工藝課程設計(遼工)

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學 材料工藝學 課程設計（論文）題目：40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理工藝設計院（系）：專業(yè)班級：學號：學生姓名：指導教師起止時間：課程設計（論文）任務及評語院（系）：新能源學院 教研室：材料科學教研室學 號學生姓名 專業(yè)班級課程設計（論 文）題 目40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理工藝設計課程設計（論文）要求與任務一、課設要求熟悉設計題目，查閱相關文獻資料，概述相關零件的熱處理工藝，進行零件的服役條件與失效形式分析，提出硬度、耐磨性、強度等要求。完成工藝設計。闡述40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理工藝理論基礎，選擇設備、儀表和工夾具，闡述40CrNiMo鋼汽

2、輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理質(zhì)量檢驗項目、內(nèi)容及要求；闡明40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理常見缺陷的預防及補救方法；給出所用參考文獻。二、課設任務1. 40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)材料的選擇（要求在滿足工件使用性能的前提下，兼顧經(jīng)濟性和工藝性，合理選擇材料）；2.40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)相應的C曲線；3.給出40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱加工工藝流程圖；4.制定40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理工藝。三、設計說明書要求設計說明書包括三大部分：1）概述；2）工藝設計；3）參考文獻。設計說明書結(jié)構(gòu)見工藝設計模板。工作計劃集中學習0.5天，資料查閱與學習，討論1.5天，設計7天：1）

3、概述0.5天，2）服役條件與性能要求0.5天，3）失效形式、材料的選擇0.5天，4）結(jié)構(gòu)形狀與熱處理工藝性0.5天，5）冷熱加工工序安排0.5天，6）工藝流程圖0.5天，7）熱處理工藝設計2天，8）工藝的理論基礎、原則0.5天，9）設計工夾具0.5天，10）可能出現(xiàn)的問題分析及防止措施0.5天，11）熱處理質(zhì)量分析0.5天，設計驗收1天。指導教師評語及成績成績： 指導教師簽字： 年 月 日遼 寧 工 業(yè) 大 學 課 程 設 計 說 明 書（論 文）前 言金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工

4、件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業(yè)中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。調(diào)質(zhì)鋼是結(jié)構(gòu)鋼中使用最廣泛的一類鋼，用于各類機器上的結(jié)構(gòu)零件。如緊固件、傳動軸、齒輪等。要求具有很好的綜合機械性能，較高的強度，穩(wěn)定的室溫性能，良好的塑性和韌性。由于確定調(diào)質(zhì)

5、硬度確定調(diào)質(zhì)零件的硬度時要注意到零件的工作條件和零件的形狀要求硬度值高，抗拉強度、屈服強度和光滑樣品的疲勞強度高，但是塑性指標降低，脆性破壞傾向和應力集中的敏感性增加，因此，當零件上有起應力集中作用的缺口時，為使應力分布均勻、減少應力集中，這時較低的硬度反而可以獲得較高的疲勞性能。為了滿足上述性能要求，調(diào)質(zhì)鋼選用，鉻鎳鉬鋼（40CrNiMo）。40CrNiMo鋼的鍛件進行正火高溫回火，加熱到正火溫度、保溫回火：加熱到正火溫度、保溫一定時間空冷，隨后入爐進行高溫回火、調(diào)質(zhì)，加熱到淬火溫度、保溫一定時間出爐淬火油冷，按照回火溫度進行一次回火。在進行調(diào)質(zhì)錢先進行正火高溫回火；裝爐溫度650升溫到88

6、0，保溫18min出爐空冷，隨后入井式回火爐加熱到650左右保溫15min；然后調(diào)質(zhì)裝爐溫度650升溫到860，保溫180，出爐8鹽水冷20s左右，然后入N32號油冷卻到室溫，立即回火590×240min出爐油冷。使工件的淬透性提高了，并滿足力學性能的要求。本設計是在課堂學習熱處理知識后的探索和嘗試，其內(nèi)容討論如何設計40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)回火時效熱處理工藝技術，重點是制定合理的熱處理規(guī)程，并按此設計40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理工藝方法。目 錄1 40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理工藝設計概述12 40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)服役條件、失效形式12.1 服

