工程材料復(fù)習(xí)題

1、 高頻感應(yīng)加熱機(jī)可應(yīng)用于自行車中軸的熱處理（1） 中軸的工作特點(diǎn)、技術(shù)要求和選用的材料：中軸是自行車中主要的傳動(dòng)件之一，是最主要的受力零件，既要受到?jīng)_擊力的作用，又要與滾珠軸承接觸來傳遞動(dòng)力。在正常工作過程中的失效形式為低負(fù)荷接觸疲勞所引起的外層剝落和磨損等，因此中軸表面應(yīng)具有高的硬度，以耐磨損，同時(shí)要求有高的疲勞強(qiáng)度等，而自身具有一定的強(qiáng)度和韌性。因此采用優(yōu)質(zhì)的20滲碳鋼制作，滲碳層0.71.0mm，碳濃度為0.81.0，滲碳后淬火回火處理，才能滿足其工作需要。 （2） 中軸的機(jī)械加工工藝流程：目前中軸制造企業(yè)的工藝流程有所不同，這多半與其加工設(shè)備、技術(shù)條件和加工能力等有

2、關(guān)，一般的流程為：下料機(jī)械加工清洗滲碳（空冷）加熱淬火清洗檢驗(yàn)低溫回火檢驗(yàn)滾光校直磨彈道檢驗(yàn)入庫。（3） 中軸的熱處理工藝：根據(jù)中軸的工作特點(diǎn)，選用20鋼滲碳淬火回火的熱處理工藝，其中滲碳方式是采用氣體滲碳，具體的技術(shù)要求如下。碳的含量為0.81.0；滲層深度為0.71.0mm；表面硬度8083HRA；顯微組織為馬氏體級別小于4級，不出現(xiàn)明顯的碳化物，并以步、勻、圓的形態(tài)頒布在馬氏體的基體上；韌性好（校直時(shí)不折斷）和畸變?。◤澢?.3mm）。隨后進(jìn)行的淬火是重新加熱后水冷的，既可整體加熱也可局部加熱淬火，最后進(jìn)行低溫回火，處理后的中軸表面獲得了高的硬度，內(nèi)部具有良好的綜合力學(xué)性能。（4） 中

3、軸的熱處理工藝分析與工藝實(shí)施要點(diǎn)   20鋼制作的中軸要滿足其工作要求，在進(jìn)行機(jī)械加工以前采用中間退火工藝，使硬度在60HRB以下，目的是提高切削加工性。   考慮到中軸的工作特點(diǎn)，要求表面耐磨而基體部分又有一定的強(qiáng)度和韌性，采用低沓滲碳處理是十分可行的。中軸滲碳的意義在于賦予了它具有復(fù)合材料的作用，使表面和心部的含碳量存在差異，利用淬火后兩者硬度的不同，滿足了其耐磨和強(qiáng)度的良好的匹配。在920進(jìn)行滲碳時(shí)，根據(jù)裝爐量的大小、吊掛或擺放方式的具體情況，滲碳的速度按0.20mm/h估算即可。   滲碳結(jié)束后不直接淬火處理，而進(jìn)行風(fēng)冷的目的

4、是有效預(yù)防因晶粒粗大、出現(xiàn)“黑色組織”等，避免因淬火后得到粗針狀馬氏體、中軸壽命短和耐磨性降低的質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生。   采用的熱處理方法既可進(jìn)行整體也可進(jìn)行表面的淬火處理，應(yīng)當(dāng)注意淬火的溫度與加熱的設(shè)備和采用的工藝而有所不同，鹽浴爐在850左右，而中頻加熱則在 900950。需要注意中軸在鹽浴加熱時(shí)要防止出現(xiàn)表面氧化脫碳現(xiàn)象的發(fā)生，中頻淬火應(yīng)在淬火機(jī)床上進(jìn)行自動(dòng)熱處理。   冷卻介質(zhì)的溫度應(yīng)控制在1030。避免表面硬度不足、硬度不均勻、硬化層剝落等缺陷，中頻淬火比高頻淬火硬化層深，因此表面組織與內(nèi)部組織的結(jié)合力增大，能明顯降低淬火脆性，抗疲勞性能好。

