柱塞熱處理工藝課程設(shè)計(jì)

1、1 前言熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分。通過(guò)熱處理可以改變材料的加工工藝性能，充分發(fā)揮材料的潛力，提高工件的使用壽命。這次課程設(shè)計(jì)是在材料科學(xué)基礎(chǔ)、金屬熱處理工藝學(xué)、金屬力學(xué)性能、失效分析等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)的，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)該課程設(shè)計(jì)我們?cè)诰C合運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)能力方面得到訓(xùn)練，學(xué)會(huì)獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法，提高工程設(shè)計(jì)意識(shí)和工程設(shè)計(jì)能力?？偟膩?lái)說(shuō)本次熱處理與工藝課程設(shè)計(jì)的目的有三個(gè)，（1）初步掌握典型零件部件生產(chǎn)工藝過(guò)程；（2）掌握典型零件的選材、熱處理原則和工藝指定原理；（3）理論聯(lián)系實(shí)際，綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課及專(zhuān)業(yè)課程多方面的知識(shí)去認(rèn)識(shí)和分析零部件熱處際問(wèn)

2、題，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力。熱處理工藝是機(jī)械加工過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它與工件設(shè)計(jì)及其加工工藝之間存在密切關(guān)系。如何實(shí)現(xiàn)工件設(shè)計(jì)時(shí)提出的幾何形狀和加工精度，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)時(shí)所要求的多種性能指標(biāo)，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關(guān)重要的作用。設(shè)計(jì)熱處理工藝之前，應(yīng)該準(zhǔn)確分析零件圖，分析其工作條件，使用性能，技術(shù)要求等，才能為下一步材料的選擇做準(zhǔn)備。根據(jù)上一步的分析和對(duì)各種金屬材料的學(xué)習(xí)，選擇幾種常用材料，并進(jìn)行對(duì)比選擇，選出最佳的材料進(jìn)行下一步的工藝制定。要想設(shè)計(jì)出合理的熱處理工藝，必須了解所選材料的合金化原理，相變溫度以及零件的服役條件，技術(shù)要求等，從而制定出合理的退火、正火、淬火、回火的工藝參數(shù)。此外

3、合理的選擇熱處理設(shè)備也是重點(diǎn)之一，準(zhǔn)確的選擇加熱和冷卻設(shè)備可以確保有效的利用資源。熱處理工藝的最佳方案可以保證零件達(dá)到使用性能及質(zhì)量穩(wěn)定可靠、工序簡(jiǎn)單、管理方便、生產(chǎn)效率高、原材料消耗少、生產(chǎn)成本低廉，并能能到節(jié)能、環(huán)保的要求。但是單一的熱處理工藝方案通常情況是很難達(dá)到這幾個(gè)方面的要求，所以可以根據(jù)零件的技術(shù)要求，通過(guò)幾種熱處理工藝方案的合理結(jié)合達(dá)到。任何零件在進(jìn)行完熱處理工藝后都會(huì)產(chǎn)生各種程度的缺陷，所以最后的檢驗(yàn)是非常必要的，通過(guò)檢驗(yàn)才知道是否符合我們的技術(shù)要求，我們通過(guò)分析這種因素后才能確定出一種最佳的方案。2 零件圖分析圖1 柱塞零件圖2.1 零件的服役條件該零件是一個(gè)柱塞泵柱塞的零件

4、，該零件是細(xì)小的軸類(lèi)零件，形狀規(guī)則，尺寸精度、形位精度要求均較高。柱塞和套筒是柴油機(jī)噴油泵最主要構(gòu)件，在使用時(shí)，燃油中的雜質(zhì)和磨料會(huì)隨同燃油以很高的壓力和流速?zèng)_刷柱塞副的工作表面并造成異常磨損。柱塞的主要功能是傳遞小動(dòng)力，其工作時(shí)需要承受不大的沖擊載荷，不過(guò)要求有較高的強(qiáng)度和剛度。由于表面會(huì)磨損，所以必須有足夠的硬度和耐磨性。2.2 零件的實(shí)效條件對(duì)于材料來(lái)說(shuō)，其失效形式主要有：斷裂、疲勞脫落及磨損等形式。2.3 零件的性能要求柱塞在使用過(guò)程中要求表面硬度高，為滿(mǎn)足這一條件，可選用含碳量較低的合金結(jié)構(gòu)鋼，低碳合金結(jié)構(gòu)鋼用于滲碳件，通過(guò)表面滲碳淬火獲取所需材料，使其表面具有較高硬度，而心部硬度不