7、役條件12.2 失效形式23 40CrNiMo鋼汽輪機主軸材料選擇及技術要求24 40CrNiMo鋼汽輪機主軸材料的C曲線35 40CrNiMo鋼汽輪機加工工藝流程圖56 40CrNiMo鋼汽輪機熱處理工藝曲線66.1 淬火熱處理工藝曲線76.2 回火熱處理工藝曲線76.3 等溫退火熱處理工藝曲線87 40CrNiMo鋼等溫退火、淬火、回火工藝理論97.1淬火工藝原理97.2回火工藝原理108 選擇設備、儀表和工夾具118.1設備118.3設計工夾具129 40CrNiMo鋼熱處理質(zhì)量檢驗項目、內(nèi)容及要求139.1外觀檢查139.2硬度檢查139.3金相組織檢查1310 40CrNiMo鋼熱處

8、理常見缺陷的預防及補救方法1410.1 力學性能不合格1410.3 裂紋1410.7 滲碳層太深，滲碳濃度太高1510.8 滲碳層中濃渡過低或深度不夠1510.9 滲碳層的深度不均，濃度不平均1510.10淬火后工件表面有大量的殘余奧氏體1511 參考文獻16161 40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理工藝設計概述40CrNiMo鋼汽輪機主軸的熱處理包括鍛造、正火、粗加工、調(diào)質(zhì)、精加工、等溫淬火處理。等溫淬火加熱至850奧氏體化，在220240進行等溫淬火，等溫停留90min，出爐用熱水進行清理，得到的組織層均勻分布的下貝氏體少量回火馬氏體。最終的熱處理使淬火層較深且不易脫落，綜合機械性能提

9、高。熱處理不僅可以改善鋼的加工性能，更重要的是可以改善其使用性能，特別顯著地提高鋼的機械性能，延長其使用壽命。我們知道，不同化學成分的材料可以具有不同的機械性能，而同一種化學成分的鋼材料，由于有不同的內(nèi)部組織也可以具有不同的性能，通過不同的熱處理方式可以可以改變內(nèi)部組織。熱處理就是使固態(tài)鋼鐵材料加熱到一定溫度，并在這個溫度保持一定時間，然后一定的冷卻速度，方式冷卻下來，從而改變鋼的的內(nèi)部組織，獲得預期的工藝過程。達到充分發(fā)揮材料潛力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長使用壽命的目的。40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理必須進行正火和等溫淬火處理。為了獲得高硬度和高韌度和良好的淬透性和抗過熱的穩(wěn)定性則必須進行

10、調(diào)質(zhì)處理。鋼汽輪主軸熱處理主要問題是保證加熱的時間和淬火的溫度，得到高質(zhì)量的鋼汽輪機主軸。等溫淬火使用的熱鹽浴溫度是下貝氏體相變溫度的范圍，該溫度可保證工件心部和表層冷卻速度都大于其臨界淬火冷卻速度并且要求保證工件各處的溫度均勻使過冷的奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w組織，處理的貝氏體組織在靜載荷下有敏感性和和裂紋敏感性，同時使強度、硬度、韌性增大。依據(jù)剛汽輪機主軸調(diào)質(zhì)熱處理的條件、失效形式及性能要求，從典型零件熱處理中本設計選擇了40CrNiMo等作為材料，在設計熱處理工藝中，本設計借鑒了金屬熱處理標準應用手冊熱處理技術機械材料工程機械設計及熱處理手冊等。根據(jù)工藝設計的理論基礎設定了完整的熱處理工藝流

