軸斜齒輪設(shè)計(jì)說明書

1、設(shè)計(jì)說明書一、設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟1.1 技術(shù)要求：零部件名稱：軸斜齒輪鋼種：20CrMnTi要求：齒面滲碳深度1.2-1.8mm，淬火硬度HRC 56-65，齒芯硬度HBC 280-3201.2 零部件的工作條件、破壞方式工作條件：高速重載或中載破壞方式：輪齒折斷，齒面疲勞，齒面耗損，裂紋，永久變形。1.3 性能要求 針對以上的失效形式 要求齒輪有高強(qiáng)度，以適應(yīng)高速重載，抵抗折斷的要求；齒面要有很好的耐磨性，齒芯還要具有一定的韌性。二、零部件用鋼的分析2.1 20CrMnTi鋼的化學(xué)成分的作用2.1.1 20CrMnTi鋼的化學(xué)成分表碳C：0.170.23硅Si：0.170.37錳Mn：0.801

2、.10鉻Cr：1.001.30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0.030鈦Ti：0.040.102.1.2 合金元素的作用（1）、20CrMnTi鋼中加入Cr、Mn元素，主要是提高鋼的淬透性。（2）、20CrMnTi鋼中加入Ti元素主要是為了細(xì)化晶粒。（3）、20CrMnTi鋼淬火加熱時(shí)，Cr、Mn、Si元素完全固溶于奧氏體中，提高鋼的淬透性。Ti元素以TiC形式釘扎于奧氏體晶界，阻止奧氏體晶粒長大。（4）、20CrMnTi鋼淬火后，Cr、Mn、Si元素固溶強(qiáng)化基體組織，并改善回火穩(wěn)定性。（5）、20CrMnTi鋼低溫回

3、火時(shí)，部分Cr、Mn元素從基體組織擴(kuò)散到析出的滲碳體Fe3C中，形成合金滲碳體，（Cr、Mn、Fe）3C，改善其硬度，合金滲碳體（Cr、Mn、Fe）3C與碳化物TiC同基體組織一起共同作用，使鋼產(chǎn)生較高的強(qiáng)度、硬度與耐磨性，同時(shí)保持良好的韌性。2.1.3 20CrMnTi鋼的組織及性能20crMnTi鋼是低碳低合金結(jié)構(gòu)鋼,該鋼通常在化學(xué)熱處理狀態(tài)下使用。經(jīng)滲碳或 碳氮共滲處理后,具有良好的耐磨性能和抗彎強(qiáng)度,以及較高的抗多次沖擊能力。該鋼 還可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用,其熱處理工藝簡單,熱加工和冷加工性能均較好,在兵器工業(yè) 中,主要用來制造截面在30mm以下的承受中等載荷的零件,如履帶車輛的左右分離

4、圈、同步器固定齒套等。 20crMnTi鋼作為低碳馬氏體用鋼,經(jīng)淬火低溫回火后,在獲得高強(qiáng)度的同時(shí),比優(yōu)質(zhì)碳素鋼有更好的塑性、韌性的配合,其冷脆傾向較小,低溫沖擊值高,綜合機(jī)械性能良好,可用以制造中小尺寸的高強(qiáng)度零件。2.2 20CrMnTi鋼的熱處理工藝性能分析（1）20CrMnTi鋼經(jīng)淬火和不同溫度回火后,具有良好的綜合力學(xué)性能,因此,除在化學(xué)熱處理狀態(tài)下使用外,還可做為低碳馬氏體鋼制造中小尺寸的高強(qiáng)度零件。 （2）20CrMnTi鋼淬火后獲得低碳馬氏體組織,由于自回火現(xiàn)象使該鋼的性能與低溫回火時(shí)相近,即具有高強(qiáng)度和良好的塑性與韌性,因而可以在淬火狀態(tài)下直接應(yīng)用。 （3）應(yīng)用20CrMnT

5、i鋼制造要求高精度尺寸穩(wěn)定的零件,在淬火后應(yīng)進(jìn)行回火處理。當(dāng)在150250進(jìn)行回火時(shí),將獲得最佳強(qiáng)韌性能配合,如在300400溫度范圍內(nèi)回火時(shí),則出現(xiàn)回火脆性,對一般結(jié)構(gòu)零件應(yīng)設(shè)法避免和克服,而對某些兵器零件可用此滿足其特殊性能要求。2.3 20CrMnTi鋼的組織性能與各種熱處理工藝的關(guān)系正火：加熱溫度在Ac3線之上，細(xì)化晶粒消除組織缺陷。以獲得珠光體+少量鐵素體組織淬火：淬火溫度高，淬透性中等，變形較大，硬度不高，耐磨性差氣體滲碳：加熱溫度不超過920度，以避免晶粒長大淬火與回火：芯部保持良好的韌性的同時(shí)，表層獲得高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性與耐蝕性三、熱處理工藝方案及工藝參數(shù)的論述3.1 零部

