熱處理工藝課程設(shè)計(jì)_滾珠絲杠

1、目錄第一章熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的目的 3第二章熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 32.1滾珠絲杠的簡圖32.2技術(shù)要求32.3材料的選擇32.4 GCr15鋼的化學(xué)成分及合金作用 42.5 GCr15滾珠絲杠的熱處理流程及工藝設(shè)計(jì) 42.6總工藝曲線 11第三章 掛架、裝具、夾具11第四章 熱處理工藝分析 124.1球化退火工藝分析124.2淬火工藝分析 134.3高溫回火工藝分析134.4去應(yīng)力退火工藝分析144.5中頻淬火工藝分析144.6低溫回火工藝分析144.7穩(wěn)定化回火工藝分析14第五章 熱處理工藝的檢驗(yàn) 14第六章熱處理工藝規(guī)范及操作守則 15第七章熱處理工藝設(shè)計(jì)的見解及體會(huì) 17第八

2、章熱處理工藝卡1920參考書目1、熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的目的熱處理工藝課程設(shè)計(jì)是材控專業(yè)熱處理方向?qū)W生的一次專業(yè)課設(shè)計(jì)練習(xí)，是熱處理原理與工藝課程的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，其目的是：(1) 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)熱處理知識(shí)去解決工程問題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展。(2) 學(xué)習(xí)熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的一般方法，熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計(jì) 等。(3) 進(jìn)行熱處理設(shè)計(jì)的基本技能訓(xùn)練，如計(jì)算、工藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2、熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟2.1滾珠絲杠的簡圖2.2技術(shù)要求1、退火后組織:點(diǎn)狀或細(xì)粒狀P。按JB1255 81評(píng)定2-3級(jí)合格；2、退火后硬度：187 229H

3、BS,碳化物網(wǎng)按JB125581評(píng)定2級(jí)合格3、絲杠硬度：58-62 HRc。2.3材料的選擇2.3.1 GCr15鋼的性能GCr15鋼具有高硬度、高耐磨性和在高溫下穩(wěn)定的機(jī)械性能,由于承受極高的交變載荷，滾珠與套圈的工作接觸面很小，產(chǎn)生極大的摩擦，因而要求具 有較高的疲勞極限、極高均勻的硬度和耐磨性，還有一定的韌性和淬透性，并 在大氣和潤滑介質(zhì)中具有一定的抗蝕能力，而Gcr15鋼具有良好的成分設(shè)計(jì)和 工藝性能，用于制造滾珠絲杠還是適宜的。2.4GCr15鋼的化學(xué)成分及合金作用2.4.1 GCr15鋼的化學(xué)成分C （%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）：0.951.05Cr： 1.4 1.65Mn : 0.2

4、50.45Si: 0.150.35V:O.025合金元素的作用C:含量較高，以保證高硬度和高耐磨性Cr：主要的合金元素，提高淬透性，并與C形成顆粒細(xì)小且彌散分布的碳化 物，使鋼在熱處理后獲得高而均勻的硬度及耐磨性Si、Mn :進(jìn)一步提高其淬透性V：提高鋼的耐磨性并防止過熱2.5GCr15滾珠絲杠的熱處理工藝流程及設(shè)計(jì)工藝流程備料f 球化退火f粗車f調(diào)質(zhì)f去應(yīng)力退火f精車外圓及螺紋f中頻淬火及低溫回火f粗磨外圓與滾道f低溫穩(wěn)定化處理f精磨外圓與滾道工藝設(shè)計(jì). 1球化退火球化退火是使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火工藝，將鋼加熱到Ac1以上2030 C,保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均

