磨床砂輪主軸熱處理工藝設(shè)計(周延源)

1、 課程設(shè)計(說明書) 磨床砂輪主軸熱處理工藝設(shè)計學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 材料1103 姓 名： 周延源 學 號： 1111243039 指導教師： 姜英老師 2014年 6 月目錄一、熱處理工藝課程設(shè)計的意義及目的1二、設(shè)計任務(wù)2.1給定零件12.2技術(shù)要求12.3選材論證1三、熱處理工序3.1工藝流程43.2熱處理工藝參數(shù)設(shè)定43.3熱處理工藝解析5四、工藝曲線10五、熱處理后的檢驗5.1熱處理后檢驗方法105.2熱處理規(guī)范及操作守則10六、熱處理材料組織性能分析6.1組織分析156.2熱處理缺陷及控制方法15七、加熱設(shè)備19八、熱處理工藝卡23九、心得和體會23十、參考文獻24一

2、、熱處理工藝課程設(shè)計的目的及意義熱處理工藝課程設(shè)計是材控專業(yè)熱處理方向?qū)W生的一次專業(yè)課設(shè)計練習，是熱處理原理與工藝課程的最后一個教學環(huán)節(jié)，其目的是： 1、培養(yǎng)學生綜合運用所學熱處理知識去解決工程問題的能力，并使所學知識得到鞏固和發(fā)展。 2、學習熱處理工藝課程設(shè)計的一般方法，熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計等。3、進行熱處理設(shè)計的基本技能訓練，如計算、工藝圖繪制和學習使用設(shè)計資料、手冊、標準和規(guī)范。二、設(shè)計任務(wù)2.1給定零件：2.2技術(shù)要求: 要求主軸心部調(diào)質(zhì)到235265HBS；主軸表面采用中頻感應(yīng)加熱淬火，硬度應(yīng)59HRC。2.3選材論證（選材65）：機床主軸的服役條件及失效形式：主軸是機床中的重

3、要零件，切削加工時，高速旋轉(zhuǎn)的主軸承受彎曲，扭轉(zhuǎn)，沖擊等多種載荷，要求它具有足夠的剛度、強度、耐疲勞、以及精度穩(wěn)定等性能，顯然硬化處理是必不可缺的。帶內(nèi)錐孔或外圓錐度的主軸，工作時和配合件雖無相對滑動，但裝卸頻繁。例如銑床主軸常需調(diào)換刀具，磨床頭尾架主軸常需調(diào)換卡盤和頂尖，磨床砂輪主軸常需更換砂輪等，在裝卸中都易使錐面拉毛磨損，影響精度，故也許硬化處理。與滾動軸承相配的軸頸雖無磨損，但為改善裝配工藝性和保證裝配精度也須具有一定的硬度。咬死，又稱抱軸，是磨床砂輪主軸常見的損壞形式之一。其主要起因是潤滑油中的雜質(zhì)微粒，軸瓦材料擇不當，結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，加工精度不夠，主軸副裝配不良，間隙不均等，咬死現(xiàn)

4、象一旦發(fā)生，則主軸運轉(zhuǎn)精度下降，磨削時產(chǎn)生震動，被磨零件表面出現(xiàn)波紋。除對上述原因改進外，在主軸選材和熱處理方面，提高硬度，紅硬性，熱強度，有助于提高抗咬死能力。實踐證明：抗咬死能力依65Mn鋼中頻淬火、GCr15鋼中頻淬火、38CrMoAlA滲氮鋼滲氮處理的順序而提高。不同工作條件下的磨床主軸選用材料和熱處理的參考表序號工作條件材 料熱處理硬 度原 因11） 與滑動軸承配合2） 承受中等載荷，轉(zhuǎn)速較高（PV<400N.m/（cm2.s）3） 承受較高的交變和沖擊載荷4） 精度要求較高40Cr（40MnVB）調(diào)質(zhì)處理220250HB或250280HB1） 調(diào)制后主軸有較高的強度和韌性2）

5、 為獲得良好的耐磨性選擇表面淬硬3） 配件拆裝部分有一定的硬度軸頸部分表面淬火5257HRC裝拆配件處表面淬硬4853HRC2其他條件同1但精度要求較高，轉(zhuǎn)速亦有提高45Cr（42CrMo）同序號1表面硬度5661HRC同序號131） 與滑動軸承配合2） 承受中等載荷，轉(zhuǎn)速較高（PV<400N.m/（cm2.s）3） 要求軸頸有更高的耐磨性4） 精度要求較高5） 承受較高的交變載荷，但沖擊載荷較小65Mn調(diào)質(zhì)250280HB1） 調(diào)質(zhì)后有較高的強度2） 表面淬硬后提高耐疲勞性能3） 獲得較高的硬度，提高耐磨性4） 表面馬氏體易粗大，沖擊值低軸頸部分表面淬硬59HRC配件裝拆處表面淬硬50

