X62W萬(wàn)能升降臺(tái)銑床摩擦片

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1 前言零件設(shè)計(jì)是一個(gè)工程技術(shù)人員應(yīng)該具備的最基本的專業(yè)技能。零件分析是認(rèn)識(shí)零件的過(guò)程，是確定零件表達(dá)方案的前提，一個(gè)好的視圖表達(dá)方案離不開(kāi)對(duì)零件的全面、透徹、正確分析。零件分析也是確定零件的尺寸標(biāo)注以及確定零件的技術(shù)要求的前提，因此，零件分析是繪制零件圖的依據(jù)。零件的工藝結(jié)構(gòu)分析就是要求設(shè)計(jì)者從零件的材料、鑄造工藝、機(jī)械加工工藝乃至于裝配工藝等各個(gè)方面對(duì)零件進(jìn)行分析，以便在零件的視圖選擇過(guò)程中，考慮這些工藝結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化等特殊要求和規(guī)定，使零件視圖表達(dá)更趨完整、合理。課程設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)

2、學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。熱處理生產(chǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)是金屬材料工程專業(yè)課程教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)這一環(huán)節(jié)，可以使我們初步掌握典型零部件生產(chǎn)工藝過(guò)程；掌握典型零件的選材、熱處理原則和工藝制定原理；理論聯(lián)系實(shí)際，綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課及專業(yè)課程多方面的知識(shí)去認(rèn)識(shí)和分析零部件熱處理生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力。熱處理工藝是整個(gè)機(jī)器零件和工模具制造的一部分，熱處理是通過(guò)改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強(qiáng)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)省和能源，而且能夠提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長(zhǎng)機(jī)器

3、零件的使用壽命。任何一種熱處理工藝都不是絕對(duì)的完美，所以經(jīng)熱處理后的材料會(huì)有不同程度的缺陷，對(duì)零件的缺陷進(jìn)行分析也也是零件設(shè)計(jì)必不可少的步驟。合理選擇檢驗(yàn)設(shè)備以及正確的檢驗(yàn)方法是做好檢驗(yàn)的必要條件。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識(shí)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。2 零件圖分析2.1 零件的結(jié)構(gòu)形狀分析 圖1為本次課程設(shè)計(jì)的零件圖。圖1 課程設(shè)計(jì)零件圖2.2 零件的尺寸及技術(shù)要求分析 尺寸要求：1=37mm 2=44mm 3=82mm b=1.5mm。 技術(shù)要求：滲碳層

4、深度：0.4mm-0.6mm 硬度：40-50HRC。 平面度：0.10mm。2.3 零件的服役條件、失效形式和性能要求X62W萬(wàn)能升降臺(tái)銑床摩擦片的工作情況為當(dāng)電磁離合器線圈通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，將摩擦片吸向鐵芯，銜鐵也被吸住，緊緊壓住各摩擦片，于是依靠主動(dòng)摩擦片與從動(dòng)摩擦片之間的摩擦力使從動(dòng)齒輪隨主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，總之，摩擦片主要用于傳動(dòng)和制動(dòng)。銑床摩擦片工作的環(huán)境介質(zhì)為干的空氣中，不能有油或水等液體介質(zhì)，因?yàn)樵谝后w介質(zhì)中工作有可能使銑床進(jìn)給箱的電磁離合器與摩擦片之間冒煙，而且有可能使電磁力不夠而致使出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。服役條件：汽車，機(jī)床等的傳動(dòng)和制動(dòng)，高的耐磨性，高的韌性，工作溫度大致在200至450左

5、右。性能要求：較高的耐磨性，良好彈性和一定的強(qiáng)韌性，抗疲勞和抗咬合性能等，要求硬度在40HRC至50HRC。失效形式：斷裂，磨損，表面粘著，熱衰退，熱龜裂，表面彎曲等失效形式。3 材料選擇3.1 選材分析 根據(jù)零件圖所給的性能要求，硬度為40至50HRC，如若選擇一種碳素工具鋼T8鋼的話，它的含碳量高達(dá)0.70%至1.35%，大多屬于共析和過(guò)共析鋼，它們?cè)诖慊鸷笥休^高的硬度，至少大于60HRC，所以不符合零件的技術(shù)要求。同樣的道理，如果選用一種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45鋼的話，其屬于一種中碳鋼，因鋼中珠光體含量多，使其強(qiáng)度硬度高于技術(shù)要求的硬度。所以我選用一種碳素結(jié)構(gòu)鋼它又是一種低碳鋼即A3鋼，這種鋼

