《畢業(yè)設(shè)計-40Cr東方紅40拖拉機驅(qū)動軸熱處理工藝設(shè)計》

1、陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文說明書材料工程 系 金屬材料與熱處理技術(shù) 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計論文題目 40Cr東方紅40拖拉機驅(qū)動軸熱處理工藝設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)號 0825126 指導(dǎo)教師 職稱 工程師 2011 年 3 月 5 日畢業(yè)設(shè)計論文任務(wù)書 材料工程 系 金屬材料與熱處理技術(shù) 專業(yè)學(xué)生姓名 學(xué)號 一、畢業(yè)設(shè)計論文題目40Cr東方紅40拖拉機驅(qū)動軸熱處理工藝設(shè)計 二、畢業(yè)設(shè)計論文時間 2021 年 11 月 01 日 至 2021 年 5月 1日三、畢業(yè)設(shè)計論文地點： 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四、畢業(yè)設(shè)計論文的內(nèi)容要求： 了解所選用剛的性質(zhì)、所制造零件的概況 掌握加工工藝路線及其工藝性 熱處

2、理后組織與性能分析 熱處理缺陷及控制 制定熱處理工藝規(guī)程指導(dǎo)教師 陳海英 2021年3 月 5 日批 準 年 月 日畢業(yè)設(shè)計論文評定表姓名學(xué)號專業(yè)金屬材料與熱處理技術(shù)畢業(yè)設(shè)計論文題目40Cr東方紅40拖拉機驅(qū)動軸熱處理工藝設(shè)計評閱意見評閱教師： 年 月 日辯論組成員辯論時間辯論地點本人陳述從驅(qū)動軸的常規(guī)材料入手，分析驅(qū)動軸的失效形式及其服役條件和加工中常見缺陷。選用40Cr鋼作為驅(qū)動軸材料，分析40Cr鋼的根本性質(zhì)確定40Cr鋼驅(qū)動軸熱處理的工藝過程，通過金相實驗觀察它的組織結(jié)構(gòu)并且分析它的力學(xué)性質(zhì)等，分析了驅(qū)動軸的預(yù)備熱處理與最終熱處理的目的與性能，最后還進行驅(qū)動軸熱處理后的質(zhì)量檢驗。辯論過

3、程要點辯論組提問答復(fù)以下問題情況辯論組評語成績辯論委員會主任簽字年 月 日 目錄 前言.12 驅(qū)動軸材料與熱處理工藝概況.22.1 驅(qū)動軸的簡介.22.2 拖拉機驅(qū)動軸的服役條件和失效形式.32.3 拖拉機驅(qū)動軸的性能要求.42.4 驅(qū)動軸熱處理工藝概況.43 40Cr的根本性質(zhì).53.1 40cr的化學(xué)成分及力學(xué)性能.63.2 合金元素的作用.63.2.1 40Cr剛中硅元素的作用.62.2.2 40Cr剛中鉻元素的作用.73.2.3 40Cr剛中錳元素的作用.83.3 組織轉(zhuǎn)變及淬透性.84. 拖拉機驅(qū)動軸生產(chǎn)工藝路線及分析.104.1 拖拉機驅(qū)動軸的選材.104.2 40Cr熱處理工藝特

4、性.114.3 40Cr拖拉機驅(qū)動軸工藝路線及熱處理方案分析.114.4 熱處理工藝確實定.134.5 熱處理常見的缺陷及防護措施.15 氧化和脫碳.15 過熱和過燒.16 淬火硬度不夠.16 軟點.17 變形和開裂.17 回火缺陷.184.6 熱處理工藝及曲線圖.19 正火工藝的制定.19 淬火工藝的制定.19 回火工藝的制定.204.7 金相分析.21 正熾熱處理的金相分析.21 調(diào)原始組織為熱處理的金相組織.225 質(zhì)量檢驗.235.1 檢驗工程.23 硬度.23 變形.23 外觀.235.2 評定標準.23設(shè)計總結(jié).27致謝.28參考文獻.291 前言本畢業(yè)設(shè)計是在?材料科學(xué)根底?熱處

