【正文】 卻速度，以保證獲得馬氏體組織；在這個(gè)前提下又應(yīng)盡量緩慢冷卻，以減少鋼中的內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂。為此，可根據(jù) C 曲線圖（如圖 8 所示），使淬火工作在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍（ 650～ 550℃）進(jìn)行快冷（即與 C 曲線的“鼻尖”相切），而在較低溫度（ 300～ 100℃）時(shí)冷卻速度則盡可能小些。 冷卻介質(zhì) 水冷，冷卻速度較快，是奧 氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的馬氏體，試樣的硬度對(duì)比與其他兩種冷卻方式也較高，而油冷的方式較空冷速度較快，所以試樣的硬度比空冷的要大。 組織特點(diǎn) 材料及狀態(tài)： 20 鋼 處理： 900℃加熱保溫后水淬 組織及說明：低碳馬氏體，又稱板條狀馬氏體，硬度為 46～ 47HRC。 低碳鋼淬火后可得到板條狀馬氏體組織，它的特征是 :尺寸大致相同的條狀馬氏體定向平行排列，組成馬氏體束或馬氏體區(qū)域， 16 在區(qū)域與區(qū)域之間位向差較大，一顆原始的奧氏體晶粒內(nèi)可以形成幾個(gè)不同取向的區(qū)域。 20 鋼通過加熱后淬 火、回火等處理，可以改善其力學(xué)性能和可加工性，以充分利用它的潛在性能，來制造強(qiáng)度和韌性要求較高的零部件。 20鋼的低溫回火處理 鋼的回火是一個(gè)由淬火馬氏體 +殘余奧氏體組織向鐵素體和碳化物轉(zhuǎn)變的擴(kuò)散相變過程。 由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力會(huì)造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上，消除冷裂紋的手段之一。淬火鋼的硬度高、脆性大，直接使用常發(fā)生脆斷。所以必須進(jìn)行低溫回火處理。低溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，對(duì)硬度降低不明顯，因此低溫回火后仍可保持鋼件的高硬度。 選定 20鋼 的回火溫度為 150— 200℃。因?yàn)榱慵挠行Ш穸葹?30mm，所以確定回火保溫時(shí)間為 。然后在空氣中冷卻至室溫?；鼗鸷笥捕冗_(dá) 58— 63HRC，滿足零件設(shè)計(jì)要求。 低碳鋼回火硬度曲線 結(jié)論： 低碳鋼低溫回火可以得到較高的強(qiáng)度及一定的塑性與韌性。 低碳鋼回火后力學(xué)性能 當(dāng)?shù)陀?200℃回火時(shí)，強(qiáng)度與硬度下降不多，塑性與韌性也基本不變。這是由于此溫度下僅有碳原子的偏聚而無析出。固溶強(qiáng)化得以保持的緣故。當(dāng)高于300℃回火時(shí)，硬度、強(qiáng)度下降明顯，塑性有所上升，沖擊韌性下降至最 低，見上圖。這是由于薄片狀θ碳化物析出于馬氏體條間并充分長大，從而降低了沖擊韌性，而α基體因回復(fù)和再結(jié)晶共同作用，提高了塑性， 降低了強(qiáng)度。 17 熱處理工藝制度的制定：方案二 預(yù)先熱處理 正火： 由于 20 鋼硬度太低，切削加工時(shí)易產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象，切削加工性能較差。為此，在機(jī)械加工前，對(duì)其進(jìn)行正火處理，將毛坯在最高溫度 950℃的中溫箱式電阻爐加熱至 830～ 850℃，保溫 后在空氣中冷卻。使其硬度適當(dāng)提高，有效地改善切削加工性，并為后續(xù)熱處理做組織準(zhǔn)備。 正火 鋼號(hào) 加熱溫度/℃ 保溫時(shí)間 /h 冷卻方法 硬度 /HB 20 880~920 1~3 靜止空氣中 冷卻 ≤ 156 滲碳： 完成齒輪的粗精加工后對(duì)其進(jìn)行滲碳處理，增加零件表層的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和碳濃度梯度，從而使齒輪獲得高的表面硬度和耐磨性。零件滲碳后碳原子大量融入奧氏體中，大大提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性， Ms 點(diǎn)顯著降低，溶入的 C越多，滲碳后工件的后續(xù)熱處理難度也越大?？紤]到工件的耐磨性能，將表面碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在 %～ %為宜，可降低殘余奧氏體的量，滲層碳濃度梯度平緩，滲層力學(xué)性能好。 