拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)軸

1、45Cr東方紅40拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)軸熱處理工藝設(shè)計(jì)目錄前言 11.1 驅(qū)動(dòng)軸簡(jiǎn)介41.2驅(qū)動(dòng)軸的工作條件、性能要求、材料  41.3合金調(diào)質(zhì)鋼 42.1 45Cr鋼的基本性質(zhì)62.2 45Cr鋼的化學(xué)成分及分析72.3 化學(xué)成分72.4組織轉(zhuǎn)變82.5 淬透性93.1. 熱處理工序位置及熱處理工藝選擇103.2熱處理工藝133.3調(diào)質(zhì)處理及設(shè)備143.4調(diào)質(zhì)處理的特點(diǎn)163.5淬火目的及設(shè)備153.6調(diào)質(zhì)處理規(guī)范163.7 硬度試驗(yàn)173.8拉伸試驗(yàn)173.9熱處理后的力學(xué)性能174.1 45Cr鋼的表面熱處理184.2 45Cr鋼的表面淬火 184.3感應(yīng)加熱表面淬火及設(shè)備194.4火焰

2、加熱表面淬火204.5激光加熱表面淬火214.6 45Cr鋼的化學(xué)熱處理 214.7 45Cr 熱處理過(guò)程中的缺陷及防止225.1熱處理后組織分析 256.1課程總計(jì)287.1設(shè)計(jì)的參考文獻(xiàn)29前 言本課程是根據(jù)教學(xué)任務(wù)對(duì)40拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，參考了大量?？平虒W(xué)教材，對(duì)金屬材料與熱處理這兩門課的總結(jié)，并用實(shí)驗(yàn)的方式介紹了40拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的熱處理工藝。課程的設(shè)計(jì)過(guò)程以堅(jiān)持基礎(chǔ)理論教材應(yīng)用為目的，以必要的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用為重點(diǎn)，強(qiáng)化所學(xué)專業(yè)，加強(qiáng)實(shí)踐與理論的結(jié)合。根據(jù)驅(qū)動(dòng)軸的工作條件、失效形式及要求的力學(xué)性能確定齒輪的材料。并對(duì)材料組成成分做了分析。介紹了驅(qū)動(dòng)軸工藝路線并對(duì)其熱處理工藝做了詳細(xì)說(shuō)明，從金

3、相、硬度等方面做了詳細(xì)介紹并有金相顯微組織圖。對(duì)材料選擇、熱處理后的變形與斷裂分析有一定擴(kuò)散。在編寫(xiě)的過(guò)程中得到了老師同學(xué)的大力支持，由于編者水平有限，設(shè)計(jì)中難免還存在錯(cuò)誤和不妥之處，殷切希望廣大讀者批評(píng)指正。編者:張淼2011年02月1.1 驅(qū)動(dòng)軸簡(jiǎn)介 驅(qū)動(dòng)軸是裝載機(jī)工作裝置的一種，是一種可以推進(jìn)裝載機(jī)光滑度，使得所述驅(qū)動(dòng)輪可按照不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，通過(guò)花鍵及錐度部分緊配合將扭矩由行星架傳到后輪上的裝置。1.2 驅(qū)動(dòng)軸的工作條件、性能要求、材料（1）工作條件 ：驅(qū)動(dòng)軸受、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓、沖擊等交變應(yīng)力，還可造成驅(qū)動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)和彎曲振動(dòng)，產(chǎn)生附加應(yīng)力；應(yīng)力分布不均勻；驅(qū)動(dòng)軸頸與軸

4、承有滑動(dòng)摩擦。（2）性能要求 ： 驅(qū)動(dòng)軸的失效形式主要是疲勞斷裂和軸頸嚴(yán)重磨損。因此材料要有高強(qiáng)度、一定的沖擊韌性、足夠彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸表面有高硬度和耐磨性。（3）驅(qū)動(dòng)軸材料 ：鍛鋼驅(qū)動(dòng)軸：優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼，如40、45、35Mn2、40Cr, 45Cr、35CrMo鋼等； （4）45Cr材料的選擇這類材料是中碳合金鋼，采用調(diào)質(zhì)(或正火)熱處理來(lái)提高并改善加工性能。近年在大功率發(fā)動(dòng)機(jī)較廣泛應(yīng)用一種新鋼種，即合金調(diào)質(zhì)鋼，即通過(guò)添加Si、Cu、Ti等合金元素細(xì)化晶粒，強(qiáng)化鋼的基體，提高鋼的強(qiáng)度。1.3 合金調(diào)質(zhì)鋼所謂調(diào)質(zhì)鋼,一般是指含碳量在0.3-0.6%的中碳鋼.一