5、高，具有較高韌性。3 材料的選擇合金結(jié)構(gòu)鋼常用于機(jī)器零件用的合金鋼，常采用的合金元素Mn、Cr、Si、Ni、W、V、Ti、B等，這些元素可增加鋼的淬透性，并使晶粒細(xì)化，這樣可以是大截面零件經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，在整個(gè)截面上獲得強(qiáng)韌結(jié)合的力學(xué)性能，同時(shí)，因淬透性的提高，可采用冷卻烈度較小的油類(lèi)來(lái)淬火，從而減少淬火時(shí)的裂紋和變形傾向。3.1 選材20Cr鋼常用來(lái)制造負(fù)荷不大、小尺寸的一般滲碳件，如小軸、小齒輪、活塞銷(xiāo)等，也可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，制造工作速度較大并承受中等沖擊載荷的零件。這個(gè)鋼在滲碳時(shí)易過(guò)熱，表面也容易出現(xiàn)滲碳體網(wǎng)。 20CrMnTi是應(yīng)用最廣泛的合金滲碳鋼，用于截面在30mm以下、高速運(yùn)轉(zhuǎn)并

6、承受中等或重載荷的重要滲碳件，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的變速齒輪、軸等零件。 20Cr2Ni4鋼用作大截面、較高載荷、交變載荷下工作的重要滲碳件，如內(nèi)燃機(jī)車(chē)的主動(dòng)牽引齒輪、柴油機(jī)曲軸等。20CrMnTi是低碳合金鋼，該鋼具有較高的機(jī)械性能，在滲碳淬火低溫回火后，表面硬度為58-62HRC，心部硬度為30-45HRC。此外，20CrMnTi的工藝性能較好，由于合金元素Ti的影響，對(duì)過(guò)熱不敏感，故在滲碳后可直接降溫淬火，且滲碳速度較快，過(guò)渡層較均勻，滲碳淬火后變形小，適合于制造承受高速重載及沖擊、摩擦的重零件，因此選用20CrMnTi鋼是比較合適的。3.2 20CrMnTi鋼化學(xué)成分及合金元素作用 20Cr

7、MnTi鋼化學(xué)成分見(jiàn)下表表1 化學(xué)成分表CMnSiCrS0.170.230.81.100.170.371.001.300.035化學(xué)元素作用Cr元素: 主要是提高鋼的淬透性, Cr元素固溶強(qiáng)化基體組織，并改善基體組織的回火性能和硬度。Mn元素：主要是提高鋼的淬透性，Mn元素從基體組織中擴(kuò)散到析出的滲碳體中，形成合金滲碳體,改善其硬度。Ti元素：主要是為了細(xì)化晶粒。3.2.3 20CrMnTi鋼相變點(diǎn)表2 的相變點(diǎn)相變點(diǎn)Ac1Ac3Ar1溫度7308206904 確定零件加工路線(xiàn)加工工藝主要包括機(jī)械加工和熱處理工藝。機(jī)械加工是指通過(guò)機(jī)械加工精確去除多余材料的加工工藝。它直接改變毛坯的形狀、尺寸和

8、表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱(chēng)為機(jī)械加工工藝過(guò)程。熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過(guò)改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu),來(lái)控制其性能的一種金屬熱加工工藝。工藝流程為：下料鍛造預(yù)備熱處理機(jī)械加工滲碳淬火回火機(jī)械加工。5 熱處理工藝方法的選擇5.1 預(yù)備熱處理 對(duì)預(yù)備熱處理的改進(jìn)主要有等溫退火或等溫正火以及先退火后正火等工藝方法。等溫退火或等溫正火是先將鋼加熱到43點(diǎn)以上，然后冷卻到等溫溫度進(jìn)行等溫處理。再以不同冷卻速度進(jìn)行退火或正火的預(yù)處理工藝。退火后再正火可以使坯體組織細(xì)小均勻。而通過(guò)等溫正火可以消除帶狀組織、降低硬度，對(duì)齒輪的加工處理及性能都有好的影響。正火與退火工藝相