滲碳工藝的制定 固體滲碳法原理：滲劑置于鑄鐵、低碳鋼 或耐熱鋼罐中，工件埋入滲劑，用該封好，按 。 滲碳化學(xué)反應(yīng)： COCCO 22 ?? 、 2)(2 COCFeCOFe ??? ? 滲碳劑的確定： BaCO CaCO木炭，（該組合 20 鋼常用）。 查表 — 滲碳溫度對(duì)滲碳層深度的影響 選擇滲碳溫度為 920— 940℃，要得到所需滲碳層深度 ，滲碳過程需進(jìn)行 3h。 查表 — 滲碳保溫時(shí)間與滲碳層厚度的關(guān)系 滲碳溫度 920— 940℃，該溫度下，一般滲碳層深度時(shí)，平均滲速為 —。根據(jù)該表確定零件在爐 中的保溫時(shí)間為 4h能達(dá)到滲碳層深度為 的要求。 冷卻方式：出爐空冷。滲碳過程以后 20 鋼的表面硬度 60HRC。 18 滲碳后淬火 加熱速度 加熱溫度 保溫時(shí)間 冷卻方式 90～ 100℃ /h 1000℃ 油淬 淬火的目的是使在表面形成高碳馬氏體或細(xì)粒狀碳化物組織。 ①加熱速度 ：加熱速度與正火時(shí)的加熱速度相同，加熱速度選擇為 90～100℃ /h。 ②加熱溫度： 采用油、硝鹽淬火介質(zhì)時(shí)，淬火加熱溫度比用水淬火時(shí)要提高 20℃左右。水淬時(shí)選擇溫度 880～900℃，油淬時(shí)選擇溫度為 900～ 920℃。 ③加熱時(shí)間與保溫時(shí)間： 加熱時(shí)間τ =KW= （ — ）D=（ — ） 30=（ — ）min 保溫時(shí)間τ =α KD= 1 30=36min。 ④淬火冷卻： 采用常見的淬火冷卻方式 —— 油冷淬火，以油為冷卻介質(zhì)的淬火冷卻，當(dāng)冷至油溫的時(shí)候?qū)⒐ぜ〕隹绽?。 低溫回火 加熱溫度為 150～ 200℃，保溫 。通過回火使工件內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，穩(wěn)定組織和工件的尺寸精度。 方案一與方案二的比較 比較（一） 方案一中滲碳工藝采用液滴式 氣體法，方案二中采用固體法。 固體法：效率低，勞動(dòng)條件差，表面碳濃度難控制，但對(duì)加熱爐要求低，易于操作。適用于多品種小批量生產(chǎn)和深層滲碳。 滴注式氣體滲碳：生產(chǎn)效率高，操作方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，滲層質(zhì)量好，廢氣有污染，但是現(xiàn)在絕大多數(shù)都有了廢氣凈化設(shè)備。適應(yīng)于大批量生產(chǎn)，且使用最為廣泛。在經(jīng)濟(jì)性上，也是比較合適的。液體滴劑用量大，生產(chǎn)成本較高。在井式爐中滲碳后直接出爐淬火，工件會(huì)氧化和脫碳，對(duì)隨后不加工使用零件的質(zhì)量有顯著影響。 19 比較（二） 方案一中淬火冷卻方式為水冷，方案二中淬火 冷卻方式為油冷。 經(jīng)不同冷卻速度的硬度 水冷后的組織 油冷后得到的組織 由上圖可知，水冷和油冷均得到了細(xì)小的馬氏體組織。 水冷，冷卻速度較快，是奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的馬氏體，試樣的硬度對(duì)比與其他兩種冷卻方式也較高，而油冷的方式較空冷速度較快，所以試樣的硬度比空冷的要大。 20 鋼淬透性低，水冷比油冷的淬透性好，保持內(nèi)部的塑性和韌性，對(duì)于齒輪是比較有利的。 比較（三） 方案一淬火溫度是 900 度，方案二是 1000 度 20 以上左圖是 1000 度下的金相圖，馬氏體通常是硬而脆的組織，其實(shí)只有中碳或高碳鋼在淬火后可得到既硬又脆的高碳馬氏體組織，而低碳鋼淬火后得到的低碳馬氏體其強(qiáng)韌性卻很好。目前很多工廠已廣泛采用低碳鋼或低碳低合金鋼通過高溫淬火和低溫回火處理，以獲得強(qiáng)韌性好的低碳馬氏體組織，從而提高零件的力學(xué)性能和使用壽命，以滿足生產(chǎn)要求和節(jié)省原材料。 右圖是在 900 度下的金相圖，得到的馬氏體一般的板條狀。尺寸大致相同的條狀馬氏體定向平行排列，組成馬氏體束或馬氏體區(qū)域，在區(qū)域與區(qū)域之 間位向差較大，一顆原始的奧氏體晶粒內(nèi)可以形成幾個(gè)不同取向的區(qū)域。 最終方案： 綜合考慮技術(shù)性、加工零件的工藝性能、經(jīng)濟(jì)性、操作的可行性等各方面，最終選擇方案一作為本組最終熱處理方案。 熱處理設(shè)備選擇 預(yù)備熱處理設(shè)備的選擇 ? 正火設(shè)備的選擇 在本設(shè)計(jì)中的零件形狀為圓柱形，形狀規(guī)則且比較小，其預(yù)備熱處理的目的為改善零件硬度和韌度，防止零件機(jī)加工發(fā)黏，還有