5、理原理?熱處理工藝?和?金屬材料學(xué)?等課程學(xué)習(xí)的根底上并且結(jié)合本人今年在陜西飛機集團的實習(xí)經(jīng)歷，是理論與實際相結(jié)合所完成的。通過本次畢業(yè)課程設(shè)計，可使自己在綜合運用化學(xué)專業(yè)根底和專業(yè)知識能力方面得到訓(xùn)練，學(xué)習(xí)獨立分析問題和解決問題的方法，提高工程意識和工程設(shè)計能力?，F(xiàn)在工業(yè)的迅速開展對機械零部件，驅(qū)動軸等提出的要求愈來愈高。熱處理不僅對鍛造機械加工的順序進行和保證加工效果超著重要作用，而且在改善或消除加工后的缺陷，提高工件使用壽命的方面起著重要作用。為獲得理想的組織與性能，保證零件在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性和使用壽命，就必須從工件的特點、要求和技術(shù)條件入手，認真分析產(chǎn)品在使用過程中的受力狀況和可

6、能的失效形式，正確的選擇材料，再根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模，現(xiàn)場條件，熱處理設(shè)備提出幾種可行的熱處理方案，最后根據(jù)其經(jīng)濟性，質(zhì)量穩(wěn)定性和便于管理，降低本錢等因素，確定出一種最正確方案。熱處理工藝設(shè)計是整個機械加工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，他與工件設(shè)計及其他加工工藝間存在密切關(guān)系。如何實現(xiàn)工件設(shè)計時提出的幾何形狀和加工精度，滿足設(shè)計時所需要的各種性能指標，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關(guān)重要的作用。2 驅(qū)動軸材料與熱處理概況 驅(qū)動軸是傳動系統(tǒng)的一個重要組成局部，它是用來將差速器半軸齒輪輸出的動力傳給驅(qū)動輪或輪邊減速器，對于采用非獨立式旋架的驅(qū)動橋，根據(jù)其驅(qū)動軸內(nèi)端與外端的手里狀況，一般又分為全浮式驅(qū)動軸、四分之

7、三浮式驅(qū)動軸與半浮式驅(qū)動軸三種。 驅(qū)動軸是旋轉(zhuǎn)運動部件，當(dāng)軸的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心線不重合時會產(chǎn)生方向周期性變化的慣性力，這一慣性力是激起驅(qū)動軸橫向振動的主要原因。驅(qū)動軸呈細長形狀，柔度較大，固有頻率低。當(dāng)驅(qū)動軸的工作轉(zhuǎn)速與橫向振動的固有頻率相同時會產(chǎn)生共振，驅(qū)動軸的振動通過懸掛傳遞至車身，產(chǎn)生低頻的轟鳴聲，嚴重影響乘坐舒適度，與此同時，驅(qū)動軸的共振還會導(dǎo)致驅(qū)動軸萬向節(jié)的早期損壞，以及與驅(qū)動軸配合的差速器半軸油封的早期磨損而漏油。 驅(qū)動軸內(nèi)端以花鍵連接著驅(qū)動軸齒輪，驅(qū)動軸齒輪在工作時只將扭矩傳給驅(qū)動軸，幾個行星齒輪對驅(qū)動軸齒輪施加的徑向力是互相平衡的，因而并不傳給驅(qū)動軸內(nèi)端。主減速器從動齒輪所受徑向

8、力那么由差速器殼的兩軸承直接傳給主減速器殼。因而，驅(qū)動軸內(nèi)端只受扭矩而不受彎曲力矩。驅(qū)動軸是拖拉機的軸類零件中承受扭矩最大的零件，為了滿足驅(qū)動軸的強度要求。多年來，世界各國除了用各種各樣的計算方法外，還在材料選擇、毛坯成型、機械加工和熱處理等方面進行著不懈的努力。 驅(qū)動軸齒輪廣泛用于汽車、拖拉機等一切行走機械的差速器中，應(yīng)用面廣，需求量大。驅(qū)動軸已普遍采用精密模鍛工藝生產(chǎn)。其工藝流程是：下料加熱粗鍛切飛邊精鍛切飛邊外表清理鉆孔、車大端面車孔、齊端面拉花鍵熱處理磨大端面和內(nèi)孔。 感應(yīng)加熱外表淬火亦感應(yīng)淬火，由于它的加熱速度和卻速度都很快，使零件的外表至心部有著巨大的溫度梯度，而且淬火后零件由表及