6、中鐵素體含量較多，所以這種鋼的性能為強(qiáng)度高，塑性韌性好，焊接性好，這種鋼能滿足一般工程結(jié)構(gòu)及一些機(jī)件的使用要求，價(jià)格低廉，產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的70%至80%。A3鋼的用途也符合我所選用的零件的硬度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等要求，這種鋼廣泛用于制造薄板，鋼筋，鋼結(jié)構(gòu)用各種型鋼，建筑結(jié)構(gòu)機(jī)械零件，滲碳或碳氮共滲零件。所以A3鋼既符合經(jīng)濟(jì)性、適用性又符合工藝性能和技術(shù)要求。綜上所述，X62W萬(wàn)能升降臺(tái)銑床摩擦片的材料選用的是A3鋼是較為合理的。3.2 零件用鋼化學(xué)成分及各元素的作用3.2.1 化學(xué)成分分析Q235這種鋼的化學(xué)成分包括：C元素，Mn元素，Si元素，S元素，P元素。各元素含量如下表所示1：表1 Q23

7、5化學(xué)成分及含量化學(xué)成分CMnSiSP含量0.14%-0.22%0.30%-0.65%0.30%0.050%0.045%3.2.2 各元素的作用硅（Si）：是鋼中常見(jiàn)的還原劑和脫氧劑，能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，用于低碳鋼中具有極高的導(dǎo)磁率。硫（S）：在通常情況下是有害元素，使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫元素對(duì)焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。如果S形成硫化物以后有可能增加鋼的熱脆性。若S含量在0.2%以上，就會(huì)嚴(yán)重影響鋼的強(qiáng)度和韌性。磷（P）：使液相線與固相線溫度范圍加大，易形成嚴(yán)重偏析。磷是固溶強(qiáng)化鐵素體元素，能顯著提高鋼的抗拉強(qiáng)度，也能提高鋼的

8、耐蝕性，但卻增加鋼的脆性，尤其是顯著降低鋼的低溫韌性，稱為冷脆，磷也增加鋼對(duì)回火脆性的敏感性。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。 錳（Mn）：是良好的脫氧劑和脫硫劑。鋼中一般都含有一定量的Mn，它能消除和減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。Mn也能增加鋼的淬透性。4 確定加工路線（冷、熱加工） 加工工藝主要包括機(jī)加工和熱處理工藝。機(jī)加工是指通過(guò)加工機(jī)械精確去除材料的加工工藝。熱處理是指采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬材料或工件進(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能工藝。所以，其加工工藝為：下料鍛造正火機(jī)械加工亞溫C-N共滲淬火回火精磨平面成品。5 熱處理工

9、藝方法選擇5.1 正火工藝的選擇 正火是將鋼加熱到Ac3以上30-50（亞共析鋼），保溫以后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝2。正火作為預(yù)先熱處理，可為機(jī)械加工提供好適宜的硬度，又能細(xì)化晶粒，消除應(yīng)力，消除魏氏組織和帶狀組織，為最終熱處理提供合適的組織狀態(tài)。正火還可以作為最終熱處理，為某些受力小、性能要求不高的碳素結(jié)構(gòu)鋼零件提供合適的力學(xué)性能。正火還能消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作好組織準(zhǔn)備。對(duì)于大型零件及形狀復(fù)雜或截面變化劇烈的工件，用正火代替淬火和回火可以防止變形和開(kāi)裂。正火的保溫時(shí)間應(yīng)以工件透燒，即心部達(dá)到要求的加熱溫度為準(zhǔn)。正火是將鋼加熱到奧氏體區(qū)，使鋼進(jìn)行重結(jié)晶，從而

10、解決鑄鋼件，鍛件的粗大晶粒和組織不均勻問(wèn)題。因?yàn)檎鸬膽?yīng)用范圍是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(yù)備熱處理，某些低溫化學(xué)熱處理件的預(yù)備熱處理及某些結(jié)構(gòu)鋼的最終熱處理。因?yàn)锳3鋼屬于低碳鋼，所以選用正火作為預(yù)備熱處理為宜。5.2 C-N共滲熱處理工藝的選擇按傳統(tǒng)典型熱處理工藝（工藝流程：機(jī)加工一滲碳一淬火一裝胎回火一機(jī)加-二次回火）處理后變形較大。金相檢查發(fā)現(xiàn):滲碳層晶粒粗大，淬火馬氏體針狀組織粗大，滲碳濃度高，滲碳層不夠均勻。在裝胎回火時(shí)有壓裂，磨削加工時(shí)出現(xiàn)磨削裂紋，導(dǎo)致脆性增加和剛性不足。為了提高摩擦片使用壽命，經(jīng)試驗(yàn)采用亞溫C 一N 共滲淬火強(qiáng)化工藝。C-N共滲是“C”與