9、比，其主要區(qū)別是正火的冷卻速度稍快，所以正火熱處理的生產(chǎn)周期短。故退火與正火同樣能達(dá)到零件性能要求時(shí)，盡可能選用正火。大部分中、低碳鋼的坯料一般都采用正火熱處理。一般合金鋼坯料常采用退火，若用正火，由于冷卻速度較快，使其正火后硬度較高，不利于切削加工。所以在此選用正火對(duì)低碳鋼進(jìn)行預(yù)備熱處理。5.2 滲碳方法滲碳的目的是使機(jī)器零件獲得高的表面硬度、耐磨性及高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，滲碳后淬火、回火，心部保持良好韌性的同時(shí)提高工件的表面強(qiáng)度、耐磨性和硬度。因此采用甲醇-煤油滴注式滲碳法（甲醇為稀釋劑，煤油為滲碳劑），甲醇-煤油滴注劑中煤油的含量一般在15-30范圍內(nèi)，高溫下甲醇的裂解產(chǎn)物水、

10、二氧化碳和甲烷、碳氧化，可使?fàn)t氣成分和碳勢(shì)保持在一定范圍內(nèi)，可以采用紅外儀進(jìn)行控制。然后采用遇冷淬火加回火的最終熱處理。5.3 最終熱處理一般以淬火+回火，作為最終熱處理工藝。淬火提高硬度，但是塑性會(huì)降低。而回火可以改善塑性。一般分為高、中、低溫回火。不同回火可以獲得不同塑韌性的材料。通常，淬火+高溫回火稱(chēng)之為調(diào)質(zhì)處理，應(yīng)用廣泛。20CrMnTi鋼的最終熱處理工藝為了提高表面硬度，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，以提高工件的硬度、強(qiáng)韌性、彈性、耐蝕性和耐磨性等，獲得所需的力學(xué)性能。因此采用淬火。20CrMnTi鋼回火時(shí)可以使馬氏體分

11、解，轉(zhuǎn)變成回火馬氏體，淬火內(nèi)應(yīng)力得到部分消除，淬火時(shí)產(chǎn)生的微裂紋也大部分得到愈合。因此低溫回火可以在很少降低硬度的情況下使鋼的韌性得到顯著提高，并提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性，使軸得到優(yōu)異的機(jī)械性能。并且可以穩(wěn)定組織，使工件在使用過(guò)程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，降低或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，以減少工件的變形并防止開(kāi)裂，從而保證工件的形狀、尺寸不變，因此采用低溫回火。6 熱處理工藝方法的選擇6.1 正火工藝的選擇6.1.1 加熱速度加熱速度主要與鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關(guān)。為防止變形開(kāi)裂，應(yīng)該適當(dāng)控制加熱速度。碳鋼和低合金鋼的中、小件的加熱速度一般控制在100200/h；中、高合金鋼形狀復(fù)雜的或截面大的工件一般

12、應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱或采用低溫入爐進(jìn)行隨爐升溫的加熱方式，溫度低于600700時(shí)加熱速度為3070/h，高于此溫度后控制在80100/h.根據(jù)本設(shè)計(jì)中的零件尺寸及形狀的實(shí)際情況，采用低溫入爐加熱，加熱速度為50100/h能夠達(dá)到目的。6.1.2 加熱溫度20CrMnTi鋼Ac3 約為825，通常的正火加熱溫度為Ac3+(3050) .在實(shí)際生產(chǎn)中，正火加熱溫度常常略高于上述溫度。為促使奧氏體均勻化，增大過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性,選擇的加熱溫度在930。6.1.3 保溫時(shí)間選定的依據(jù)：加熱時(shí)間可按下列公式進(jìn)行計(jì)算： T=a×K×D 。式中T為加熱時(shí)間（min），K反映裝爐時(shí)的修正系數(shù)，通過(guò)查

13、手冊(cè)取K=1.4,a為加熱系數(shù)min/mm,可參見(jiàn)表4.1選取a=1.51.8，D為工件有效厚度（mm），工件厚度=（工件最厚處直徑+工件最薄處直徑）/2，可得D=23mm T=1.6×1.4×(16+5+5+22+5+5)=58min60min表3 熱處理工件裝爐系數(shù)工件裝爐位置裝爐系數(shù)K工件裝爐位置裝爐系數(shù)K1111.4241.42.21.32.01.71.8表4 碳鋼和合金鋼在各種介質(zhì)中的加熱系數(shù)（值)鋼材每1mm有效厚度的加熱時(shí)間空氣電阻爐鹽浴爐碳鋼0.91.1min2530s合金鋼1.31.6min5060s1520s（一次預(yù)熱）高速鋼-815s（二次預(yù)熱）6.1