11、程，使熱處理后的材料除具有高強度、高韌度性外，還具有一定的硬度性，從而滿足鋼汽輪機主軸的質(zhì)量要求。2 40CrNiMo鋼汽輪機主軸調(diào)質(zhì)服役條件、失效形式2.1 服役條件汽輪機主軸箱是一個變速裝置，通常將主動軸的一種轉(zhuǎn)換為從動軸的一種或多種轉(zhuǎn)速， 而這種轉(zhuǎn)速的改變主要是通過一系列相互嚙合的從動輪輪齒施加推動力，從而帶動從動輪的旋轉(zhuǎn)。圖1 汽輪機主軸鋼汽輪機主軸在高速運轉(zhuǎn)時要承受多重種載荷作用，入彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等。所以要求主軸具有抵抗各種載荷的能力。當主軸的載荷較大轉(zhuǎn)數(shù)又高時，主軸還承受著很高的交變功，因此要求主軸具有較高的疲勞強度和綜合力學性能。2.2 失效形式長期交變載荷作用易導致疲勞斷裂（

12、包括扭轉(zhuǎn)疲勞和彎曲疲勞斷裂）；承受大載荷或沖擊載荷會引起過量變形、斷裂，長期承受較大摩擦，軸頸及花鍵表面會出現(xiàn)過量磨損。軸類零件在試驗過程中受到載荷情況是相當復雜的，因而其損壞形式也是多種多樣的，常見的軸類失效形式有疲勞斷裂、過量變形和過量磨損。變形失效主要有彈性和塑性變形失效。彈性變形失效是零件因過量塑性變形產(chǎn)生的失效，主要是指失去彈性能力，屬于功能失效。引起彈性變形的原因是零件剛度不夠，除結(jié)構(gòu)因素外，還取決于材料的彈性模量，因此要預防彈性失效應選擇彈性模量高的材料來制作零件。塑性變形失效是零件因過量塑性變形產(chǎn)生的失效，主要由于應力過大造成的。零件產(chǎn)生塑性變形，是由于實際工作應力超過了這種材

13、料的屈服強度。再設計裝配使用正常情況下，應考慮選用高屈服強度的材料。3 40CrNiMo鋼汽輪機主軸材料選擇及技術要求40CrNiMo鋼汽輪機屬于調(diào)質(zhì)鋼其中含碳量在0.30.6的中碳鋼，并且含有一種或幾種合金元素，具有較低或中等的合金化程度，鋼中合金元素主要是提高鋼的淬透性和保證零件在高溫回火后得到的綜合性能，鋼中含有較高的碳，因此具有很好的機械性能，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后的金相組織是回火索式體。汽輪機主軸是零件重要的一部分之一。需要尺寸精度、形狀位置公差、表面粗糙、接觸精度和熱處理要求等。這些是為了保證主軸具有高的回轉(zhuǎn)精度和剛度、良好的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。例如支承軸頸、主軸工作表面的精度、主軸次要軸

14、頸和其他表面的精度、主軸各表面粗度、主軸各表面硬度。表1 機床和接觸面積關系機床類別莫氏錐孔對主軸頸的頸向圓跳動mm莫氏錐孔接觸面積近主軸端遠軸端300mm普通機床0.0050.0010.010.036580精密機床0.0020.0050.0050.01>85圖2 零件主軸結(jié)構(gòu)主軸是關鍵的零件，各項技術要求高，因此，除了工序間檢驗外，在主軸加工全部工序完成后，應對主軸的尺寸、幾何形狀、相互位置精度和表面粗糙度硬度應詳細檢查。工件磨消操作方式，錐孔直線不直等形狀誤差，影響錐孔精確精度。4 40CrNiMo鋼汽輪機主軸材料的C曲線圖3為40CrNiMo鋼汽輪機的等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線），塊規(guī)材

15、料為40CrNiMo鋼，參照40CrNiMo鋼汽輪機的C曲線制定生產(chǎn)工藝。圖3 40CrNiMo的C曲線C曲線是把過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學曲線是表示不同溫度下過冷奧氏體轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時間關系。不需要了解某一時刻轉(zhuǎn)變量的多少，而比較注重轉(zhuǎn)變的開始和結(jié)束時間，因此此曲線是溫度時間曲線。則充分體現(xiàn)出40CrNiMo鋼汽輪機主軸材料量的多少。過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線可綜合反映C曲線是反映過冷奧氏體在不同過冷度下的等溫轉(zhuǎn)變過程：轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的類型以及轉(zhuǎn)變量與時間、溫度之間的關系等。過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立由于過冷奧氏體在轉(zhuǎn)變過程中不僅有組織轉(zhuǎn)變和性能變化，而且有體積膨脹和磁性轉(zhuǎn)變，因