5、般用這類鋼制作的零件要求具有很好的綜合機(jī)械性能,即在保持較高的強(qiáng)度的同時(shí)又具有很好的塑性和韌性,人們往往使用調(diào)制處理來(lái)達(dá)到這個(gè)目的,所以人們習(xí)慣上就把這一類鋼稱作調(diào)質(zhì)鋼.。各類機(jī)器上的結(jié)構(gòu)零件大量采用調(diào)質(zhì)鋼，是結(jié)構(gòu)鋼中使用最廣泛的一類鋼。a用途合金調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床和其它機(jī)器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。 b性能要求調(diào)質(zhì)件大多承受多種工作載荷，受力情況比較復(fù)雜，要求高的綜合機(jī)械性能，即具有高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。合金調(diào)質(zhì)鋼還要求有很好的淬透性。但不同零件受力情況不同，對(duì)淬透性的要求不一樣。 c成分特點(diǎn)(1) 中碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.25%0.50%之間

6、，以0.4%居多； (2) 加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：這些合金元素除了提高淬透性外，還能形成合金鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度。如調(diào)質(zhì)處理后的45Cr鋼的性能比45鋼的性能高很多； (3) 加入防止第二類回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金調(diào)質(zhì)鋼，高溫回火慢冷時(shí)易產(chǎn)生第二類回火脆性。在鋼中加入Mo、W可以防止第二類回火脆性，其適宜含量：Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%0.30%，或W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%1.2%。d性能特點(diǎn)調(diào)質(zhì)鋼在化學(xué)成分上的特點(diǎn)是，碳含量0.30.5%，并含有一種或幾種合金元素，具有較低或中等的合金化程度。鋼中合金元素的作用主要是提高鋼的淬透性和保證零件在高溫回火后獲

7、得預(yù)期的綜合性能。 熱處理工藝是在臨界點(diǎn)以上一定溫度加熱后淬火成馬氏體，并在500-650回火。熱處理后的金相組織是回火索氏體。這種組織具有強(qiáng)度、塑性和韌性的良好配合。 調(diào)質(zhì)鋼的質(zhì)量要求，除一般的冶金方面的低倍和高倍組織要求處，主要為鋼的力學(xué)性能以及與工作可靠性和壽命密切相關(guān)的冷脆性轉(zhuǎn)變溫度、斷裂韌性和疲勞抗力等。在特定條件下，還要求具有耐磨性、耐蝕性和一定的抗熱性。由于調(diào)質(zhì)鋼最終采用高溫回火，能使鋼中應(yīng)力完全消除，鋼的氫脆破壞傾向性小，缺口敏感性較低，脆性破壞抗力較大，但也存在特有的高溫回火脆性。 大多數(shù)調(diào)質(zhì)鋼為中碳合金結(jié)構(gòu)，屈服強(qiáng)度（0.2）在490-1200Mpa。以焊接性能為突出要求的

8、調(diào)質(zhì)鋼，為低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度（0.2）一般為490-800Mpa，有很高的塑性和韌性。少數(shù)沉淀硬化型調(diào)質(zhì)鋼，屈服強(qiáng)度（0.2）可到1400Mpa以上，屬高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼。 e 常用的合金調(diào)質(zhì)鋼按淬透性和強(qiáng)度分為4類： 低淬透性調(diào)鋼； 中淬透性調(diào)質(zhì)鋼； 較高淬透性調(diào)質(zhì)鋼； 高淬透性調(diào)質(zhì)鋼。 2.1 45Cr鋼的基本性質(zhì)40拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)軸系拖拉機(jī)后輪的傳動(dòng)軸，它直接與后輪輪鎘相連接，在工作中受到扭轉(zhuǎn)和彎曲的復(fù) 合疲勞載荷的作用，而其中又以扭轉(zhuǎn)疲勞為主，因此，要求其材料應(yīng)具備良好的綜合力學(xué)性能。部分優(yōu)質(zhì)中碳碳素機(jī)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后其性能可滿足上述零件的要求，但如果上述鋼材制備的零

9、件熱處理工藝控制不當(dāng)，或者零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，都將影響零件的正常工作。45Cr鋼是我國(guó)目前用量最大的中合金調(diào)質(zhì)鋼之一,廣泛用于軸類、連桿、螺栓和齒輪等。2.3 45Cr鋼的化學(xué)成分及分析2.3.1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）碳C：0.420.49鉻Cr:0.801.10硅Si:0.170.37錳Mn:0.50 0.80硫S:允許殘余含量0.035磷P: 允許殘余含量0.035鎳Ni: 允許殘余含量0.030銅Cu：允許殘余含量0.0302.3.2材料中含碳量及合金元素的作用a 45Cr鋼中含碳量的作用含碳量0.42%0.50%以保證調(diào)質(zhì)后，碳化物有足夠的體積分?jǐn)?shù)，通過(guò)彌散硬化獲得所需要的強(qiáng)度，碳