6、55HRC4其他條件同3但表面硬度和顯微組織要求更高GCr159Mn2V同序號3250280HB59HRC1） 獲得較高的表面硬度和良好的耐磨性能2） 超精磨性能好，粗糙度易降低51） 與滑動軸承配合2） 承受載荷，轉(zhuǎn)速很高3） 精度要求極高，軸隙0.003mm4） 承受很高的疲勞應(yīng)力和沖擊載荷38CrMoAlA正火或調(diào)質(zhì)250280HB1） 有很高的心部強度2） 達到很高的表面硬度，不易磨損保持精度穩(wěn)定3） 優(yōu)良的耐疲勞性能4） 畸變最小滲氮900HV同上同上65鋼的性能特點及應(yīng)用65號鋼屬于中高碳彈簧鋼，在適當熱處理或冷作硬化后具有較高強度與彈性，其焊接性不好，易形成裂紋，可切削性差，冷變

7、形塑性低，淬透性不好，一般采用油淬，大截面零件采用水淬油冷或正火處理進行硬化。其特點是在相同組態(tài)下疲勞強度可與合金彈簧鋼相當。65鋼用于制造彈簧、彈簧圈、各種墊圈、離合器以及制造一般機械中的軸、軋 輥、偏心軸等。65鋼的化學成分鋼號CSiMnCrNiCuPS650.620.700.170.370.500.800.250.250.250.0350.03565鋼中Mn的含量為0.500.80%，比65Mn鋼低0.4%。Mn能夠強化鐵素體，降低G，使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線右移，提高鋼的淬透性；Mn是奧氏體形成元素，降低鋼的A1溫度，促進晶粒長大，增加鋼的過熱敏感性；Mn促進有害元素在晶界上的偏聚，增大鋼

8、的回火脆性的傾向；Mn強烈地降低鋼的Ms溫度，因此增加了淬火鋼中的AR；Mn擴大區(qū)的作用較大，與-Fe無限互溶，所以鋼中含Mn量大時，在室溫下可獲得奧氏體。Mn與硫易形成MnS，所以能減輕或消除鋼的熱脆性。Mn與氧容易形成MnO，因此是較好的脫氧劑。三、熱處理工序3.1工藝流程鍛造退火粗車調(diào)質(zhì)精車感應(yīng)淬火-回火-磨削穩(wěn)定化處理。3.2熱處理工藝參數(shù)設(shè)定表3-2-1 65鋼臨界溫度及常規(guī)熱處理工藝參數(shù)臨界溫度/退 火正 火Ac1Ac3Ms溫度/冷卻方式硬度HBS溫度/冷卻方式硬度HBS727752265Ar1Ar3Mf680700爐冷210820860空冷-696730-淬 火回 火溫度/淬火介

9、質(zhì)硬度/HRC不同溫度回火后的硬度值HRC常用回火溫度范圍/淬火介質(zhì)硬度HRC150200300400500550600650800水62636358504537322824320420水/油3548磨床砂輪主軸的熱處理工藝退火：鍛后800X3h爐冷至550出爐空冷調(diào)質(zhì)：820X2.5h，先鹽水淬冷20s再油冷，然后600X4h回火，空冷感應(yīng)淬火：精車后進行中頻感應(yīng)淬火，使用ZP-100，2500Hz設(shè)備，參數(shù)見表3-2-2回火：160X4h時效：粗磨后160X10h20mm段的兩邊及錐體段硬度允許低至50HRC 表3-2-2 磨床砂輪主軸中頻淬火參數(shù)淬火部位功率（kW）移動速度（mm/min