5、60;  中軸的回火是在硝鹽中進(jìn)行的，確保其表面獲得均勻一致的回火馬氏體組織，降低內(nèi)應(yīng)力的作用，如無條件也可在井式加熱爐中完成該工序。   （5） 中軸的質(zhì)量檢驗(yàn)和常見熱處理缺陷：經(jīng)過滲碳或熱處理后的中軸，其質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)按技術(shù)要求執(zhí)行，其耐磨性在專用試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，結(jié)束后的滾動(dòng)表面無任何剝落、凹陷和磨損等。采用球化退火，T12鋼經(jīng)球化退火后，組織中的二次滲碳體和珠光體中的滲碳體都呈球狀(或粒狀)，圖中均勻分散的細(xì)小粒狀組織就是粒狀滲碳體。 2鋼的淬火組織 含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)于亞共析成分的奧氏體淬火后得到馬氏體。馬氏體組織為板條狀或針狀，20鋼經(jīng)淬火后將得到板條狀馬氏體。

6、在光學(xué)顯微鏡下，其形態(tài)呈現(xiàn)為一束束相互平行的細(xì)條狀馬氏體群。在一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)可有幾束不同取向的馬氏體群，每束條與條之間以小角度晶界分開，束與束之間具有較大的位向差，如圖4所示。 圖3 T12 鋼球化退火組織 圖4 低碳馬氏體組織 45鋼經(jīng)正常淬火后將得到細(xì)針狀馬氏體和板條狀馬氏體的混合組織，如圖5所示。由于馬氏體針非常細(xì)小，故在顯微鏡下不易分清。 45鋼加熱至860后油淬，得到的組織將是馬氏體和部分托氏體(或混有少量的上貝氏體)，如圖6所示。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)于共析成分的奧氏體等溫淬火后得到貝氏體，如T8鋼在550350及350 Ms溫度范圍內(nèi)等溫淬火，過冷奧氏體將分別轉(zhuǎn)變?yōu)樯县愂象w和下貝氏體。

7、上貝氏體是由成束平行排列的條狀鐵素體和條間斷續(xù)分布的滲碳體所組成的片層狀組織，當(dāng)轉(zhuǎn)變量不多時(shí)，在光學(xué)顯微鏡下可看到成束的鐵素體在奧氏體晶界內(nèi)伸展，具有羽毛狀特性，如圖7所示。圖5 45鋼正常淬火組織 圖6 45鋼油淬組織 圖7 上貝氏體組織特征 下貝氏體是在片狀鐵素體內(nèi)部沉淀有碳化物的組織。由于易受浸蝕，所以在顯微鏡下呈黑色針狀特征，如圖8所示。 在觀察上、下貝氏體組織時(shí)，應(yīng)注意為顯示貝氏體組織形態(tài)，試樣的處理?xiàng)l件一般是在等溫度下保持不長的時(shí)間后即在水中冷卻，因此只形成部分貝氏體，顯微組織中呈白亮色的基體部分為淬火馬氏體組織。 含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)于過共析成分的奧氏體淬火后除得到針狀馬氏體外，還有

8、較多的殘余奧氏體。T12碳鋼在正常溫度淬火后將得到細(xì)小針狀馬氏體加部分未溶人奧氏體中的球形滲碳體和少量殘余奧氏體，如圖49所示。但是當(dāng)把此鋼加熱到較高溫度淬火時(shí)，顯微鏡組織中出現(xiàn)粗大針狀馬氏體，并在馬氏體針之間看到亮白色的殘余奧氏體，如圖10所示。 圖8 下貝氏體組織特征 圖9 T12鋼正常淬火組織 圖10 T12鋼1000油淬組織 3. 碳鋼回火后的組織 淬火鋼經(jīng)不同溫度回火后所得到的組織不同，通常按組織特征分為一下三種。 (1)回火馬氏體。淬火鋼經(jīng)低溫回火(150250),馬氏體內(nèi)脫溶沉淀析出高度彌散的碳化物質(zhì)點(diǎn)，這種組織成為回火馬氏體?；鼗瘃R氏體仍保持針狀特征，但容易浸蝕，故顏色比淬火馬

9、氏體深些，是暗黑色的針狀組織，如圖11所示。回火馬氏體具有高的強(qiáng)度和硬度，而韌性和塑性叫淬火馬氏體有明顯改善。 (2)回火托氏體。淬火鋼經(jīng)中溫回火(350500) 得到在鐵素體基體中彌散分布著微小狀滲碳體的組織，稱為回火托氏體?；鼗鹜惺象w中的鐵素體仍然基本保持原來針狀馬氏體的形態(tài)，滲碳體則呈細(xì)小的顆粒狀，在光學(xué)顯微鏡下不易分辨清楚，故呈暗黑色，如圖12所示。回火托氏體有較好的強(qiáng)度、硬度、韌性和很好的彈性。 (3)回火索氏體。淬火鋼高溫回火(500650)得到的組織稱為回火索氏體，其特征是已經(jīng)聚集長大了的滲碳體顆粒均勻分布在鐵素體基體上?；鼗鹚魇象w中的鐵素體已不呈針狀形態(tài)而呈等軸狀，如圖13所示