16、此可以采用膨脹法、磁性法、金相硬度法等來測定過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線，即C曲線。5 40CrNiMo鋼汽輪機加工工藝流程圖圖4 汽輪機工藝流程圖鍛造等溫退火高溫回火粗加工檢驗精加工淬火高溫回火表面強化熱處理裝配 圖5 40CrNiMo鋼汽輪機生產(chǎn)工藝流程 正火：將工件加熱至Ac3(Ac是指加熱時自由鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度，一般是從727到912之間)或Acm(Acm是實際加熱中過共析鋼完全奧氏體化的臨界溫度線 )以上3050，保溫一段時間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風冷卻的 是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細一些，其機械性能也有所提高。另外，正火爐

17、外冷卻不占用設備，生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來代替退火。對于形狀復雜的重要鍛件，在正火后還需進行高溫回火（550-650）高溫回火的目的在于消除正火冷卻時產(chǎn)生的應力，提高韌性和塑性。正火用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處理(淬火+高溫回火）作為最后熱處理，也可作為用感應加熱方法進行表面淬火前的預備處理。等溫退火：等溫退火是使奧氏體化后不是隨爐冷卻而是冷至適當溫度保溫，使奧氏體在這個溫度下等溫轉(zhuǎn)變，形成珠光體。此鋼采用完全退火或不完全退火獲得珠光體組織是十分困難的，因為奧氏體化后必須非常緩慢的冷卻才能在連續(xù)冷卻中完成珠光體的轉(zhuǎn)變，否則便于形成馬氏體，使鋼變硬，難于切削加工。因此選擇等溫退火。 淬

18、火：鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體1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）進行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝。淬火目的：淬火的目的是使過冷奧氏體進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，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。 高溫回火是把零件

19、淬火后，再加熱到500650，一般是加熱到psk線（臨界點Ac1)的某一溫度，保溫一段時間后，以適當?shù)乃俣壤鋮s。高溫回火得到鐵素體+細粒狀滲碳體的混合物，即回火索氏體組織。具有優(yōu)良的綜合力學性能，多用于結(jié)構(gòu)零件淬火后的回火。一般用于淬火的后續(xù)處理，淬火+高溫回火被稱為調(diào)質(zhì)處理，在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應用。回火溫度范圍為500-650攝氏度，有利于徹底消除內(nèi)應力，提高金屬的塑性和韌性，回火一般采用空氣中冷卻。硬度一般在2535HRC之間，回火后的組織為回火索氏體。主要應用于含碳量為0.3%-0.5%的碳鋼和合金鋼制造的各類連接和傳動的結(jié)構(gòu)零件。 回火：將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當

20、溫度，保溫一段時間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理工藝。或?qū)⒋慊鸷蟮暮辖鸸ぜ訜岬竭m當溫度，保溫若干時間，然后緩慢或快速冷卻。 工藝流程：鍛造等溫退火高溫回火粗加工去應力退火淬火高溫回火精加工檢驗表面強化熱處理裝配6 40CrNiMo鋼汽輪機熱處理工藝曲線通過查閱熱處理手冊，了解熱處理工藝，根據(jù)工藝需求需求確定。6.1 淬火熱處理工藝曲線 40CrNiMo鋼汽輪機熱處理采用加熱到1020然后等溫淬火加熱至10101030保溫一段時間，等溫停留1.82min，在油冷或空冷卻介質(zhì)中冷卻。圖5為40CrNiMo鋼淬火工藝曲線圖。 淬火熱處理中需要注意：工件在表面與心部的冷卻速度有-定差異，如