10、）溫度（）感應(yīng)器尺寸（mm）淬火介質(zhì)100X22414350110130820115X29噴水125X2050同時加熱840135X34噴霧空冷20s熱處理工藝實施要點調(diào)質(zhì)處理中的淬火冷卻方式采用的是雙液淬火（水淬油冷）法，即先在濃度為5%10%的鹽水中淬冷20s后，隨即轉(zhuǎn)入油中冷至室溫。然后再進行600X4h的高溫回火。軸類零件淬火時，一般采用頂尖定位，但力量應(yīng)適當。否則較細的軸易產(chǎn)生彎曲變形。無法用頂尖定位的工件，可采用定位套或軸向定位卡套；若為階梯軸應(yīng)先淬直徑小的部分，后淬直徑大的部分。3.3熱處理工藝解析退火 其目的為消除鍛造工藝造成的組織缺陷，起到均勻組織、細化晶粒、改善切削加工性能

11、的作用。65鋼在鍛造后有殘余應(yīng)力，根據(jù)表3-3-1正火與退火工藝應(yīng)用范圍，選擇去應(yīng)力退火，先加熱至800，保溫3h然后爐冷至550后出爐空冷。表3-3-1正火與退火工藝應(yīng)用范圍工藝名稱目 的應(yīng) 用正火（1）提高低碳鋼的硬度，改善切削加工性（2）細化晶粒改善組織（如消除魏氏組織、帶狀組織、大塊狀鐵素體和網(wǎng)狀碳化物）為最后熱處理做組織準備（3）消除內(nèi)應(yīng)力，提高低碳鋼性能，作為最后熱處理（1）主要用于低中碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛件消除應(yīng)力和淬火前的預備熱處理，消除網(wǎng)狀碳化物，為球化退火做準備，細化組織。（2）用于淬火返修件，消除內(nèi)應(yīng)力和細化組織，以防重淬時產(chǎn)生變形和開裂完全退火（1）細化晶粒（2）消

12、除魏氏組織和帶狀組織（3）降低硬度，提高塑形，利于切削加工（4）消除內(nèi)應(yīng)力（5）對于鑄件可消除粗晶，提高沖擊韌性、塑形和強度（1）用于中碳鋼和中碳合金鋼鑄、焊、鍛制件等。也可用于高速鋼、高合金鋼淬火返修前的退火，細化組織、降低硬度、改善可加工性、消除內(nèi)應(yīng)力。（2）用于亞共析鋼的預先熱處理等溫退火（1）采用等溫退火，由于奧氏體等溫分解是在恒溫下進行，因而所得到的珠光體組織均勻（特別是對于大截面的零件），從而獲得均勻的力學性能（2）采用等溫退火，可以使采用一般退火方法難于得到珠光體組織的鋼得到珠光體，以利切削加工，并縮短生產(chǎn)周期（1）可根據(jù)等溫退火的目的，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，特別是亞共析鋼和共析鋼（

13、2）合金鋼的退火，幾乎用等溫退火代替歷來采用的完全退火去應(yīng)力退火（1）消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸、減少加工和使用過程中的變形（2）降低硬度，便于切削加工（1）消除中碳鋼和中碳合金鋼由于冷、熱加工形成的殘留應(yīng)力（2）用于鑄鍛件和焊接件（3）對于高精度零件，為消除切削加工后的應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，采用更低溫度長時間保溫調(diào)質(zhì) 賦予主軸整體良好的綜合力學性能。加熱方法：熱爐裝料。理由：縮短加熱時間，節(jié)省能源。加熱介質(zhì)：鹽浴加熱。理由：減小開裂傾向。 淬火加熱溫度為820。淬火加熱溫度確定依據(jù)：65鋼屬于彈簧鋼，淬火加熱溫度在Ac1Accm范圍時，加熱狀態(tài)為細小奧氏體晶粒和未溶解碳化物，淬火后得到隱晶馬氏體和均勻分

14、布的球狀碳化加熱溫度物。這種組織不僅有高的強度和硬度、高的耐磨性，而且有很好的韌性。如果淬火加熱溫度過高，碳化物溶解，奧氏體晶粒長大，淬火后得到片狀馬氏體，其顯微裂紋增加，脆性增大，淬火開裂傾向也增大。由于碳化物的溶解，奧氏體中含碳量增加，淬火后殘余奧氏體量增多，鋼的硬度和耐磨性降低。保溫時間2.5h：表3-3-2保溫時間系數(shù)（min/mm）工件材料直徑/mm600氣體介質(zhì)爐中預熱800900氣體介質(zhì)爐中加熱7509850鹽浴爐爐中加熱或預熱11001300氣體介質(zhì)爐中加熱碳素鋼50>501.01.21.21.50.30.40.40.5低合金鋼50>501.21.51.51.80.

