【正文】 以提高切削性能。所以，回火保溫時間=70+15=169min③冷卻方式：一般采用空冷，以防止開裂。對于中、高溫回火的工件，回火保溫時間可按下列經(jīng)驗公式計算 （式23）式中τ為回火保溫時間（min），d為加熱系數(shù)（min/mm），D為工件有效厚度（mm），b為附加時間（一般為10～20min）。（3）高溫回火①加熱溫度：一般高于500℃，調(diào)質(zhì)處理高溫回火實際上為混合組織的回火，一般取560℃，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織回火馬氏體。所以，淬火加熱時間 =270=196min因為淬火加熱時間當(dāng)中有升溫的過程，升溫時間大約76min，所以減去升溫時間，最后得到保溫時間2小時。前面已經(jīng)確定了裝爐量Q=4，工件在爐內(nèi)的排布方式直接影響熱量傳遞的通道，齒輪在爐中的排布如右圖： 工件有效厚度D的計算，可按下述原則確定：圓柱體取直徑，正方形截面取邊長，長方形截面取短邊長，板件取板 圖23 工件在爐內(nèi)排布圖厚，套筒類工件取壁厚，圓錐體取離小頭2/3長度處直徑，[10]。表22 常用鋼的加熱系數(shù) （mm）工件材料工件直徑＜600℃箱式爐中加熱750～850℃鹽爐中加熱或預(yù)熱800～900℃箱式爐或井式爐中加熱1000～1300℃高溫鹽爐中加熱碳鋼≤50—～～—＞50～～合金鋼≤50—～～—＞50～—～高合金鋼—～～—～高速鋼——～—～～～根據(jù)圖21中機床齒輪的尺寸。淬火加熱時間常用以下經(jīng)驗公式計算 （式22）式中τ為淬火加熱時間（min），a為加熱系數(shù)（min/mm），K為裝爐量修正系數(shù)，D為工件有效厚度（mm）。（2）淬火①加熱溫度：一般在Ac3點以上30～60℃，以獲得奧氏體組織，取840℃。所以保溫時間=+4/4=③冷卻方式：先隨爐冷卻到600℃以下，然后出爐空冷。②保溫時間：可按下式計算 （式21）式中τ為保溫時間（h），Q為裝爐量。最后的噴丸處理不僅是為了清除氧化皮, 使表面光潔,更重要的是作為一種強化手段, 使零件表層壓力進(jìn)一步增大, 有利于提高疲勞強度。10℃。機加工后的齒輪經(jīng)滲碳后預(yù)冷到一定溫度(一般為840～ 860℃)進(jìn)行直接淬火, 而后再低溫回火。據(jù)此，該工藝路線安排為: 下料→鍛造→退火→機加工→滲碳、淬火及低溫回火→噴丸→磨削加工（2）熱處理工序作用分析齒輪毛坯鍛造后進(jìn)行退火處理, 用以改善Q235鋼的切削加工性，Q235鋼退火后的硬度的170～210HBS,切削加工性能良好。主傳動系統(tǒng)中的齒輪, 受力較大, 受沖擊較頻繁, 因此對材料要求較高。為了消除淬火應(yīng)力,高頻淬火后應(yīng)進(jìn)行低溫回火,這對防止研磨裂紋的產(chǎn)生和提高抗沖擊能力極為有利[8]。調(diào)質(zhì)后的齒輪組織為回火索氏體,在高頻淬火時變形更小。在粗加工后, 為了得到強度、塑性、韌性都較好的綜合機械性能, 需對鋼件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理, 據(jù)此, 該工藝路線安排為:下料→鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→高頻表面淬火及回火→精磨（2）熱處理工序作用分析退火火處理對鍛造齒輪毛坯是必需的熱處理工序,它可以使同批坯料具有相同的硬度,便于切削加工,使化學(xué)成分均勻,減小或消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，并為零件最終熱處理準(zhǔn)備合適的內(nèi)部組織。熱處理工藝規(guī)程的擬定（1）分析所有可能的熱處理工藝方案，比較后選擇其中保證工件高質(zhì)量而有最經(jīng)濟(jì)的方案；（2）需要熱處理的工件應(yīng)按材料、形狀、尺寸、重量和性能要求等選擇合適的熱處理工藝；（3）根據(jù)現(xiàn)場加熱和冷卻設(shè)備選擇工件的加熱和冷卻方法；（4）熱處理工藝過程各工序順序應(yīng)力求優(yōu)化，避免在工藝傳遞過程中的重復(fù)[7]。