【正文】 （ a） 660℃ ；（ b） 620℃ ；（ c） 540℃ ；（ d） 500℃ 圖 13 20MnCr5 鋼試樣經(jīng)不同溫度等溫處理后的金相組織 通過上述分析可見：采用等溫正火、鍛造余熱等溫正火獲得的顯微組織類似，在等溫溫度高于 580℃ 時(shí)，均獲得了平衡組織鐵素體加珠光體，等溫溫度在 540℃ 以下時(shí)，顯微組織均為先共析鐵素體加大量貝氏體，說明采用兩種等溫正火工藝都可在一個(gè)比較臨沂大學(xué)工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 20 寬的溫度范圍內(nèi)（ 580～ 660℃ ）均可獲得最佳的顯微組織和硬度，而且在生產(chǎn)中容易控制，而鍛造余熱等溫正火將節(jié)約大量能源，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益 [13]。等溫溫度在 540℃ 以下時(shí)，由于貝氏體的形成而使硬度急劇升高。由于等溫溫度不同，所獲得的顯微組織、硬度值不同。測(cè)定硬度，并觀察組織。 如采用等溫正火，從等溫溫度對(duì)相變獲得的顯微組織和硬度影響（如圖 10 和圖 11）可以看出，在一個(gè)比較寬的溫度范圍內(nèi)（ 580～ 660℃ ）均可獲得最佳的顯微組織和硬度，而且在生產(chǎn)中容易控制。等溫正火的等溫溫度對(duì)鋼件硬度的影響如圖 7 所示，即隨著等溫溫度的降低，硬度逐漸增高，但當(dāng)?shù)葴販囟鹊陀?540℃ ，臨沂大學(xué)工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 17 等溫處理后的硬度迅速升高，在相同的等溫溫度下， 22CrMoH 鋼比 20MnCr5 鋼具有較高的硬度。欲獲得最佳的顯微組織和硬度，其冷卻速度范圍很窄（ 6～ 9℃ /min），生產(chǎn)中難以控制。 （ a） TTT 圖：（ b） CCT 圖 圖 7 20MnCr5 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變圖線 （ a） TTT 圖：（ b） CCT 圖 圖 8 22CrMoH 鋼的冷卻轉(zhuǎn)變圖線 以 20MnCr5 鋼為例，獲得先共析鐵素體加珠光體組織的最大冷卻速度（ V+P）約為36～ 42℃ /min，高于這一冷卻速度即有粒狀貝氏體形成，不符合正火技術(shù)要求。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果及鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)轉(zhuǎn)變圖可知，合金滲碳鋼進(jìn)行普通正火處理時(shí)，隨著冷卻速度增大，相變溫度降低，先共析鐵素體的尺寸減小，數(shù)量減少，珠光體數(shù)量增多，硬度有所提高。 （ 4）在 560℃ ～ 700℃ 溫度內(nèi)都可 以發(fā)生鐵素體加珠光體轉(zhuǎn)變，在 560℃ ～ 680℃ 溫度范圍內(nèi)等溫處理，都可以獲得正火要求的組織及硬度。 臨沂大學(xué)工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 15 （ 2）在連續(xù)冷卻條件下，獲得鐵素體加珠光體組織，滿足正火要求的的冷卻速度范圍較窄。 試驗(yàn)用鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖（ TTT）和連續(xù)冷卻圖（ CCT）如圖 圖 8 所示。在相同冷卻速度下， 22CrMoH 鋼的硬度比 20MnCr5 鋼稍高，但獲得最佳硬度（ HB 170～180）的冷卻速度范圍都比較小。 硬度測(cè)試 將不同預(yù)先熱處理工藝條件下的試樣打磨拋光，用 TH600 型布氏硬度計(jì)測(cè)量硬度值。 最后將磨制、拋光后的試樣用 4%的硝酸酒精溶液腐蝕，制樣完畢。 3)鍛造余熱等溫正火工藝 鍛造余熱等溫正火參數(shù)如圖 3： 圖 3 等溫正火工藝曲線示意圖 將鍛件加入爐內(nèi)加熱至 930℃ 保溫 3h，出爐風(fēng)冷至 600℃ 放入溫度為 600℃ 的爐內(nèi)保臨沂大學(xué)工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 14 溫 3h后空冷。