9、里存在著劇烈的組織變化，這些特點決定它有著特殊的剩余壓應(yīng)力形態(tài)。一般說，軸類零件感應(yīng)淬火后，外表層存在剩余壓應(yīng)力，次表層和淬火區(qū)域存在剩余拉應(yīng)力。剩余拉應(yīng)力的合理分布，能夠大大提高零件強度，特別是疲勞強度。驅(qū)動軸的合理用料，合理選擇淬火層的深度及其分布，將大大提高驅(qū)動軸的使用壽命。 在車孔、齊端面工序中，由于夾具調(diào)整不便，更換供狀時工件找正極其困難，耗工費時，齒輪裝夾定位精度低，生產(chǎn)效率低。2.2 拖拉機驅(qū)動軸的服役條件和失效形式 拖拉機驅(qū)動軸是重要的傳力部件，不僅要傳遞來自發(fā)動機的扭矩，還要承受車輪上作用的垂直力、側(cè)向力及牽引力所形成的縱向力，使拖拉機易損部件之一。由于拖拉機重量通過軸頸、法

10、蘭盤加到后輪上，后輪遇到障礙、石塊等，驅(qū)動軸還承受一定的沖擊。驅(qū)動軸一旦斷裂，拖拉機將失去支承，會造成翻車，輕那么影響生產(chǎn)，重那么造成人身事故，特別是在山路運輸時斷裂，后果更為嚴重。 失效形式主要是由于扭轉(zhuǎn)力矩作用，工作時頻繁啟動、變速、反向、路面顛簸和局部磨損而引起的疲勞破壞，斷裂位置主要集中于軸桿部或花鍵根部。2.3 拖拉機驅(qū)動軸的性能要求 拖拉機驅(qū)動軸是傳遞扭矩的重要部件，要求材料有足夠的抗彎強度、疲勞強度和較好的韌性，耐磨性，具有合理的最正確靜扭強度和抗扭轉(zhuǎn)疲勞性能，要求其桿部硬度為3744HRC，盤部外圓硬度為2434HRC。2.4 驅(qū)動軸熱處理工藝概況 推薦采用預(yù)調(diào)質(zhì)處理后外表中頻

11、淬火處理工藝，預(yù)調(diào)質(zhì)處理后心部硬度為2430HRC；中頻淬火處理后桿部外表硬度不允許低于52HRC；花鍵處允許降低3個硬度單位，桿部硬化層深度范圍為桿部直徑的1020%，硬化層深度變化不大于桿部直徑的5%，桿部圓角應(yīng)淬硬，法蘭盤硬度不低于24HRC。在保證驅(qū)動軸性能指標要求條件下，也允許采用其它熱處理工藝，如正火處理后外表中頻淬火工藝。 感應(yīng)淬火后驅(qū)動軸的金相組織為：1.預(yù)調(diào)質(zhì)處理后外表中頻淬火處理，硬化層為回火馬氏體，心部為回火索氏體：2.正火處理后外表中頻淬火處理，硬化層為回火馬氏體，心部為珠光體加鐵素體。 粗糙度：法蘭盤安裝端面不大于Ra3.2，非加工及桿根部圓角為毛坯外表，經(jīng)過加工的桿

12、部不大于Ra6.3噴丸處理允許增大到Ra12.5，桿根部圓角不大于Ra3.2，花鍵外圓定心外表不大于Ra0.8，花鍵齒側(cè)定心外表不大于Ra3.2，與軸承配合外表不大于Ra0.8。 驅(qū)動軸磁力探傷后應(yīng)退磁。 花鍵應(yīng)用綜合量規(guī)檢驗，花鍵齒的周接累積公差、齒形公差和齒向公差應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣規(guī)定。 驅(qū)動軸外表不應(yīng)有折疊、凹陷、砸痕、裂紋等缺陷。桿部外表允許有磨去裂紋的痕跡。磨削后存在的磨痕深度不大于，同一橫斷面不允許超過兩處。 驅(qū)動軸的靜扭強度失效后備系數(shù)K應(yīng)不大于1.80。3 40Cr的根本性質(zhì)3.1 40cr的化學(xué)成分及力學(xué)性能化學(xué)成分： 碳的含量為0.370.44% 硅的含量為0.170.37%

13、錳的含量為0.500.80% 鉻的含量為0.801.10%力學(xué)性能： 退火硬度：小于207HBS 正火硬度：小于250HBS 調(diào)制處理：試樣直徑為25mm, 850淬火加熱油淬 520特性：調(diào)質(zhì)后，有良好的綜合性能，低溫沖擊性良好，缺口敏感性較低，有好的淬透性，正火調(diào)質(zhì)后加工性能良好。但是焊接性能不佳，容易產(chǎn)生裂紋，焊接之前要預(yù)熱到100150。應(yīng)用舉例：較重要的調(diào)質(zhì)件如汽車轉(zhuǎn)向螺桿，連桿螺栓，進氣閥，齒輪等。3.2 合金元素的作用3.2.1 40Cr鋼中硅元素的作用有利于體心立方的鐵素體組織的形成，在鋼中不形成碳化物，在周期表中處于鐵左邊，主要固溶于鐵中。其對碳在奧氏體中的擴散系數(shù)影響不大，