10、含量分?jǐn)?shù)也不宜過(guò)高，以防止塑性與韌性指標(biāo)下降。b 合金元素的作用鉻、硅、錳鋼中的作用是可以提高鋼的淬透性，硅、錳固溶于鐵素體中還可以起到固溶強(qiáng)化作用，硅還可顯著提高鋼的回火穩(wěn)定性，鉻、鎳可提高鋼的沖擊韌度，改善鋼的熱處理性能，提高鋼的強(qiáng)度，使鋼中碳化物非常細(xì)小、均勻，從而大大提高鋼的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度，另外Cr還可提高鋼的耐蝕性。磷是有害元素。在奧氏體中的溶解度低，易偏析形成磷共晶-呈低熔點(diǎn)共晶形態(tài)分布在晶界和樹(shù)枝晶間。由于嚴(yán)重偏析，導(dǎo)致正常含磷量的奧氏體錳鋼中，也會(huì)出現(xiàn)磷共晶組織。2.4組織轉(zhuǎn)變熱處理鑄態(tài)珠光體球鐵不需要進(jìn)行熱處理，節(jié)約能源、降低成本，避免了熱處理變形，也縮短了生產(chǎn)周期。一

11、般采用加銅促進(jìn)珠光體的生成和穩(wěn)定。小型鑄件也可以通過(guò)控制硅錳含量和冷卻速度獲得珠光體組織。除鑄態(tài)球鐵靠合金化獲得外，一般通過(guò)熱處理手段獲得。通過(guò)熱處理消除組織中一次滲碳體，使粗大的珠光體、鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)珠光體，使組織均勻并消除內(nèi)應(yīng)力。圖1-1無(wú)滲碳體時(shí)的正火工藝(1)普通正火。圖1-1目的是獲得珠光體或索氏體球鐵。鑄態(tài)組織珠光體<8090時(shí)施行，可獲得珠光體為主要基體組織，但有少量牛眼狀鐵素體。鑄態(tài)組織無(wú)滲碳體、三元或復(fù)合磷共晶時(shí)可采用圖1無(wú)滲碳體時(shí)的正火工藝。2.5淬透性淬透性能相同的鋼調(diào)質(zhì)到相同硬度時(shí)，抗拉強(qiáng)度基本相同，硬度與抗拉強(qiáng)度大致成直線關(guān)系。 各種成分的合金鋼調(diào)質(zhì)到各種硬度值

12、時(shí)，硬度值為400HB(抗拉強(qiáng)度約為1400MPa)時(shí)，屈強(qiáng)比值最高，約為09，淬火狀態(tài)的組織對(duì)屈強(qiáng)比有很大影響。 調(diào)整增加鋼材淬透性的合金元素的含量，可以得到相同的淬透性能，得到相同的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。因此，在選擇合金元素時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇增加淬透性能作用顯著而價(jià)格較低的元素，如硼、錳、鉻等。但是合金元素不同的鋼要調(diào)質(zhì)到相同的硬度所采用的回火溫度各不相同，即各種鋼的抗回火性能不同。 淬透性能相同的鋼調(diào)質(zhì)到相同硬度時(shí)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度雖基本相同，但是脆性破壞傾向差別很大，低溫沖擊試驗(yàn)尤為明顯。成分不同的鋼調(diào)質(zhì)后硬度與疲勞極限的關(guān)系不同。硬度在35HRC以下時(shí)疲勞極限和硬度成直線關(guān)系，疲勞極限的波

13、動(dòng)范圍為130MPa。硬度超過(guò)35HRC時(shí)，疲勞極限的波動(dòng)范圍變寬。如硬度為55HRC時(shí)，疲勞極限的波動(dòng)范圍達(dá)380MPa。 這種鋼與40Cr鋼相比，鋼的強(qiáng)度、耐磨性及淬透性均較高，在油中臨界淬透直徑達(dá)1245mm，在水中臨界淬透直徑達(dá)2671mm，但韌性卻較低； 中碳調(diào)制鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價(jià)格適中，加工容易，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進(jìn)組織球化，改進(jìn)硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在溫度550570進(jìn)行回火，該鋼具有最佳的綜合力學(xué)性能。該鋼的淬透性高于45鋼，適合于高頻淬火，火焰淬火等表面硬化處理等3.1 熱處理工序位置及熱處理工藝選擇：熱處理是機(jī)械制造

14、過(guò)程中的重要工序。驅(qū)動(dòng)軸的熱處理工序位置及熱處理工藝選擇、安排是否得當(dāng)，對(duì)于零件的質(zhì)量及切削加工性能起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)熱處理的目的及工序位置不同，熱處理分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。3.1.1 預(yù)備熱處理的工序位置及熱處理工藝選擇：為消除經(jīng)過(guò)鍛造的驅(qū)動(dòng)軸的內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、均勻組織，并改善切削加工性能，為淬火作好組織準(zhǔn)備，一般在鍛造之后、切削加工之前，可采用退火或正火作為預(yù)備熱處理。由于驅(qū)動(dòng)軸尺寸較小，且厚度較均勻，在正火、退火均可使用的前提下，為提高工作效率，宜選用正火作為預(yù)備熱處理。3.1.2 最終熱處理的工序位置：最終熱處理包括各種淬火、回火、表面熱處理等。零件最終熱處理之后，即可獲

