【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 　焊接方法不受限制 　　 用較大線能量，適當(dāng)提高預(yù)熱溫度，一般預(yù)熱溫度及層間溫度可控制在250～300℃之間。 　焊接材料應(yīng)保證熔敷金屬的成分與母材基本相同，如J107－Cr 　　 焊后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。若及時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理有困難，可進(jìn)行中間退火或在高于預(yù)熱的溫度下保溫一段時(shí)間，以排除擴(kuò)散氫并軟化組織。 對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊縫較多的產(chǎn)品，可在焊完一定數(shù)量的焊縫后，進(jìn)行一次中間退火。三、齒輪生產(chǎn)工藝線路及分析1 齒輪軸材料的選擇齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)零件。齒輪傳動(dòng)通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可以改變運(yùn)動(dòng)的形式和速度。齒輪傳動(dòng)使用范圍廣，傳動(dòng)比恒定，效率較高，使用壽命長(zhǎng)。齒輪軸材料的選用根據(jù)齒輪軸的工作條件，要求以及性能來確定。主要是工作時(shí)載荷的大小,轉(zhuǎn)速的高低及齒輪的精度要求來確定的。載荷大小主要是指齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩的大小,通常以齒面上單位壓應(yīng)力作為衡量標(biāo)志。一般分為:輕載荷、中載荷、重載荷和超重載荷。在機(jī)械零件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn)零件的過早損傷，甚至失效。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項(xiàng)十分重要的工作?！　M足材料的機(jī)械性能　　材料的機(jī)械性能包括強(qiáng)度、硬度、塑性及韌性等，反映材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的特性。齒輪在嚙合時(shí)齒面接觸處有接觸應(yīng)力，齒根部有最大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強(qiáng)度失效。齒面各點(diǎn)都有相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式有齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。因此要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強(qiáng)度和韌性。例如，在確定大、小齒輪硬度時(shí)應(yīng)注意使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高3050HBS，這是因?yàn)樾↓X輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強(qiáng)度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強(qiáng)度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些?！　×硪环矫?，根據(jù)材料的使用性能確定了材料牌號(hào)后。要明確材料的機(jī)械性能或材料硬度，然后我們可以通過不同的熱處理工藝達(dá)到所要求的硬度范圍，從而賦予材料不同的機(jī)械性能。材料為40Cr合金鋼的齒輪，當(dāng)840860℃油淬，540620℃回火時(shí)，調(diào)質(zhì)硬度可達(dá)2832HRC，可改善組織、提高綜合機(jī)械性能；當(dāng)860880℃油淬，240—280℃回火時(shí)，硬度可達(dá)4651HRC，則鋼的表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形?。划?dāng)500560℃氮化處理，硬度可達(dá)5254HRC，則鋼具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲勞強(qiáng)度，較高的抗蝕性和抗膠合性能且變形極小；當(dāng)通過電鍍或表面合金化處里后，則可改善齒輪工作表面摩擦性能，提高抗腐蝕性能?！　M足材料的工藝性能　　材料的工藝性能是指材料本身能夠適應(yīng)各種加工工藝要求的能力。齒輪的制造要經(jīng)過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此選材時(shí)要對(duì)材料的工藝性能加以注意。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機(jī)械性能可以滿足一般工作條件的要求。但強(qiáng)度不夠高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強(qiáng)度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途經(jīng)來改善材料的工藝性能2 40Cr熱處理工藝特征介紹2．1 預(yù)備熱處理調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)熱加工后，必須經(jīng)過預(yù)備熱處理來降低硬度，便于切削加工，消除熱加工時(shí)造成的組織缺陷，細(xì)化晶粒，改善組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。對(duì)于40Cr鋼而言，可進(jìn)行正火或退火處理。2．2 最終熱處理調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火。