11、“N”原子同時(shí)滲入鋼表面，兼有滲碳和滲氮的長(zhǎng)處共滲溫度較低，氮降低臨界溫度，提高碳原子的擴(kuò)散速度和滲層淬透性，而降低滲層臨界淬火速度，提高過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性，減小淬火變形和裂紋。與滲碳比有較高耐磨性、抗蝕性、抗疲勞、抗咬合和有較高的抗壓強(qiáng)度等，但僅適宜淺層共滲?？刂颇Σ疗冃问菬崽幚黻P(guān)鍵工序之一。C-N共滲前將摩擦片串裝在花鍵心軸上,片與片間隔2mm,便于共滲氣體流動(dòng)。共滲保溫后直接淬150-180硝鹽,內(nèi)孔和花鍵變形微小,均在公差范圍內(nèi),僅平面翹曲約有30 40 % 超差,但經(jīng)280+10 裝胎回火后合格率100%。硬度HRC40-50。 工藝特點(diǎn):C-N共滲層均勻，硝鹽淬火變形小，C-N化合

12、物脆性小、硬度高、耐磨性好，有良好的彈性等，比常規(guī)滲碳高溫淬火使用壽命提高一倍多；且簡(jiǎn)化了工藝，質(zhì)量易控制，操作方便，節(jié)約能源，有明顯經(jīng)濟(jì)效益。碳-氮共滲包括氣體碳-氮共滲和液體碳氮共滲。氣體碳-氮共滲工藝是將含碳，氮元素的介質(zhì)通入密封的井士爐中，在一定的溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成活性C、N原子，向工件表面滲透，使零件表面一定深度下獲得高碳，氮化學(xué)成分，經(jīng)淬火后，表層獲得高硬度，反應(yīng)介質(zhì)選用價(jià)格便宜又易得到的燈用煤油和液氮。液體碳-氮共滲即鹽浴碳氮共滲，因最早的鹽浴采用的是氰鹽作為共碳、氮?jiǎng)室菜追Q氰化。鹽浴碳氮共滲設(shè)備簡(jiǎn)單，但是最大的缺點(diǎn)是鹽浴中含有劇毒的氰鹽，造成環(huán)境污染甚至危及人身安全。

13、液體碳-氮共滲主要用于中，輕載荷下的工件，滲層要求較薄，一般在0.8mm以內(nèi)，共滲溫度通常在820-870之間。在這里為了滿足摩擦片的性能要求，我選則的是氣體碳-氮共滲化學(xué)熱處理工藝。5.3 淬火工藝的選擇 常用的淬火方法有單液淬火法、中斷淬火法（雙淬火介質(zhì)淬火法）、分級(jí)淬火法、等溫淬火法。  單液淬火法，把已加熱到淬火溫度的工件淬入一種淬火介質(zhì)，使其完全冷卻。它是最簡(jiǎn)單的淬火方法，常用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼和合金鋼工件。 中斷淬火法（雙淬火介質(zhì)淬火法），把加熱到淬火溫度的工件，先在冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms點(diǎn)，然后轉(zhuǎn)入慢冷的淬火介質(zhì)中冷卻至室溫，以達(dá)到在不同淬火冷卻溫度區(qū)間，

14、有比較理想的淬火冷卻速度。 分級(jí)淬火法，把工件由奧氏體化溫度淬入高于該種鋼馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度的淬火介質(zhì)中，在其中冷卻直至工件各部分溫度達(dá)到淬火介質(zhì)的溫度，然后緩慢冷至室溫，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。 等溫淬火法，工件淬火加熱后，若長(zhǎng)期保持在下貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的溫度，使之完成奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變，獲得下貝氏體組織，這種淬火方法稱為等溫淬火。 經(jīng)碳氮共滲后可直接從碳氮共滲保溫的溫度淬火，這里選用單液淬火法。碳氮共滲后直接淬火，不僅畸變較小，而且可以保護(hù)共深層表面的良好組織狀態(tài)。淬火選擇在有機(jī)淬火劑中，可是變形微小，80%以上合乎技術(shù)要求，約20%摩擦片變形超差，經(jīng)裝胎回火后全部合格。5.4 回火工藝的選擇 回火是將

15、淬火鋼重新加熱到Ac1以下某一溫度，保溫后冷卻的熱處理工藝。目的是消除淬火內(nèi)應(yīng)力，以降低鋼的脆性，防止產(chǎn)生裂紋，同時(shí)使鋼獲得所需的力學(xué)性能。回火分為低溫回火，中溫回火還有高溫回火。 低溫回火：在1502500C之間進(jìn)行的回火稱為低溫回火，回火后的組織為回火馬氏體。低溫回火的目的是在保持高硬度、高強(qiáng)度的前提下，降低鋼的淬火內(nèi)應(yīng)力，減小其脆性，主要用于處理各種工具、量具、冷作模具、滾動(dòng)軸承以及滲碳件等。 中溫回火：在3505000C之間進(jìn)行的回火稱為中溫回火，回火后的組織為回火屈氏體。中溫回火后的鋼具有最高的彈性極限和足夠的韌性，主要用于處理各種彈簧，也可以用于處理要求高強(qiáng)度工件，如刀桿、軸套等。

