【文章內容簡介】 然后保溫，使鑄件各部分組織均勻，內應力減小。故一般在選用低溫去應力退火。 表面處理工藝的選擇由于葉片泵工作時配油盤和轉子端面、葉片端面發(fā)生相對滑動而產生磨損，嚴重時間隙封破壞，泄漏量加大，泵的容積效率下降，將影響葉片泵進而整個中北大學課程設計設計說明書第 9 頁，共 27 頁系統(tǒng)的正常工作，故配油盤零件表面要求要有良好的耐磨性，以保證它能長時間的良好工作。HT300 表面硬度不夠高，耐磨性較差，不能滿足零件的性能要求。故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鑄鐵是一種以鐵、碳、硅為基礎的復雜的多元合金，其含碳量（質量分數(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]中北大學課程設計設計說明書第 10 頁，共 27 頁圖 4 FeCSi三元穩(wěn)定系相圖 [1]中北大學課程設計設計說明書第 11 頁，共 27 頁表 3 灰鑄鐵的臨界溫度范圍 [1]化學成分（質量分數(shù)）（%） 臨界溫度／℃鑄鐵類型C Si Mn P S Cu Mo Mg CeAc1下限Ac1上限Ar1上限Ar1下限 – – – – 770 830 – –灰鑄鐵 – – – – 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，在較大幅度內調整其力學性能；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調整；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應力主要產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力及穩(wěn)定其幾何尺寸，減小或消除切削加工后產生的畸變，需對鑄件進行去應力退火。消除內應力的退火應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，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，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的低溫去應力退火。 去應力退火工藝規(guī)范的確定中北大學課程設計設計說明書第 12 頁，共 27 頁圖 5 灰鑄鐵退火溫度與內應力消除程度的關系 [1]1——變形減小程度； 2——殘留內應力表 4 灰鑄鐵去應力退火規(guī)范 [1] 退火溫度的確定去應力退火溫度的確定，必須考慮鑄鐵的化學成分。去應力退火溫度一般稍高于材料的再結晶溫度。鑄件的內應力主要產生在 620～400℃之間由塑性變形到彈性變形的溫度范圍內，要想消除內應力，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，已達到消除內應力的目的。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?；箯姸群陀捕冉档?，并伴隨有組織轉變。中北大學課程設計設計說明書第 13 頁，共 27 頁T 再結晶 ≈ 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，但也應該適當選擇。時間太長，既影響生產效率（如灰鑄鐵可經(jīng)過 1～年的自然時效達到去應力退火的目的） ，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，達不到消除內應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變。對于單個灰鑄鐵件，保溫時間的前 2～3 小時內消除內應力的效果最顯著。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，冷卻速度要慢，根據(jù)零件的復雜程度選擇 20～50℃/h，為了不致使去應力退火后冷卻時再發(fā)生附加的殘余應力，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，為了達到消除內應力的目的在塑性變形與彈性變形的溫度范圍內（620～400℃） ，在這個范圍內，冷卻速度越慢內應力越小，所以冷卻速度要慢，根據(jù)零件的復雜程度選擇 20～50℃/h，所以隨爐冷卻是合適的。為了不致使去應力退火后冷卻時再發(fā)生附加的殘余應力，所以鑄件冷卻至彈性變形溫度范圍內出爐空冷，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，用普中北大學課程設計設計說明書第 14 頁，共 27 頁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。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。基本工藝過程：①將工件置于含有滲入元素的活性介質中加熱到一定溫度，使活性介質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；可以使表面產生很大的殘余壓應力，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 ，約需要 40～50h） ，使得生產率太低，成本高，應盡量少用。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。中北大學課程設計設計說明書第 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量應符合國家規(guī)定標準。根據(jù)工件的尺寸