【文章內(nèi)容簡介】 工件在爐內(nèi)要進(jìn)行一段時間的保溫，一方面是為了使工件能夠很好地透熱，另一方面使工件內(nèi)部各部分的溫度分布均勻一致，組織狀態(tài)均勻一致。保溫時間的確定也與鋼的成分、工件的尺寸與形狀等有關(guān)。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)行長時間的保溫，通過查閱合金鋼手冊20鋼材料的正火曲線取保溫時間為2h。216。 冷卻方法由《熱處理工藝規(guī)范與數(shù)據(jù)手冊》選擇20鋼預(yù)先熱處理的冷卻方式為靜止在空氣中冷卻。20鋼正火后組織放大倍數(shù)：100浸蝕劑：4%硝酸酒精 材料及狀態(tài)：20鋼 處理：900℃加熱后正火處理 組織及說明：白色基體為鐵素體等軸晶，黑色塊狀為片狀珠光體。此為正火后的正常組織。l 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。低溫回火又稱“消除應(yīng)力回火”。回火溫度范圍為150250攝氏度，回火后的組織為回火馬氏體。鋼具有高硬度和高耐磨性，使內(nèi)應(yīng)力和脆性降低。經(jīng)滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為5864HRC。20鋼表面滲碳工藝的制定 滲碳是目前機械制造工藝中應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)熱處理方法，其工藝特點是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。低碳鋼在滲碳后在緩慢冷卻的條件下，滲碳層的組織基本上與Fe—Fe3C狀態(tài)圖上各相區(qū)相對應(yīng)，即由表面到中心依次為過共析區(qū)（滲碳體成網(wǎng)狀、粒狀或塊狀），共析區(qū)，亞共析區(qū)（即過渡層），中心組織即為原始組織。如圖所示216。 液滴式氣體滲碳原理：向滲碳爐內(nèi)滴入液態(tài)碳?xì)洌ɑ蛱細(xì)溲酰┗衔?，?jīng)過熱解，形成C，CO、及少量、的氣氛，其中和及CO在與爐罐及鋼件表面接觸時發(fā)生分解，析出活性碳原子滲入工件。 氣體滲碳法由分解、吸收與擴(kuò)散三個基本過組成。首先是滲碳?xì)夥赵诟邷叵路纸饣钚栽樱? 隨后，活性碳原子被鋼表面吸收而溶于奧氏體中，并向鋼內(nèi)擴(kuò)散而形成一定深度的滲碳層。選擇液滴式氣體滲碳的原因：生產(chǎn)效率高，操作方便，容易實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)，滲層質(zhì)量好，廢氣有污染，但是現(xiàn)在絕大多數(shù)都有了廢氣凈化設(shè)備。適應(yīng)于大批量生產(chǎn)，且使用最為廣泛。在經(jīng)濟(jì)性上，也是比較合適的。冷卻方法：出爐空冷，滲碳過程以后20鋼的 表面硬度60HRC。216。 滲碳后的淬火 淬火的目的是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。216。 淬火工藝制度的制定加熱速度 加熱速度與退火時的加熱速度相同，加熱速度選擇為90～100℃/h。一般在空氣爐中的加熱比在鹽浴爐中加熱要高10～30℃，采用油、硝鹽淬火介質(zhì)時，淬火加熱溫度比用水淬火時要提高20℃左右。加熱溫度 鋼的淬火加熱溫度與鋼的含碳量有關(guān)，亞共析鋼的加熱溫度為Ac3+（30～50）℃；共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度為Ac1+（30～50）℃。因為20鋼的Ac3點溫度是854℃，所以加熱溫度為880～900℃。加熱時間與保溫時間 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間，以保證必要的組織轉(zhuǎn)變和擴(kuò)散。加熱時間和保溫時間一共由三部分組成：①升溫時間；②透熱時間；③組織轉(zhuǎn)變時間。 鋼的加熱時間的經(jīng)驗公式 τ=KW 式中 τ——加熱時間，Min或s； K——綜合物理因素； F——工件的表面積。KW使用時間系數(shù)見下表： 由于本小組所選滲碳淬火設(shè)備為密封箱式爐，為氣氛爐，以及齒輪有效厚度為30mm，所以鋼的加熱時間為： τ=KW= （—）D=（—）30=（—）min。保溫時間 保溫時間可以由經(jīng)驗公式τ=αKD來加以確定。其中為保溫時間系數(shù)，可從工具書查得；k為工件在爐中裝爐形式所相應(yīng)的修正系數(shù)；D為工件的有效厚度。根據(jù)本設(shè)計中零件的相關(guān)尺寸計算，其中k取1，所以保溫時間為： τ=αKD=130=36min。保溫時間系數(shù)見下表單位為（min/mm）： 冷卻 冷卻是淬火的關(guān)鍵工序，它直接影響到鋼淬火后的組織和性能。冷卻時應(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。為此，可根據(jù)C曲線圖（如圖8所示），使淬火工作在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍（650～550℃）進(jìn)行快冷（即與C曲線的“鼻尖”相切），而在較低溫度（300～100℃）時冷卻速度則盡可能小些。冷卻介質(zhì) 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。組織特點 材料及狀態(tài)：20鋼 處理：900℃加熱保溫后水淬 組織及說明：低碳馬氏體，又稱板條狀馬氏體，硬度為46～47HRC。 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，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)可以形成幾個不同取向的區(qū)域。 20鋼通過加熱后淬火、回火等處理，可以改善其力學(xué)性能和可加工性，以充分利用它的潛在性能，來制造強度和韌性要求較高的零部件。 20鋼的低溫回火處理 鋼的回火是一個由淬火馬氏體+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。 由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上，消除冷裂紋的手段之一。淬火鋼的硬度高、脆性大，直接使用常發(fā)生脆斷。所以必須進(jìn)行低溫回火處理。低溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，對硬度降低不明顯，因此低溫回火后仍可保持鋼件的高硬度。選