5、勻分布的球狀或 顆粒狀碳化物的組織。對(duì)于軸承 鋼而言，球化退火具有以 下優(yōu) 點(diǎn)：淬火效果均一；減少淬火變形；提高淬火硬度；改善工件切削性能； 提高耐磨性和抗點(diǎn)蝕性等軸承的性能。(1) 加熱溫度：790810 C確定依據(jù)：若加熱過高，則奧氏體晶粒會(huì)過于粗大，影響材料的綜合性能；若加熱溫度過低，碳化物不能充分溶入到奧氏體中。確定方法：745 ±2030 E(2) 加熱方法：隨爐溫加熱確定依據(jù)：簡單易控制，且是預(yù)備熱處理，對(duì)性能要求不高。(3) 加熱介質(zhì)：空氣(4) 保溫時(shí)間：保溫4h降至680700 C保溫6h后隨爐冷至 500 C出 爐空冷加熱時(shí)間可按下列方法進(jìn)行確定：t=K a D,

6、式中t為加熱時(shí)間(min ) ； a為加熱系數(shù) (min /mm )，對(duì)合金鋼而言，一般取1.52.5 ； K為裝爐修正系數(shù)，一般取2.54.0 ； D為有效厚度，根據(jù)所給工件尺寸取 40mm冷卻方法：隨爐冷確定依據(jù)：獲得球狀或顆粒狀的珠光體，以保證良好的機(jī)械性能(6) 冷卻介質(zhì)：空氣(7) 熱處理后檢驗(yàn)方法：用布氏硬度計(jì)檢驗(yàn)硬度，要求硬度187229HBS ;用金相顯微鏡觀察點(diǎn)狀或細(xì)粒狀珠光體為23級(jí)，碳化物網(wǎng)2級(jí)合格(8) 熱處理工藝曲線RJ2-50-12Q井式電阻爐(9) 設(shè)備的選擇及型號(hào),設(shè)備參數(shù)如下表所示型號(hào) 額定功率(KW)額定電壓(V)相數(shù) 爐膛直徑 爐膛深( mm )(mm)R

7、J2-50-1250380 / 2203600800注：外形尺寸為 1700 X1610 X2526(10) 工藝曲線2.522調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)即淬火加高溫回火工藝，以獲得回火索氏體組織。調(diào)質(zhì)后的材 料不僅具有較高的強(qiáng)度和硬度 ，塑性、韌性也都有很大的提高 。GCr15 滾珠絲杠的調(diào)制處理可以選擇在(800 ±10 )C,保溫2h油冷，然后在(680 ±10 )C回火,保溫34h空冷。淬火 加熱溫度：淬火為(800 ±10廠C確定依據(jù)：Ac1以上某一溫度確定方法：GCr15鋼的Ac1是745 C(2) 加熱方法：采用直接到溫加入爐加熱的方法確定依據(jù)：GCr15鋼的淬透性較

8、好，且工件形狀簡單，故采用直 接到溫加入爐加熱的方法 ，這種方法簡便，加熱速度快，節(jié)約時(shí)間，節(jié)約 能源，成本較低，便于批量生產(chǎn)（3）加熱介質(zhì)：空氣（4）保溫時(shí)間：2h確定依據(jù)：與退火保溫時(shí)間的依據(jù)相同，不再贅述（5）冷卻方法：水冷確定依據(jù)：水冷的臨界淬透直徑約為32mm，而油冷的臨界淬透直徑約為19mm。（6）冷卻介質(zhì)：水（7）設(shè)備的選擇及型號(hào)加熱設(shè)備與退火設(shè)備相同（8）熱處理工藝曲線高溫回火(1) 加熱溫度：(680 ±10廠C確定依據(jù)：因?yàn)槭钦{(diào)質(zhì)處理過程，高溫回火的溫度一般設(shè)置在600 C以上(2) 加熱方法：用空氣電阻爐采取到溫加熱方式確定依據(jù)：減少工件加熱時(shí)間，節(jié)約能源，回火