主要化學(xué)成分見表 1（ wt%）： 表 1 化學(xué)成分對(duì)照表 鋼號(hào) C Mn Si S P Cr Al Mo 22CrMoH — 20MnCr5 — 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1)加熱設(shè)備（由 HLD 型多點(diǎn)溫度記錄儀控制）見表 2 表 2 加熱設(shè)備詳表 型號(hào) 額定電壓 項(xiàng)數(shù) 額定功率 額定溫度 工作尺寸 RJ2356 380V 3 35kW 650℃ Φ500*600 RJ25012 380V 3 50kW 1200℃ Φ600*800 2)制樣設(shè)備見表 3 表 3 制樣設(shè)備詳表 設(shè)備 型號(hào) 規(guī)格 備注 試樣切割機(jī) SF365/315 功率： 轉(zhuǎn)數(shù)： 9300 r/min 鋸片直徑： 315mm 北京興東瀚科技有限公司 試樣拋光機(jī) P2T 功率： 180W 拋盤直徑： 200mm 轉(zhuǎn)速： 1400r/min 電壓： 220V 萊州市蔚儀試驗(yàn)器械制造有限公司 金相顯微鏡 DMM100C 上海蔡康光學(xué)儀器公司 臨沂大學(xué)工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 13 3)硬度計(jì)見表 4 表 4 布式硬度計(jì) 設(shè)備 型號(hào) 備注 布式硬度計(jì) TH600 上海君達(dá)儀器廠 實(shí)驗(yàn)方法 熱處理工藝的確定 為了優(yōu)化汽車齒輪鋼的預(yù)先熱處理工藝，本研究選擇三種熱處理工藝進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。切削加工后的尺寸可以按其滲碳淬火后變形造成的漲縮進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果正火組織是貝氏體或含有部分貝氏體將會(huì)破壞原變形規(guī) 律，并使切削后殘余應(yīng)力增大，從而引起大的變形，小則降低精度大則報(bào)廢。在相同的切削條件下，顯微組織為由較為粗大奧氏體晶粒形成的鐵素體加珠光體組織，切削后殘余應(yīng)力小，而貝氏體特別是由存在馬氏體 /奧氏體島的粒狀貝氏體切削后的殘余應(yīng)力大。 鋼坯的顯微組織不同，切削加工后的殘余應(yīng)力也不相同，這種殘余應(yīng)力的性質(zhì)和大小也是引起鋼件滲碳淬火后變形的重要因素 。貝氏體的比容因其組成相的不同而不同，但其中的條狀鐵素體因固溶少量的碳原子，其比容較先共析鐵素體為大。 在合金滲碳鋼中，各種組成相和組織的比容隨含碳量的變化如圖 1 所示，可以看出，滲碳體和鐵素體的比容不受含 碳量的影響，由鐵素體和滲碳體的混合組成的珠光體（當(dāng)其組成相的比率一定時(shí)），其比容也不受含碳量的影響。不同的體積變化，對(duì)于厚薄不均的零件又會(huì)引起形狀變化 [10]。 變形的表現(xiàn)形式是多樣的，但就其產(chǎn)生根源，可分為內(nèi)應(yīng)力（熱應(yīng)力和組織應(yīng)力）造成的應(yīng)力塑性變形和比容變化引起的體積變形（即比容變形）。對(duì)于大量生產(chǎn)的汽車零件，在影響滲碳鋼件變形的諸因素中，人們的注意力往往集中在滲碳淬火方面，而最易忽視的是鍛坯的預(yù)先熱處理 —正火。而且對(duì)于 大多數(shù)汽車滲碳鋼件，滲碳淬火后一般臨沂大學(xué)工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 11 不進(jìn)行磨削加工，其滲碳淬火后的變形直接影響到裝配總成的最終質(zhì)量，因此滲碳零件熱處理時(shí)的變形必須嚴(yán)格控制。嚴(yán)重的帶狀組織和混晶組織也會(huì)使鋼料的切削加工性能惡化 [9]。在鐵素體加珠光體的顯微組織中，粒狀珠光體因比片狀珠光體的塑性高而使切削加工性降低。貝氏體尤其是粒狀貝氏 體，因含有難加工的島狀馬氏體和殘留奧氏體。 在相近的力學(xué)性能下，鋼料的顯微組織對(duì)切削加工性能有明顯的影響。具有這種組織的齒坯，其硬度可能合格，有時(shí)可能偏低，這樣的齒坯，其加工性隨切削方向和方法而異。錳是降低A3 的元素。當(dāng)齒坯的散熱條件較差，冷卻速度較慢，就可能出現(xiàn)正火帶狀組織超差。當(dāng)齒坯的散熱條件較好，冷卻速度較快，奧氏體在珠光體相變范圍內(nèi)沒有完全轉(zhuǎn)變，就降到貝氏體相變溫度范圍，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w型組織 ，即出現(xiàn)了非正常組織，比如粒狀貝氏體等。 