10、。回火索氏體具有強(qiáng)度、韌性和塑性較好的綜合機(jī)械性能。 圖11 回火馬氏體組織 圖12 回火托氏體組織 圖13 回火索氏體組織機(jī)床的主軸制作工藝機(jī)床的齒輪制作工藝典型零件選材及工藝分析一，齒輪類機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)中，速度的調(diào)節(jié)和功率的傳遞主要靠齒輪機(jī)床、汽車和拖拉機(jī)中是一種十分重要、使用量很大的零件。齒輪工作時(shí)的一般受力情況如下：（1）齒部承受很大的交變彎曲應(yīng)力；（2）換當(dāng)、啟動(dòng)或嚙合不均勻時(shí)承受擊力；（3）齒面相互滾動(dòng)、滑動(dòng)、并承受接觸壓應(yīng)力。所以，齒輪的損壞形式主要是齒的折斷和齒面的剝落及過度磨損。據(jù)此，要求齒材料具有以下主要性能：（1）高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度；（2）齒面有高的硬度和

11、耐磨性；（3）齒輪心部有足夠高的強(qiáng)度和韌性。此外，還要求有較好的熱處理工藝性，如變形小，并要求變形有一定的規(guī)律等。下面以機(jī)床和汽車、拖拉機(jī)兩類齒輪為例進(jìn)行分析。機(jī)床中的齒輪擔(dān)負(fù)著傳遞動(dòng)力、改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向的任務(wù)。一般機(jī)床中的齒輪精度大部分是7級精度（GB179-83規(guī)定，精度分12級，用1、2、3、12表示，數(shù)字愈大者，精度愈低）。只是在他度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中要求較高的精度。機(jī)床齒輪的工作條件比起礦山機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械中的齒輪來說還屬于運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、負(fù)荷不大、條件較好的一類。實(shí)踐證明，一般機(jī)床齒輪選用中碳鋼制造，并經(jīng)高頻感應(yīng)熱處理，所得到的硬度、耐磨性、強(qiáng)度及韌性能滿足要求，而縣市頻淬火具有變形小、生產(chǎn)

12、率高等優(yōu)點(diǎn)。下面以C616機(jī)床中齒輪為例加以分析。下料 鍛造 正火 粗加工 調(diào)質(zhì) 精加工 高頻淬火及回火 精磨推孔（花鍵孔或圓孔）1、高頻淬火齒輪的工工藝線2、熱處理工序的作用正火處理對鍛造齒輪毛坯是必需的熱處理工序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，并使組織均勻，消除鍛造應(yīng)力。 對于一般齒輪，正火處理也可作為高頻淬火前的最后熱處理工序。調(diào)質(zhì)處理可以使齒輪具有較高的綜合機(jī)械性能，提高齒輪心部的強(qiáng)度和韌性，使齒輪能承受較大的彎曲應(yīng)力和沖擊力。調(diào)質(zhì)后的齒輪由于組織為回火索氏體，在淬火時(shí)變形更小。高頻淬火及低溫回火是賦予齒輪表面性能的關(guān)鍵工序，通過高頻淬火提高了齒輪表面硬度和耐磨性，并使

13、齒輪表面有壓應(yīng)力存在而增強(qiáng)了抗疲勞破壞的能力。為了消除淬火應(yīng)力，高頻淬火后應(yīng)進(jìn)行低溫回火（或自行回火），這對防止研磨裂紋的產(chǎn)生和提高抗沖擊能力極為有利。3、齒輪高頻淬火后的變形情況齒輪高頻淬火后，其變形一般表現(xiàn)為內(nèi)孔縮小，外徑不變或減小。齒輪外徑與內(nèi)徑之比小于1.5時(shí)，內(nèi)徑略脹大；當(dāng)齒輪有鍵槽時(shí)，內(nèi)徑向鍵槽方向脹大，形成橢圓形，齒間橢圓形，齒間亦稍有變形，齒形變化較小，一般表現(xiàn)為中間凹0.0020.0005。這些微小的變形對生產(chǎn)影響不大，因?yàn)橐话銠C(jī)床用的7級精度齒輪，淬火回火后，均要經(jīng)過滾光和推孔才成為成品。高頻淬火齒輪通常用含碳量為0.400.50%的碳鋼或低合金鋼（40、45、40Cr、4