9、后硬度下降較 小。(3) 加熱介質(zhì)：空氣(4) 保溫時(shí)間：1ht=Kn+An XD式中，t為回火時(shí)間，min ; Kn為回火時(shí)間基 數(shù)，An為回火時(shí)間系數(shù)，D為工件有效厚度，mm.查手冊可 知Kn可取10，An可取1(5) 冷卻方法：空冷(6) 冷卻介質(zhì)：空氣(7) 設(shè)備的選擇及型號(hào)選擇：選擇箱式電阻爐 RX3-75-9型號(hào)額定功率(KW)額定電壓(V)相數(shù)爐膛尺寸(長X寬X 高，mm Xmm Xmm)RX3-75-97538031800 X900 X550注：外形尺寸為 3030 X2350 X2440(8) 熱處理工藝曲線2.523去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是為了去除由于塑性形變加工、焊接等造成

10、的以及鑄件內(nèi)存 在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火。就GCr15滾珠絲杠而言，可將工件加熱到(560 ± 20 )C,保溫23小時(shí)，隨爐冷至500 C以下出爐空冷。(1) 加熱溫度：(560 ±20廠C確定依據(jù)：避免引起組織的轉(zhuǎn)變，(2) 加熱方法：隨爐溫加熱確定依據(jù)：簡單易行(3) 加熱介質(zhì)：空氣(4) 保溫時(shí)間：23h確定依據(jù)：與球化退火保溫時(shí)間的確定依據(jù)相同，不再贅述(5) 冷卻方法：隨爐冷確定依據(jù)：避免產(chǎn)生附加的殘余應(yīng)力，因此隨爐至500 C(6) 冷卻介質(zhì)：空氣(7) 設(shè)備的選擇及型號(hào)：選擇井式電阻爐RJ2-25-6 ,部分參數(shù)如下表示型號(hào) 額定功率(KW)額定電壓(V)相

11、數(shù) 爐膛直徑爐膛深度(mm)(mm)RJ2-25-6 25380單 400500(8) 工藝曲線2.524中頻淬火表面熱處理可以使工件表層具有較高的耐磨性 ，而心部具有良好的塑性和韌性。(1)加熱溫度：與調(diào)質(zhì)處理中淬火溫度相同(2)加熱方法：電流加熱(3)加熱介質(zhì)：空氣(4)保溫時(shí)間：t=h / v,式中t為加熱時(shí)間(s), h為感應(yīng)器高度 (mm ), v為工件進(jìn)給速度(5) 冷卻方法：鹽浴(6) 冷卻介質(zhì)：10 %的碳酸鈉溶液確定依據(jù)：提高在高溫區(qū)的冷卻速度，使工件獲得較厚的淬硬層(7) 設(shè)備的選取及型號(hào)：選用DGF-C-58-2BPS50/8000(Hz)功率(KW )電壓(V)電流(A

12、) 頻率發(fā)電機(jī)50750748000電動(dòng)機(jī)65380110淬火層深度:1.3 -5.5(8)工藝曲線彳氐溫回火低溫回火是指溫度在250 C以下進(jìn)行的回火，可減小淬火應(yīng)力，即可提高鋼的韌性，又可保證足夠的硬度、強(qiáng)度和耐磨性(1)加熱溫度：確定依據(jù)：(2)加熱方法：確定依據(jù)：(3)加熱介質(zhì)：(4)保溫時(shí)間：確定依據(jù)：(5)冷卻方法：確定依據(jù)：(6)冷卻介質(zhì)：160180 C要保證足夠的硬度，加熱溫度不能太高直接隨爐溫加熱簡單易操作，成本較低空氣46h保溫足夠的時(shí)間以盡量降低其內(nèi)應(yīng)力隨爐冷避免產(chǎn)生附加的應(yīng)力空氣(7)設(shè)備的選擇及型號(hào)：選取RJ2-25-6型井式電爐型號(hào) 額定功率(KW)額定電壓(V)