14、對奧氏體形成速度無甚影響，可升高A1點，相對的減緩了奧氏體的形成速度。對加熱時奧氏體晶粒大小稍有阻礙或不起作用，可推遲珠光體相變使C曲線右移，使C曲線上的鼻子移向高溫區(qū)域，使Ms點降低，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而降低淬火臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性?？娠@著地減慢馬氏體在較低溫度的分解，但不減慢在400500回火時馬氏體的分解，顯著阻礙碳化物的聚集，阻礙鋼在回火時消除各類畸變的作用，而且一般都推遲了淬火鋼相的回復(fù)、再結(jié)晶和碳化物聚集過程，從而抑制了鋼的硬度、強度的降低，增強了鋼的回火穩(wěn)定性?？商岣呦嗟脑俳Y(jié)晶溫度，可使鋼回火脆性顯著增強，可改變鋼的各相組織，增加珠光體數(shù)量。主要目的是增大鋼的淬透

15、性，全部淬透零件在高溫回火后可獲得高而均勻的綜合力學(xué)性能，特別是高的屈強比，顯著強化鐵素體，比在一定范圍內(nèi)還能提高鋼的韌性。3.2.2 40Cr鋼中鉻元素的作用可封閉相區(qū)的元素，含量到達一定量時，相區(qū)被封閉，即使相圖上的區(qū)域收縮成一個很小的范圍，超過此含量合金發(fā)生到相變，有利于體心立方的鐵素體組織的形成。在鋼中可形成碳化物，其為過渡過度族元素，在周期表中位于鐵的左邊，可降低鋼的共析點含碳量以及碳在中的最大固溶度，大量參加可使相區(qū)消失，得到全部鐵素體組織。是強化物形成元素，降低碳在奧氏體中的擴散系數(shù)，因而大大推遲了珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變過程，在鋼中由于形成的特殊碳化物不易溶解，將使奧氏體形成速度減慢

16、，可升高A1點，相對的減緩了奧氏體的形成速度。顯著的將相的再結(jié)晶溫度推向高溫，使鋼中明顯出現(xiàn)回火脆性，強烈的阻止馬氏體分解的進一步開展，可改變鋼的各相組織，增加珠光體數(shù)量。增大鋼的淬透性，全部淬透零件在高溫回火后可獲得高而均勻的綜合力學(xué)性能，特別是高的屈強比，顯著強化鐵素體，比在一定范圍內(nèi)還能提高鋼的韌性。如果形成難溶解的特殊碳化物，那么在加熱時，如果保溫時間缺乏，將會得到成分極不均勻的奧氏體。對加熱時奧氏體晶粒大小有中等阻礙作用，可推遲珠光體相變，使Ms點降低，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而降低淬火臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。顯著阻礙碳化物的聚集，阻礙鋼在回火時消除各類畸變的作用，而且一般都

17、推遲了淬火鋼相的回復(fù)、再結(jié)晶和碳化物聚集過程，從而抑制了鋼的硬度、強度的降低，增強了鋼的回火穩(wěn)定性。3.2.3 40Cr鋼中錳元素的作用可開啟相區(qū)，如果到達一定數(shù)量，便可完全抑制相區(qū)的出現(xiàn)，而代之以相，因此如果r區(qū)域淬火至室溫就很容易獲得奧氏體?？商岣呦嗟脑俳Y(jié)晶溫度，使鋼中明顯出現(xiàn)回火脆性，可改變鋼的各相組織，增加珠光體數(shù)量。在鋼中可形成碳化物，其為過渡過度族元素，在周期表中位于鐵的左邊，可降低A3和A1，大量參加后甚至可以使A3降到室溫以下，那么鋼在室溫下仍具有奧氏體組織，可改變工析轉(zhuǎn)變溫度，降低A1點相對來說增加了過熱度，也就增大了奧氏體的形成速度，可使珠光體細化，有利于奧氏體形成，對加熱