21、果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為保證整個截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應力，可能使工件變形或開裂。圖6 40CrNiMo鋼淬火工藝曲線圖6.2 回火熱處理工藝曲線40CrNiMo鋼汽輪機采用淬火冷卻冷處理可以使淬火后得到板條馬氏體和原奧氏體晶界上未熔的碳化物。圖7 40CrNiMo鋼回火熱處理工藝曲線6.3 等溫退火熱處理工藝曲線 等溫退火使奧氏體在既能轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕炔惶叩闹楣怏w，完成轉(zhuǎn)變所需時間不太長的溫度下進

22、行等溫轉(zhuǎn)變，易進行，縮短生產(chǎn)周期。等溫退火可以使等溫轉(zhuǎn)變形成的組織比較均勻，使奧氏體在較短時間下轉(zhuǎn)變成珠光體。如圖7則為等溫退火熱處理工藝曲線。圖8 等溫退火熱處理工藝曲線7 40CrNiMo鋼等溫退火、淬火、回火工藝理論7.1淬火工藝原理 鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3或Ac1以上溫度，保溫一段時間，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附近進行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。 淬火的目的是使過冷奧氏體進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

23、不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。 淬火保溫時間 由設備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設備功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致。對各類淬火，其保溫時間最終取決于在要求淬火的區(qū)域獲得良好的淬火加熱組織。圖9 鋼的熱孔淬火溫度和時間關系7.2回火工藝原理將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當溫度，保溫一段時間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理工藝。或?qū)⒋慊鸷蟮暮辖鸸ぜ訜岬竭m當溫度，保溫若干時

24、間，然后緩慢或快速冷卻。一般用以減低或消除淬火鋼件中的內(nèi)應力，或降低其硬度和強度，以提高其延性或韌性。淬火鋼回火后的性能取決于它的內(nèi)部顯微組織；鋼的顯微組織又隨其化學成分、淬火工藝及回火工藝而異。碳鋼在100250之間回火后能獲得較好的力學性能。合金結(jié)構(gòu)鋼在200700之間回火后的力學性能的典型變化如圖10所示。從圖10可以看出，隨著回火溫度的升高，鋼的抗拉強度b單調(diào)下降；屈服強度0.3 先稍升高而后降低；斷面收縮率和伸長率不斷改善；韌性總的趨勢是上升，但在300400之間和500550之間出現(xiàn)兩個極小值，相應地被稱為低溫回火脆性與高溫回火脆性。因此，為了獲得良好的綜合力學性能，合金結(jié)構(gòu)鋼往往

25、在三個不同溫度范圍回火：超高強度鋼約在200300；彈簧鋼在460附近；調(diào)質(zhì)鋼在550650回火。碳素及合金工具鋼要求具有高硬度和高強度，回火溫度一般不超過200。回火時具有次生硬化的合金結(jié)構(gòu)鋼、模具鋼和高速鋼等都在500650范圍內(nèi)回火。圖10 回火溫度與合金鋼韌性的關系將淬火成馬氏體的鋼加熱到臨界點A1以下某個溫度，保溫適當時間，再冷到室溫的一種熱處理工藝。回火的目的在于消除淬火應力，使鋼的組織轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定狀態(tài)。在不降低或適當降低鋼的硬度和強度的條件下改善鋼的塑性和韌性，以獲得所希望的性能。中碳和高碳鋼淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需經(jīng)回火處理才能使用。鋼中的淬火馬氏體，是碳在-Fe中

26、的過飽和固溶體，具有體心正方結(jié)構(gòu)，其正方度c/a隨含碳量的增加而增大（c/a=1+0.045wt%C）。馬氏體組織在熱力學上是不穩(wěn)定的，有向穩(wěn)定組織過渡的趨勢。許多鋼淬火后還有一定量的殘留奧氏體，也是不穩(wěn)定的，回火過程中將發(fā)生轉(zhuǎn)變。因此，回火過程本質(zhì)上是在一定溫度范圍內(nèi)加熱粹火鋼，使鋼中的熱力學不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡的復雜轉(zhuǎn)變過程。轉(zhuǎn)變的內(nèi)容和形式則視淬火鋼的化學成分和組織?；鼗鸬突蛳慊鹨鸬臍堄鄡?nèi)應力，這對于穩(wěn)定工具鋼制品的尺寸特別重要?；鼗鹂梢栽贏1的基本目的是：提高淬火鋼的塑性和韌性，降低其脆性，但卻往往不可避免地要降低其硬度和強度，回火的另一個目的是降以下很寬的溫度范圍內(nèi)進行