15、450.50.50.55高合金鋼高速鋼0.350.40.650.850.30.350.30.350.170.20.160.18 調(diào)質(zhì)處理中的淬火冷卻方式采用的是雙液淬火（水淬油冷）法，即先在濃度為5%10%的鹽水中淬冷20s后，隨即轉(zhuǎn)入油中冷至室溫。 雙液淬火減少了馬氏體轉(zhuǎn)變時截面上的溫度差，使熱應(yīng)力降低，還有利于工件各部分溫度趨于均勻，使馬氏體轉(zhuǎn)變的不同時現(xiàn)象減少。淬火溫度選擇在250附近。分級淬火后處于奧氏體狀態(tài)的工件具有較大塑（相變超塑性），因而創(chuàng)造了進行矯直和矯正的條件。 冷卻介質(zhì)：油冷隨著油溫的升高，油會變稀，而增加流動性，冷卻能力加強，改進了淬火效果。在200300馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷卻

16、非常緩慢，減少了工件的變形和開裂傾向。為得到較高硬度的馬氏體組織選擇在油中冷卻，對于淬透性不好的65鋼選用普通淬火油。65鋼的淬火臨界直徑鋼號淬火介質(zhì)靜 油20 水40 水20 5%NaCl水溶液65122419.525.5油淬表面硬度與有效厚度的關(guān)系截面 硬度材料<55115152525363643435151616562636062536042533742373837淬火后600回火 理由：淬火后采用高溫回火，以得到回火索氏體組織，進而獲得良好的綜合機械性能。淬火后回火硬度與回火溫度的關(guān)系見表3-2-1。中頻感應(yīng)加熱表面淬火 根據(jù)所要求的硬化層深度來確定感應(yīng)加熱的頻率。由于主軸尺寸較

17、大、淬硬層深度要求2mm，故選用中頻感應(yīng)加熱表面淬火。中頻感應(yīng)加熱表面淬火可賦予主軸表面高硬度、高耐磨性及高德疲勞強度。中頻感應(yīng)表面淬火的特點與高頻感應(yīng)加熱表面淬火類同。低溫回火 保證主軸表面的高硬度、高耐磨性及疲勞強度，減少內(nèi)應(yīng)力，降低脆性。回火時間依據(jù)：回火時間是從工件入爐后爐溫升至回火溫度時開始計算的?？蓞⒖冀?jīng)驗公式： t= Kn + An*D式中 t回火時間；（min）Kn回火時間基數(shù)；An 回火時間系數(shù)； D零件有效厚度；（mm） 熱處理手冊中Kn 和 An的推薦值見表3-3-1表3-3-3：Kn及An的推薦值回火條件300以上300450450以上箱式爐鹽浴爐箱式爐鹽浴爐箱式爐鹽浴

18、爐Kn1201202015103An10.410.410.4低溫時效 進一步減少精機械加工造成的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定主軸尺寸 低溫時效是在中頻淬火及半精加工之后進行的，其主要作用是消除殘余磨削應(yīng)力及穩(wěn)定淬火后的殘余奧氏體。一般選擇低于中頻后低溫回火溫度。為了保證絲杠的高精度，使變形量控制在最小程度，還需在160oC的低溫回火爐中進行低溫、較長時間的時效處理，進一步消除殘余內(nèi)應(yīng)力。其保溫時間為10h，然后出爐空冷。查閱相關(guān)資料可知，工件內(nèi)的應(yīng)力松弛能力主要決定于加熱溫度，在一定溫度下應(yīng)力的松弛又主要發(fā)生在開始一個階段，繼續(xù)延長低溫時效時間至10h，應(yīng)力松弛的曲線趨于平緩。由于時效溫度較低，一般在油浴爐

19、或空氣爐中進行，保溫后在空氣中冷卻。四、工藝曲線圖4-1熱處理工藝圖五、熱處理后的檢驗5.1熱處理后檢驗方法 1、使用態(tài)的顯微組織應(yīng)為細針狀回火馬氏體+均勻分布的碳化物。 2、中頻感應(yīng)加熱表面淬火后，淬硬層深度應(yīng)2mm，硬度應(yīng)59HRC。 5.2熱處理規(guī)范及操作守則5.2.1去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下的適當溫度，保溫一定時間后逐漸緩慢冷卻的工藝方法。其目的是為了去除由于機械加工、變形加工、鑄造、鍛造、熱處理以及焊接后等產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 1. 不同的工件去應(yīng)力退火工藝參數(shù)見下表 2. 去應(yīng)力退火的溫度，一般應(yīng)比最后一次回火溫度低2030，以免降低硬度及力學性

