【導(dǎo)讀】零件的服役條件與失效形式分析，提出硬度、耐磨性、強(qiáng)度等要求。闡述40Cr中齒輪軸熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及要求；闡明齒輪軸。熱處理常見缺陷的預(yù)防及補(bǔ)救方法；給出所用參考文獻(xiàn)。和工藝性，合理選擇材料）；設(shè)計(jì)說(shuō)明書包括三部分：1）概述；2）工藝設(shè)計(jì)；3）參考文獻(xiàn)。明書結(jié)構(gòu)見《工藝設(shè)計(jì)模板》。析及防止措施天，10）熱處理質(zhì)量分析天，設(shè)計(jì)驗(yàn)收1天。交變載荷，沖擊載荷，剪切應(yīng)力和接觸應(yīng)力大。軸部易產(chǎn)生裂紋，齒部易磨損。輪軸的心部要求有一定的強(qiáng)度和韌性，有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力。為了滿足這些性能要求，材料要有很好的力學(xué)性能，常采用40Cr. 鋼經(jīng)正火，調(diào)質(zhì)，感應(yīng)加熱淬火加低溫回火已達(dá)到所要求的性能。的切削加工，為調(diào)質(zhì)做好組織準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)的目的是為了提高軋機(jī)齒輪軸的綜合力學(xué)性能。

　　

【正文】 應(yīng)力集中的尖角、凹角等。在選材方面對(duì)形狀復(fù)雜的零件選用淬透性較低的鋼種，從而造成在激烈的冷卻過(guò)程中開裂。 淬火裂紋的防止： 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 24 淬火裂紋一旦產(chǎn)生便無(wú)法挽救，因此必須設(shè)法防止。為了防止 淬火裂紋，首先應(yīng)改善零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性，并正確選用鋼材。 在淬火技術(shù)方面，應(yīng)特別注意在點(diǎn)以下 Ms 點(diǎn)以上快冷、在 Ms 慢冷，即遵守 “ 先快后慢 ” 的原則，如雙介質(zhì)淬火和分級(jí)淬火能有效防止淬火裂紋。 工件淬火后要注 意立即回火，因?yàn)榇慊鸸ぜ谢蚨嗷蛏俚卮嬖? 一定量的殘余奧氏體，這些奧氏體在室溫下的放置過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而因發(fā)生體積膨脹而導(dǎo)致開裂。同時(shí)，淬火殘余應(yīng)力的存在會(huì)助長(zhǎng)裂紋產(chǎn)生。這種裂紋是延遲發(fā)生的淬火裂紋，其形狀與淬火裂紋相同。 （ 5）回火缺陷 回火缺陷主要指回火裂紋和回火硬度不合格。所謂回火裂紋，是 指淬火狀態(tài)鋼進(jìn)行回火時(shí)，因急熱、急冷或組織變化而形成的裂紋。有回火硬化（二次硬化）現(xiàn)象的高合金鋼，比較容易產(chǎn)生回火裂紋。防止方法是在回火時(shí)緩慢加熱，并使回火溫度緩慢冷卻。 硬度過(guò)高一般是因回火溫度不夠造成的 ，補(bǔ)救方法是按正?；? 火規(guī)范重新回火。回火后硬度不足主要是回火溫度過(guò)高，補(bǔ)救辦法是退火后重新淬火回火。出現(xiàn)硬度不合格時(shí)，首先要查找原因，檢查是否發(fā)生混料，因?yàn)檫@也是引起淬火后硬度不合格的主要原因。 回火脆性，是鋼的一種熱處理特性，而不是熱處理缺陷。但如果 不注意這種特性，有時(shí)就會(huì)成為回火缺陷的根源?；鼗鸫嘈砸话阌袃深?，第一類是低溫回火脆性，鋼在 250400 度范圍內(nèi)產(chǎn)生，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法通過(guò)改變工藝操作來(lái)消除，只能盡量避免在此溫度范圍內(nèi)回火，或改用等溫淬火工藝來(lái)代替淬火加回火；第二類是高溫回火脆性，某些合金鋼 在 450575 度回火，或在稍高溫度下回火后緩慢冷卻，出現(xiàn)了沖擊韌度下降的現(xiàn)象，這類已脆化的鋼再次重新加熱至預(yù)定的回火溫度，然后快冷至室溫，脆性消失，所以也叫可逆回火脆性。 （ 6） 變形和開裂 減少變形及防止裂紋的措施 淬火的目的是為了獲得馬氏體，就要快速冷卻，但這又會(huì)引起淬 火內(nèi)應(yīng)力，淬火工件發(fā)生變形和開裂的根本原因是由于淬火內(nèi)應(yīng)力造成的。因此，除制定合理的淬火工藝外，同時(shí)還必須設(shè)法減小淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂。所以有必要對(duì)淬火過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力有所了解。內(nèi)應(yīng)力有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力兩種，它們的成因和作用是 不同的。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 ： （ 1）熱應(yīng)力：工件加熱或冷卻時(shí)，由于工件表層和心部溫度變化不同時(shí)，造成熱脹冷縮不均，這種由熱脹冷縮不均而產(chǎn)生的應(yīng)力叫熱應(yīng)力。