13、相數(shù) 爐膛直徑 爐膛深度(mm ) (mm)RJ2-25-6 25380單 400500(8) 工藝曲線2.526穩(wěn)定化回火穩(wěn)定化回火是指為了穩(wěn)定組織與尺寸進(jìn)行的回火。(1) 加熱溫度：120160 C,回火溫度確定依據(jù)：為了得到回火馬氏體 ，保證足夠的硬度不能太高(2) 加熱方法：直接隨爐加熱(3) 加熱介質(zhì)：空氣(4) 保溫時(shí)間：612h確定依據(jù)：保溫足夠的時(shí)間以更好地穩(wěn)定組織及尺寸(5) 冷卻方法：隨爐冷確定依據(jù)：較慢冷卻速度，避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。(6)冷卻介質(zhì)：空氣(7)設(shè)備的選擇及型號(hào)：與低溫回火的設(shè)備相同(8)工藝曲線2.6總工藝曲線3、掛架裝具夾具4、熱處理工藝分析4.1球化退火的工

14、藝分析（1） 加熱到溫后，得到均勻的奧氏體，塑性韌性較高；加熱溫度過高， 會(huì)引起奧氏體晶粒長大，加熱溫度過低，會(huì)使得滲碳體不能完全溶入奧氏 體中，鋼的硬度太高。（2） 組織轉(zhuǎn)變：正常保溫時(shí)，零件會(huì)形成均勻的奧氏體組織，保溫時(shí)間 過長會(huì)形成粗大的 碳化物，脆性增加，保溫時(shí)間不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生欠熱現(xiàn) 象，致使原材料組織不均勻 。（3） 球化退火后正常冷速會(huì)形成顆粒狀的珠光體，具有良好的切削加工 性能；若冷速太大，則會(huì)形成細(xì)小的珠光體和鐵素體 ，硬度和強(qiáng)度增大， 塑性變小，不利于機(jī)加；冷速不足，會(huì)形成珠光體+大塊鐵素體，并伴有 粗大碳化物出現(xiàn)，熱處理后硬度偏低，脆性增大，不利于切削。(4) 常見的缺陷及

15、防止方法過燒報(bào)廢過熱完全退火或正火補(bǔ)救球化不均勻正火后重新球化退火硬度偏高重新退火脫碳在保護(hù)氣氛中退火或復(fù)碳處理4.2淬火的工藝分析(1) 加熱到溫后，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，晶粒細(xì)化，冷卻后室溫組織為馬氏體+殘余奧氏體+少量的碳化物，硬度較高，有良好的耐磨性；加熱 溫度不足，加熱后組織為奧氏體+珠光體+鐵素體，室溫組織為馬氏體 +珠光體+鐵素體，硬度不足，塑性增大；加熱溫度過高，會(huì)形成粗大的奧氏 體晶粒，冷卻至室溫后會(huì)形成粗大的馬氏體，脆性增加。(2) 組織轉(zhuǎn)變：珠光體-奧氏體-馬氏體+殘余奧氏體+少量的碳化物(3) 正常冷卻速度下會(huì)形成馬氏體+殘余奧氏體+少量的碳化物；冷速過快會(huì)形成馬氏體，但

16、是熱應(yīng)力和組織應(yīng)力較大，產(chǎn)生開裂和變形；冷速過慢會(huì)形成馬氏體+貝氏體，工件硬度和強(qiáng)度不高，塑性較大。(4) 常見的缺陷及防治方法淬火變形、開裂均勻加熱、及時(shí)回火表面氧化、脫碳、腐蝕及過燒在保護(hù)氣氛或鹽浴爐內(nèi)進(jìn)行硬度不足重新加熱淬火硬度不均勻不同方向的鍛打，或再一次進(jìn)行退火或正火，使組織細(xì)化、均勻化組織缺陷按淬火缺陷進(jìn)行補(bǔ)救4.3高溫回火工藝分析(1) 加熱到溫后，組織為馬氏體+碳化物，保溫過程中馬氏體分解 ， 析出碳化物，冷卻至 室溫后，組織為回火 索氏體，塑性韌性都 有較大提 高；若回火溫度不足，加熱后得到的組織為馬氏體 +大量的碳化物，冷卻 至室溫后，組織為回 火馬氏體或回火屈氏 體，硬度