14、.4 冷卻速度與最終組織冷卻速度對(duì)鋼退火后的組織與性能影響的一般規(guī)律是：冷卻速度越大，奧氏體分解溫度越低，則珠光體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物越細(xì)，應(yīng)力越大，硬度越高。冷卻過(guò)慢，會(huì)出現(xiàn)大塊鐵素體，造成工件過(guò)軟。正火工件一般為空冷，對(duì)滲碳鋼及大件等正火有時(shí)采用吹風(fēng)冷卻，甚至噴霧冷卻。這里采用空冷。6.1.5 最終組織正火所得到的組織是珠光體型組織或者說(shuō)是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。正火的珠光體是在較大過(guò)冷度下得到的，因而對(duì)亞共析鋼來(lái)說(shuō)，析出的先共析鐵素體較少，珠光體數(shù)量較多，珠光體的片層間距較小。 晶粒度：56級(jí)。6.1.6 正火工藝曲線(xiàn)時(shí)間min60min空冷930溫度圖2正火工藝曲線(xiàn)6.2 滲碳工藝的制定6.2

15、.1 加熱速度加熱速度主要與鋼的成分、工件的尺寸和形狀等因素有關(guān)。為防止變形開(kāi)裂，應(yīng)該適當(dāng)控制加熱速度。碳鋼和低合金鋼的中、小件的加熱速度一般控制在100200/h；中、高合金鋼形狀復(fù)雜的或截面大的工件一般應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱或采用低溫入爐進(jìn)行隨爐升溫的加熱方式，溫度低于600700時(shí)加熱速度為3070/h，高于此溫度后控制在80100/h。根據(jù)本設(shè)計(jì)中的零件尺寸及形狀的實(shí)際情況，采用低溫入爐加熱，加熱速度為50100/h能夠達(dá)到目的。6.2.2 滲碳溫度 由式 D=0.162×e（-16575/T）可知，隨著滲碳溫度升高，碳在鋼中的擴(kuò)散系數(shù)呈指數(shù)上升，滲碳速度加快；但滲碳溫度過(guò)高會(huì)造成晶粒長(zhǎng)

16、大，工件畸變?cè)龃螅O(shè)備壽命降低等負(fù)面影響。所以滲碳溫度?？刂圃?00950。選擇氣體滲碳，加熱940.6.2.3 滲碳時(shí)間滲碳深度d可按下式近似計(jì)算： d=kt-D/t-D/ 式中 d滲碳深度 k滲碳速度因子 t滲碳時(shí)間 D擴(kuò)散系數(shù) 碳傳遞系數(shù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算按0.150.2mm/h來(lái)計(jì)算時(shí)間。滲層為0.81.2mm,則滲碳時(shí)間T=56h,取300min。6.2.4 滲碳方法甲醇-煤油滴注式滲碳法（甲醇為稀釋劑，煤油為滲碳劑）。甲醇-煤油滴注劑中煤油的含量一般在15%30%范圍內(nèi)，高溫下甲醇的裂解產(chǎn)物H2O，CO2，煤油的裂解產(chǎn)物為CH4和C，可使?fàn)t氣成分和碳勢(shì)保持在一定范圍內(nèi)，可以采用紅外儀進(jìn)行控制

17、。表5 常用有機(jī)液體的滲碳特性名稱(chēng)分子式碳當(dāng)量/g碳氧比滲碳反應(yīng)式用途甲醇CH3OH-1CH3OHCO+2H2稀釋劑乙醇C2H5OH462C2H5OHC+CO+3H2滲碳劑異丙醇C3H7OH303C3H7OH2C+CO+4H2強(qiáng)滲碳劑乙醚C2H5OC2H524.74C2H5OC2H53C+CO+5H2強(qiáng)滲碳劑丙醚CH3COCH3293CH3COCH32C+CO+3H2強(qiáng)滲碳劑乙酸乙酯CH3COOC2H3442CH3COOC2H33C+CO+5H2滲碳劑煤油航空煤油，燈用煤油 主要成分: C9-C14和C11-C17850以下裂解不充分，含有大量烯烴（乙烯，丙烯），容易產(chǎn)生炭黑和結(jié)焦。應(yīng)在900

18、950使用，高溫下理論分解式為：n1(C11H24-C13H36)n2CH4+n2C+n3H2強(qiáng)滲碳劑表6 強(qiáng)滲時(shí)間、擴(kuò)散時(shí)間及滲碳層深度要求滲層深度/mm不同溫度下的強(qiáng)滲時(shí)間強(qiáng)滲后的滲層深度/mm擴(kuò)散時(shí)間/h擴(kuò)散后的滲層深度/mm920±10930±10 940±10 0.40.740min30min20min0.200.25約10.50.60.60.91.5h1.0h30min0.350.40約1.50.70.80.81.22h1.5h1h0.450.55約20.91.01.11.62.5h2h1.5h0.600.70約31.21.3注：若滲碳后直接降溫淬火，