15、得所需的力學(xué)性能：因零件硬度較高，除磨削加工之外不宜進(jìn)行其他形式的切削加工，故最終熱處理均安排在半精加工之后，磨削加工之前。3.1.3最終熱處理工藝方法選擇：根據(jù)驅(qū)動(dòng)軸的工作條件及失效形式，對(duì)驅(qū)動(dòng)軸的技術(shù)條件要求如下：根據(jù)以上技術(shù)條件，驅(qū)動(dòng)軸材料 ：45Cr 采用的最終熱處理工藝為：先調(diào)質(zhì)，使表面保持較高的強(qiáng)度和沖擊韌性；之后表面淬火，使軸表面硬度達(dá)到高硬度要求，心部仍維持較低的硬度 。3. 2 熱處理工藝45Cr是合金調(diào)質(zhì)鋼中最常用的鋼種，下面以45Cr制造的拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸說(shuō)明其熱處理工藝方法的選定和工藝路線的安排。驅(qū)動(dòng)軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)重要的連接零件，在工作時(shí)它承受沖擊性 的、周期變化的拉應(yīng)

16、力和裝配時(shí)的預(yù)應(yīng)力，要求它具有足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性和抗疲勞性能。根據(jù)技術(shù)要求，其工藝路線及熱處理方案可能有以下幾種。方案1：驅(qū)動(dòng)軸的生產(chǎn)工藝路線如下下料鍛造退火（或正火）機(jī)加工（粗加工）調(diào)質(zhì)機(jī)加工（精加工）直徑90圓柱面與花鍵兩處高頻淬火檢驗(yàn)裝配。該方案的優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，特別是調(diào)質(zhì)工藝，因?yàn)檎{(diào)質(zhì)后再進(jìn)行機(jī)械加工，無(wú)需考慮脫碳問(wèn)題。該方案的缺點(diǎn)是：加工余量大，特別是原材料浪費(fèi)，調(diào)質(zhì)效果不好。該種鋼油淬火時(shí)臨界直徑約為2530mm,今傳遞扭矩危險(xiǎn)斷面處毛柸直徑大于55mm,根據(jù)該種鋼的端淬曲線可以推知，即使在表面也得不到半馬氏體區(qū)，實(shí)際上只能得到網(wǎng)狀鐵素體及細(xì)片狀珠光體組織?；ㄦI與錐度交界處恰好是

17、花鍵高頻淬火 過(guò)渡區(qū)，此處的強(qiáng)度比未經(jīng)表面淬火的還差，而又是應(yīng)力集中的危險(xiǎn)斷面。方案2：下料荒車及鉆直徑23孔（應(yīng)留加工余量，以備擴(kuò)孔成直徑23）機(jī)加工（粗加工）調(diào)質(zhì)機(jī)加工成型直徑90圓柱面、錐度及花鍵部分高頻淬火檢驗(yàn)裝配。該方案的優(yōu)點(diǎn)：克服了第一方案的調(diào)質(zhì)效果不良，以及錐度與花鍵交界危險(xiǎn)斷面處的弱點(diǎn)，其使用性能將比第一方案大為改善。該方案的缺點(diǎn)是：加工余量大，特別是原材料浪費(fèi)，加工工序和工序間周轉(zhuǎn)長(zhǎng)，成本高。方案3：法蘭盤：下料鍛造機(jī)加工（粗加工）調(diào)質(zhì)機(jī)加工成形（花鍵孔只加工內(nèi)孔，鍵槽未拉）直徑90圓柱面外圓高頻淬火拉削花鍵孔檢驗(yàn)。 花鍵軸：棒料鉆孔料調(diào)質(zhì)機(jī)加工成形花鍵中頻淬火該方案的優(yōu)點(diǎn)：

18、省料，在大量生產(chǎn)中花鍵可向鋼廠訂購(gòu)管材；調(diào)質(zhì)效果好，基本上與該種鋼的臨界直徑相適應(yīng)；感應(yīng)加熱淬火工藝單一，操作方便、質(zhì)量穩(wěn)定，因?yàn)橹睆?0外圓高頻淬火的目的是提高耐磨性，其與法蘭盤連接處直徑大，應(yīng)力小，故強(qiáng)度足夠。該方案的優(yōu)點(diǎn)：增加了法蘭盤拉削內(nèi)花鍵孔的工藝，但省去了鍛造拔制錐度及花鍵部分直徑的工序，簡(jiǎn)化了花鍵軸的加工。所以采用第三種方案，制造陳本提高不多，而壽命大幅度提高，總的經(jīng)濟(jì)效果是良好的。圖3-145Cr退火熱處理曲線如圖3-1所示45Cr調(diào)質(zhì)熱處理曲線如圖3-2所示圖3-2退火（或正火）作為預(yù)先熱處理，是為了改善鍛造組織，細(xì)化晶粒，有利于切削加工，并為隨后的調(diào)質(zhì)熱處理做好組織準(zhǔn)備。調(diào)

