【正文】 物薄層，很脆。對于形狀復(fù)雜或精度要求高的零件，在氮化前精加工后還要進行消除內(nèi)應(yīng)力的退火，以減少氮化時的變形。 （ 1） 氮化溫度 一般為 500 ℃ ～ 600 ℃ 。 e．隨爐試樣。 c．滲氮件的表面質(zhì)量應(yīng)良好，不允許有脫碳層存在，因此，零件在預(yù)先熱處理前應(yīng)留有足夠的加工余量，以便在滲氮前的機加工能 將脫碳層全部去除，以保證滲氮層的質(zhì)量。 b．防滲處理。 滲氮前的生產(chǎn)準備 a．去污處理。 b．調(diào)質(zhì)處理，可以改善鋼的加工性能，獲得均勻的 回火索氏體 組織，以保證零件心部有足夠的強度和韌性，同時又能使?jié)B氮層和基本結(jié)合牢固。 氮化前的預(yù)熱處理包括正火（退火）、調(diào)質(zhì)處理、去應(yīng)力。 4 、 38CrMoAl 的 滲氮 滲氮前的處理 在滲氮零件的整個制造過程中，滲氮往往是最后一道工序，至多再進行精磨或研磨。 有效硬化層深度 。 表面硬度： 713～ 754HV1， (相當于 )。由于該試樣鍛造組織偏析明顯，各區(qū)域的成分偏差致使各區(qū)域臨界點不同，加熱及冷卻過程中必然發(fā)生不同的組織轉(zhuǎn)變。滲氮層的綜合性能，尤其脆性與原始組織的晶粒大小密切相關(guān)。晶粒度約為 5～ 6 級。出現(xiàn)異常組織與冷速有關(guān) 38CrMoAl正火照片 12 珠光體 +鐵素體。此種裂紋為鍛造折迭，在隨后熱處理過程中會擴展，兩側(cè)會氧化脫碳。 38CrMoAl(熱軋后退火 )的金相圖 圖 1(200) 圖 2(100) 工藝情況：熱軋后退火 浸蝕方法：圖 1：未浸蝕；圖 2： 4%硝酸酒精溶液浸蝕 組織說明：圖 1：由表面向內(nèi) 45 度方向發(fā)展裂紋，開口寬、尾細、縫內(nèi)有氧化物。雖然氮化溫度低于調(diào)質(zhì)時的回火溫度，也低于去應(yīng)力退火的溫度，但在氮化長時間的保溫過程中，碳原子獲得能量進行擴散聚集，力圖向平衡狀態(tài)過渡。退火組織接近于平衡組織，在氮化過程中基體組織處于較穩(wěn)定狀態(tài)，故氮化后導軌的變形 10 較小。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不管是退火還是調(diào)質(zhì)的導軌，對氮化導軌 B 面的變形沒有多大的影響，彎曲量維持在 0. 050 ～ 0. 060mm 范圍內(nèi)，但對 A 面的變形影響很大，退火 導軌氮化后 A 面的相對最大彎曲量已達到 0. 4mm，而調(diào)質(zhì)導軌的彎曲量更大，竟達 1. 8～ 1. 9mm。在相同的離子氮化工藝條件下，退火狀態(tài)導軌約 0. 2mm 的外表層硬度比調(diào)質(zhì)狀態(tài) 高，離表面 0. 1mm 處，退火狀態(tài)的硬度高于 800HV100 ，而調(diào)質(zhì)狀態(tài)此處的硬度僅保持 650HV100 ；離表面 0. 15mm 處，退火狀態(tài)的硬度仍然高于 700HV100 ，但調(diào)質(zhì)狀態(tài)此處的硬度已低于600HV100。 由圖 4 可以看到，經(jīng)上述工藝處理后，氮化層深度保持在 0. 50mm 以上。退火組織在氮化過程中形成脈狀組織的傾向比調(diào)質(zhì)組織大得多，而且氮化溫度越高，氮化時間越長，均促進脈狀組織的 9 形成。再往里是心部組織。緊靠白亮色化合物層的次表層，出現(xiàn)脈狀組織，厚度 0. 01 ～ 0. 15mm，相成分為 + ′。 ( 2) 氮化層的組織、表面硬度及硬度梯形 38CrMoAl A 鋼經(jīng) 530 ℃ / 8h 離子氮化后，滲層組織由表及里依次為 →+ ′→+ ′→ 心部組織。 毛坯離子氮化試驗結(jié)果及其分析 ( 1) 離子氮化工藝規(guī)范 供毛坯氮化用的設(shè)備為額定輸出直流電流為 30A 的立式離子氮化爐。在精加工工序完成后，再進行第二次去應(yīng)力 退火。硬度 25 ～ 28HRC。硬度 ≤229HBW。 時間（ h） 溫度 (℃ ) 加熱 v加 保溫 t加 冷卻 V冷 τ 保 8 預(yù)先熱處理 毛坯選用兩種預(yù)先熱處理工藝，即退火和調(diào)質(zhì)。 熱處理的三個階 段：加熱、保溫和冷卻。 3 熱處理工藝設(shè)計 7 熱處理的目的是改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能，通過適當?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機械性能，延長機器零件的使用壽命。 硬度 26~30HRC 用壓力機校直后去應(yīng)力退火： 550 ℃ 6 小時，加工至成品尺寸。 熱處理規(guī)范：淬火 940℃, 油冷 。 離子氮化導軌用材為 38Cr MoAl A 鋼，毛坯為熱軋棒材，直徑分別為 40 mm 和 50mm，經(jīng)切削加工成形。 5 化學成分 碳 C ： ～ 硅 Si： ～ 錳 Mn： ～ 硫 S ：允許殘余含量 ≤ 磷 P ：允許殘余含量 ≤ 鉻 Cr： ～ 鋁 Al： ～ 鎳 Ni：允許殘余含量 ≤ 銅 Cu：允許殘余含量 ≤ 鉬 Mo： ～ 力學性能 ： 抗拉強度 σb (MPa) ： ≥980(100) 屈服強度 σs (MPa) ： ≥835(85) 伸長率 δ5 (%) ： ≥14 斷面收縮率 ψ (%) ： ≥50 沖擊功 Akv (J)： ≥71 沖擊韌性值 αkv (J/cm2) ： ≥88(9) 硬度 ： ≤229HB 物理性能 臨界點 臨界點 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms 溫度（近似值）℃ 760 885 675 740 360 鍛造工藝 加熱溫度℃ 開鍛溫度℃ 終鍛溫度℃ 冷卻方式 1180～ 1200 1050～ 1100 ≥ 850 緩冷 熱處理工藝 項目 退火 正火 淬火 回 火 溫度℃ 840～ 870 930～ 970 940 150～ 200 300～ 400 500～ 550 600～ 650 冷卻 爐冷 空冷 油 水或油 水或油 水或油 水或油 硬度 HRC ≤ 229HB —— ＞ 56 56～ 51 51～ 45 39～ 35 31～ 28 2 熱加工 6 試驗導軌型號有兩種，即 LG25 型，外形尺寸 23 mm22. 5mm760mm； LG30 型，外形尺寸 28mm27. 5mm760mm。 38CrMoAl氮化速度較快，可以得到較深的氮化層深度，但氮化層的脆性相對較大，因而不太適合制做曾受沖擊很大的零件。 D、應(yīng)用舉例 38CrMoAl 無縫鋼管材料，是沿海電廠，沿海油田，沿海天然氣及石化廠輸送水，油氣及含海水介質(zhì)的最理想的 管路 及加工件制作材料。進而起到耐腐，使使用壽命加長。 B、能耐腐蝕的原因： (1)38CrMoAl 合結(jié)鋼材料中的 Al（鋁），能與空氣中的 O（氧）化學 反應(yīng)生成 Al2O3（三氧化二鋁） .從而行成保護膜，既防腐又耐腐。 A、 38CrMoAl 合結(jié)鋼材料，主要用來制作管道及設(shè)備。國外通常不推薦含鋁氮化鋼用于重要的重載齒輪。