工件加熱時(shí)，表面溫度比心部高，表面受熱膨脹，心部溫度低未膨脹，這時(shí)表層受壓應(yīng)力，心部則受拉應(yīng)力。透熱后，心部溫度升高而膨脹，使表層產(chǎn)生塑性變形，此時(shí)，工件表現(xiàn)為體積膨脹。工件冷卻時(shí)，表面冷速比心部快得多，表層要收縮，中心溫度尚高不讓收縮，對(duì)表層產(chǎn)生拉應(yīng)力，心部則產(chǎn)生壓應(yīng)力。繼續(xù)冷卻時(shí)，心部要發(fā)生收縮，這時(shí)表層已冷硬不讓收縮，于是對(duì)心部產(chǎn)生 拉應(yīng)力，表層則受壓應(yīng)力，這種應(yīng)力在冷卻結(jié)束后仍存在于工件內(nèi)部，叫殘余應(yīng)力。 熱處理工藝及曲線圖 40Cr 熱處理工藝的制定 按上述知識(shí)，對(duì) 40Cr 鋼分別采用退火、正火、淬 火、不同的回火溫度情況下的熱處理，測(cè)定不同情況 下試樣的硬度與沖擊韌性值。 （ 1） 退火工藝的制定 圖 1 為退火及正火工藝曲線圖。加熱溫度： A 。 + (3O～ 50) C，由此確定加熱溫度為 850 C；保溫時(shí)間： 120min； 冷卻方式：隨爐冷卻。 (2) 正火工藝的制定 加熱溫度： Ac。 + (30~50)C，由此確定加熱溫度 為 850 C；保溫時(shí)間： 120min；冷卻方式：空冷。 3． 3 淬火工藝的制定 圖 2 為淬火工藝曲線圖。加熱溫度： A 。 + (3O～ 50)C，由此確定加熱溫度為 850 C；保溫時(shí)間： 80min； 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 26 冷卻方式：油冷。 (3)回火工藝的制定 3． 4． 1 低溫回火 圖 3 為淬火加低溫回火工藝曲線圖。亞共析鋼的低溫回火溫度為 150 C～ 3O0 C，但鋼材的第一類回火 脆性溫度在 250 C～ 400 C，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 C；保溫時(shí)間為 60min；采 用空冷。 3． 4． 2 中溫回火 中溫回火溫度為 350 C～ 500 C，選用溫度為 460 C；保溫時(shí)間為 50min； 空冷。 高溫回火 (調(diào)質(zhì)處理 ) 圖 4 為淬火加高溫回火工藝曲線圖。高溫回火溫 度為 500C～ 650 C，可選用加熱溫度為 620 C； 保溫 時(shí)間為 60min；空冷。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 27 4 40Cr 熱處理沖擊韌性與硬度 為檢測(cè)試樣在熱處理后的硬度與韌性，對(duì)退火和正 火的試樣進(jìn)行布氏硬度的測(cè)定；對(duì)淬火后低溫回火、中 溫回火、高溫回火 (調(diào)質(zhì) )的試樣進(jìn)行洛氏硬度的測(cè)定； 同時(shí)對(duì)調(diào)質(zhì)處理與油淬后的 試樣進(jìn)行沖擊韌性測(cè)定。結(jié) 論見表 2 沖擊韌性值，表 3 退火、正火的布氏硬度值，表 4 淬火后回火熱處理的洛氏硬度值。 表 2 40Cr 的沖擊韌性值 (多試樣平均 at 值 ) 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 28 9 40Cr 熱處理金相組織分析 （ 1）正火熱處理的金相分析 正火是加熱、保溫后在空氣中冷卻，其冷卻速度 比爐冷快，珠光體轉(zhuǎn)變溫度低，因此正火后獲得的珠 光體比退火后的珠光體細(xì)，正火后組織應(yīng)為鐵素體加 珠光體以及可能出現(xiàn)的魏氏組織。 40Cr 正火后的組織 見圖 5。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 29 （ 2） 調(diào)質(zhì) 熱 處理 的金 相分 析 調(diào)質(zhì)熱處理是淬火加高溫回火，其室溫組織為回火 索氏體。 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被保留下來(lái)，造成淬火后 硬度及強(qiáng)度下降。 4OCr 調(diào)質(zhì)后的組織見圖 6。 四 、質(zhì)量檢驗(yàn) 項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn) 檢驗(yàn)項(xiàng)目 檢驗(yàn)項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn) 檢查工件表面有無(wú)腐蝕或氧化皮。不得有裂紋及碰傷，表面不得有銹蝕。 （ 1）工件變形 檢查 根據(jù)圖樣技術(shù)要求檢查工件的撓曲變形、尺寸及幾何形狀的變化 。 （ 2） 淬硬層深度檢查 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 30 感應(yīng)加熱淬火后應(yīng)檢查淬硬層深度， 42CrMo 淬硬層深度應(yīng)在 8mm 左右?？刹捎糜捕确y(cè)量。