19、則擴(kuò)散時(shí)間包括降溫及降溫時(shí)停留時(shí)間。圖3 煤油-甲醇滴注式滲碳工藝曲線(xiàn)6.2.5 冷卻方式與滲碳后的組織隨爐降溫或?qū)⒐ぜ浦恋葴夭壑蓄A(yù)冷，然后直接淬火。組織為，表面：碳化物+珠光體+鐵素體心部：珠光體+鐵素體6.2.6 滴注式滲碳操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng).滲碳工件表面不得有銹蝕、油污及其他污垢。.同一爐滲碳的工件，其材質(zhì)、技術(shù)要求、滲后熱處理方式應(yīng)相同。.裝料時(shí)應(yīng)保證滲碳?xì)夥盏牧魍ā?爐蓋應(yīng)蓋緊，減少漏氣，爐內(nèi)保持正壓，廢氣應(yīng)點(diǎn)燃。.每爐都應(yīng)用鋼箔校正碳勢(shì)，特別是在用CO2紅外儀控制和采用煤油做滲碳劑時(shí)。.嚴(yán)禁在750以下向爐內(nèi)滴注任何有機(jī)溶液。每次滲碳完畢后，應(yīng)檢查滴注器閥門(mén)是否關(guān)緊，防止低溫下有

20、機(jī)液體滴入爐內(nèi)造成爆炸。6.3 淬火6.3.1 淬火溫度淬火溫度：760780 依據(jù)：20CrMnTi為低碳鋼，加熱溫度T=Ac1+3050.故為770。6.3.2 加熱時(shí)間和保溫時(shí)間的確定加熱與保溫時(shí)間由零件入爐到達(dá)指定工藝溫度所需升溫時(shí)間（1）、透熱時(shí)間（2）以及組織轉(zhuǎn)變所需時(shí)間（3）組成。1+2由設(shè)備功率、加熱介質(zhì)以及工件尺寸、裝爐數(shù)量等決定，3則與鋼材的成分、組織以及熱處理技術(shù)要求等有關(guān)。計(jì)算加熱時(shí)間一般由工件的“有效厚度”乘以加熱系數(shù)，即： t=×K×D 式中，t加熱時(shí)間（min或s） 加熱系數(shù)（min/mm或s/mm) D工件有效厚度（mm） K工件裝爐條件修正

21、系數(shù)，通常用1.01.5計(jì)算得到加熱時(shí)間t=30min該公式是淬火加熱、保溫時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式，當(dāng)工件形狀簡(jiǎn)單時(shí)，采用到溫如爐加熱方式，及公式計(jì)算出的時(shí)間為保溫時(shí)間。由于工件是滲碳后直接淬火，該公式計(jì)算的保溫時(shí)間依然適用。6.3.3 冷卻方式與淬火后組織選擇淬火冷卻方式為油淬，在保證淬硬層深度的前提下，減小工件變形開(kāi)裂傾向。組織為，表面：高碳馬氏體+碳化物+殘余奧氏體 心部：低碳馬氏體+殘余奧氏體6.3.4 淬火工藝曲線(xiàn)920-940滲碳溫度/直接淬火30min 淬火溫度850-870保溫5-6h空冷時(shí)間/min圖4 淬火工藝曲線(xiàn)6.4 回火6.4.1 回火目的低碳鋼回火時(shí)可以使馬氏體分解，轉(zhuǎn)變成

22、回火馬氏體，淬火內(nèi)應(yīng)力得到部分消除，淬火時(shí)產(chǎn)生的微裂紋也大部分得到愈合。因此低溫回火可以在很少降低硬度的情況下使鋼的韌性得到顯著提高，并提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性，使軸得到優(yōu)異的機(jī)械性能。并且可以穩(wěn)定組織，使工件在使用過(guò)程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，降低或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，以減少工件的變形并防止開(kāi)裂，從而保證工件的形狀、尺寸不變。6.4.2 回火溫度回火溫度：160±10.由于20CrMnTi鋼主軸要求表面具有很高的硬度、耐磨性，同時(shí)要求心部具有較好的塑性和韌性。因此低溫回火可以滿(mǎn)足性能要求，故選擇低溫回火。T取160±10。6.4.3 加熱方式采取快速加熱方式，可以減少工件加熱時(shí)間，回火后

