【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性能，應(yīng)用十分廣泛。經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的 40Cr 具有良好的綜合力學(xué)性能，具有如下 3 個(gè)特點(diǎn)： ①在鐵素體機(jī)體上均勻分布的粒狀碳化物起彌散強(qiáng)化作用，溶于鐵素體中的合金元素起固溶強(qiáng)化作用，從而保證剛有較高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。 ②組織均勻性好，減少了裂紋在局部薄弱地區(qū)形成的可能性，可以保證有良好的塑性和韌性。 ③作為基體組織的鐵素體是從淬火馬氏體轉(zhuǎn)變而成的，晶粒細(xì)小，使剛的冷脆傾向大大減小。 根據(jù)以上特點(diǎn)可知：經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理的 40Cr 中碳合金結(jié)構(gòu)鋼表面除具有高硬度，高耐磨性外，還具有高的疲勞強(qiáng)度，高溫下的強(qiáng)度，還 能使心部具有高的強(qiáng)度和韌性，從而滿足機(jī)床齒輪的質(zhì)量要求。 攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)（論文） 3 設(shè)計(jì)說明 6 3 設(shè)計(jì)說明 機(jī)床齒輪零件圖 機(jī)床齒輪零件圖如圖 1 所示： 處理 (完全 退火 )→ 機(jī)械加工 →滲碳→ 淬火 +低溫 回火 → 平磨 → 組裝。 A 鋼屬于低碳鋼，其成分 [1]如下表 . 表 A 鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)， %） C Mn P S Cr Ni Cu Si ～ ～ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ～ 成分分析： Mn 是良好的脫氧劑和脫硫劑。 它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。 Mn 和 Fe 形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度，經(jīng)固溶處理后有良好的韌性，當(dāng)受到?jīng)_擊而變形時(shí)，表面層將因變形而強(qiáng)化，具有高的耐磨性；同時(shí)又是碳化物形成元素，進(jìn)入滲碳體中取代一部分鐵原子。 Si 能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比 (σs/σb),以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比 (σ1/σb)等。 圖 1 機(jī)床齒輪零件圖 加工工藝流程 40Cr 鋼制造機(jī)床齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)的熱加工工藝流程 經(jīng)過許多次改進(jìn)形成如下的工藝流程 : 下料→鍛造→預(yù)備熱處理 (正火 )→粗加工→精加工→粗銑齒→最終熱處理（淬火 +高溫回火）→精銑齒→成品。 40Cr 鋼屬于中碳鋼，其成分如下表 1 表 1 40Cr鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)， %） C Mn Cr Si P S Ni Cu ～ ～ ～ ～ ≤ ≤ ≤ ≤ 成分分析： Cr 與鐵形成連續(xù)固溶體，縮小奧氏體相區(qū)城。鉻與碳形成多種碳化物，與碳的親和力大于鐵和錳而低于鎢、 鉬等．鉻與鐵可形成金屬間化合物σ相； Cr 使珠光體中碳的濃度及奧氏體中碳的極限溶解度減少，減緩?qiáng)W氏體的分解速度，顯著提高鋼的淬透性．但亦增加鋼的回火脆性傾向。提高鋼的強(qiáng)度和硬度．時(shí)加入其他合金元素時(shí)，效果較顯著。 攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)（論文） 3 設(shè)計(jì)說明 7 Mn 是良好的脫氧劑和脫硫劑。它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。 Mn 和 Fe 形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度不及碳，磷、硅，在增加強(qiáng)度的同時(shí)對(duì)延展性無影響；在嚴(yán)格控制熱處理工藝、避免過熱時(shí)的晶粒長(zhǎng)大以及回火脆性的前提下，錳不會(huì)降低鋼的韌性，因此經(jīng)固溶處理后有良 好的韌性；當(dāng)受到?jīng)_擊而變形時(shí)，表面層將因變形而強(qiáng)化，具有高的耐磨性；同時(shí)又是碳化物形成元素，進(jìn)入滲碳體中取代一部分鐵原子。 