27、，鋼的性能也可以在很寬的范圍內(nèi)變化，因此，回火是鋼制零件的性能以滿足使用要求的有效手段。8 選擇設備、儀表和工夾具8.1設備加熱爐是將物料或工件加熱的設備，是主要的設備。按加熱方式分為：間接加熱電阻爐，直接加熱電阻爐。按熱源分為：電阻爐，燃料爐和各種表面加熱裝置。按加熱介質(zhì)分為：自然氣氛爐，浴爐，可控氣氛爐，真空爐，流動粒子爐。按工作溫度分為：低溫爐，中溫爐和高溫爐。按功能不同分為：淬火爐，退火爐，回火爐，滲碳爐，氮化爐等。按爐型結(jié)構(gòu)分為：箱式爐，井式爐，臺車爐，罩式爐，振底式爐。按工作規(guī)程分為：周期式爐，連續(xù)作業(yè)爐，熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應加熱爐、微波加熱爐等。通過以上分析，因

28、為40CrNiMo鋼為小件，并且需要淬火后高溫回火處理，所以此設計綜合分析，選用高溫箱式電阻爐作為主要設備如圖11。圖11  箱式電阻爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖片1一爐門;2一電熱元件;3一爐殼;4一控制箱;5-爐襯圖12 箱式電阻爐平面圖1底座 2.觀察孔 3爐門 4電熱偶5爐殼 6電熱元件 7耐火材料 8保溫材料9爐架8.2注意事項1使用時爐膛溫度不得超過最高爐溫，也不要長時間工作在額定溫度以上。2工作環(huán)境條件為：溫度050 ，相對濕度<80%,無導電塵埃，無易燃易爆物品和腐蝕性氣體。3使用時爐門要輕開輕關，以防損壞機件。4在爐膛內(nèi)取放樣品時，應先關斷電源，并輕拿輕放，以保證安全和避免損

29、壞爐膛。5為延長產(chǎn)品使用壽命和保證安全，在設備使用結(jié)束之后要及時從爐膛內(nèi)取出樣品，退出加熱并關掉電源。6、設備環(huán)境大氣壓力：大氣壓下。8.3設計工夾具熱處理過程中，根據(jù)40CrNiMo鋼的外形結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，尺寸及批量和選用的加熱爐型號，需要多種工夾具和吊具以保證塊規(guī)的加熱均勻，不會變形，為了保證操作時的安全性。熱處理中的工夾具可分為吊具、架具和掛具等，掛具的形式很多，有能適用幾種常見零件的通用掛具，也有為大批量零件專用的掛具。對于幾何形狀復雜的鍍件，有的要配備輔助陽極、輔助陰極或屏蔽板等。鋁陽極氧化、塑料電鍍使用的掛具表面非接點部位要有良好的絕緣層。自動線的掛具和手工電鍍的掛具也有所區(qū)別。掛具設

30、計的基本原則是:有足夠的機械強度和良好的導電性，重量輕，裝卸方便，零件與掛具接觸牢固。本次設計應用掛具。掛具和吊具如圖13所示。圖13 掛具和吊具9 40CrNiMo鋼熱處理質(zhì)量檢驗項目、內(nèi)容及要求9.1外觀檢查鋼件表面不應有碰傷、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）。鍛造余熱淬火工件，表面不能有折疊等缺陷，應清理干凈、銹斑盲孔里無殘油。9.2硬度檢查表面硬度范圍應符合圖樣或技術文件滿足的范圍，局部淬火回火件應避免在過渡區(qū)檢驗硬度。硬度對于控制材料冷熱加工工藝質(zhì)量有一定的參考意義，硬度對材料的斷裂度存在一定的經(jīng)驗關系，表面硬度和顯微硬度試驗反應了金屬表面及其局部范圍內(nèi)的