14、5Mn2、405MnB等）制造。批量生產(chǎn)時(shí)，一般要求精選含碳量以保證質(zhì)量。45鋼限制在0.420.47%C，40Cr鋼限制在0.370.42%C。經(jīng)高頻淬火交低溫回火后，淬硬層應(yīng)為中碳回火馬氏體，而心部則為毛坯熱處理（正火或調(diào)質(zhì)）后的組織。常見的熱處理爐的概念:1 正火：將鋼材或鋼件加熱到臨界點(diǎn)AC3或ACM以上的適當(dāng)溫度保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。 2退火annealing：將亞共析鋼工件加熱至AC3以上2040度，保溫一段時(shí)間后，隨爐緩慢冷卻（或埋在砂中或石灰中冷卻）至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝 3 固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩

15、相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝 4 時(shí)效：合金經(jīng)固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時(shí)，其性能隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象。 5 固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工成型 6 時(shí)效處理：在強(qiáng)化相析出的溫度加熱并保溫，使強(qiáng)化相沉淀析出，得以硬化，提高強(qiáng)度7 淬火：將鋼奧氏體化后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻，使工件在橫截面內(nèi)全部或一定的范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體等不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝 8 回火：將經(jīng)過淬火的工件加熱到臨界點(diǎn)AC1以下的適當(dāng)溫度保持一定時(shí)間，隨后用符合要求的方法冷卻，以獲得所需要的組織和性能的

16、熱處理工藝 9 鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過程。習(xí)慣上碳氮共滲又稱為氰化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲（即氣體軟氮化）應(yīng)用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。 10 調(diào)質(zhì)處理quenching and tempering：一般習(xí)慣將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體組織，它的機(jī)械性能均比相同硬度的正火索氏體組織為優(yōu)。它的硬度取決于高溫回火

17、溫度并與鋼的回火穩(wěn)定性和工件截面尺寸有關(guān)，一般在HB200350之間。 11 釬焊：用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝 回火爐回火的種類及應(yīng)用 根據(jù)工件性能要求的不同，按其回火溫度的不同，可將回火分為以下幾種： （一）低溫回火（150250度） 低溫回火所得組織為回火馬氏體。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時(shí)崩裂或過早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動(dòng)軸承以及滲碳件等，回火后硬度一般為HRC5864。 （二）中溫回火（350500度） 中溫回火所得組織為回火屈氏體。其目的是獲得高的屈服強(qiáng)度，彈性極限和較高的韌性。因此，它

18、主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一般為HRC3550。 （三）高溫回火（500650度） 高溫回火所得組織為回火索氏體。習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強(qiáng)度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機(jī)械性能。因此，廣泛用于汽車，拖拉機(jī)，機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類。回火后硬度一般為HB200330。 熱處理爐的熱處理工藝：（ 1）退火：指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工 藝。常見的退火工藝有：再結(jié)晶退火，去應(yīng)力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的： 主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少

19、殘余應(yīng)力，提高組 織和成分的均勻化，或?yàn)楹蟮罒崽幚碜骱媒M織準(zhǔn)備等。 （2 ）正火：指將鋼材或鋼件加熱到 或 （鋼的上臨界點(diǎn)溫度）以上，3050 保持適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的 力學(xué)性能，改善切削加工性，細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。 （3）淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1（鋼的下臨界點(diǎn)溫度）以上某一溫度，保持一 定的時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的

20、硬度，強(qiáng)度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準(zhǔn)備等。 （4）回火：指鋼件經(jīng)淬硬后，再加熱到 以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷 卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等。 回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韌性等。 （5）調(diào)質(zhì)：指將鋼材或鋼件進(jìn)行淬火及高溫回火的復(fù)合熱處理工藝。使用于調(diào)質(zhì)處理的鋼稱調(diào)質(zhì)鋼。它一般是指中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。 （6）滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工

21、件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。機(jī)床主軸箱 齒輪工藝設(shè)計(jì)1、材料45；銅套材料 ZQSn6-6-3。2、齒部高頻感應(yīng)加熱淬火4448HRC。齒輪基本參數(shù)m=2Z=25=20°確定毛坯 熱處理 工藝步驟 工藝路線 = 加點(diǎn)分沒問題啊 急啊1、下料，直徑58或60長38（買到58的圓鋼是最好）2、粗車，按圖單邊余量在1.5到23、調(diào)質(zhì)處理 HRC22-28 4、精車（內(nèi)孔留0.3的余量、端面留0.2的余量。如車床能保證尺寸就孔一步到位，端面留0.1的余量。建議用好的數(shù)控車床來精車。）5、鉆油孔、去孔口毛刺6、磨孔帶端面（端面擦出，建議用2115）.如精車保證的話就可省略。7、平磨另一面（留0.05的磨量）。如精車保證的話就可省