Si 能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和屈服比 (σ s/σ b),以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比 (σ 1/σ b)；硅含量超過 3％時(shí)顯著降低鋼的塑性和韌性；改善鋼的耐磨性能等。硅能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。但硅易使鋼中形成帶狀組織，使橫向性能低于縱向性能，也會(huì)降低鋼的可焊性。 具體熱處理 40Cr 鋼的熱處理包括初期的鍛造和預(yù)備熱處理，以減少坯料的硬度為方便后面的機(jī)加工，也為后續(xù)淬火、回火提供優(yōu)良的原始組織。 40Cr 鋼的熱處理工藝分析： ①由于 40Cr 鋼的含碳量為 %～ %，對(duì)于齒輪這種要求剛強(qiáng)度和高耐磨的特性，那么 40Cr 鋼最重要的就是提高其硬度和耐磨性。 ②通過鍛造和隨后的正火，形成硬度較低的原始坯料，為后續(xù)的切削加工提供有利的方便和減少對(duì)于車床的磨損。 ③為了碎化、細(xì)化共晶碳化物，把粗大的枝晶狀共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均勻性，細(xì)化碳化物的粒度，一般 40Cr 鋼使用時(shí)都需要進(jìn)行鍛造和預(yù)備熱處理 , 以減少碳化物的不均勻分布 , 為后續(xù)淬 火、回火提供優(yōu)良的原始組織。 預(yù)備熱處理工藝 1 正火加熱溫度 通常對(duì)于亞共析鋼正火的加熱溫度通常為 Ac3 以上 30～ 50℃ ,而對(duì)于中碳合金鋼的正火溫度正火溫度通常為 Ac3 以上 50～ 100℃，保溫一定時(shí)間后在在空氣中冷卻得到珠光體類組織。加熱溫度過低先共析鐵素體未能全部溶解而達(dá)不到細(xì)化晶粒的作用，加熱溫度過高會(huì)造成晶粒粗化惡化鋼的力學(xué)性能，因此選 870℃。 2 正火加熱保溫時(shí)間 工件有效厚度的計(jì)算原則是 :薄板工件的厚度即為其有效厚度 。長(zhǎng)的圓棒料直徑為其有效厚度 。正方體工件的邊長(zhǎng)為其有效厚 度 。長(zhǎng)方體工件的高和攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)（論文） 3 設(shè)計(jì)說明 8 寬小者為其有效厚度 。帶錐度的圓柱形工件的有效厚度是距小端 2L/3(L 為工件的長(zhǎng)度 )處的直徑 。帶有通孔的工件 ,其壁厚為有效厚度 .一般情況下，碳鋼可以按工件有效厚度每 25 毫米為一小時(shí)來計(jì)算，合金鋼可以按工件的有效厚度每 20 毫米一小時(shí)來計(jì)算保溫時(shí)間，加熱時(shí)間應(yīng)為 2～ 3 小時(shí)左右 ,選 2小時(shí)。 3 40Cr 鋼正火工藝曲線如圖 2 所示： Ac3 Ac1 圖 2 40Cr鋼正火工藝曲線 加熱溫度： Ac3+30~50℃；加熱速度：小于 200℃ /h；保溫時(shí)間： 2～ 3h。 淬火 +高溫回火熱處理工藝 ①淬火 淬火是將鋼加熱至臨界溫度點(diǎn) Ac3 或 Ac1 以上一定的度，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝叫做淬火。其目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體，然后配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。 淬火溫度要求 T=Ac3+30~50（℃）可得，淬火溫度 T=830~850（℃），選 850℃，采用油冷的冷卻方式。 40Cr 鋼的淬火冷卻曲線如圖 3 所示 圖 3 40Cr 鋼的淬火冷卻曲線 T=870℃ t=120min T/℃ t/min 空冷 Ac3 Ac1 Ms T=850℃ t=80min T/℃ t/min 油冷 攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)（論文） 3 設(shè)計(jì)說明 9 ②高溫回火 回火是將淬火鋼加熱到 A1 以下某一溫度，經(jīng)過保溫，然后以一定的冷卻方法冷至室溫的熱處理操作。 40Cr 鋼的回火溫度為 520℃。 其目的在于： ，消除內(nèi)應(yīng)力。工件淬火后存在著很大的內(nèi)應(yīng)力和脆性，若不及時(shí)回火， 零件會(huì)產(chǎn)生變形或開裂。 。工件淬火后，硬度高，脆性大，為了獲得對(duì)工件要求的性能，可以用回火溫度調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的塑性、強(qiáng)度和硬度。 。淬火后的組織是馬氏體和殘余奧氏體，這兩種組織都是不穩(wěn)定的