17、偏高，而塑性韌性偏 低；若回火溫度太高，加熱后的組織可能為奧氏體 ，即發(fā)生逆轉(zhuǎn)變，冷卻 至室溫后奧氏體又轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，產(chǎn)生二次淬火”(2) 組織轉(zhuǎn)變：馬氏體回火索氏體(3) 正常冷速下會(huì)形成回火索氏體 ，塑性韌性良好；冷速過快時(shí)，會(huì) 形成回火馬氏體 +碳化物，硬度提高，塑性韌性下降；冷速不足，會(huì)形成 細(xì)粒狀的回火索氏體，硬度不足，塑性偏高。(4)常見的工藝缺陷及防治方法硬度不合格合理控制回火爐的溫度畸變校直回火脆性對(duì)于第一類回火脆性，要重新加熱淬火；第二類回火脆性要重新回火和回火后快速冷卻4.4去應(yīng)力退火(1) 加熱到溫后，與前一道工序相比，組織基本上不發(fā)生變化，若加 熱溫度過高，會(huì)形成奧氏體

18、+碳化物，若加熱溫度不足，則達(dá)不到消除內(nèi) 應(yīng)力的目的。(2) 組織轉(zhuǎn)變：無明顯轉(zhuǎn)變(3) 正常冷速下會(huì)得到珠光體組織，冷速過慢，組織為細(xì)粒狀珠光體，硬度不足，塑性偏高；冷速過快，則會(huì)形成貝氏體或馬氏體，硬度偏高。(4) 常見的工藝缺陷及分析與球化退火基本相同，不再贅述。4.5中頻淬火(1) 加熱到溫后，工件表面的組織為成分均勻的奧氏體，而心部組織與前一道工序相比基本上不發(fā)生什么變化，冷卻至室溫后由表面向心部的組織為馬氏體、馬氏體+鐵素體、馬氏體+鐵素體+珠光體、鐵素體+珠光 體；若加熱溫度不足，表面會(huì)形成奧氏體+滲碳體，冷卻后表面組織為馬氏體+滲碳體，硬度不足，耐磨性降低；若加熱溫度過高，表面

19、會(huì)形成粗 大奧氏體，冷卻至室溫后，會(huì)形成粗大的馬氏體，硬度偏高。(2) 組織轉(zhuǎn)變：表面會(huì)是由珠光體-奧氏體-馬氏體，心部無明顯變 化(3) 正常冷速下表面會(huì)得到馬氏體組織，冷速過快，會(huì)得到馬氏體，但 硬度太高，不利于機(jī)加，且硬化層深度不足；冷速過慢，表面組織為馬氏 體+大量的滲碳體，硬度不足。(4) 常見的工藝缺陷及分析與調(diào)制處理中的淬火基本相同，不再贅述。4.6低溫回火（1） 正常加熱到溫后，冷卻會(huì)得到回火馬氏體；加熱溫度不足，則不能內(nèi)應(yīng)力；加熱溫度過高，冷卻后可能會(huì)得到回火屈氏體，硬度有所降低。（2）組織轉(zhuǎn)變：表面會(huì)得到回火馬氏體（3） 正常冷速下會(huì)得到回火馬氏體，冷速不足會(huì)得到貝氏體 ，

20、冷速過 快會(huì)得到回火馬氏體，但硬度會(huì)太高。（4） 常見的工藝缺陷及分析與高溫回火基本相同，不再贅述。4.7穩(wěn)定化回火穩(wěn)定化回火主要是為穩(wěn)定工件的尺寸而設(shè)置的工序，其工藝分析與低溫回火進(jìn)本相同，但是在這個(gè)工序中，要注意工件要有足夠的保溫時(shí)間5、熱處理工藝的檢驗(yàn)退火淬火回火感應(yīng)加熱表面淬火硬度用布氏硬度回火前的硬用布氏硬度用維氏硬度計(jì)或洛氏硬度值應(yīng)大于計(jì)或洛氏硬計(jì)測量被測度計(jì)檢驗(yàn)是或等于技術(shù)度計(jì)檢驗(yàn)硬零件取樣部否合格要求中的限度是否合格位橫截面的值分布來測量硬化層深度，用布氏硬度計(jì)測量心部硬度變形用百分表測軸類零件彎用百分表測按工藝卡的量其徑向圓曲變形、其量其徑向圓要求進(jìn)行檢跳動(dòng)量全長徑向圓跳動(dòng)量

