【正文】 程設(shè)計(jì) ， 使學(xué)生了解從材料使用性能、成本要求、加工工藝性能等多方面考慮一個(gè)零件的熱處理工藝。 基本要求 ，每人必須完成不同的某一種鋼材熱處理工藝設(shè)計(jì)，能夠較清楚地表達(dá)所采用熱處理工藝的基本原理和一般規(guī)律。 。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。 材料基本參數(shù) 20鋼材料簡(jiǎn)介 材料名稱：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號(hào)： 20 鋼 標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 6991999 20 代表這種鋼的含碳量在 左右。 8 表 1 20 鋼材料化學(xué)成分 牌號(hào) 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） % C Si Mn Cr Ni Cu ≤ 20 ~ ~ ~ 表 2 20 鋼材料力學(xué)性能 機(jī)械性質(zhì) 硬度 （ HB） 抗拉強(qiáng)度 Mpa 屈服強(qiáng)度 Mpa 伸長(zhǎng)率 % 面積縮減 % 沖擊功 （ J） 156 ≥ 420 ≥ 250 ≥ 25 ≥ 55 無 第三章工藝設(shè)計(jì) 加工 工藝 設(shè)計(jì) 材料的加工工藝路線是比較復(fù)雜的，根據(jù)對(duì)工件性能要求的不同，熱處理在加工工藝路線中的位置通常有以下三種情況： ⑴ 毛坯→正火（退火）→機(jī)械加工→工件成品（一般工件） ⑵ 毛坯 →預(yù)先熱處理（正火、退火或調(diào)質(zhì)）→粗加工→最終熱處理（淬火、回火、化學(xué)熱處理等）→精加工（要求較高的工件） ⑶ 毛坯→預(yù)先熱處理→粗加工→淬火、回火或化學(xué)熱處理→半精加工→穩(wěn)定化處理或化學(xué)熱處理→精加工→穩(wěn)定化處理→工件成品（精密工件） 根據(jù) 所選 20 鋼材料 的 特點(diǎn) 及性能要求 ， 該材料 的 加工工藝路線為： 毛坯→預(yù)先熱處理（正火、退火或調(diào)質(zhì)）→粗加工→最終熱處理（淬火、回火、化學(xué)熱處理等）→精加工（要求較高的工件） 9 零件加工工藝具體步驟： 鑄造制坯 → 預(yù)先熱處理（ 正火） → 車削加工 →滾、插齒 → 剃齒 → 熱處理 → 磨削加工 → 修整。 磨削加工： 主要是對(duì)經(jīng)過熱處理的齒輪內(nèi)孔、端面、軸的外徑等部分進(jìn)行精加工，以提高尺寸精度和減小形位公差。 正火 鋼號(hào) 加熱溫度/℃ 保溫時(shí)間 /h 冷卻方法 硬度 /HB 20 880~920 1~3 靜止空氣中 冷卻 ≤ 156 20 鋼正火工藝曲線 ? 加熱速度 加熱速度主要與鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關(guān)。所以確定加熱溫度為 900℃。 ? 最終熱處理工藝制度的制訂 由于齒輪零件的工作環(huán)境要求零件具有一定的耐磨性、表面硬度，具有一定的韌度，所以在精加工之前必須對(duì)零件表面進(jìn)行表面滲碳處理，以改善表面硬度和耐磨性，然后進(jìn)行淬火 +低溫回火處理。 13 氣體滲碳法由分解、吸收與擴(kuò)散三個(gè)基本過組成。 ? 淬火工藝制度的制定 ? ?CHCH ?? 24 2? ?CCOCO ?? 22? ?COHHCO ??? 22 14 加熱速度 加熱速度與退火時(shí)的加熱速度相同，加熱速度選擇為 90～ 100℃ /h。 保溫時(shí)間 保溫時(shí)間可以由經(jīng)驗(yàn)公式τ =α KD來加以確定。 低碳鋼淬火后可得到板條狀馬氏體組織，它的特征是 :尺寸大致相同的條狀馬氏體定向平行排列，組成馬氏體束或馬氏體區(qū)域， 16 在區(qū)域與區(qū)域之間位向差較大，一顆原始的奧氏體晶粒內(nèi)可以形成幾個(gè)不同取向的區(qū)域。因?yàn)榱慵挠行Ш穸葹?30mm，所以確定回火保溫時(shí)間為 。這是由于薄片狀θ碳化物析出于馬氏體條間并充分長(zhǎng)大，從而降低了沖擊韌性，而α基體因回復(fù)和再結(jié)晶共同作用，提高了塑性， 降低了強(qiáng)度。 滲碳化學(xué)反應(yīng)： COCCO 22 ?? 、 2)(2 COCFeCOFe ??? ? 滲碳劑的確定： BaCO CaCO木炭，（該組合 20 鋼常用）。 ②加熱溫度： 采用油、硝鹽淬火介質(zhì)時(shí)，淬火加熱溫度比用水淬火時(shí)要提高 20℃左右。適用于多品種小批量生產(chǎn)和深層滲碳。 