16、 高溫回火：在5006500C之間進(jìn)行的回火稱為高溫回火，回火后的組織為回火索氏體。淬火加高溫回火的熱處理工藝稱為調(diào)制處理。調(diào)制處理后的工件既具有高的強(qiáng)度又具有良好的塑性韌性，即具有高的綜合力學(xué)性能，故調(diào)制處理被廣泛用于要求高強(qiáng)度并受沖擊或交變負(fù)荷的重要工作，如連桿、軸等。與正火處理相比，在硬度相同的情況下，調(diào)制處理后鋼的屈服強(qiáng)度、塑性和韌性明顯提高了。 為得到硬度、強(qiáng)度、塑韌性及耐磨性都比較好的零件，在這里我們采用低溫回火最為合適。6 制訂熱處理工藝制度6.1 正火工藝的制定6.1.1 正火加熱溫度的確定 低碳鋼正火加熱溫度為Ac3以上30-50,所以對(duì)于Q235鋼來(lái)說(shuō)，選用的正火溫度為90

17、0-920,冷卻方式為空冷4。6.1.2 加熱時(shí)間的確定加熱時(shí)間的組成可用公式t加熱=t升溫+t均熱+t保溫表示。摩擦片一般經(jīng)驗(yàn)加熱時(shí)間為1.52h。最終確定正火工藝制度：900920×1.52h，空冷。圖2為正火工藝曲線。圖2 正火工藝曲線圖6.2 C-N共滲工藝的制定共滲層淬火組織為(由表至里): C-N化合物+ 含C-N馬氏體+少量殘余奧氏體+基體組織。與滲碳摩擦片比：碳氮共滲的硬度、耐磨性、彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度都高于滲碳，且因有氮存在，有一定的抗蝕性，又因共滲溫度低，摩擦變形小，可直接淬火，節(jié)電20%以上，既大幅度提高摩擦片使用壽命(約1-1.5倍)，又有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)

18、效益，值得推廣應(yīng)用。碳氮共滲比滲碳溫度低，大約低100.可以使基體晶粒長(zhǎng)大趨勢(shì)和滲后淬火畸變減小，氮原子的深入還使等溫轉(zhuǎn)變圖右移使馬氏體點(diǎn)（Ms）下降。因此，氮的滲入還可以提高滲層的淬透性。但同時(shí)使?jié)B層中殘留奧氏體量增加。另外，氮的滲入還會(huì)使共深層的耐火性增加氮碳共滲的特點(diǎn)為：（1）溫度對(duì)共滲表層碳氮含量的影響，隨著共滲溫度的升高，共滲層中的氮含量降低，碳含量先是增加，到一定溫度反而降低。（2）共滲時(shí)間對(duì)共深層中碳氮含量的影響，共滲初期（1h），滲層表面的C,N濃度隨時(shí)間的延長(zhǎng)同時(shí)提高，繼續(xù)延長(zhǎng)共滲時(shí)間，表面的碳濃度繼續(xù)提高，但是氧的濃度反而降低。（3）碳氮相互影響，共滲初期，氮原子滲入工件表

19、面使其Ac3點(diǎn)下降，有利于碳原子的擴(kuò)散。隨著氮原子的不斷滲入，滲層中會(huì)形成碳氮化合物相，反而阻礙碳原子擴(kuò)散，碳原子會(huì)減緩氮原子的擴(kuò)散。6.2.1 碳氮共滲溫度的確定 對(duì)于碳鋼來(lái)說(shuō)碳氮共滲溫度一般選在840至860，因?yàn)樵诖藴囟确秶鷥?nèi)晶粒不長(zhǎng)大，變形小，滲速適當(dāng)并可在滲后直接淬火。但對(duì)于受力不大要求變形小的薄壁耐磨件可在780至800共滲。因?yàn)殂姶材Σ疗暮穸葹?.5mm，且是一種耐磨件，所以溫度定在820±10比較合適。6.2.2 碳氮共滲時(shí)間的確定根據(jù)滲層深度（x) 確定共滲時(shí)間（t) ,滲層深度與共滲時(shí)間關(guān)系式為：x=K，式中：t為共滲保溫時(shí)間（h)；K為常數(shù)；x為滲層深度（mm

20、）5。圖3為碳氮共滲溫度、時(shí)間對(duì)碳氮共滲層深度的影響。圖3 碳氮共滲溫度、時(shí)間對(duì)碳氮共滲層深度的影響由橫坐標(biāo)滲碳層深度0.4-0.6mm，可找出圖中所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)即碳氮共滲的時(shí)間，可大致確定碳氮共滲時(shí)間為3.8h左右。 6.2.3 碳氮共滲氣氛及滲劑的確定選擇以氨氣為共滲劑的碳氮共滲劑，由氨氣+滲碳劑組成。其中滲碳劑可以是吸熱式，氨基氣氛和滴入式滲碳劑。滲碳劑除向表面滴入碳原子外，還會(huì)與氨發(fā)生反應(yīng)，形成氰氫酸。氰氫酸分解，形成碳氮原子。進(jìn)一步促進(jìn)滲碳和滲氮。共滲劑中氨加入量對(duì)爐內(nèi)的碳勢(shì)和氮?jiǎng)荻加杏绊懀瑢?duì)被滲工件所形成的共滲層的成分，性能也有一定的影響6。常用氣體共滲介質(zhì)的類別為：1） 液體有機(jī)