處理后尺寸精度高 ,通常 38CrMoAl 氮化后的表面硬度在 920HV 以上 ,預(yù)處理為調(diào)質(zhì) (通常調(diào)質(zhì)硬度要求 ≥ 260HB, 如 262~302HB)。 四、 設(shè)計步驟 1 方案確定 38CrMoAl 高鋁合金結(jié)構(gòu)鋼介紹 牌號： 38CrMoAl 4 38CrMoAl 是合結(jié)鋼的其中一種 , 國內(nèi)執(zhí)行標準 GB/T3077 1999。 正確運用現(xiàn)代材料性能檢測手段，進行金相組織分析和材料性 能檢測等。 合理地確定工藝方法、路線、參數(shù)，合理選擇熱處理設(shè)備并正確操作。 三、 設(shè)計內(nèi)容與基本要求 設(shè)計內(nèi)容：獨立完成 38CrMoAl 鋼的熱處理工藝設(shè)計，包括工藝方法、路線、參數(shù)的確定，熱處理設(shè)備及操作，金相組織分析，材料性能檢測等。 提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)的能力。 培養(yǎng)綜合運用金屬學、材料性能學、金屬工藝學、金屬材料熱處理及結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識，進行工程設(shè)計的能力。 1 湖 南 科 技 大 學 金屬材料專業(yè)綜合設(shè)計 題目 38CrMoAl 鋼的熱處理工藝計 作者 田啟慧 學院 機電工程學院 專業(yè) 金屬材料工程 學號 0803050124 指導教師 尹何遲、崔大田 二〇一一年 六 月 十 日 2 目 錄 一、 程設(shè)計的任務(wù)與性質(zhì) ………………………………………… .3 二、 課程設(shè)計的目的 ……………………………………………… .3 三、 設(shè)計內(nèi)容與基本要求 ………………………………………… .3 四、 設(shè)計步驟 ………………………………………………… ……… 3 1 方案確定 …………………………………………………………………… 3 2 熱加工 ……………………………………………………………………… 6 3 熱處理工藝設(shè)計 ………………………………………………………………… .7 五 、實驗設(shè)備 ……………………………………………………… ..16 六 、 參考文獻 ……………………………………………………… .16 3 一、 程設(shè)計的任務(wù)與性質(zhì) 《金屬熱處理原理與工藝》課程是一門重要的專業(yè)課程，金屬材料熱處理工藝設(shè)計級實驗操作時一種重要的教學環(huán)節(jié)，通過 金屬材料熱處理工藝金相組織分析、性能檢測等實驗，可以培養(yǎng)學生掌握熱處理實驗方法、原理及相關(guān)設(shè)備，運用熱處理的基本原理和一般規(guī)律對實驗結(jié)果進行分析討論，有助于強化學生解決問題、分析問題的能力。 二、 課程設(shè)計的目的 課程設(shè)計屬于《金屬熱處理原理與工藝》課程的延續(xù)，通過設(shè)計實踐，進一步學習掌握金屬熱處理工藝設(shè)計的一般規(guī)律和方法。 培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關(guān)資料及設(shè)計標準規(guī)范的能力。 是金 屬材料工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學環(huán)節(jié)實施的技術(shù)準備。 