一般可以采用較慢的冷卻速度淬火，可以用油淬以避免熱處理缺陷。當(dāng)強(qiáng)度較高時(shí)，采用較低的回火溫度，反之選用較高的回火溫度。淬火工藝的制定：加熱溫度為850，保溫時(shí)間：80min；冷卻方式：油冷。低溫回火工藝的制定：低溫回火的溫度為150300，但鋼材的第一類回火脆性溫度在250400，由于40Cr中含有硅、錳、鉻等合金元素，第一類回火脆性溫度將有所增高，所以選用低溫回火溫度為240，保溫時(shí)間60min；采用空冷。中溫回火工藝：中溫回火溫度為350500，選用溫度為460，保溫時(shí)間為50min，空冷。高溫回火工藝：高溫回火溫度為500650，可選用加熱溫度為620，保溫時(shí)間為60，空冷。40Cr淬火后回火熱處理的洛氏硬度：40Cr 850油淬 620 40Cr 850油淬 460 40Cr 850油淬 240 40Cr 鋼的原始組織為球狀珠光體，由于球狀的接觸面積小，同時(shí)鉻能阻礙碳的擴(kuò)散，而鉻本身擴(kuò)散速度較慢，因此加熱溫度應(yīng)選擇上限，且保溫時(shí)間加長(zhǎng)，否則球狀滲碳體很難完全溶解而保留下來，造成淬火后硬度及強(qiáng)度下降。加熱溫度越高，馬氏體的百分比也會(huì)增加，如50%99%，組織也會(huì)不斷粗大理論上說，40Cr加熱到850870后保溫，合金元素就基本上能全部融入奧氏體中且晶粒也不是很粗大，所以在理論上850淬火后的硬度應(yīng)該是最高的，以后隨著溫度的增加，鋼的蓄熱量增加，淬火冷卻時(shí)的冷卻速度就下降，因此理論上在850以上溫度淬火硬度會(huì)下降。40cr齒輪軸斷裂原因案例分析 (1)40Cr齒輪軸斷裂原因分析摘要 本文利用掃描電鏡、金相顯微鏡等設(shè)備對(duì)斷裂工件斷口形貌、金相組織進(jìn)行了檢驗(yàn)，并采用不同溫度回火進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，分析了40Cr齒輪軸斷裂原因，推斷為用戶熱處理工藝不當(dāng)，造成工件出現(xiàn)回火脆性導(dǎo)致斷裂，為用戶改進(jìn)工藝提供了理論依據(jù)。 關(guān)鍵詞 斷口形貌 沖擊試驗(yàn) 回火脆性40Cr經(jīng)熱處理后因其良好的綜合性能常用于軸類加工，某用戶使用40Cr加工齒輪軸，經(jīng)淬火（850℃保溫120分鐘油冷）、回火（350~370℃保溫120分鐘水冷）處理后，在安裝螺母時(shí)出現(xiàn)批量斷裂，筆者受委托對(duì)齒輪軸斷裂原因進(jìn)行分析。宏觀檢驗(yàn)齒輪軸斷裂位置均在軸和齒交界處，斷口裂紋源均位于表面，擴(kuò)展區(qū)較少，大部分為放射狀瞬斷區(qū)，如圖1所示，斷口平齊，無明顯塑性變形。圖1 斷口形貌 理化檢驗(yàn)對(duì)所送斷裂件進(jìn)行化學(xué)成分、斷口形貌、金相組織、晶粒度分析。斷裂件化學(xué)成分光譜分析結(jié)果 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）見表1，成分符合GB/T30771999 技術(shù)要求。在Zeiss EVO40掃描電鏡下觀察斷口，裂紋起源于表面，未發(fā)現(xiàn)夾雜等冶金缺陷（圖2），整個(gè)斷面以沿晶斷裂為主，小部分區(qū)域?yàn)檠鼐Ш晚g窩混合斷口（圖3）。圖2 裂紋源形貌圖3 斷口微觀形貌 切取過裂紋源的縱向截面磨制金相試樣，使用zeiss 200MAT金相顯微鏡觀察，非金屬夾雜物評(píng)級(jí)為：，C0，用飽和苦味酸腐蝕后，~8級(jí)，用3%硝酸酒精腐蝕后，金相組織為回火屈氏體（圖4）。 圖4 組織 5003 回火脆性試驗(yàn) 沖擊試驗(yàn)因試樣組織和晶粒度正常，斷口以沿晶斷裂為主，因此初步推斷為回火脆性所致，為確定40Cr鋼在350℃~370℃是否出現(xiàn)回火脆性，取兩組試樣使用NCS NI500沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，熱處理工藝為：淬火：850℃保溫一小時(shí)，機(jī)油冷卻，不同回火溫度下保溫一小時(shí)，水冷，U型缺口，結(jié)果見表2，沖擊值與回火溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系見圖5.表2 不同回火溫度下的沖擊值（J）回火溫度200240280320350380420460500第一支272812101016345070第二支24291014813345071第三支不同回火溫度下沖擊試樣斷口形貌見圖6，3 分析與討論40Cr作為中碳調(diào)質(zhì)鋼，一般采用淬火+高溫回火，資料記載，Mn、Cr鋼在較低溫度回火時(shí)容易出現(xiàn)回火脆性，由模擬試驗(yàn)沖擊值與斷口形貌可以看出， 240℃以下回火斷口以準(zhǔn)解理為主，沖擊值較低，隨回火溫度提高沖擊值上升，280℃380之間斷口出現(xiàn)明顯的沿晶斷口，350℃時(shí)沿晶斷口所占比例最多，沖擊值明顯降低，460℃以上斷口以韌窩為主，沖擊值大幅提高，鋼材化學(xué)成分、晶粒度、非金屬夾雜物、金相組織均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，模擬試驗(yàn)結(jié)果表明工件采用的熱處理工藝使材料出現(xiàn)回火脆性。 5 結(jié)語（1）工件使用的鋼材符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求；（2）由于用戶在易出現(xiàn)回火脆性的溫度范圍內(nèi)回火，導(dǎo)致工件出現(xiàn)回火脆性，在安裝過程中受力斷裂，建議將回火溫度提高到500℃以上，以獲得良好的綜合機(jī)械性能。熱處理工藝淬火工藝　　40Cr淬火850℃,油冷；回火520℃,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度為HRC5260，火焰淬火能達(dá)到HRC4855。 （1）氮化處理　　40Cr屬于可氮化鋼，其所含元素有利于氮化。40Cr經(jīng)氮化處理后可獲得較高的表面硬度，40Cr調(diào)質(zhì)后氮化處理硬度最高能達(dá)到HRA72~78，即HRC43~55。 　　氮化工件