21、化合物+氨氣，介質(zhì)各組分為：煤油+氨氣（占總體積的25-30）。甲醇+丙酮+氨氣（占總體積的25-30）2） 含氮有機(jī)化合物，介質(zhì)各組分，分為：丙酮+甲醇+尿素。三乙醇胺+甲醇 。三乙醇胺(C2H4OH3)N。甲醇+甲酰胺。苯胺。3） 氣體滲碳劑+氨氣，介質(zhì)各組分：吸熱式氣氛+富化氣+氨氣。 最后我選擇的是以煤油和氨氣為滲劑。 圖4為碳氮共滲工藝曲線。圖4 碳氮共滲工藝曲線圖6.4 淬火工藝的確定共滲層淬火組織為（由表至里）：C-N化合物+含C-N馬氏體+少量殘余奧氏體+基體組織。經(jīng)碳氮共滲后可直接從碳氮共滲保溫的溫度淬火，這里選用單介質(zhì)淬火，空冷即可，加熱溫度為Ac3以上3050?？芍苯哟闳?/p>

22、150-180的硝鹽中，這樣內(nèi)孔和花鍵變形微小，均在公差范圍之內(nèi)，僅平面翹曲約有30%-40%超差，但經(jīng)過(guò)280左右裝胎回火后，合格率100%。淬火后硬度為40HRC至50HRC之間。圖5為淬火工藝曲線圖。圖5 淬火工藝曲線圖6.5 回火工藝的制定 回火是將淬火鋼重新加熱到Ac1以下某溫度，保溫后冷卻的熱處理工藝，主要目的是消除淬火內(nèi)應(yīng)力，以降低鋼的脆性，防止產(chǎn)生裂紋，同時(shí)使鋼獲得所需要的力學(xué)性能。因?yàn)殂姶材Σ疗笥休^高的耐磨性能，硬度在40至50HRC，所以我們一般選擇低溫回火。6.5.1 回火溫度的確定 碳氮共滲淬火后一般選用介于低溫和中溫回火的溫度，回火溫度大致為定為280較為合理。6

23、.5.2 回火時(shí)間的確定回火時(shí)間從工件入爐后爐溫升至回火溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)算6。可參考經(jīng)驗(yàn)公式如下：tn=Kn+AnD。式中：tn 回火時(shí)間（min）；Kn回火時(shí)間基數(shù)；An回火時(shí)間系數(shù)；D工件有效厚度（mm）；假設(shè)選擇的回火爐為箱式電阻爐，則由回火溫度280可查表得：Kn=120min，An=1min/mm,又有工件有效厚度D=1.5mm，帶入上述公式得：tn=2h左右。表2為Kn及An推薦值。表2 Kn及An推薦值 回火條件300以上300-450450以上箱式電爐鹽浴爐箱式電爐鹽浴爐箱式電爐鹽浴爐Kn/min1201202015103An(min/mm)10.410.410.46.5.3 回火

24、后的冷卻鋼制工件一般回火后多采用空冷至室溫，不允許重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的工件應(yīng)該緩冷。 圖6為回火工藝曲線圖。圖6 回火工藝曲線圖7 熱處理設(shè)備選擇 熱處理設(shè)備是指用于實(shí)施熱處理工藝的裝備。其主要設(shè)備為：熱處理爐、加熱裝置、表面改性裝置、表面氧化裝置、表面機(jī)械強(qiáng)化裝置、淬火冷卻設(shè)備、冷處理設(shè)備和工藝參數(shù)檢測(cè)、控制儀表。設(shè)備選擇的基本原則是質(zhì)量安全可靠，能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，高的生產(chǎn)效率，低的生產(chǎn)成本和良好的作業(yè)環(huán)境。 7.1 熱處理設(shè)備選型的依據(jù)1）零件熱處理工藝要求、技術(shù)條件。2）零件的形狀、尺寸、重量和材質(zhì)。3）零件生產(chǎn)量和勞動(dòng)量。4）熱處理所需要的輔料和能源供應(yīng)。5）車間勞動(dòng)安全衛(wèi)生和環(huán)保要求。6