19、質(zhì)熱處理淬火：加熱溫度840±10，油冷，獲得馬氏體組織；回火：加熱溫度525±25，水冷（防止第二類回火脆性）。經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后金相組織應(yīng)為回火索氏體，不允許有塊狀鐵素體出現(xiàn)，否則會(huì)降低強(qiáng)度和韌性。3.3調(diào)質(zhì)處理及設(shè)備淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì) ，調(diào)質(zhì)是淬火加高溫回火的雙重?zé)崽幚?，其目的是使工件具有良好的綜合機(jī)械性能。 隨著回火溫度的增加，碳化物的顆粒就增大，屈服點(diǎn)和拉伸強(qiáng)度就下降，降低硬度和脆性，延伸率和收縮率就升高。其目的是消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以取得預(yù)期的力學(xué)性能。 回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類。 3.4調(diào)質(zhì)處理的特點(diǎn)調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能，材質(zhì)得到很大程度的調(diào)整，其

20、強(qiáng)度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機(jī)械性能。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體?；鼗鹚魇象w是馬氏體于回火時(shí)形成的，在在光學(xué)金相顯微鏡下放大500600倍以上才能分辨出來(lái)，其為鐵素體基體內(nèi)分布著碳化物（包括滲碳體）球粒的復(fù)合組織。它也是馬氏體的一種回火組織，是鐵素體與粒狀碳化物的混合物。此時(shí)的鐵素體已基本無(wú)碳的過(guò)飽和度，碳化物也為穩(wěn)定型碳化物。常溫下是一種平衡組織。 3.5淬火目的及設(shè)備 : 常用的淬火設(shè)備是箱式熱處理爐。鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過(guò)共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進(jìn)行

21、馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。 淬火的目的是使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過(guò)淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。淬火能使鋼強(qiáng)化的根本原因是相變，即奧氏體組織通過(guò)相變而成為馬氏體組織（或貝氏體組織）?；鼗鹑毕菁捌漕A(yù)防和補(bǔ)救常見(jiàn)的回火有硬度過(guò)高或過(guò)低，硬度不均勻，以及回火產(chǎn)生變形及脆性的等。回火硬度過(guò)高，過(guò)低或不均勻，只要由于回火溫度過(guò)低，過(guò)高或爐溫不均勻造成。回火后硬度過(guò)高還可能由于回火時(shí)間過(guò)短。這些問(wèn)題可

22、以采用調(diào)整回火溫度等措施來(lái)控制。硬度不均勻的原因，可能由于裝爐量過(guò)多，或選用加熱爐不當(dāng)所致。如果回火在氣體介質(zhì)爐中進(jìn)行，爐內(nèi)應(yīng)有氣扇，否則爐內(nèi)溫度不可能均勻。回火后工件發(fā)生變形，常由于回火前工件內(nèi)應(yīng)力不平衡，回火時(shí)應(yīng)力松弛或產(chǎn)生應(yīng)力重分布所致?；鼗鸷蟠嘈缘某霈F(xiàn)，主要由于所選回火溫度不當(dāng)，或回火后冷卻速度不夠所致。因此防止脆性的出現(xiàn)，應(yīng)正確選擇回火溫度和冷卻方式。一旦出現(xiàn)回火脆性，可以采取重新加熱回火，然后加速回火后冷卻速度的方法消除。3.6調(diào)質(zhì)處理規(guī)范 淬火溫度850 ±10，油冷；回火溫度520±10，水、油空冷。 45Cr調(diào)質(zhì)以后的硬度大概在HRC32-36之間 45C

23、r-830-860C油淬->55HRC 150C回火-57HRC 200C回火-56HRC 300C回火-50HRC 400C回火-43HRC 500C回火-34HRC 550C回火-32HRC 600C回火-28HRC 650C回火-24HRC3.7 硬度試驗(yàn)把經(jīng)常規(guī)熱處理和亞溫淬火處理后的試樣制成樣品,在洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行硬度測(cè)試。3.8拉伸試驗(yàn)經(jīng)熱處理后的棒材按GB22821987加工成標(biāo)準(zhǔn)短試樣,室溫下在WE260型液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。3.9熱處理后的力學(xué)性能淬火加熱溫度（）：840；冷卻劑：油 回火加熱溫度（）：520；冷卻劑：水、油 抗拉強(qiáng)度 b (MPa)