23、硬度下降較低，即加熱到160后將工件放入電阻爐。6.4.4 保溫時(shí)間保溫時(shí)間：90min.表7 空氣回火爐保溫時(shí)間表有效厚度/mm2020404060608080100保溫時(shí)間/min3060609090120120 1501501806.4.5 冷卻方式與回火組織出爐空冷。組織為，表面：回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。心部：回火馬氏體+殘余奧氏體。6.4.6 回火工藝曲線(xiàn)保溫90min20CrMnTi回火工藝曲線(xiàn)空冷溫度/時(shí)間150200圖5 回火工藝曲線(xiàn)7 熱處理設(shè)備選擇7.1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)依據(jù)工藝要求，優(yōu)先

24、考慮組建各類(lèi)全自動(dòng)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)，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(xiàn)為主；但由于熱處理件的品種規(guī)格較多，工藝和生產(chǎn)量常需調(diào)整，因此所選設(shè)備應(yīng)便于工藝和生產(chǎn)調(diào)整。3) 多品種單件生產(chǎn)的熱處理設(shè)備的選型：對(duì)于多品種單件熱處理的生產(chǎn)，宜選用周期式熱處理設(shè)備，或以周期式熱處理設(shè)備組建局部機(jī)械化、自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)線(xiàn)的方式。汽車(chē)齒輪類(lèi)滲碳零件，大批量生產(chǎn)時(shí)，一般選用推桿式連續(xù)滲碳淬火自動(dòng)線(xiàn)；中批量生產(chǎn)時(shí)，選用密封箱式爐組成聯(lián)動(dòng)線(xiàn)；小批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用密封箱式爐完成神探淬火，盡量避免使用井式滲碳爐，致使工

25、件在空氣介質(zhì)中入油淬火帶來(lái)的表面氧化脫碳。7.2 正火的設(shè)備因?yàn)檎饻囟仍?20-940范圍內(nèi)，所以采用中溫爐即可，根據(jù)工件尺寸及加熱溫度選擇Rx3-30-9型中溫箱式電阻爐。這類(lèi)爐子的爐料一般在空氣中加熱，無(wú)裝出料機(jī)械化裝置，供小批量的工件淬火、正火、退火等常規(guī)熱處理。圖6 Rx3-30-9型中溫箱式電阻爐表8 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爐溫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/kRX3-15-9153801950600×300×25052,580RX3-30-9303803950

26、950×450×35072,5807.3 滲碳設(shè)備對(duì)于滲碳設(shè)備選用井式滲碳爐，這類(lèi)爐子的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是在井式爐爐膛中再加一密封爐罐，專(zhuān)為周期作業(yè)的滲碳、滲氮、碳氮共滲等所用。因此選用井式氣體滲碳爐RQ3-25-9。圖9 RQ3-15-9型號(hào)的井式氣體滲碳爐表9 井式氣體滲碳爐產(chǎn)品規(guī)格及參數(shù)7.3 淬火設(shè)備 滲碳后的零件采用從滲碳溫度隨爐降溫到適宜的淬火溫度，經(jīng)一段保溫均熱后直接淬火（水或油）的熱處理工藝。因此淬火設(shè)備與滲碳爐相同。7.4 回火設(shè)備為了防止工件回火時(shí)氧化采用真空回火爐.8 工裝設(shè)計(jì)（夾具、輔具等）8.1 熱處理夾具的選擇原則符合熱處理技術(shù)條件：保證零件熱處理加熱

27、，冷卻，爐氣成分均勻度，不致使零件在熱處理過(guò)程中變形。符合經(jīng)濟(jì)要求：在保證零件熱處理質(zhì)量符合熱處理技術(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)。符合使用要求：保證裝卸零件方便和操作安全。熱處理夾具： 由于柱塞零件尺寸較小，為92mm，屬于短軸，要求表面淬硬層有一定深度，表面要完全淬透，又由于零件不易懸掛，因此可以將工件放在如下圖所示的掛具，在保證工件表面硬度和淬硬層要求的前提下又便于工件的取放，淬火所用墊具，掛具如下圖所示：圖10 零件熱處理掛具和墊具8.2 清洗設(shè)備的選擇零件在熱處理前需清除銹斑、油污、污垢、切削冷卻液和研磨劑等，以保證不阻礙加

28、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。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(lèi)生產(chǎn)線(xiàn)、自動(dòng)線(xiàn)配置的懸掛輸送鏈?zhǔn)?、鏈板式、推桿式和往復(fù)式等各類(lèi)專(zhuān)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