20、能。 3. 對薄壁工件、易變形的焊接件，退火溫度應(yīng)低于下限去應(yīng)力退火工藝參數(shù)表：類別加熱速度加熱溫度保溫時間冷卻時間焊接件300裝爐100150/h50055024爐冷至300出爐空冷清除加工應(yīng)力到溫裝爐40055024爐冷或空冷高精軸套、膛桿（38CrMoAl）200裝爐80/h6006501012爐冷至200出爐（在350以上冷速50/h）精密絲桿（T10）200裝爐80/h5506001012爐冷至200出爐（在350以上冷速50/h）主軸、一般絲桿（45、40Cr）隨爐升溫55060068爐冷至200出爐量檢具、精密絲桿（T8、T10、CrMn、GGr15）隨爐升溫13018

21、01216空冷（時效最好，在油中時效）5.2.2調(diào)質(zhì)操作一、工件浸入淬火介質(zhì)應(yīng)遵循的守則 1、工件浸入淬火介質(zhì)前在空氣中預冷可以減少畸變，預冷時間t=12+(34)d，d是危險截面厚度。2、工件在淬火介質(zhì)中應(yīng)根據(jù)其形狀，沿不同方向作適當移動，以提高介質(zhì)的冷卻速度和減少工件畸變。3、軸類和圓筒形工件，從加熱爐中取出后，應(yīng)預冷片刻，垂直浸入淬火槽。 4、淬火后的工件應(yīng)及時回火，通常室溫停留時間不超過4小時。 5、回火時，在回火脆性范圍內(nèi)，采用油冷。 調(diào)質(zhì)處理后續(xù)操作注意事項： 1、當爐溫達到達到工藝溫度時，用吊車將以準備好的工件料架吊進爐內(nèi)，蓋好鍋蓋后，爐溫略有下降，待升至工藝溫度記錄加熱時間。

22、2、到達加熱時間后，打開爐門，用鐵鉤將軸逐根勾出迅速進入硝鹽槽冷卻，冷卻時上下竄動。 3、因軸細長，冷卻后可能變形超差，所以從冷卻槽取出后立即清理表面，進行熱矯直。 4、熱矯直后清洗干凈進行回火，回火后檢查硬度，硬度合格后再進行矯直。校直后檢查直線度，達到技術(shù)要求后轉(zhuǎn)下道工序。二、質(zhì)量檢驗方法： 1、外觀檢查，工件表面不允許有裂紋和有害的傷痕（必要時可用磁粉檢測或其他無損檢測方法檢測）2、用布氏硬度、洛氏硬度或維氏硬度測量硬度。表面硬度硬度必須滿足技術(shù)要求，表面硬度的誤差范圍，根據(jù)不同類型如下表:淬、回火件硬度要求范圍表面硬度誤差范圍HRC單件同一批件<353550>50<3

23、53550>50特殊重要件333555重要件444766一般件655977 3、金相組織，觀察顯微組織，淬火組織是否是馬氏體，回火后組織是否是索氏體組織。5.2.3中頻感應(yīng)加熱表面淬火一、感應(yīng)加熱淬火操作要點：1、 待處理工件表面應(yīng)無裂紋、傷痕、黑皮、毛刺、油污、和脫碳層等。2、 設(shè)計制造或選用感應(yīng)器、噴水器時，其結(jié)構(gòu)形狀和尺寸應(yīng)能滿足工藝要求。3、 感應(yīng)器與工件在處理過程中應(yīng)保持合適的相對位置。4、 正確選擇電參數(shù)，使設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)。5、 工件表面溫度測量采用光電高溫計或紅外輻射溫度計，連續(xù)跟蹤測量控制和調(diào)整設(shè)備工作參數(shù)。6、 根據(jù)材料、工件形狀、尺寸、以及加熱方法和所要求的硬化

24、層深度，合理地確定冷卻參數(shù)，如冷卻方法、冷卻介質(zhì)（類型、溫度、濃度、壓力及流量）及冷卻時間等。7、 軸類零件的圓角不要求淬火強化時，硬化層離開圓角應(yīng)有一定的距離（如68mm），使硬化區(qū)與非硬化區(qū)交界處的殘余拉應(yīng)力遠離圓角，以提高疲勞強度。8、 工件表面有溝槽、油孔時，因感應(yīng)電流集中引起局部過熱，可采用鐵屑堵塞，使感應(yīng)電流分布均勻。二、 感應(yīng)淬火質(zhì)量檢查 1）外觀檢驗工件表面不得有熱河形式的裂紋；不得有后序加工余量13的銹蝕和灼傷等缺陷。一般工件100%目測檢驗；重要工件應(yīng)100%進行無損檢測。 2）表面硬度檢驗淬火區(qū)域范圍的檢驗，依據(jù)硬度計測得的硬度確定，或根據(jù)淬火區(qū)的顏色用卡尺或鋼直尺測定。