水冷，冷卻速度較快，是奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的馬氏體，試樣的硬度對(duì)比與其他兩種冷卻方式也較高，而油冷的方式較空冷速度較快，所以試樣的硬度比空冷的要大。 由于 20 鋼材料的正火工藝中無需通過氣體保護(hù)進(jìn)行加熱，所以可以采用空氣氣氛 直接裝爐加熱；所以正火爐選擇普通中溫箱式電阻爐即可滿足設(shè)計(jì)要求。 21 最終熱處理設(shè)備的選擇 滲碳和淬火設(shè)備 密 封箱式爐 滲碳目的 ：將低碳鋼或低碳合金鋼零件在增碳的活性介質(zhì)（滲碳劑）加熱到高溫，使碳原子滲入表面層，繼之以淬火并低溫回火，使零件表層與心部具有不同成分、組織與性能。 工作過程 前室用于置換裝出料時(shí)所帶入空氣，同時(shí)確保工件從加熱轉(zhuǎn)移到淬火、緩冷的過程完全在保護(hù)氣氛下進(jìn)行 中間驅(qū)動(dòng)裝置，可將工件從前室推到加熱室并立即返回到前室，或者將加熱室的工件拉到前室進(jìn)行淬火，驅(qū)動(dòng)鏈及裝置處于低溫部位。前室爐門下方設(shè)火簾和點(diǎn)火嘴 ，常在排氣管頂端安裝一個(gè)環(huán)型燃燒器，在其旁邊設(shè)一點(diǎn)火引燃器?；鼗鸷笥捕冗_(dá) 58— 63HRC，滿足零件設(shè)計(jì)要求。 零件號(hào)： 材 料： 20 鋼 工序號(hào)： 裝爐方法及數(shù)量：根據(jù)熱處理過程中相應(yīng)爐型的有效加熱范圍和裝爐時(shí)工件之間的間隔距離計(jì)算出相應(yīng)熱處理設(shè)備的裝入量，工件在熱處理設(shè)備中需要墊具保證其受熱均勻，通過所選夾具裝爐。 工作原理 :以電作為熱源，將電流通入電熱元件，借助 于電熱元件的電阻熱效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件加熱的爐子。 23 低溫回火 — 低溫回火箱式爐 低溫回火目的： 鋼的回火是一個(gè)由淬火馬氏體 +殘余奧氏體組織向鐵素體和碳化物轉(zhuǎn)變的擴(kuò)散相變過程，低溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，對(duì)硬度降低不明顯，因此低溫回火后仍可保持鋼件的高硬度。 以甲醇基為主的滴注式氣氛 ,因氣氛碳勢(shì)可控 ,滲速比較高 ,工藝操作簡(jiǎn)便 ,在滲碳、碳氮共滲以及奧氏體和鐵素體氮碳共滲等化學(xué)熱處理中獲得了較為廣泛的應(yīng)用。 選擇密封箱式爐的 理由 ： 齒輪表面要求比較高，也屬于精細(xì)的零件，所以在熱處理過程中盡量減少它的氧化和脫碳。爐內(nèi)溫度均勻度狀態(tài)主要受電熱元件布置，爐門的密封和保溫等狀態(tài)的影響。 右圖是在 900 度下的金相圖，得到的馬氏體一般的板條狀。液體滴劑用量大，生產(chǎn)成本較高。 低溫回火 加熱溫度為 150～ 200℃，保溫 。 冷卻方式：出爐空冷。 正火 鋼號(hào) 加熱溫度/℃ 保溫時(shí)間 /h 冷卻方法 硬度 /HB 20 880~920 1~3 靜止空氣中 冷卻 ≤ 156 滲碳： 完成齒輪的粗精加工后對(duì)其進(jìn)行滲碳處理，增加零件表層的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和碳濃度梯度，從而使齒輪獲得高的表面硬度和耐磨性。 低碳鋼回火后力學(xué)性能 當(dāng)?shù)陀?200℃回火時(shí)，強(qiáng)度與硬度下降不多，塑性與韌性也基本不變。淬火鋼的硬度高、脆性大，直接使用常發(fā)生脆斷。冷卻時(shí)應(yīng)使冷卻速度大于臨界冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織；在這個(gè)前提下又應(yīng)盡量緩慢冷卻，以減少鋼中的內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂。 加熱時(shí)間與保溫時(shí)間 爐中的工件應(yīng)在規(guī)定的加熱溫度范圍內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，以保證必要的組織轉(zhuǎn)變和擴(kuò)散。在經(jīng)濟(jì)性上，也是比較合適的。經(jīng)滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為5864HRC。由于合金鋼中碳化物內(nèi)存在大量的合金元素，提高了碳化物的穩(wěn)定性， 使得合金碳化物即使在高溫下也很難溶解，所以要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，通過查閱合金鋼手冊(cè) 20 鋼材料的正火曲線取保溫時(shí)間為 2h。 ? 加熱溫度 淬火是將工件加熱至 Ac3 或 Acm