24、：1030(105) 屈服強(qiáng)度 s (MPa)：835(85) 伸長(zhǎng)率 5 ()：9 斷面收縮率 ()：40 沖擊功 Akv (J)：39 沖擊韌性值 kv (J/cm2)：49(5) 布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高溫回火狀態(tài)）：217 4.1鋼的表面熱處理 定義：僅對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理以改變其組織和性能的工藝稱為表面熱處理。分類： 表面淬火和化學(xué)熱處理 目的： 生產(chǎn)中常常采用表面熱處理的方法，以達(dá)到強(qiáng)化工件表面的目的。應(yīng)用：1.某些在沖擊載荷、交變載荷及摩擦條件下工作的機(jī)械零件，如主軸、齒輪、曲軸等。2.某些工作表面要承受較高的應(yīng)力，要求工件的這些表面層具有高的硬度、耐磨性及疲

25、勞強(qiáng)度，而工件的心部要求具有足夠的塑性和韌性。4.2鋼的表面淬火定義：將工件的表層迅速加熱到淬火溫度進(jìn)行淬火的工藝方法稱為表面淬火。性能：工件經(jīng)表面淬火后，表層得到馬氏體組織，具有高的硬度和耐磨性，而心部仍為淬火前的組織，具有足夠的強(qiáng)度和韌性。分類：感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、激光加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火 4.3感應(yīng)加熱表面淬火及設(shè)備定義：利用感應(yīng)電流通過(guò)工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面迅速加熱并進(jìn)行快速冷卻的淬火工藝稱為感應(yīng)加熱表面淬火。4.3.1設(shè)備：高頻淬火是指利用高頻電流(30K-1000KHZ)使工件表面局部進(jìn)行加熱、冷卻，獲得表面硬化層的熱處理方法。這種方法只是對(duì)工件

26、一定深度的表面強(qiáng)化，而心部基本上保持處理前的組織和性能，因而可獲得高強(qiáng)度，高耐磨性和高韌性的綜合。又因是局部加熱，所以能顯著減少淬火變形，降減能耗。正是因?yàn)楦哳l淬火擁有上述這些特點(diǎn)，因而在機(jī)械加工行業(yè)中廣泛被采用。 分類及應(yīng)用：高頻感應(yīng)加熱、中頻感應(yīng)加熱和工頻感應(yīng)加熱 高頻感應(yīng)加熱表面淬火：常用頻率為200300kHz，淬硬層深度為0.52.0mm。適用：中、小模數(shù)的齒輪及中、小尺寸的軸類零件的表面淬火中頻感應(yīng)加熱表面淬火:常用頻率為25008000Hz，淬硬層深度為210mm。適用：較大尺寸的軸類零件和大模數(shù)齒輪的表面淬火；工頻感應(yīng)加熱表面淬火:電流頻率為50Hz，淬硬層深度為1020mm。

27、適用：較大直徑 機(jī)械零件的表面淬火，如軋輥、火車車輪等感應(yīng)加熱表面淬火的基本原理： 工件放入用空心紫銅管繞成的感應(yīng)器內(nèi)，給感應(yīng)器通入一定頻率的交流電，周圍便存在同頻率的交變磁場(chǎng)，于是在工件內(nèi)部產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流(渦流)，如圖4-1所示。 由于感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)(電流集中分布在工件表面)和熱效應(yīng)，使工件表層迅速加熱到淬火溫度，而心部則仍處于相變點(diǎn)溫度以下，隨即快速冷卻，從而達(dá)到表面淬火的目的。 圖4-14.4火焰加熱表面淬火定義：火焰加熱表面淬火是采用氧-乙炔(或其它可燃?xì)怏w)火焰，噴射在工件的表面上，使其快速加熱，當(dāng)達(dá)到淬火溫度時(shí)立即噴水冷卻，從而獲得預(yù)期的硬度和有效淬硬層深度的一種表面淬火

28、方法 。應(yīng)用： 中碳鋼（如35、40、45鋼等）和中碳低合金鋼（如40Cr、45Cr等）。 還可用于對(duì)鑄鐵件（如灰鑄鐵、合金鑄鐵等）進(jìn)行表面淬火。適用于單件或小批量生產(chǎn)的大型工件，以及需要局部淬火的工具或工件，如大型軸類、大模數(shù)齒輪、錘子等。4.5激光加熱表面淬火方法：激光加熱表面淬火是將激光束照射到工件表面上，在激光束能量的作用下，使工件表面迅速加熱到奧氏體化狀態(tài)，當(dāng)激光束移開(kāi)后，由于基體金屬的大量吸熱而使工件表面獲得急速冷卻，以實(shí)現(xiàn)工件表面自冷淬火的工藝方法。特點(diǎn)：激光是一種高能量密度的光源，能有效地改善材料表面的性能。激光能量集中，加熱點(diǎn)準(zhǔn)確，熱影響區(qū)小，熱應(yīng)力小。4.6 45Cr鋼的化