31、力學行為，因此可以用于檢驗材料表面熱處理或微區(qū)組織鑒別。硬度檢驗可分為：壓入法，回跳法刻劃法，壓入法主要有布氏硬度，洛氏硬度，維氏硬度，顯微硬度，努氏硬度。回跳氏法有肖氏硬度，刻劃法為莫氏硬度。都用于材料硬度檢測。9.3金相組織檢查中碳鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)剛淬火后一般應得到馬氏體。由于奧實體化溫度不同，馬氏體形態(tài)和大小不一樣，一般分為8級。包括晶粒度、基本組織和碳化物、表面腐蝕與元素貧化等。10 40CrNiMo鋼熱處理常見缺陷的預防及補救方法 10.1 力學性能不合格 退火狀態(tài)5偏低，淬火或時效處理后強度和延伸率不合格。 退火溫度偏低或保溫時間不足，或冷卻太快；淬火溫度偏低或保溫時間不

32、夠，或冷卻速度太慢（淬火介質(zhì)溫度過高）；不完全人工時效和完全人工時效溫度偏高，或保溫時間偏長，合金的化學成分出現(xiàn)偏差。 再次退火，提高溫度或延長保溫時間；提高淬火溫度或延長保溫時間，降低淬火介質(zhì)溫度；如再次淬火，則要調(diào)整其后的時效溫度和時間；如成分出現(xiàn)偏差，則要根據(jù)具體的偏差元素、偏差量、改變或調(diào)整重復熱處理參數(shù)。 10.2 變形、翹曲 熱處理后，或之后的機械加工中反映出來的鑄件的尺寸、外形變化。 加熱速度或淬火冷卻速度太快（太激烈）；淬火溫度太高；鑄件的設計結(jié)構(gòu)不合理（如兩連接壁的壁厚相差太大，框形結(jié)構(gòu)中加強筋太薄或太細??；淬火時工件下水方向不當及裝料方法不當。 降低升溫速度，提高淬火介質(zhì)溫

33、度，或換成冷卻速度稍慢的淬火介質(zhì)以防止合金內(nèi)產(chǎn)生殘余應力；在厚壁或薄壁部位涂敷涂料或用石棉纖維等隔熱材料包覆薄壁部位；根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、外形選擇合理的下水方向或采用專用防變形的夾具；變形量不大的部位，則可在淬火后立即予以矯正。 10.3 裂紋 淬火后的鑄件表面用肉眼可以看到的明顯的裂紋或通過熒光檢查肉眼看不到的微細裂紋。裂紋多曲折不直并呈暗灰色。 加熱速度太快，淬火時冷卻太快（淬火溫度過高或淬火介質(zhì)溫度過低，或淬火介質(zhì)速度太快）；鑄件結(jié)構(gòu)設計不合理（兩連接壁壁厚差太大，框形件中間的加強筋太薄或太細?。?；裝爐方法不當或下水方向不對；爐溫不均勻，使鑄件溫度不均勻。 減慢升溫速度或采取等溫淬火工藝；提高淬火介質(zhì)溫度或換成冷卻速度慢的淬火介質(zhì)；在壁厚或薄壁部位涂敷涂料或在薄壁部位包復石棉等隔熱材料；采用專用防開裂的淬火夾具，并選擇正確的下水方向。 10.4 過燒 鑄件表面有結(jié)瘤，合金的延伸率大大下降。 合金中的低熔點雜質(zhì)元素如Cd、Si、Sb等的含量過高；加熱不均勻或加熱太快；爐內(nèi)局部溫度超過合金的過燒溫度；測量和控制溫度的儀表失靈，使爐內(nèi)實際溫度超過儀表指示溫度值。 嚴格控制低熔點合金元素的含量不超標；以不超過3/min的速度緩慢升溫；檢查和控制爐內(nèi)各區(qū)溫度不超過±5；定期檢查或校準測控儀表，確保儀表測溫、示溫、控溫準確無誤。 10.5 表