鍛造毛坯采用普通正火處理，在冷卻過程中，由于鋼件成堆在空氣中冷卻或吹風(fēng)冷卻，位于堆的表面和中心的冷卻速度不同，季節(jié)變化，空氣流通情況也不同，其冷卻速度就不一樣，加之鋼件發(fā)生的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是在一個(gè)相當(dāng)大的冷卻溫度范圍內(nèi)完成的。鋼件的切削性能，主要取決于其力學(xué)性能和顯微組織，而力學(xué)性能又受顯微組織的影響。對(duì)于低碳合金滲碳鋼，應(yīng)具有晶粒均勻的先共析鐵素體加細(xì)片珠光體組織，而且彼此分布均勻 ,硬度一般在 HB160～ 180 之間為最佳 [7]。許多滲碳鋼制件（如汽車齒輪），形狀復(fù)雜，切削加工量大，而且在滲碳淬火后不再進(jìn)行磨削精加工，因而要求鋼件具有良好的切削加工性能 ，以達(dá)到高速切削、切削耗能小、刀具磨損少和表面光潔度高。為切削加工及滲碳淬火做了組織和性能準(zhǔn)備。一般把合金滲碳鋼特別是低合金滲碳鋼鍛件的等溫處理稱為等溫正火。 等溫正火是指合金鋼件經(jīng)奧氏體化后直接進(jìn)入等溫爐或隨爐冷至等溫溫度保持一定時(shí)間使其完成 α+P或 P 相變，而后出爐空冷的工藝過程，適合于過冷奧氏體相當(dāng)穩(wěn)定P 相變溫度范圍窄的中高碳合金鋼種。所以， 為達(dá)到預(yù)期效果，冷卻速度應(yīng)適當(dāng)控制。 冷卻速度對(duì)鋼正火后的組織和性能影響的一般規(guī)律是：冷卻速度越大，奧氏體分解溫度越低，則珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物越細(xì)，應(yīng)力越大，硬度越高。D來估算加熱保溫時(shí)間。在實(shí)際生產(chǎn)中，常采用經(jīng)驗(yàn)公式 τ=k一般無需嚴(yán)格控制，但為防止變形開裂，一般情況下，低合金鋼中、小件的加熱速度常用 50～100℃ /h，以使鋼件各部分溫度均勻。另外，為了減少后序滲碳、淬火后的變形缺陷，要求其奧氏體化溫度要高于以后進(jìn)行的熱處理溫度。 在實(shí)際生產(chǎn)中，正火加熱溫度常常略高于上述溫度。 臨沂大學(xué)工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 9 正火工藝原則上是將鋼件加熱至 Ac3 或 Acm以上 30℃ ～ 50℃ ，保溫一定時(shí)間，使奧氏體均勻化，然后出爐在空氣中或以其他方式冷卻。 2 預(yù)先熱處理原理及分析 滲碳鋼的正火工藝 正火是滲碳鋼鍛件預(yù)先熱處理的主要手段。鍛件的正火處理不僅要求硬度在一個(gè)較窄的 范圍之內(nèi)（鋼件切削加工時(shí)易斷屑，表面光潔），而且要求獲得穩(wěn)定的顯微組織（較粗的鐵素體晶粒加較細(xì)的珠光體），以改善切削加工性能及穩(wěn)定滲碳淬火后的變形規(guī)律。對(duì)于冷卻速度較小的鋼件，由于鋼的硬度過低，切削時(shí)易發(fā)生塑性變形，形成切削瘤，出現(xiàn) “粘刀 ”、 “燒刀 ”現(xiàn)象。因而獲得的顯微組織和硬度也可能不同，有些鋼件由于冷卻速度較大，有可能局部甚至全部獲得非平衡組織（ αFe 魏氏組織、貝氏體等），這不僅影響切削加工性能，而且也會(huì)改變鋼件滲碳淬火后的變形規(guī)律，會(huì)因變形過大而報(bào)廢。實(shí)際上我國(guó)目前普遍存在這類零件切削后表面光潔度差，切削刀具使用壽命低，滲碳淬火前后變形波動(dòng)較大等問題，與正火顯微組織不良，硬度不佳有密切的關(guān)系 [4]。對(duì)于鍛件正火后究竟需要獲得什么樣的顯微組織形態(tài)和硬度指標(biāo)，既缺乏深入理論研究，又缺乏生產(chǎn)性實(shí)踐探討。但并非完美無缺，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，特別是引進(jìn)車型用鋼材料的多樣化，普通的正火處理已達(dá)不到齒坯預(yù)先熱處理的目的。正火是將鋼材或鋼 件加熱到臨界點(diǎn) Ac3 或 Acm 以上的適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。為了提高齒坯的可切削性，消除鍛造應(yīng)力，使組織均勻化。因此必須采用相應(yīng)合理的熱處理新工藝與之相配合 [3]。