熱處理在加工工藝路線中的位置材料的加工工藝路線是比較復(fù)雜的，根據(jù)對工件性能要求的不同，熱處理在加工工藝路線中的位置通常有以下三種情況：（1）毛坯→正火（退火）→機械加工→工件成品（一般工件）（2）毛坯→預(yù)先熱處理（正火、退火或調(diào)質(zhì)）→粗加工→最終熱處理（淬火、回火、化學(xué)熱處理等）→精加工（要求較高的工件）（3）毛坯→預(yù)先熱處理→粗加工→淬火、回火或化學(xué)熱處理→半精加工→穩(wěn)定化處理或化學(xué)熱處理→精加工→穩(wěn)定化處理→工件成品（精密工件）選擇熱處理工藝時應(yīng)該重點考慮的因素（1）工件設(shè)計中熱處理技術(shù)條件 如材料（包括規(guī)格、鋼種、晶粒度等）、金相組織、硬化層及滲層厚度、強度、沖擊韌性及硬度要求；（2）熱處理的工藝性 確定熱處理工藝時，應(yīng)根據(jù)每種工件的技術(shù),盡量做到工藝上的先進(jìn)性，技術(shù)上的可靠性和經(jīng)濟(jì)上的合理性；（3）工廠生產(chǎn)條件及批量 確定熱處理工藝時還應(yīng)考慮工廠的現(xiàn)場特點、現(xiàn)有設(shè)備、生產(chǎn)批量等因素。 熱處理工藝方案的制定 零件的技術(shù)要求45鋼制成的輕載低速或中速機床齒輪技術(shù)要求如下：齒表硬度：30～35 HRCQ235鋼制成的輕載低速或中速機床齒輪技術(shù)要求如下：齒表硬度：700～860 HV心部硬度：240～295 HV滲碳層深度為：～ mm[7] 制定工藝路線要制定出合理的工藝路線，與之緊密聯(lián)系的一些概念是必不可少的，包括熱處理工藝在整個工件加工制造過程中的位置、選擇熱處理工藝時應(yīng)考慮的因素和熱處理工藝規(guī)程擬定。國際標(biāo)準(zhǔn)或原冶金部標(biāo)準(zhǔn)給出的熱軋或退火狀態(tài)的力學(xué)性能范圍或最低值，其數(shù)據(jù)可靠；而技術(shù)資料、論文中給出的數(shù)據(jù)一般是特定條件下的平均值，使用時要加以注意；（6）同一材料的不同供應(yīng)狀態(tài)對數(shù)據(jù)影響很大；（7）選材時要注意同時考慮所選材料的成型加工方法。 選材應(yīng)注意的問題（1）在大多數(shù)情況下優(yōu)先考慮使用性能，工藝性能和經(jīng)濟(jì)性原則次之；（2）有些力學(xué)性能指標(biāo)（如 σb、σK1c）可直接用于設(shè)計計算； δ、Ψ、Ak等不能直接用于計算，而是用于提高零件的抗過載能力，以保證零件工作安全性；（3）在對零件的力學(xué)性能要求轉(zhuǎn)化為材料力學(xué)性能指標(biāo)時，要注意手冊上給出的組織狀態(tài)。零件選材原則的實質(zhì)是所選材料要耐用，易加工且費用低。工藝性原則零件毛坯主要有鑄件、鍛件、焊接件和型材四種，熟悉材料的加工工藝過程和材料的工藝性能，使所選材料比較容易加工成工件，在選材時必須考慮材料的加工工藝性能。以上齒輪的受力特點決定其損壞形式主要是齒的折斷和齒面的剝落及過度磨損。服役條件不同，性能要求也不一樣。 熱處理零件的選材原則使用性原則使用性原則是零件在使用中應(yīng)該具有的性能，這是保證零件完成規(guī)定功能的必要條件。實踐證明,一般機床齒輪選用中碳鋼制造, 如Q23Q2740 、45 、50 、50Mn 等鋼制造[5]。機床齒輪的工作條件比起汽車、拖拉機、礦山機械、動力機械中的齒輪來說相對工作平穩(wěn),負(fù)荷小,工作環(huán)境較好。機床齒輪精度一般為6～8級(中、低速)和8～12 級(高速),汽車、拖拉機齒輪精度一般為6～8 級。一般分為:低速齒輪(1～9 m/s)；中速齒輪(6～10 m/s)；高速齒輪(10～15 m/s)。齒輪工作時轉(zhuǎn)速越大,齒面和齒根受到的交變應(yīng)力次數(shù)越多,齒面磨損越嚴(yán)重。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。 （3）磨損失效汽車、拖拉機上的主載荷齒輪，受力比較大，摩擦產(chǎn)生熱量較大，齒面因軟化而造成塑性變形，在齒輪運轉(zhuǎn)時粘結(jié)而后又被撕裂，造成齒面摩擦磨損失效（4）磨粒磨損外來質(zhì)點進(jìn)入相互嚙合的齒面間，使齒面產(chǎn)生機械擦傷和磨損，比正常磨損的速度來得更快。其產(chǎn)生是由于當(dāng)齒輪受到彎曲應(yīng)力超過其持久極限就出現(xiàn)疲勞破壞而超過材料抗彎強度時，就造成斷裂失效；（2）表面損傷 a. 點蝕 是閉式齒輪傳動中最常見的損壞形式，點蝕進(jìn)一步發(fā)展，表現(xiàn)為蝕坑至斷裂。