硬度壓痕應(yīng)當(dāng)打在垂直于表面的一條或多條平行線上，而且寬度為 區(qū)域內(nèi)，最靠近表面的壓痕中心與表面的距離為 ，從表面到各逐次壓痕中心的距離應(yīng)每次增加 。當(dāng)表面硬化層深度大時(shí)，各壓痕中心的距離可以大一些，但在接近極限硬度區(qū)域附近，仍應(yīng)保持壓痕中心之間的距離為 。用垂直表面橫截面上的硬度變化曲線來(lái)確定有效硬化層深度。由繪制的硬度變化曲線，確定從零件表面到硬度值等于極限硬 度的距離，這個(gè)距離就是感應(yīng)淬火后的有效硬化層深度（有效硬化層深度 (DS)：是指從零件表面到維氏硬度等于極限硬度那一層之間的距離。極限硬度 (HVHL)：是指零件表面所要求的最低硬度 (HVMS)乘以系數(shù)，通常 HV1 試驗(yàn)力系數(shù)可以選用 ，也可以選用 或者更高。）。 （ 3） 硬度檢查 在淬火后檢查包括淬硬層表面及心部硬度，一般用洛氏硬度 HRC標(biāo)尺測(cè)量。 42CrMo 鋼在調(diào)質(zhì) ,感應(yīng)淬火，低溫回火后，表面硬度可達(dá) HRC50以上，心部硬度可達(dá) 35~45。 （ 4） 金相組織檢查 按技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)行檢查淬硬層的顯微組織 ：殘留奧氏體數(shù)量，有無(wú)反常組織，心部組織是否粗大及鐵素體是否超出技術(shù)要求等，一般在顯微鏡下放大 400 倍觀察。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 31 五 結(jié)論 在機(jī)械零件制造領(lǐng)域里，相關(guān)參考資料上所給 的材料熱處理后的機(jī)械性能數(shù)據(jù)一般是以該材料制 成的簡(jiǎn)單試樣進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)測(cè)得的，在實(shí)際生 產(chǎn)中可以參考借鑒，但通常不能照搬，因?yàn)閰⒖假Y料 上樣件結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)條件同實(shí)際設(shè)計(jì)的機(jī)械零件在外 形結(jié)構(gòu)、工作條件上有差異，試樣材料的機(jī)械性能數(shù) 據(jù)不能確切地反映實(shí)際機(jī)械零件承受載荷的實(shí)際能 力。所以，在確定熱處理后的零件性能能否滿足使用 需求時(shí) ，需要經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，在充分分析試驗(yàn)結(jié)果的 基礎(chǔ)上不斷修改工藝參數(shù)，逐步達(dá)到合理 致 謝 在學(xué)院及機(jī)械工程系各位領(lǐng)導(dǎo)及老師的大力支持下，我基本完成了該項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)。在該結(jié)構(gòu)的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)院為我們提供了業(yè)務(wù)能力較高的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師和學(xué)校圖書館里大量豐富的資料以及優(yōu)質(zhì)高性能的設(shè)備，為我們創(chuàng)造了優(yōu)良的設(shè)計(jì)環(huán)境，給我們的設(shè)計(jì)奠定了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到了指導(dǎo)教師 —— 可立良老師的大力幫助，讓我們的設(shè)計(jì)更加完美。在此，非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和系領(lǐng)導(dǎo)給予了我這次機(jī)會(huì)，讓我得以施展自己所學(xué)，達(dá)到學(xué)以致 用的目的。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了更多的專業(yè)知識(shí)及其它知識(shí)，這將使我在以后的工作中有一個(gè)很大的幫助。同時(shí)我在這里也感謝各位相關(guān)老師的悉心指導(dǎo)和大力幫助，謝學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo)以及學(xué)院給予我這次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，通過(guò)兩年的大學(xué)生涯，讓我走向社會(huì)、走入工作崗位。 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 32 六 參考文獻(xiàn) [1] 張士林 , 任頌贊 . 簡(jiǎn)明鋁合金手冊(cè) [M]. 上海 : 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 , 2020. 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