29、的中小型零件，可以選用室內(nèi)清洗機(jī)。圖11 室式清洗機(jī)結(jié)構(gòu)圖9 檢驗(yàn)設(shè)備及方法選擇9.1 外觀(guān)檢查一般熱處理工件均用肉眼或低倍放大鏡觀(guān)察表面由無(wú)裂紋、燒傷、碰傷、麻點(diǎn)、腐蝕、銹斑等。重要工件檢查裂紋可用碰力、著色、超聲波探傷等方法。對(duì)表面允許噴砂鑄工件可浸油后噴砂直接觀(guān)察9.2 硬度檢查1.正火、退火、調(diào)質(zhì)零件的硬度檢查用布氏硬度計(jì)。滲碳包括滲層表面，防滲部位及心部硬度，一般用洛氏硬度。淬火處理零件用洛氏硬度計(jì)。對(duì)于本件硬度檢查標(biāo)準(zhǔn)如下：預(yù)先熱處理：退火件檢查按圖紙或工藝文件規(guī)定的硬度值劑檢查方法進(jìn)行硬度檢查。最終熱處理：應(yīng)使硬度值達(dá)到所要求的5863HRC。2.如果上述硬度計(jì)無(wú)法檢驗(yàn)時(shí)，用超聲

30、波硬度計(jì)檢查。對(duì)于要求不嚴(yán)格的淬火件可用挫刀與標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行比較。 3.注意硬度檢查的位置，應(yīng)在零件的主要部位，根據(jù)工藝流程或由檢驗(yàn)人員確定，一般為1-3處，每處不少于三點(diǎn)，但必須注意，不得破壞工作面。4.檢查硬度時(shí)應(yīng)正確操作硬度計(jì)。被檢驗(yàn)零件表面必須平滑，不能有氧化皮或油污。檢驗(yàn)前零件可用砂紙或挫刀磨光。打硬度時(shí)零件應(yīng)放平，使被測(cè)零件的被測(cè)面垂直于壓的軸線(xiàn)。9.3 金相檢查低碳合金鋼正火后組織為均勻分布的珠光體和鐵素體。若組織中有點(diǎn)狀和細(xì)片狀珠光體及粗片狀珠光體，都是不正常組織。碳化物網(wǎng)要求小于等于2級(jí)，珠光體為25級(jí)。滲層碳化物的形態(tài)及分布，殘留奧氏體數(shù)量，有無(wú)反常組織。心部組織是否粗大及鐵

31、素體是否超出技術(shù)要求等，一般在顯微鏡下400倍觀(guān)察。 淬火后一般得到馬氏體組織，由于奧氏體化溫度不同，馬氏體形態(tài)的大小不一樣，一般分為8級(jí)，1級(jí)屬于奧氏體化溫度偏低，淬火組織是是隱晶馬氏體+細(xì)針狀馬氏體和不大于5%的鐵素體。而8級(jí)屬于過(guò)熱組織，是粗大的板條狀馬氏體+片狀馬氏體。正常淬火是2至4級(jí)，其組織為細(xì)小的板條馬氏體+片狀馬氏體。之后用金相顯微鏡觀(guān)察，確定所屬等級(jí)。9.4 滲層深度 打斷試樣，研磨拋光，用硝酸酒精溶液侵蝕直至顯出棕色滲碳層。用帶刻度尺的放大鏡測(cè)量。10 熱處理缺陷分析10.1 正火缺陷分析1.網(wǎng)狀碳化物過(guò)共析鋼正火冷卻速度不夠快時(shí)，碳化物呈網(wǎng)狀或斷續(xù)網(wǎng)狀分布在奧氏體晶界?？?/p>

32、加快冷卻速度，采用鼓風(fēng)機(jī)冷卻等。2粗大魏氏體組織加熱溫度過(guò)高，奧氏體晶粒粗大，冷速又較快的中碳鋼中常出現(xiàn)粗大魏氏體組織，其鐵素體呈片狀羽毛或三角形分布在原奧氏體晶粒內(nèi)?？赏ㄟ^(guò)正火使晶粒細(xì)化。3.帶狀組織亞共析鋼中的鐵素體和珠光體呈帶狀交替分布。4.零件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力和變形零件形狀復(fù)雜，由于正火冷卻速度較快，使零件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力和變形，甚至開(kāi)裂?？刹扇⊥嘶鹣?0.2 滲碳缺陷分析1.表層粗大塊狀或網(wǎng)狀碳化物。產(chǎn)生原因是：滲碳劑活性太高或滲碳保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。可降低滲劑活性，當(dāng)滲層要求較深時(shí)，保溫后期是的那個(gè)降低滲劑活性。2.表層大量殘留奧氏體。產(chǎn)生原因是：淬火溫度過(guò)高，奧氏體中碳及合金元素含