在齒根部位受到很大的彎曲應(yīng)力作用；（2）高速齒輪在運轉(zhuǎn)過程中的過載產(chǎn)生振動，承受一定的沖擊力或過載；（3）在一些特殊環(huán)境下，受介質(zhì)環(huán)境的影響而承受其它特殊的力的作用[4]。兩齒輪在相對運動過程中，既有滾動，又有滑動。是主要零件。 齒輪的服役條件和失效形式服役條件齒輪是機械工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的重要零件之一。該課題不僅能使學(xué)生加深對所學(xué)理論知識的理解和掌握，也可以提高學(xué)生分析和解決實際問題的能力，為今后從事相關(guān)工作奠定了基礎(chǔ)。 研究意義該課題是根據(jù)齒輪使用條件和性能要求，選擇不同的材料，進(jìn)行相應(yīng)的熱處理工藝設(shè)計，包括加熱溫度、保溫時間、冷卻方式和冷卻介質(zhì)等。重點分析制定依據(jù)。在硬齒面齒輪熱處理工藝中，滲碳淬火具有最佳綜合力學(xué)性能，但也是耗能最大、污染最嚴(yán)重的工藝，而滲氮、表面感應(yīng)淬火則是節(jié)能、低污染的工藝，但兩者的承載能力都受到限制，國內(nèi)外一直進(jìn)行著擴(kuò)大在齒輪中應(yīng)用的研究,有潛力但尚需更多的努力[3]。（6）熱處理工藝計算機模擬隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展，從齒輪強度和熱處理工藝綜合的角度開展CAD、CAE工程應(yīng)用的研究；在熱處理工藝方面對加熱、冷卻過程的溫度、熱傳遞、組織轉(zhuǎn)變、應(yīng)力等進(jìn)行模擬，從而提高熱處理工藝水平和齒輪的承載能力。困擾多年的滲碳碳勢控制已經(jīng)解決，而留下一個最大的難題就是熱處理變形，其不僅影響齒輪的精度，還影響齒輪的強度。（4）更高的鋼材冶金質(zhì)量和鍛件質(zhì)量要求普遍采用真空脫氣、鋼包精煉方法，提高鋼材純凈度，降低含氧量和非金屬夾雜物，控制淬透性帶；同時，采用合理的鍛造工藝和鍛后熱處理，保證足夠的鍛造比，從而提高鋼的力學(xué)性能和工藝性能，以滿足齒輪高強度和高可靠度的要求。現(xiàn)在滲碳淬火齒輪直徑從1m→2m→3m，最大直徑已到5m，單件齒輪重已達(dá)40t以上，這使得滲碳工藝和熱處理質(zhì)量的控制成為了很大的難題。（1）高承載能力、高可靠性現(xiàn)代機械設(shè)備的技術(shù)參數(shù)不斷提高，對齒輪的性能提出了更高的要求，如風(fēng)電齒輪、高速列車傳動齒輪、核電及大型石化裝備的齒輪等，因此，對材料熱處理的冶金因素、殘余應(yīng)力與性能之間的關(guān)系必須更深入地研究，并運用有限元及斷裂力學(xué)來計算、分析裂紋的形成與擴(kuò)展，預(yù)測使用壽命，提高其可靠性。 發(fā)展趨勢為促進(jìn)我國熱處理技術(shù)的發(fā)展，我們應(yīng)全面了解熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀和水平，掌握其發(fā)展趨勢，大力發(fā)展先進(jìn)的熱處理新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)，實現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、降耗、無污染、低成本、專業(yè)化生產(chǎn)”，力爭到 2020年時達(dá)到工業(yè)發(fā)達(dá)國家八十年代中期的水平。選材為中碳鋼或中碳合金鋼，如4540Cr、42SiMn、35CrMo、42CrMoH、40CrMnMo、40CrNiMo。車輛齒輪一般采用滲碳淬火強化，但滲碳淬火會帶來較大變形，進(jìn)而影響齒輪精度。這些元素在表面層下被內(nèi)氧化，使表層的合金元素含量降低，導(dǎo)致淬透性降低，在1 0～2 0μm左右的深度形成不完全淬火層，這種現(xiàn)象對疲勞強度影響很大。另一方面,各廠應(yīng)根據(jù)自己的實際情況,有針對性地摸索出各種因素對齒輪變形的影響規(guī)律,有效地減少齒輪的熱處理變形。（3）對于熱處理變形的產(chǎn)生,至今尚沒有用來分析和解決實際工件熱處理變形的系統(tǒng)而實用的方法。（1）齒輪材料品質(zhì)較低，鑄鍛件缺陷較多，一些特殊要求的材料如直升機高溫高硬度齒輪鋼、高寒氣候軍用車輛低溫抗沖擊性能齒輪鋼、低應(yīng)力感應(yīng)淬火齒輪鋼等缺乏。目前我國在熱處理的基礎(chǔ)理論研究和某些熱處理新工藝、新技術(shù)研究方