25、）設(shè)備投資和運(yùn)行成本。7.2 熱處理設(shè)備選型的原則1）少品種大批量生產(chǎn)的熱處理設(shè)備的選型對(duì)于少品種大批量熱處理件的生產(chǎn)，應(yīng)根據(jù)工藝要求，優(yōu)先考慮組建各類全 自動(dòng)生產(chǎn)線，選用安全可靠、生產(chǎn)率高、運(yùn)行成本低的連續(xù)式熱處理設(shè)備。2）批量生產(chǎn)的熱處理設(shè)備的選型 對(duì)于批量熱處理件的生產(chǎn)，原則上應(yīng)以連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線為主；但由于熱處理件的品種規(guī)格較多，工藝和生產(chǎn)量常需要調(diào)整，因此所選設(shè)備用便于工藝和生產(chǎn)調(diào)整。7 .3 正火爐的選擇前已制定摩擦片的正火溫度為900-950，可選用中溫箱式電阻爐，其結(jié)構(gòu)圖、產(chǎn)品規(guī)格和相應(yīng)技術(shù)參數(shù)如下5。圖7為45KW中溫箱式電阻爐，表3為中溫箱式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)。 圖

26、7 45KW中溫箱式電阻表3 中溫箱式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)功率/kw電壓/v相數(shù)最高工作溫度/爐膛尺寸（長(zhǎng)×寬×高）/mm×mm×mm爐壁850時(shí)的指標(biāo)空載損耗/kw空爐升溫時(shí)間/h最大裝載量/kgRX3-15-9153803950600×300×25052.580RX3-30-9303803950950×450×35072.5200RX3-45-94538039501200×600×30092.5400RX3-60-96038039501500×750×450123

27、700RX3-75-97538039501800×900×550163.51200 根據(jù)爐溫850時(shí)的指標(biāo)，選擇型號(hào)為RX3309的中溫箱式電阻爐。7.4 C-N共滲爐的選擇 一般碳氮共滲選用的熱處理爐為井式氣體滲碳爐。這類爐子的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是在井式爐爐膛內(nèi)再加一密封爐罐，專為周期作業(yè)的滲碳、滲氮、碳氮共滲所用由下表各數(shù)據(jù)可以選擇出具體的型號(hào)。 最終選用RQ3-60-9井式氣體滲碳爐。表4為井式氣體滲碳爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)，圖8為RQ3-60-9井式氣體滲碳爐。表4 井式氣體滲碳爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率/kw額定電壓/v相數(shù)額定溫度/爐膛尺寸（長(zhǎng)×寬

28、5;高）/mm×mm×mm爐壁950時(shí)的指標(biāo)空載損耗/kw空爐升溫時(shí)間/h最大裝載量/kgRQ3-25-9253803950300×45072.550RQ3-36-93538039503000×60092.570RQ3-60-9603803950450×600122.5150RQ3-75-9753803950900×450142.5220RQ3-90-9903803950600×900163400RQ3-105-91053803950600×1200188500注：型號(hào)尾部加D，表示氣體成分能自動(dòng)控制 圖8 RQ3

29、-60-9井式氣體滲碳爐7.5 淬火爐的選擇 低溫鹽浴爐主要指RYN和RYW5這兩類，我選擇的是RYW5。RYW5類浴槽采用金屬浴槽，由位于浴槽外的金屬元件加熱，用硝鹽作溶劑時(shí)，使用溫度限制在550以下。因?yàn)楫?dāng)溫度大于550時(shí)，硝鹽會(huì)發(fā)生爆炸。表5為外熱式電熱低溫浴爐技術(shù)據(jù)。表6為NS88-930系列微機(jī)低滴控箱式多用爐組技術(shù)規(guī)格。圖9為帶攪拌器的外部電熱式硝鹽爐。圖10為配密封箱式爐的回火爐。表5 外熱式電熱低溫浴爐技術(shù)數(shù)據(jù)項(xiàng)目單位規(guī)格SY2-6-3SY2-12-3NS-85-61NS-85-62NS-85-63NS-85-64NS-85-65溶劑-油油硝鹽硝鹽硝鹽硝鹽硝鹽功率KW51215

30、20384536電壓V380380380380380380380相數(shù)-3333333接線方法-YYYYYYY最高溫度-300300550550550550550升溫時(shí)間h121.21.21.21.21.2空載功率KW2.134.5561310爐膛尺寸mm長(zhǎng)400600寬300500400400600600500高2504004006008001000750外形尺寸mm長(zhǎng)58080013801380158015801480寬56076012201220142014201320高66081015101710171019101650質(zhì)量kg12501510205031002500表6 NS88-93

31、0系列微機(jī)低滴控箱式多用爐組技術(shù)規(guī)格項(xiàng)目單位NS88-930機(jī)組多用爐清洗爐回火爐移動(dòng)小車額定功率kw額定電壓V380380380380最高工作溫度95040-80500相數(shù)3333頻率Hz50505050空爐升溫時(shí)間h<4.5-<3-空爐損失kw<40-<20-爐溫均勻度+7.5-5-爐溫穩(wěn)定度+4-4-碳勢(shì)均勻度w(c)%+0.12-碳勢(shì)穩(wěn)定度w(c)%+0.1-加熱能力kg/h>400-工作區(qū)尺寸長(zhǎng)1000100010001000寬750750750750高500500500最大裝載量kg580580580580質(zhì)量kg13000560045002100圖9