29、學(xué)熱處理定義：化學(xué)熱處理是將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。方法分類：滲碳、滲氮、碳氮共滲以及滲金屬等。 45Cr 屬于中碳鋼，不需要進(jìn)行滲碳處理，滲氮的目的是提高工件的表面硬度、耐磨性以及疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。考慮到驅(qū)動(dòng)軸的經(jīng)濟(jì)性，在其軸承頸直徑90處及花鍵部分使用高頻淬火，硬度HRC53，淬硬層深度1.5mm,馬氏體56級(jí)。所以不需要進(jìn)行滲氮處理。合金調(diào)質(zhì)鋼的最終性能決定于回火溫度。一般采用500-650回火。通過(guò)選擇回火溫度，可以獲得所要求的性能。為防止第二類回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韌性的提高。 合金

30、調(diào)質(zhì)鋼常規(guī)熱處理后的組織是回火索氏體。對(duì)于表面要求耐磨的零件（如齒輪、主軸），再進(jìn)行感應(yīng)加熱表面淬火及低溫回火，表面組織為回火馬氏體。表面硬度可達(dá)55HRC58HRC。合金調(diào)質(zhì)鋼淬透調(diào)質(zhì)后的屈服強(qiáng)度約為800MPa, 沖擊韌性在800kJ/m2心部硬度可達(dá)22HRC25HRC。若截面尺寸大而未淬透時(shí)，性能顯著降低。 4.7 45Cr 熱處理過(guò)程中的缺陷及防止鋼加熱時(shí)的主要固態(tài)相變是非奧氏體相向奧氏體相的轉(zhuǎn)變，即奧氏體化的過(guò)程。整個(gè)過(guò)程都和碳的擴(kuò)散有關(guān)。合金元素中，非碳化物形成元素如鎳、鈷等，降低碳在奧氏體中的激活能，增加奧氏形成的速度；而強(qiáng)碳化物形成元素如釩、鈦、鎢等，強(qiáng)烈妨礙碳在鋼中的擴(kuò)散，

31、顯著減慢奧氏體化的過(guò)程。鋼冷卻時(shí)的相變是指過(guò)冷奧氏體的分解，包括珠光體轉(zhuǎn)變（共析分解）、貝氏體相變及馬氏體相變。由于鋼中大都存在幾種合金元素的相互作用，致使對(duì)鋼冷卻時(shí)相變的影響也復(fù)雜得多。僅舉合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響為例，大多數(shù)合金元素，除鈷和鋁外，均起減緩?qiáng)W氏體等溫分解的作用，但各類元素所起的作用有所不同。不形成碳化物的（如硅、磷、鎳、銅）和少量的碳化物形成元素（如釩、鈦、鉬、鎢），對(duì)奧氏體到向珠光體的轉(zhuǎn)變和向貝氏體的轉(zhuǎn)變的影響差異不大，因而使轉(zhuǎn)變曲線向右推移。 碳化物形成元素（如釩、鈦、鉻、鉬、鎢）如果含量較多，將使奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變顯著推遲，但對(duì)奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變的推遲

32、并不顯著，因而使這兩種轉(zhuǎn)變的等溫轉(zhuǎn)變曲線從“鼻子”處分離，而形成兩個(gè) C形。當(dāng)這類元素增加到一定程度時(shí)，在這兩個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)域的中間還將出現(xiàn)過(guò)冷奧氏體的亞穩(wěn)定區(qū)。合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms (起始轉(zhuǎn)變溫度)和Mn (終了轉(zhuǎn)變溫度)的影響也很顯著，大部分元素均使Ms和Mn點(diǎn)降低，其中以碳的影響最大,其次為錳、釩、鉻等；但鈷和鋁則使Ms和Mn點(diǎn)升高。 對(duì)鋼的晶粒度和淬透性的影響 影響奧氏體晶粒度的因素很多。鋼的脫氧和合金化情況均與“奧氏體本質(zhì)晶粒度”有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),一些不形成碳化物的元素,如鎳、硅、銅、鈷等,阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用較弱,而錳、磷則有促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大的傾向。碳化物形成元素如鎢、鉬、鉻等，對(duì)

33、阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大起中等作用。強(qiáng)碳化物形成元素如釩、鈦、鈮、鋯等，強(qiáng)烈地阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，起細(xì)化晶粒作用。鋁雖然屬于不形成碳化物元素，但卻是細(xì)化晶粒和控制晶粒開(kāi)始粗化溫度的最常用的元素。 鋼的淬透性（見(jiàn)淬火）高低主要取決于化學(xué)成分和晶粒度。除鈷和鋁等元素外，大部分合金元素溶入固溶體后都不同程度地抑制過(guò)冷奧氏體向珠光體和貝氏體的相變，增加獲得馬氏體組織的數(shù)量，即提高鋼的淬透性。一些碳化物形成元素，如釩、鈦、鋯、鎢等，如果形成碳化物而固定了鋼中的碳，反而會(huì)降低淬透性，易使晶粒粗化的元素如錳，能提高淬透性；使晶粒細(xì)化的元素如鋁，則降低淬透性。硼是顯著影響淬透性的元素，合金鋼中即使只含十萬(wàn)分之一的硼