33、量較高?？山档蜐B碳劑活性，降低淬火溫度。3.滲層深度不夠。產(chǎn)生原因是：爐溫低；滲層活性低；爐子漏氣或滲碳劑的成分不正常。應(yīng)加強(qiáng)爐溫校驗(yàn)，及爐氣成分或滲碳劑成分的監(jiān)測(cè)。4.滲層過(guò)高。產(chǎn)生原因是：碳勢(shì)偏高，溫度過(guò)高或滲期太長(zhǎng)、可降低碳勢(shì)，檢查爐溫。調(diào)整工藝。5.滲層深度不均勻。產(chǎn)生原因是：爐溫不均勻；爐內(nèi)氣氛循環(huán)不良；升溫過(guò)程中工件表面氧化；炭黑在工件表面沉積；工件表面氧化皮等沒(méi)有清理干凈。應(yīng)重新進(jìn)行熱處理6.開(kāi)裂。是滲碳后慢冷時(shí)組織轉(zhuǎn)變不均勻所致。應(yīng)重新做。10.3 淬火缺陷分析（1）形狀畸變。原因：1）加熱溫度不均勻，形成的熱應(yīng)力引起畸變。2）淬火冷卻的不同時(shí)性形成熱應(yīng)力和組織應(yīng)力引起畸變和殘

34、余應(yīng)力松弛。減少畸變途徑：1）降低淬火加熱溫度；2）緩慢加熱或?qū)ぜA(yù)熱；3）靜止加熱法；4）采取等溫淬火或分級(jí)淬火等。（2）淬火開(kāi)裂。原因：1）冷卻不當(dāng)；2）嚴(yán)重表面脫碳引起網(wǎng)狀裂紋；3）淬火加熱溫度過(guò)高，引起晶粒粗化。4）過(guò)燒裂紋；5）淬火后未及時(shí)回火等。防止裂紋措施：1）改進(jìn)工件結(jié)構(gòu)；2）正確進(jìn)行預(yù)先熱處理；3）合理選用淬火介質(zhì)和淬火方法等。（3）硬度不足。原因及控制措施如下表：表10 淬火硬度不足及制止措施序號(hào)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、非馬氏體組織1. 采用冷速較快的淬火介質(zhì)2. 適當(dāng)提高淬火加熱溫度2淬火加熱溫度低，或預(yù)冷時(shí)間長(zhǎng)，淬火冷卻速度低，出

35、現(xiàn)非馬氏體組織1. 確保淬火加熱溫度正常2. 減少預(yù)冷時(shí)間3亞共析鋼加熱不足有未溶解鐵素體嚴(yán)格控制加熱溫度、保溫時(shí)間和爐溫均勻性4碳鋼或低合金鋼采用油水雙介質(zhì)淬火時(shí)，在水中停留時(shí)間不足，或從水中提出零件后在空氣中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)嚴(yán)格控制零件在水中停留時(shí)間及操作規(guī)范5剛的淬透性差，工件截面尺寸大，不能淬硬采用淬透性好的鋼6高碳高合金鋼淬火加熱溫度高，殘余奧氏體穩(wěn)定化降低淬火加熱溫度或采用深冷處理7等溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引起奧氏體穩(wěn)定化嚴(yán)格控制分級(jí)或等溫時(shí)間8表面脫碳采用可控氣氛加熱或其他防脫碳措施9合金元素內(nèi)氧化，表層淬透性下降，出現(xiàn)非馬氏體組織1. 降低爐內(nèi)氣氛中氧化性組織含量2. 選用冷速快的淬火介質(zhì)10.4 回火缺陷分析（1）回火硬度偏高。原因：回火溫度低，時(shí)間不夠；措施：調(diào)高回火溫度，延長(zhǎng)回火時(shí)間。（2）回火硬度低。原因：回火溫度過(guò)高，淬火組織中由非馬氏體；措施：降低回火溫度，改進(jìn)淬火工藝，提高淬火硬度。（3）回火脆性。原因：在回火脆性區(qū)回火，回火后未快冷引起第二類(lèi)回火脆性；措施：避免第一類(lèi)回火脆性區(qū)回火，在第二類(lèi)回火脆性區(qū)回火后快冷。（4）網(wǎng)狀裂紋。原因：回火加熱速度過(guò)快，表層產(chǎn)生多向拉應(yīng)力；措施：采用較緩慢的回火加熱速度。11 小結(jié)通過(guò)這次