32、 帶攪拌器的外部電熱式硝鹽爐1-鹽液面 2-攪拌器 3-擋板 4-隔離板 5-電熱元件圖10 配密封箱式爐的回火爐1輥輪軌道支承墩 2輥輪軌道 3爐門(mén)提升氣缸 4爐膛 5回火工件 6爐門(mén) 7爐升降機(jī)構(gòu)8、11熱電阻 9陶瓷纖維爐襯 10循環(huán)風(fēng)扇 12電阻加熱器8 工裝設(shè)計(jì)（夾具、輔具等）8.1 熱處理夾具的選擇原則(1)符合熱處理技術(shù)條件：保證零件熱處理加熱，冷卻，爐氣成分均勻度，不致使零件在熱處理過(guò)程中變形。(2)符合經(jīng)濟(jì)要求：在保證零件熱處理質(zhì)量復(fù)合熱處理技術(shù)要求時(shí)，確保設(shè)備具有高的生產(chǎn)能力。夾具應(yīng)具有質(zhì)量輕，吸熱量少，熱強(qiáng)度高及使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。(3)符合使用要求：保證裝卸零件方便和操作

33、安全。(4)熱處理夾具和料盤(pán)用鋼應(yīng)從溫度、裝載條件、加熱速度、冷卻速度、爐氣組分及工作爐爐型等因素綜合生產(chǎn)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)方面來(lái)確定熱處理夾具用鋼。箱式電阻爐加熱夾具：零件進(jìn)行正火處理時(shí)，加熱方式采用箱式電阻爐，由于工件較小可采用如圖所示的夾具。圖11為熱處理過(guò)程中所使用到的裝具、夾具示意圖。 圖11裝具、夾具示意圖8.2 清洗設(shè)備的選擇 零件在熱處理前需清除銹斑、油演、污垢、切削冷卻液和研磨劑等，以保證不阻礙加熱和冷卻，不影響介質(zhì)和氣氛的純度。以防零件出現(xiàn)軟點(diǎn)、滲層不均勻、組織不均勻等影響熱處理質(zhì)量的現(xiàn)象。熱處理后也常需清洗，以去除零件表面殘油、殘?jiān)吞亢诘雀街?，以保障熱處理零件清潔度、防銹和不

34、影響下道工序加工等要求。根據(jù)零件對(duì)清潔度要求、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)批量及工件外形尺寸選用相應(yīng)的清洗設(shè)備8。一般清洗機(jī)常用于清除殘油和殘鹽，可分為間歇式和連續(xù)式兩種。前者有清洗槽、室式清洗機(jī)，強(qiáng)力加壓噴射式清洗劑等；后者有傳送帶式清洗機(jī)及各類生產(chǎn)線、自動(dòng)線配置的懸掛輸送鏈?zhǔn)?、鏈板式、推桿式和往復(fù)式等各類專用清洗設(shè)備。室式清洗機(jī)它主要用于批量不大的中小零件。輸送帶式清洗機(jī)，適用于批量較大的小型零件。根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，小批量的中小型零件，可以選用室內(nèi)清洗機(jī)。圖12為室內(nèi)清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖12 室內(nèi)清洗機(jī)結(jié)構(gòu)圖9 檢驗(yàn)設(shè)備及方法選擇9.1 硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)是常用的熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)方法之一，具有試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作迅

35、速方便，同時(shí)它的壓痕很小，對(duì)零件損壞小，是一種力學(xué)性能的綜合指標(biāo)。常用的硬度試驗(yàn)方法有布氏、洛氏、肖氏、維氏和顯微硬度等方法。一般選用洛氏硬度計(jì)即可達(dá)到要求。洛氏硬度實(shí)驗(yàn)以檢測(cè)壓痕深度表示材料的硬度值，實(shí)驗(yàn)所用的壓頭有兩種：一種是圓錐角a=120°的金剛石圓錐體；另一種是一定直徑的小淬火鋼球或硬質(zhì)合金鋼?？紤]到常用洛氏硬度實(shí)驗(yàn)標(biāo)尺、試驗(yàn)規(guī)范及應(yīng)用（見(jiàn)表9.1），實(shí)驗(yàn)選擇C標(biāo)尺類金剛石圓錐型壓頭9。表7為常用洛氏硬度實(shí)驗(yàn)標(biāo)尺、試驗(yàn)規(guī)范及應(yīng)用。表7 常用洛氏硬度實(shí)驗(yàn)標(biāo)尺、試驗(yàn)規(guī)范及應(yīng)用標(biāo)尺硬度符號(hào)壓頭類型初始實(shí)驗(yàn)力F0/N主實(shí)驗(yàn)力F/N總試驗(yàn)力F/N測(cè)量硬度范圍應(yīng)用舉例AHRA金剛石圓錐