25、形狀復雜或無法用硬度計測量的工件，可用硬度筆或銼刀進行檢測。 3）有效硬化層深度檢驗形狀簡單的工件硬化層深度波動范圍有效硬化層深度mm硬化層深度波動范圍mm有效硬化層深度mm硬化層深度波動范圍mm單件同一批次單件同一批件1.50.20.43.55.00.81.01.52.50.40.6>51.01.52.53.50.60.84）金相組織檢驗 感應(yīng)淬火后的金相組織，按馬氏體大小分10級。其中，46級，即細小馬氏體為正常組織；13級為粗大或中等大小的馬氏體，是由于加熱溫度偏高造成的；710級組織中有未溶鐵素體或網(wǎng)狀托氏體，是由于加熱溫度偏低或冷卻不足產(chǎn)生的。 5）變形度檢驗感應(yīng)淬火、回火后的

26、變形量，根據(jù)工件圖樣和工藝文件的規(guī)定檢驗。其中，軸類工件的直線度不得超過加工余量的13. 6）硬化區(qū)和硬化層不同形狀結(jié)構(gòu)的工件，表面淬火后的合理硬化區(qū)和硬化層深度，應(yīng)符合以下規(guī)定：a) 軸類工件端頭在一次加熱淬火時，允許有23mm的過渡區(qū)；連續(xù)加熱是允許有28mm的過渡區(qū)。b) 局部淬火的工件允許誤差為±3mm。c) 階梯軸高頻感應(yīng)淬火后，允許在階梯處有一定寬度的未淬硬區(qū)，即直徑差小于10mm時未淬硬區(qū)小于5mm；直徑差為1020mm時未淬硬區(qū)小于8mm；直徑大于20mm時未淬硬去小于12mm.d) 淬火部分帶槽的軸，在槽兩端應(yīng)倒角23mm。如不能倒角，則兩端允許有<8mm的軟

27、帶，其硬度可低于圖樣規(guī)定下限15HRC。e) 如果淬火部分有槽或孔，而孔或槽距軸段小于8mm時，則允許該處小于8mm不淬硬。f) 有空刀槽的軸，距空刀槽處允許有不大于5mm的軟帶，其硬度可低于圖樣規(guī)定下限15HRC。g) 軸的端面與軸均需要淬火時，允許一個表面上有8mm的回火帶，或允許有一面距邊緣5mm不淬硬。六、熱處理材料組織性能分析6.1 組織分析1、去應(yīng)力退火后得到的是室溫平衡組織,即珠光體加滲碳體。2、調(diào)質(zhì)淬火后組織為馬氏體，如果加熱溫度不足或冷卻速度過慢，就有可能生成非馬氏體組織如鐵素體、托氏體等。溫度過高，可能產(chǎn)生過燒、過熱、 加熱溫度超過該鋼正常淬火溫度，鋼中奧氏體晶粒顯著粗大，

28、超過技術(shù)要求的晶粒度，淬火后獲得粗大馬氏體組織。過共析鋼加熱溫度過高，淬火后殘留奧氏體量過多。淬火介質(zhì)冷卻能力不夠或冷卻操作不合理，致使形成部分珠光體類組織。淬火后再進行回火，滲碳體會發(fā)生聚集長大。當回火溫度高于400時，碳化物即已開始聚集和球化；當溫度高于600時，細粒狀碳化物將迅速聚集并粗化。碳化物的球化、長大過程是按照小顆粒溶解、大顆粒長大的機制進行的。最后回復或再結(jié)晶了的 相加顆粒狀滲碳體的混合組織為回火索氏體，具有良好的綜合機械性能。 3、中頻感應(yīng)淬火后，零件表面獲得高硬度的馬氏體組織，而心部仍然保持韌性和塑性較好的回火索氏體組織。如果加熱溫度過低，則所得表面硬度不足且淬層很薄。4、

