 中北大學課程設計說明書 第 8 頁 共 29 頁 表 4 正火處理工藝 材料 加熱溫度（℃） 加熱時間（ h） 冷卻方式 20Cr2Ni4A 950 2 空冷 高溫回火 工藝的制定 高溫 回火溫度 表 5 各種工件的回火溫度及回火目的 【 8】 由上表可知齒輪回火溫度為 500600℃， 在此設定高溫回火 溫度為 650℃。 6 制定熱處理工藝的制度 正火工藝的制定 正火 加熱溫度 正火是將鋼加熱到 Ac3 以上 3050℃，保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝， 由于該鋼 Ac3為 780℃ ，所以其正火溫度一般在 910～ 930℃ 之間，但在實際生產中，正火的加熱溫度一般要高于其理論正火溫度，所以設定正火的加熱溫度在 950℃ 。進行合理的滲碳工藝的選擇，改善滲碳質量以達到直接淬火的目的是一個值得探索的方向。利用高溫滲碳原理改進的高溫滲碳方法既具有滲速快的優(yōu)點，上述兩項不利因素也不明顯，在生產被采用的越來越多。一是利用催滲方法催滲以降低溫變和縮短時 間。一般 合金鋼 坯料常采用退火，若用正火，由于冷卻速度較快，使其正火后硬度較高，不利于切削加工。退火 處理 ：后面最終熱處理一般都是調質處理，其作為預備熱處理的目的就是為了消除應力以及降低表面硬度。 （ 8）淬火 +低溫回火的作用： 通過淬火與不同溫度的 回火 配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能 ）以滿足不同的使用要求。 （ 6）滲碳 的作用： 使機器零件獲得高的表面硬度、耐磨性及高的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度，滲碳后淬火、回火，心部保持良好韌性的同時提高工件的表面強度、耐 磨性和硬度。 熱處理工藝是將金屬材料放在一定的介質內加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內部的金相組織結構 ,來控制其性中北大學課程設計說明書 第 5 頁 共 29 頁 能的一種金屬熱加工工藝。 Ni 元素： 提高鋼的淬透性，有助于改善鋼的韌性。 Mn 元素：提高鋼的淬透性，從基體組織中擴散到析出的滲碳體中，形成合金滲碳體 ,改善其硬度。用于大截面滲碳件，如大型齒輪、軸類以及要求強度高、韌性好的調質零部件等。為提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要進行滲碳處理，然后再進行淬火和低溫回火，從而保證模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韌性，該鋼適宜制造大、中型塑料模具。用于制造要求較 35CrMo 鋼強度更高和調質截面更大的鍛件，如機車牽引引用的大齒輪、增壓器傳動齒輪、壓力容器齒輪、后軸、 受載荷極大地連桿及彈簧夾，也可用于 2020m 以下石油深井鉆桿接頭與打撈工具，并且可以用于折彎機的模具等。 （ 1） 42CrMo 屬于超高強度鋼，具有高強度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆性。 選定的材料應該具有高強度、高韌性以及良好的淬透性。 （ 2）失效形式： 主要失效形式為磨損、點蝕和斷裂。 2 零件圖分析 中北大學課程設計說明書 第 2 頁 共 29 頁 圖 1 零部件圖 技術參數(shù)：端面模數(shù) m=12，齒輪齒數(shù) Z=41，節(jié)圓直徑 D=192mm，壓力角 為 20 度，齒全高 h=14，螺旋角 =30 度，端面弧齒厚 s=17mm。熱處理工藝不但可以強化金屬材料、充分挖掘材料性能潛力、降低結構重量、節(jié)省和能源，而且能夠提 高機械產品質量、大幅度延長機器零件的使用壽命。 課程設計 可以 培養(yǎng)學生綜合運用所學知識 ， 發(fā)現(xiàn) 、 提出 、 分析和解決實際問題的能力 ， 是鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。中北大學課程設計說明書 第 1 頁 共 291 前言 零件設計是一個工程技術人員應該具備的最基本的專業(yè)技能。零件的工藝結構分析就是要求設計者從零件的材料、鑄造工藝、機械加工工藝乃至于裝配工藝等各個方面對零件進行分析，以便在零件的視圖選擇過程中，考慮這些工藝結構的標準化等特殊要求和規(guī)定，使零件視圖表達更趨完整、合理。 熱處理工藝是整個機器零件和工模具