6、件的加工工藝路線及論證下料鍛造正火齒形加工滲碳淬火低溫回火噴丸磨切削加工20CrMnTi鋼在鍛造后空冷所得組織為片狀珠光體與網(wǎng)狀碳化物，這樣是組織硬而脆，難以切削加工且在以后淬火過程中容易出現(xiàn)變形開裂。而正火可以得到珠光體組織與片狀珠光體相比，硬度低便于切削加工。滲碳使工件表層獲得高的硬度同時(shí)芯部碳含量適中 ，淬火加低溫回火讓其保持高硬度的同時(shí)具有一定的韌性。3.2 熱處理工藝、參數(shù)及曲線正火：正火溫度為930950，冷卻方式為出爐空冷，冷卻介質(zhì)為空氣。滲碳：進(jìn)行氣體滲碳，加熱900920，以0.150.2mm/h計(jì)保溫時(shí)間，加熱溫度不超過920，以避免晶粒粗大，滲碳介質(zhì)為煤油。淬火：淬火溫度

7、為850870，淬火冷卻的方式為油冷，淬火方式為單液油淬。回火：回火溫度為150250,回火保溫時(shí)間為150180min.圖1：熱處理總工藝曲線3.3 工藝參數(shù)選擇原理3.3.1 正火溫度20CrMnTi鋼AC3約為820，為促使奧氏體均勻化，增大過冷奧氏體穩(wěn)定性，選擇的加熱溫度在9309503.3.2 正火保溫時(shí)間選定的依據(jù)：保溫時(shí)間可按下列公式進(jìn)行計(jì)算：t=a×K×D, t保溫時(shí)間 K工件裝爐方式修正系數(shù)a保溫時(shí)間系數(shù)（一般取1.21.5之間值）D工件有效厚度表1：工件裝爐方式修正系數(shù)表所以t=1.2*1*1191.5*1.7*119=142.8303.5 m

8、in3.3.3 滲碳溫度滲碳溫度Ac3以上，考慮碳在鋼中的擴(kuò)散速度等因素，目前再生產(chǎn)上廣泛采用溫度為910930。隨著滲碳層深度的升高，碳在鋼中的擴(kuò)散系數(shù)呈指數(shù)上升，滲碳速度加快，蛋滲碳溫度過高會(huì)使晶粒粗大，工件畸變增大，設(shè)備壽命降低等負(fù)面影響。滲層厚度為1.21.8mm，可以選取t=920。3.3.4 滲碳保溫時(shí)間表2：滲碳時(shí)間表保溫時(shí)間：2.5小時(shí)強(qiáng)滲，強(qiáng)滲之后擴(kuò)散3小時(shí) 3.3.5 淬火溫度依據(jù)：20CrMnTi為低碳鋼，加熱溫度t=Ac3+（3050）。 表3：20CrMnTi鋼的相變溫度所以t=8508703.3.6 淬火保溫時(shí)間選定的依據(jù)：保溫時(shí)間可按下列公式進(jìn)行計(jì)算：t=a

9、15;K×D, t保溫時(shí)間 K工件裝爐方式修正系數(shù)a保溫時(shí)間系數(shù)（一般取1.21.5之間值）D工件有效厚度所以t=1.2*1*1191.5*1.7*119=142.8303.5 min該公式是淬火加熱、保溫時(shí)間經(jīng)驗(yàn)公式，當(dāng)工件形狀簡單時(shí)，采用到溫入爐加熱，即公式計(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。3.3.7 回火溫度由于滲碳鋼零件表面要求具有很高的硬度，耐磨性，同時(shí)要求心部具有較好的塑韌性。因此低溫回火可以滿足性能要求，故選擇低溫回火，且工件適中，溫度t：150250。 3.3.8 回火保溫時(shí)間工件有效厚度82mm，合金鋼應(yīng)按空氣回火爐溫表，增加所列時(shí)間的1/3保溫時(shí)間。表4：空氣回火爐保溫時(shí)間表所以回火保溫時(shí)間為150180min3.4 設(shè)備選擇正火、回火選用RX3箱式電爐參數(shù)見表5表5：RX3箱式電爐參數(shù)表滲碳設(shè)備：選用RQ3-60-9D型井式氣體滲碳爐表6：RQ3-60-9D型井式氣體滲碳爐3.5缺陷及分析表7：熱處理過程可能存在的缺陷及原因四、參考資料1金榮植編著.