基本要求： 課程設(shè)計必須獨立進行，每人必須完成不同的某一種鋼材熱處理工藝設(shè)計，能夠較清楚地表達所采用熱處理工藝的基本原理和一般規(guī)律。 正確利用 TTT、 CCT 圖等設(shè)計工具，認真進行方案分析。 課程設(shè)計說明書力求用工程術(shù)語，文字通順簡練，字跡工整，圖像清晰。 38CrMoAl 是一種專用氮化鋼 , 經(jīng)過熱處理和精加工后的 38CrMoAl 圓鋼具有很高的表面硬度、耐磨性及疲勞強度 , 并具有良好的耐熱性及腐蝕性。 38CrMoAl 氮化速度較快 , 可以得到較深的氮化層深度 , 但氮化層的脆性相對較大 , 淬透性不高 , 因而不太適合制作承受沖擊很大的零件。 38CrMoAl 用途 38CrMoAl 合結(jié)鋼是一種耐海水腐蝕的專用鋼材。具有很強的耐腐蝕性，安裝也很方便等優(yōu)點。 (2)38CrMoAl 合結(jié)鋼中的 Cr（鉻）， Mo（鉬），離子在海水中能自動補充 Cl（氯）離子對鋼材點腐蝕形成的空隙，形成致密保護層，阻止點腐蝕向縱深發(fā)展。 C、焊接 38CrMoAl 無縫鋼管材料焊接性能較好，配有專用耐腐焊條 “ 海 O3” ，無特殊焊接要求。 38CrMoAl是專用氮化鋼 ,一般僅用于需要表面高度耐磨經(jīng)氮化處理的零件 ,通常氮化后的表面硬度在 920HV以上 ,預(yù)處理為調(diào)質(zhì) (通常調(diào)質(zhì)硬度要求 ≥260HB, 如 262~302HB)。國外通常不推薦含鋁氮化鋼用于重要的重載齒輪（建議采用 CrMoV等類氮化鋼）。導軌如圖 1 所示，其中無括號數(shù)字為 LG25 型尺寸，括號內(nèi)數(shù)字為 LG30 型尺寸。導軌氮化的技術(shù)條件： 表面硬度 ≥650HV ，氮化層深度 ≥0. 4mm ，脆性 ≥2 級，變形量的檢驗方法和允差見圖 2 、圖 3 和附表?；鼗?640℃, 油冷。 滲氮處理：第一階段， 510 到 520 攝氏度，氨分解率 18 到 25%， 20 個小時， 第二階段， 550 到 560 攝氏度，氨分解率 40 到 60%， 30 個小時，退氮 2 小時，560 到 570 攝氏度，退氮大于 80%，低于 200 攝氏度出爐。熱處理工藝不但可以強化金屬材料、充分挖掘材料性能潛力、降低結(jié)構(gòu)重量、節(jié)省能源，而且能夠提高機械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長機器零件的使用壽命。 五個要素： 加熱介質(zhì)、加熱速率、加熱溫度、保溫時間和冷卻速率 （如下圖所示）。退火工藝： 870 ℃ 保溫 2h，爐冷至 500 ℃ 以下出爐空冷。調(diào)質(zhì)： 930 ～ 940 ℃ 保溫 1. 5h，油冷淬火；隨后 680 ℃ 回火 3h，空冷。經(jīng)預(yù)先熱處理的毛坯，在粗加工工序后，進行第一次去應(yīng)力退火。去應(yīng)力退火工藝 ( 兩次退火工藝均相同 ) ： 溫度 650 ℃ 保溫2h，爐冷至 250 ℃ 以下出爐 。氮化溫度和時間分別為： 530 ℃ / 8h、 550 ℃ / 15h、 550 ℃ / 22h 和 560 ℃ / 10h。其特征是：最表層 厚度0. 02 ～ 0. 03mm 白亮色化合物層，即相。往后是擴散層，相成分是 + ′。在金相分析中還可以看到，氮化前的金相組織和氮化工藝參數(shù)對氮化后脈狀組織的含量有較大影響。 經(jīng)不同預(yù)先熱處理的 38CrMoAl A 鋼于 540 ～ 560 ℃ 離子氮化 22h，硬度沿氮化層的分布如圖 4 所示。氮