【文章內(nèi)容簡介】 北大學課程設(shè)計設(shè)計說明書 第 9 頁，共 27 頁 一般在最后精加工之前要對其進行表面處理，以達到其工作性能的要求。 灰鑄鐵中石墨片呈片狀，是影響其機械性能的主要矛盾，用普通熱處理改善它的機械性能效果不太顯著，故一般不采用 表面淬火工藝，而采用表面化學處理，這里選用氮碳共滲工藝。經(jīng)過處理后，在表面形成氮碳共滲化合物層，該滲層硬度高，耐磨性好，而且極大的改善了鑄鐵的疲勞 性能。 6 制訂熱處理工藝制度 灰鑄鐵的熱處理基礎(chǔ) 鑄鐵是一種以鐵、碳、硅為基礎(chǔ)的復(fù)雜的多元合金，其含碳量（質(zhì)量分數(shù)）一般在 %%的范圍。除碳、硅外，鑄鐵中還存在錳、磷、硫等元素。 圖 3 普通鑄鐵的碳、硅成分范圍 [1] 中北大學課程設(shè)計設(shè)計說明書 第 10 頁，共 27 頁 圖 4 FeCSi三元穩(wěn)定系相圖 [1] 中北大學課程設(shè)計設(shè)計說明書 第 11 頁，共 27 頁 表 3 灰鑄鐵的臨界溫度范圍 [1] 鑄鐵類型 化學成分（質(zhì)量分數(shù)）（ %） 臨界溫度／℃ C Si Mn P S Cu Mo Mg Ce Ac1下限 Ac1上限 Ar1上限 Ar1下限 灰鑄鐵 – – – – 770 830 – – – – – – 775 830 765 723 鑄鐵的熱處理工藝方法和鋼的熱處理基本相似，但由于鑄鐵中石墨的存在以及化學成分等方面的差異，其熱處理又有其特殊性： ① 控制不同的加熱溫度和時間，可獲得不同比例的 F和 P組織，在較大幅度內(nèi)調(diào)整其力學性能 ； ② 與鋼相比，鑄鐵通過合適的熱處理，可分別獲得相當于高、中、低碳鋼的性能 ； ③ 控制奧氏體溫度和加熱、保溫、冷卻條件，可使鑄鐵的性能在較大范圍內(nèi)調(diào) 整 ； ④ 碳集中于石墨中，相變過程中碳長做遠距離擴散，受到溫度和化學成分等因素很大影響； ⑤ 熱處理一般不能改變石墨的形狀和分布特性，鑄鐵的各項性能指標與基體中的石墨形態(tài)有很大關(guān)系，故熱處理對鑄鐵有一定的局限性。 退火工藝的制定 退火方式的確定 鑄鐵的內(nèi)應(yīng)力主要產(chǎn)生在有塑性到彈性變形的過渡階段，這也就是在 620～400℃之間， 為消除鑄件的殘余應(yīng)力及穩(wěn)定其幾何尺寸，減小或消除切削加工后產(chǎn)生的畸變，需對鑄件進行去應(yīng)力退火。 消除內(nèi)應(yīng)力的退火應(yīng)該是將粗加工后鑄件緩慢加熱到高于鑄鐵塑性變形的溫度范圍內(nèi)，為使鑄件各部分溫度均勻而予以保溫，使鑄件各部分組織均勻，然后再緩慢冷卻到彈性變形溫度范圍內(nèi)，出爐空冷，故對于本零件需要選用稍微高于塑性變形溫度范圍內(nèi)的低溫去應(yīng)力退火。 去應(yīng)力退火工藝規(guī)范的確定 中北大學課程設(shè)計設(shè)計說明書 第 12 頁，共 27 頁 圖 5 灰鑄鐵退火溫度與內(nèi)應(yīng)力消除程度的關(guān)系 [1] 1—— 變形減小程度； 2—— 殘留內(nèi)應(yīng)力 表 4 灰鑄鐵去應(yīng)力退火規(guī)范 [1] 退火溫度的確定 去應(yīng)力退火溫度的確定，必須考慮鑄鐵的化學成分。 去應(yīng)力退火 溫度一般稍高于材料的再結(jié)晶溫度。 