36、98.07490.320-8820-88硬質(zhì)合金、表面薄層硬化鋼BHRBf1.588mm球882.620-10020-100低碳鋼、銅合金CHRC金剛石圓錐1471.020-7020-70淬火鋼等 下圖為用金剛石圓錐體測(cè)定硬度過(guò)程示意圖。為保證壓頭與實(shí)樣表面接觸良好，實(shí)驗(yàn)時(shí)先加初始試驗(yàn)力F0，在試樣表面得一壓痕，深度為h0。此時(shí)，測(cè)量壓痕深度的指針在表盤(pán)上指零（圖13a）。然后加上主試驗(yàn)力F1，壓頭壓入深度為h1。表盤(pán)上指針以逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)刻度位置（圖13b）。試樣在F1作用下產(chǎn)生的總變形h1包括彈性變形和塑性變形。當(dāng)將F1卸除后，總變形中的彈性變形恢復(fù)，壓頭回升一段距離（h1-h）(圖

37、13c)。這時(shí)試樣表面殘留的塑性變形深度h即為壓痕深度，而順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)所指的數(shù)值即為洛氏硬度的值。計(jì)算式為，其中k為常數(shù)。圖13為剛石圓錐體測(cè)定硬度過(guò)程示意圖。圖13 金剛石圓錐體測(cè)定硬度過(guò)程示意圖在淬火回火后按工藝進(jìn)行檢查，檢查數(shù)量根據(jù)工藝穩(wěn)定性和零件重要性而定，一般抽查10%20%，重要件100%，一般不允許軟點(diǎn)。正火后一般不做硬度檢查，如有特殊要求，按規(guī)定檢查。9.2 滲層厚度的檢驗(yàn)設(shè)備及方法選擇 總氮碳共滲層深度為0.4mm0.6mm。 測(cè)定方法有硬度法和金相法，且兩種方法同等有效。對(duì)于薄層的情況，用硬度法測(cè)量時(shí)試驗(yàn)力較小，規(guī)行為1.962.94N。在技術(shù)要求中若提出以硬度法作

38、為仲裁結(jié)果，或硬化層對(duì)侵蝕劑不敏感時(shí)可采用顯微硬度法；當(dāng)檢驗(yàn)批量較大時(shí)則采用金相法為宜。由于滲層深度較淺，可采用斜截面試樣，使測(cè)量精度明顯提高。一般把試樣表面到擴(kuò)散區(qū)與基體金屬交界處作為碳氮共滲滲層的總深度。10 熱處理缺陷分析10.1 正火的缺陷原因與預(yù)防（1） 缺陷名稱：過(guò)燒10。產(chǎn)生原因：加熱溫度過(guò)高，使晶界局部融化。預(yù)防措施：報(bào)廢。（2）缺陷名稱：過(guò)熱。 產(chǎn)生原因：加熱溫度高，使奧氏體晶粒長(zhǎng)大，冷卻后形成魏氏組織或粗晶 組織。 預(yù)防措施：完全退火或正火。（3) 缺陷名稱：硬度過(guò)高。 產(chǎn)生原因：冷卻太快，生成的珠光體片層太薄，使硬度升高。 預(yù)防措施：重新加熱，按工藝規(guī)定冷卻，冷卻速度不應(yīng)

39、大于120/h。（4）缺陷名稱：出現(xiàn)粗大的塊狀鐵素體。 產(chǎn)生原因：冷卻速度太慢。 預(yù)防措施：冷卻速度應(yīng)控制在30/h以上。（5） 缺陷名稱：粗大魏氏體組織。 產(chǎn)生原因：原始晶粒粗大。加熱溫度過(guò)高。先析相（亞共析鋼鐵素體，過(guò)共析鋼滲碳體）沿奧氏體一定晶面析出，形成魏氏組織。 預(yù)防措施：重新正火清除，對(duì)于低碳鋼嚴(yán)重的魏氏組織常用兩次正火消除，第二次比第一次溫度低。 10.2 碳-氮共滲缺陷原因及預(yù)防（1）缺陷名稱：粗大碳氮化合物。 產(chǎn)生原因：表面碳氮含量過(guò)高、共滲溫度較高或是共滲溫度較低，爐氣氮?jiǎng)葸^(guò)高。 預(yù)防措施：嚴(yán)格控制碳勢(shì)和氮?jiǎng)?，特別是共滲初期，必須嚴(yán)格控制氨的加入量。（2） 缺陷名稱：黑色組織（黑點(diǎn)、黑帶、黑網(wǎng)）。 產(chǎn)生原因：合金的內(nèi)氧化。共滲初期，爐氣氮?jiǎng)葸^(guò)高、滲層中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高。共滲時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高，氮化物發(fā)生分解，脫氮。預(yù)防措施：適當(dāng)提高共滲溫度和淬火冷卻速度。提高爐氣碳勢(shì)。提高爐子的密封性，防止氧的進(jìn)入。減