34、，也能顯著提高鋼的淬透性。但硼的這種影響僅對(duì)低、中碳鋼有效，對(duì)高碳鋼完全無(wú)效。 對(duì)鋼的力學(xué)性能和回火性能的影響 鋼的性能取決于鐵的固溶體和碳化物各自性能以及它們相對(duì)分布的狀態(tài)。合金元素對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響也與此有關(guān)。固溶于鐵素體中的合金元素，起固溶強(qiáng)化作用，使強(qiáng)度和硬度提高，但同時(shí)使韌性和塑性相對(duì)地降低。其中以磷和硅的固溶強(qiáng)化作用最顯著，而硅對(duì)韌性的影響也最嚴(yán)重。少量的錳、鉻或鎳，反而對(duì)鐵素體的韌性有一定提高。質(zhì) 鋼 的韌性脆性轉(zhuǎn)變溫度是評(píng)價(jià)力學(xué)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。提高轉(zhuǎn)變溫度的元素有 B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；降低轉(zhuǎn)變溫度的元素有Ni、Mn；少量時(shí)提高、多量時(shí)降低轉(zhuǎn)變溫度的元素有T

35、i、V;少量時(shí)降低、多量時(shí)提高轉(zhuǎn)變溫度的元素有Al。合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳素鋼好，這是由于合金元素在回火時(shí)阻礙了鋼中原子的擴(kuò)散，因而在同樣溫度下，起到延遲馬氏體分解和抗回火軟化的作用。對(duì)合金鋼的回火穩(wěn)定性影響比較顯著的為：釩、鎢、鈦、鉻、鉬、鈷、硅等元素；影響不明顯的為：鋁、錳、鎳等元素?？梢钥吹?，碳化物形成元素，對(duì)回火軟化的延遲作用特別顯著。鈷和硅雖屬不形成碳化物元素，但它們對(duì)滲碳體晶核的形成和長(zhǎng)大，有強(qiáng)烈的延遲作用，因此，也有延遲回火軟化的作用。各種合金元素對(duì)回火脆性影響的程度是不同的。定性地說(shuō)，錳、鉻、氮、磷、釩、銅、鎳等均有促進(jìn)回火脆性的傾向。鉬的作用較特殊，它加入已有回火脆性的合金鋼

36、（例如含錳、鉻等）中，能顯著地降低回火脆性傾向；若單獨(dú)加入普通碳素鋼中，則成為促進(jìn)回火脆性傾向的元素。鎢的作用與鉬相似，但對(duì)回火脆性的影響尚未十分確定。5.1熱處理后組織分析熱處理后正火的金相組織圖5-1珠光體和鐵素體從驅(qū)動(dòng)軸的疲勞區(qū)分別取樣，制成金相試樣，經(jīng)組織觀察，其組織分別為均勻的馬氏體，無(wú)異?，F(xiàn)象，符合技術(shù)要求。顯微組織中相組成物及組織組成物（組織組分），正火處理后的的室溫組織為F塊+P片，750時(shí)，其高溫加熱區(qū)處于鐵素鐵和奧氏體兩相區(qū)（圖1）鐵素體及奧氏體晶粒細(xì)小，冷卻后，由于晶粒得到細(xì)化，鋼材的塑性性能就好。45Cr鋼在奧氏體狀態(tài)下緩冷，先共析鐵素體的金相組織形態(tài)分為：網(wǎng)狀、塊狀及

37、針狀（魏氏組織）網(wǎng)狀鐵素體與針狀鐵素體的鋼，疲勞性能均有不利的影響。具有網(wǎng)狀鐵素體的鋼，疲勞性能很差，而具有針狀鐵素體的鋼，其塑性與沖擊韌性顯著降低。凡成分均勻化的奧氏體，冷卻后均形成片狀珠光體。 圖5-2 調(diào)制熱處理后的金相組織圖5-2回火索式體顯微組織特點(diǎn)：顯微組織中相組成物及組織組成物（組織組分）組織分析表明，在700800范圍內(nèi)，隨淬火溫度升高，淬火組織中鐵素體含量逐步減少，回火索式體量增加，780淬火組織中有較多的鐵素體，因此剛的強(qiáng)度硬度較低。當(dāng)淬火溫度達(dá)到840后，組織中的鐵素體已經(jīng)很少。淬火溫度不同，淬火組織中鐵素體不僅含量發(fā)生變化，其分布形態(tài)發(fā)生較大的改變（700淬火鐵素體的形態(tài)以塊狀為主）。零件變形應(yīng)小于其加工余量（直徑或厚度）的1/3。軸、桿類零件外圓熱處理后允許變曲量及軸、套和環(huán)類零件內(nèi)孔熱處理后的允許變形量參。6.1課程總計(jì)在課程設(shè)計(jì)時(shí)我查閱了大量資料，用45Cr做為驅(qū)動(dòng)軸材料進(jìn)行熱處理時(shí)，使我鞏固了正火、退火、淬火、回火四把火的基本應(yīng)用和特性。對(duì)感應(yīng)熱