鑄件的內(nèi)應(yīng)力主要產(chǎn)生在 620～ 400℃ 之間由塑性變形到彈性變形的溫度范圍內(nèi)，要想 消除內(nèi)應(yīng)力，必須加熱到塑性變形溫度以上，使其從重新冷卻，在 620～ 400℃冷卻速度要慢，已達到消除內(nèi)應(yīng)力的目的。提高加熱溫度可縮短保溫時間，但普通灰鑄鐵當溫度超過 550℃（當含有合金元素時，滲碳體開始分解的溫度將提高到 600℃左右），即可發(fā)生部分滲碳體的石墨化和?；?，使強度和硬度降低，并伴隨有組織轉(zhuǎn)變 。 中北大學課程設(shè)計設(shè)計說明書 第 13 頁，共 27 頁 T 再結(jié)晶 ≈ Tm 為金屬的熔點 [14] 退火時間的確定 HT300 的退火保溫時間選擇相當重要，雖不必像淬火加熱時間那樣精確計算，但也應(yīng)該適當選擇。時間太長，既影響生產(chǎn)效率（如灰鑄鐵可經(jīng)過 1～ 年的自然時效達到去應(yīng)力退火的目的），而且會可能造成工件的嚴重的氧化脫碳，使性能惡化；時間太短，則很難使鑄件組織完成均勻化，達不到消除內(nèi)應(yīng)力和降低硬度的目的，失去退火的意義。具體加熱時間的確定應(yīng)考慮裝爐量和裝爐方式及工件大小，以保證工件透燒和組織轉(zhuǎn)變。對于單個灰鑄鐵件，保溫時間的前 2～3小時內(nèi)消除內(nèi)應(yīng)力的效果最顯著。保溫時間取決于加熱溫度和鑄 件的大小和復(fù)雜程度，必須保證鑄件的各部分均勻加熱到所需 的溫度，一般為 2～ 8 小時，對于 HT300 為 2～ 4小時。加熱速度一般為 100～ 150℃ /h，在塑性變形與彈性變形的溫度范圍內(nèi)，冷卻速度要慢 ，根據(jù)零件的復(fù)雜程度選擇 20～ 50℃ /h，為了 不致使 去應(yīng)力退火后冷卻時再發(fā)生附加的殘余應(yīng)力，對于大截面工件需要冷卻至300℃以下出爐空氣中快冷 退火冷卻方式的 確定 冷卻方式需要根據(jù)冷卻速度選擇，為了達到消除內(nèi)應(yīng)力的目的在塑性變形與彈性變形的溫度范圍內(nèi)（ 620～ 400℃），在這個范圍內(nèi)，冷卻速度越慢內(nèi)應(yīng)力 越小 ，所以 冷卻速度要慢，根據(jù)零件的復(fù)雜程度選擇 20～ 50℃ /h， 所以隨爐冷卻是合適的。 為了不致使去應(yīng)力退火后冷卻時再發(fā)生附加的殘余應(yīng)力， 所以鑄件冷卻至彈性變形溫度范圍內(nèi)出爐空冷， 對于大截面工件需要冷卻至 300℃以下出爐在 空氣中 冷卻至室溫。 退火工藝參數(shù)的 確定 據(jù)計算，工件的質(zhì)量＜ 噸，壁厚為 14mm∈（ 10～ 40mm），鑄鐵熔點 Tm≈1500℃ ，尺寸如圖 1。 故其工藝參數(shù)為 去應(yīng)力退火：加熱到（ 590177。 10）℃，保溫 3 小時，爐冷到 300℃以下出爐空冷 氮碳共滲化學處理 工藝的制定 表面處理工藝 的選擇 配油盤零件工作環(huán)境要求零件應(yīng)具有的性能為：表面硬度高，耐磨性好，疲勞性能優(yōu)良?；诣T鐵中石墨片呈片狀，是影響其機械性能的主要矛盾，用普通熱中北大學課程設(shè)計設(shè)計說明書 第 14 頁，共 27 頁 處理改善它的機械性能效果不太顯著，故一般不采用表面淬火工藝，而采用表面化學處理。 金屬表面化學熱處理是利用元素的擴散性能，使合金元素滲入金屬表層的一種熱處理技術(shù)。