29、低溫回火，使孿晶馬氏體中過飽和碳原子沉淀析出彌散分布的碳化物，既可提高鋼的韌性，又保持了鋼的硬度、強度和耐磨性；低溫回火以后得到回火馬氏體及在其上分布的均勻細小的碳化物顆粒。減少了殘余奧氏體的量，得到較好的綜合機械性能和尺寸穩(wěn)定性。感應(yīng)淬火+低溫回火后保溫時零件的組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w，經(jīng)感應(yīng)淬火+低溫回火轉(zhuǎn)化為回火馬氏體。感應(yīng)淬火+低溫回火后冷卻到室溫后的組織及性能，感應(yīng)淬火+低溫回火后冷卻到室溫后的組織為回火馬氏體，保證主軸表面的高硬度，高耐磨性，高疲勞強度減少內(nèi)應(yīng)力，降低脆性。 5、穩(wěn)定化處理可使淬火馬氏體析出高度彌散的超微細碳化物。其作用與低溫回火類似.6.2 熱處理缺陷及控制方法6.2

30、.1淬火畸變類型及其形成原因 1、體積變化，熱處理前后各種組織比體積不同是引起體積變化的主要原因。由馬氏體貝氏體珠光體奧氏體的比體積依次減少。 2、形狀畸變，工件各部位相對位置或尺寸發(fā)生變化。引起的原因可能是a加熱溫度不均，形成的熱應(yīng)力引起畸變或工件在爐中放置不合理，在常溫下常因自重產(chǎn)生蠕變畸變。B.加熱時，隨加熱溫度升高，鋼的屈服強度降低，已存在于工件內(nèi)部的殘留應(yīng)力（冷變形，機加工等）達到高溫下的屈服強度時，就會引起工件不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘留應(yīng)力松弛。C.淬火冷卻時的不同時性形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部塑性變形。 3、工件淬不透時，截面尺寸越大，淬硬層越淺，熱應(yīng)力畸變傾向越大

31、。 4、淬火加熱溫度高，冷卻速度快，熱應(yīng)力和組織應(yīng)力畸變都有增大的趨勢。減少淬火畸變的途徑和方法。 5、采用合理的熱處理工藝 降低淬火加熱溫度對減少熱應(yīng)力和組織應(yīng)力畸變都有作用；緩慢加熱或?qū)ぜM行預熱，可減少加熱過程中的熱畸變；可采用快速加熱，來減少畸變的產(chǎn)生；合理捆扎和吊掛工件；采用使工件垂直浸入淬火介質(zhì)。 6、合理的鍛造和預先熱處理。6.2.2淬火開裂淬火裂紋是熱處理應(yīng)力超過材料的斷裂強度時引起的開裂現(xiàn)象。裂紋呈斷續(xù)的串聯(lián)分布，斷口有淬火油或鹽水痕跡，無氧化色，裂紋兩側(cè)無脫碳現(xiàn)象。產(chǎn)生裂紋原因：1、冷卻不當。在Ms溫度以下快冷，因組織應(yīng)力過大引起開裂。2、在淬硬層與非淬硬層交界處易形成淬

32、火裂紋。3、具有最危險淬裂尺寸的工件易形成淬火裂紋。水淬時約為815mm；油淬時為2540mm。4、嚴重脫碳表面易形成網(wǎng)狀裂紋。脫碳層馬氏體比體積小，受到拉應(yīng)力作用，易形成網(wǎng)狀裂紋。 5、加熱溫度過高，引起晶粒粗化，晶界弱化，鋼的淬斷強度降低，淬火易開裂。6、原材料存在顯微裂紋，非金屬夾雜物，嚴重碳化物偏析淬火開裂傾向增大。7、也可能有鍛造裂紋，過燒裂紋。8、深冷處理因急冷急熱形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都比較大，且低溫時材料的脆斷強度低，易產(chǎn)生淬火開裂。9、淬火后未及時回火，工件內(nèi)部的顯微裂紋在淬火應(yīng)力作用下擴展形成宏觀裂紋。防止淬火開裂的措施：1）原材料應(yīng)避免顯微裂紋及嚴重的非金屬夾雜物和碳化物