針對(duì)鋼材淬透性能對(duì)輪齒心部的硬度和畸變都有極其重大影響的因素，近年來，由于我國(guó)鋼材冶煉技術(shù)水平的提高以及合金結(jié)構(gòu)鋼供應(yīng)情況的改善，已經(jīng)有條件把齒輪鋼的淬透性帶進(jìn)一步縮窄，長(zhǎng)春一汽生產(chǎn) “解放 ”牌 9t 載貨汽車后橋齒輪時(shí)，由于 20CrMnTiH 鋼易發(fā)生早期失效，參考了日本的 SCM822H 鋼，與鋼廠協(xié)商，生產(chǎn)出了國(guó)產(chǎn)化的新鋼種 22CrMoH 鋼，其淬透性能指標(biāo)為 J9=36 HRC～ 42HRC，較好地滿足了汽車齒輪的使用要求。隨著國(guó)外先進(jìn)車型的引進(jìn)，各種齒輪鋼的國(guó)產(chǎn)化使我國(guó)的齒輪鋼水平上了一個(gè)新臺(tái)階。如何改進(jìn)合金滲碳齒輪鋼鍛造毛坯預(yù)先熱處理工藝，改 善切削加工性能、穩(wěn)定滲碳淬火后的變形，提高總成質(zhì)量及整車的可靠性，成為影響汽車齒輪發(fā)展的重大課題，具有重大實(shí)際意義和理論學(xué)術(shù)價(jià)值。近年來隨著各類車型材料的引進(jìn)，制造加工水平的提高，對(duì)合金滲碳齒輪鋼鍛造毛坯預(yù)先熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)提出了更高的要求。目前，改善齒輪毛坯性能的傳統(tǒng)預(yù)先熱處理工藝是再加熱正火，即采用普通正火工藝，經(jīng) 大量生產(chǎn)實(shí)踐證明采用普通正火工藝難以滿足切削加工及穩(wěn)定滲碳淬火后變形規(guī)律的要求 [1]。經(jīng)調(diào)查分析，齒輪滲碳淬火后變形波動(dòng)是影響總成質(zhì)量的主要原因之一。 Isothermal normalizations by fing remaining heat. 臨沂大學(xué)工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 7 1 緒 論 前言 在汽車生產(chǎn)中，齒輪是必不可少的基本零件。 General normalizing。其次對(duì)鍛造余熱等溫正火工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 臨沂大學(xué)工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 5 第二部分 汽車齒輪預(yù)熱處理研究 摘 要 22CrMoH 鋼和 20MnCr5鋼高溫鍛造直接空冷（或風(fēng)冷）后獲得貝氏體組織，而且晶粒粗大，硬度較高，切削加工性能較差，須進(jìn)行預(yù)先熱處理。 為之付出了很大的努力 ,不斷的思考自己所遇到的問題 .其實(shí)在生活中這樣的事情也是很多的 ,當(dāng)我面對(duì)很多問題的時(shí)候所采取的具體行動(dòng)也是不同的 ,這當(dāng)然也會(huì)影響我的結(jié)果 .很多時(shí)候問題的出現(xiàn)所期待我的是一種解決問題的心態(tài) ,而不是看我過去的能力到底有多強(qiáng) ,那是一種態(tài)度的端正和目的的明確 ,只有這樣把自己身置于具體的問題之中 ,才能更好的解決問題。我不斷的學(xué)習(xí)新知識(shí)，完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，活到老學(xué)到老 ! 在學(xué)習(xí)當(dāng)中，我能很好的和同學(xué)之間和睦相處，相互理解 ,增進(jìn)了解 ,達(dá)到諒解。 4）學(xué)習(xí)各類機(jī)床的使用操作方法，為自己擴(kuò)大就業(yè)的機(jī)會(huì)。 2）要學(xué)習(xí)怎樣與同事、領(lǐng)導(dǎo)相處，使自己的社交能力得到提高。 5 實(shí)習(xí)、實(shí)踐計(jì)劃 作為一名要考研究生的學(xué)生來說，我們接觸實(shí)踐的機(jī)會(huì)很少，但我要好好利用假期的時(shí)間進(jìn)入工廠充實(shí)自己，以掌握更多的實(shí)踐知識(shí)，為將來的實(shí)驗(yàn)研究和理論學(xué)習(xí)做準(zhǔn)臨沂大學(xué)工學(xué)院本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 4 備。