21、查，需要用跳動(dòng)量應(yīng)小校直控制的于直徑磨量變形量的，的1 / 2按校直工藝進(jìn)行，一般采用冷壓校直法外觀用肉眼低倍放大鏡觀察其表面有無裂紋、燒傷、碰傷、麻點(diǎn)及銹跡等缺陷顯微組織退火后的珠回火馬氏體光體組織2組織13級(jí)4級(jí)合格為合格，6、熱處理工藝規(guī)范及操作守則牌號(hào)臨界溫度C)熱加工溫度(C)Ac1Ac3 (Accm )Ms加熱始鍛Ar1Ar3Mf終鍛(Arcm)GCr157609001851050102011001080695707-90800850普通退火等溫退火溫度C)冷卻硬度(HBS)加熱溫度(C)等溫溫度(C)冷卻方式硬度(HBS)790爐冷179790710空冷2708102078107

22、20390高溫回火淬火溫度C)硬度(HBS)溫度(C)淬火介質(zhì)硬度(HRC)650 700229 285835 850油>63回火不同溫度回火后的硬度值(HRC)常用硬度150( C200( C300( C400( C500( C550600回火值)(C(C溫度(HRC)范圍)64615549494136311506165170淬火的工藝規(guī)程(1)目的：不同要求的工件淬火后再經(jīng)一定溫度的回火，可獲得所需要的性能。如：強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性，耐磨性及其他特殊物理性能（2）操作要點(diǎn)：允許不同材質(zhì)但具有相同加熱溫度的零件同爐處理；需防氧化或脫碳涂料的需涂涂料，或工件放入盛有已用過的木炭和鐵屑的

23、 鐵箱中加蓋密封；冷卻方式因不同的材質(zhì)和形狀而異，軸類零件垂直淬入最佳，形狀復(fù)雜的零件可先預(yù)冷再淬入，減小變形?；鼗鸬墓に囈?guī)程（1）目的：調(diào)整淬火工件的力學(xué)性能 ，降低或消除工件的殘余淬火應(yīng)力，保證工件使用過程中的尺寸穩(wěn)定。（2） 操作要點(diǎn)：盡量使截面尺寸相近的工件同爐回火，在鹽浴爐中回火時(shí)，工件在液面以下的距離大于或等于20mm ；工件入爐時(shí)爐溫不得超過規(guī)定的回火溫度；需要多次回火的工件應(yīng)在上一次回火徹底冷卻后再進(jìn) 行下一次回火 （但有些材質(zhì)不宜在空氣中停留時(shí)間太長；易變性的細(xì)長，薄壁工件及彈簧入爐時(shí)，應(yīng)平放或吊柱，防止翹曲。7、熱處理工藝設(shè)計(jì)的見解和體會(huì)通過此次熱處理工藝課程的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多專業(yè)方面的知識(shí)，認(rèn)識(shí)到了有關(guān)熱處理方面的手冊對(duì)本專業(yè)的重要性，在我們以后的工作中，如果從事熱處理行業(yè)，都離不開對(duì)手冊的查詢，因此不得不說手冊使我們 機(jī)械行業(yè)的老師。除此之外，本次課程設(shè)計(jì)也讓我深刻體會(huì)到認(rèn)真、耐心的重要性，尤其是對(duì)本專業(yè)而言，要想成為一名優(yōu)秀的工程師，必須要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和正確的學(xué)習(xí)方法。&熱處理工藝卡熱處理工藝卡產(chǎn)品型號(hào)WZ-12零（部）件圖