33、偏析。2）對工件易開裂部位，如尖角、薄壁、孔等進行局部包扎。3) 淬火后及時回火。6.2.3硬度不足及其預防措施：序號淬火硬度不足的原因控制措施1介質(zhì)冷卻能力差，工件表面有鐵素體、托氏體等非馬氏體組織。1） 采用冷速較快的淬火介質(zhì)2） 適當提高淬火加熱溫度2淬火加熱溫度低，或預冷時間長，淬火冷卻速度低，出現(xiàn)非馬氏體組織1） 確保淬火加熱溫度正常2） 減少預冷時間3碳鋼或低合金鋼采用水油，雙介質(zhì)淬火時，在水中停留時間不足，或從水中提出零件后，在空氣中停留時間過長嚴格控制零件在水中停留時間及操作規(guī)范4鋼的淬透性差，且工件截面尺寸大，不能淬硬采用淬透性好的鋼5合金元素內(nèi)氧化，表層淬透性下降，出現(xiàn)托氏

34、體等非馬氏體組織而內(nèi)部則為馬氏體組織1） 降低爐內(nèi)氣氛中氧化性組分含量2） 選用冷速快的淬火介質(zhì) 6.2.4產(chǎn)生軟點的原因及預防措施：序號軟點形成原因控制措施1淬火時工件表面氣泡未及時破裂致使氣泡處冷速降低，出現(xiàn)非馬氏體組織1） 增加介質(zhì)與工件的相對運動速度2） 控制水溫和水中的雜志（油）2工件表面局部的氧化皮、銹斑或其他附著物（涂料）淬火時未剝落，使冷速降低淬火前清理工件表面3原始組織不均勻，有嚴重的帶狀組織或碳化物偏析原材料進行鍛造和預先熱處理，使組織均勻化6.2.5回火缺陷及控制措施：序號回火缺陷產(chǎn)生原因控制措施1回火硬度偏高回火不足（回火溫度低、回火時間不夠）提高回火溫度、延長回火時間

35、2回火硬度低1） 回火溫度過高2） 淬火組織中有非馬氏體1） 降低回火溫度2） 改進淬火工藝，提高淬火硬度3回火畸變淬火應(yīng)力回火時松弛引起畸變加壓回火或趁熱校直4回火硬度不均回火爐溫不均、裝爐量過多爐氣循環(huán)不良爐內(nèi)應(yīng)有氣流循環(huán)風扇或減少裝爐量5回火脆性1） 在回火脆性區(qū)回火2） 回火后未快冷引起第二類回火脆性1） 避免第一類回火脆性區(qū)回火2） 在第二類回火脆性區(qū)回火后快冷6網(wǎng)狀裂紋回火加熱速度過快，表層產(chǎn)生多向拉應(yīng)力采用較緩慢的回火加熱速度7回火開裂淬火后未及時回火形成顯微裂紋，在回火時裂紋發(fā)展至斷裂減少淬火應(yīng)力，淬火后及時回火8表面腐蝕帶有殘鹽的零件回火前未及時清洗回火前應(yīng)及時清洗殘鹽6.2

36、.6中頻感應(yīng)淬火： 1、開裂 加熱溫度過高、溫度不均勻；冷卻過急切且不均勻；淬火介質(zhì)及溫度選擇不當?shù)榷紩鸸ぜ_裂。因此加熱溫度及冷卻速度的控制極為重要。 2、淬硬層過深或過淺 加熱功率過大或過?。浑娫搭l率過低或過高；淬火介質(zhì)成分、壓力、溫度不當?shù)瓤赡芤鸫阌矊舆^深或過淺。所以應(yīng)該合理選擇淬火設(shè)備。 3、表面硬度過高或過低或不均勻 加熱溫度較低，表面脫碳等將引起表面硬度過高或過低；感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理；加熱不均勻，冷卻不均勻等都會引起表面硬度不均勻。因此合理選擇感應(yīng)器，嚴格控制工藝參數(shù)極為重要。 4淬火變形，多數(shù)屬于熱應(yīng)力型翹曲變形。為了控制翹曲變形，應(yīng)減小熱量向心部傳遞，在工藝上可采用透入式加熱，提高比功率，縮短加熱時間。工件也可采用旋轉(zhuǎn)加熱，能減小彎曲變形。七、加熱設(shè)備根據(jù)工件尺寸及加熱溫度，退火處理選用型號為RX3-30-9的箱式電阻爐（圖7-1），技術(shù)參數(shù)為：額定功率：30KW，額定電壓：380V，相數(shù)：3，額定溫度：950，爐膛尺寸：950mm×450mm×350mm。調(diào)質(zhì)處理淬火和高溫回火時均選用型號為RJ2-125-9的井式電阻爐，技術(shù)參數(shù)為：額定功率：125KW，額定電壓：380V，相數(shù)：3，額定溫度：950，爐膛尺寸：800mm×3000mm。圖7-