基本工藝過程： ① 將工件置于含有滲入元素的活性介質(zhì)中加熱到一定溫度，使活性介質(zhì)通過分解并釋放出欲滲入元素的活性原子； ② 活性原子被工件吸附并溶入表面； ③ 溶入表面的原子向金屬表層擴散 滲入形成一定厚度的擴散層，從而改變工件表層的成分、組織和性能。 滲氮工藝特點：可以使金屬表面硬度達到 950～ 1200HV，使工件具有極高的耐磨性；可以使表面產(chǎn)生很大的殘余壓應(yīng)力，從而提高疲勞強度；此外還可以提高工件的耐蝕性能。 滲氮能形成優(yōu)越性能的滲氮層，但由于工藝時間較長（氮化物形成溫度低，擴散較慢，工藝時間較長，如獲得 的滲氮層，約需要 40～50h），使得生產(chǎn)率太低，成本高，應(yīng)盡量少用。 滲碳工藝特點：滲碳也可以使工件表面獲得高硬度、耐磨性、耐侵蝕磨損性及接觸疲勞強度等，但其也存在許多不足：①工藝 過程繁瑣，滲碳后還要進行淬火加回火處理，工件變形大，一般不用于高幾何尺寸精度要求的零件的 處理；②與高頻淬火相比，生產(chǎn)成本高；滲碳層硬度和耐磨性不如滲氮層好。 碳氮共滲工藝特點：碳氮共滲是在滲碳和滲氮工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其具有前者的優(yōu)點，同時還具有自己的特點：①與滲碳相比，處理溫度低，晶粒不易長大，變形開裂傾向小，能源消耗低；②與滲氮相比，工藝周期大大縮短，對材料適用范圍廣。但也有其不足，滲后需進行滲后處理，滲后直接淬火或滲后淬火加回火，雖然變形小，但也要產(chǎn)生變形。 氮碳共滲的工藝特點：熱處理溫度低，一般在 500～ 600℃，過程以滲氮為主，滲碳為輔，滲碳量很小。其有很多優(yōu)點，應(yīng)用范圍較廣：①氮碳共滲層有優(yōu)良的性能，滲層硬度高，脆性低，有優(yōu)良的耐磨性、耐疲勞性能、抗咬合性、熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性；②工藝溫度低，且不淬火，工件變形小；③處理時間短，經(jīng)濟性好；設(shè)備簡單，工藝易掌握。適用于滲層淺且不承受重載的零件。 通過比較以上四種工藝的特點，結(jié)合配油盤性能要求，經(jīng)濟性，我們選用氮碳共滲工藝。 中北大學課程設(shè)計設(shè)計說明書 第 15 頁，共 27 頁 氮碳共滲工藝規(guī)范的確定 氮碳共滲方式的確定 因為這里需要在較低溫度下進行共滲，所以我們需要在固體 滲氮、液體滲氮及氣體滲氮 中選擇 。鹽浴氮碳共滲是最早采用的氮碳共滲方式，按鹽浴中 CN含量可將氮碳共滲分為低氰、中氰和高氰型。由于環(huán)保的原因，中、高氰鹽浴已經(jīng)逐漸被淘汰。低氰鹽浴與氧化配合，排放的廢氣、廢水、廢鹽中 CN量應(yīng)符合國家規(guī)定標準。 根據(jù)工件的尺寸要求與性能要求，可選擇鹽浴氮碳共滲方式進行處理。相比氣體氮碳共滲與固體氮碳共滲，鹽浴氮碳共滲具有提高耐磨性、抗疲勞性和耐蝕性等優(yōu)點，而且經(jīng)過鹽浴氮碳共滲后，工件尺寸及精度變化極小，對工件的安裝、使用等影響甚微。因此選擇鹽浴氮碳共滲方式處理。由于尿素型原料無毒 ，液體流動性能很好，滲入速度快，低成本等優(yōu)點，鹽浴類型可選尿素型。鹽浴質(zhì)量百分比為：尿素︰碳酸鈉︰氯化鉀＝ 3︰ 2︰ 2，使用溫度為 550℃～580℃。 但在共滲之前還需進行以下操作：（ 1）表面處理：清理表面，徹底去除表面油污及鐵銹；（ 2）預(yù)熱：進行氮碳共滲前將工件在電爐中預(yù)熱至 400℃～500℃，以防止工件放入坩堝中使鹽浴溫度降低過多。 氮碳共滲溫度的確定 氮碳共滲溫度 的選擇要