18、時奧氏體晶粒大小那么有助?？赏七t珠光體相變，使Ms點降低，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而降低淬火臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。為了增大鋼的淬透性，全部淬透零件在高溫回火后可獲得高而均勻的綜合力學(xué)性能，特別是高的屈強比，顯著強化鐵素體，比在一定范圍內(nèi)還能提高鋼的韌性。3.3 組織轉(zhuǎn)變及淬透性 40Cr是調(diào)質(zhì)鋼，用于制造在重載荷作用下同時又受沖擊載荷作用的一些重要零件，要求零件具有高強度、高韌性相結(jié)合的良好的綜合力學(xué)性能?？估瓘姸群颓姸缺认鄳?yīng)的碳鋼高約20%，并有良好的淬透性，切削性好，冷變形時的塑性中等，斷面小于50mm時，油淬后有較高的疲勞強度。具有較高的強度和硬度，調(diào)質(zhì)后可獲得回火索氏體具

19、有較高的強度、塑性、韌性、疲勞極限、斷裂韌度和較低的韌脆性轉(zhuǎn)折溫度，可以滿足工件使用的性能要求，少量合金元素的參加顯著增加了鋼的淬透性，一般采用油淬，油淬的臨界直徑是3040mm，適用制造較重的調(diào)質(zhì)件，如機床主軸、汽車、拖拉機上的連桿、螺栓等。調(diào)質(zhì)鋼在熱加工后，必須經(jīng)過預(yù)備熱處理降低硬度，以利于切削加工，預(yù)備熱處理還可以消除熱加工缺陷，改善組織為淬火做好準備。對合金含量較低的鋼，可采用正火或完全退火，對合金含量較高的鋼采用正火加高溫回火做預(yù)備熱處理。高溫回火可使正火處理得到的馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榱钪楣怏w。最終熱處理為調(diào)質(zhì)，碳鋼淬火溫度為Ac3+(3050)，合金鋼可適當(dāng)提高淬火溫度，回火溫度為500

20、650，具體回火溫度按硬度取，要求強度高的選下限。 合金調(diào)質(zhì)鋼有較大高溫回脆傾向，為防止高溫脆性發(fā)生，高溫回火后要采用水冷或油冷，對于大鍛件體要采用合金化方法防止回脆。調(diào)質(zhì)鋼不一定都進行調(diào)質(zhì)處理，因為回火索氏體組織不能充分發(fā)揮碳提高鋼的強度方面的潛力，所以當(dāng)零件以提高強度和疲勞強度為主要目的時，可采用淬火加低溫回火代替調(diào)質(zhì)。由于碳對過飽和相得固溶強化作用、-FeC的沉淀強化和馬氏體相變的冷作硬化使中碳回火馬氏體具有極高的強度。應(yīng)用于航空航天結(jié)構(gòu)的低合金超高強度結(jié)構(gòu)鋼就是以調(diào)質(zhì)鋼為根底開展起來的。為改善低合金超高強度結(jié)構(gòu)鋼韌性，采用真空感應(yīng)爐熔煉和電渣重溶減少鋼中氣體和有害雜質(zhì)含量。參加能抑制-

21、FeC溶解和Fe3C析出的合金元素Si等，提高回火穩(wěn)定性，將一類回火脆性的溫度提高。 低合金超高強度結(jié)構(gòu)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)淬火加低溫回火后，其韌性與碳的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)。例如低合金高強度鋼當(dāng)碳的質(zhì)量分數(shù)超過0.3%，雖然，隨著碳的質(zhì)量分數(shù)的增高強度持續(xù)增高，但鋼的韌性特別是斷裂韌度顯著下降。所以應(yīng)合理控制碳質(zhì)量分數(shù)，以得到最正確強度與塑性的配合。4. 拖拉機驅(qū)動軸生產(chǎn)工藝路線及分析4.1 拖拉機驅(qū)動軸的選材 按照驅(qū)動軸對材料力學(xué)性能的要求，驅(qū)動軸常用材料是中碳鋼或中碳合金鋼，如45、40Cr、40MnB、40CrMnMo等。具體選用何種鋼號，應(yīng)根據(jù)驅(qū)動軸承受負載的大小，驅(qū)動軸桿部的直徑和淬硬層深度的

22、要求來確定。通常是輕型車、尺寸較小的驅(qū)動軸選用中碳鋼；重型車、尺寸較大和工作應(yīng)力大的驅(qū)動軸選用淬透性和強韌性較好的合金鋼。對于主要承受扭轉(zhuǎn)載荷的軸類零件，鋼的淬透性以保證軸的直徑的1/2處能淬火為最正確。驅(qū)動軸材料依據(jù)其工作條件選用，中型重車選用40Cr，重型載重車選用40CrMnMo。拖拉機為中型重車，應(yīng)選用40Cr。4.2 40Cr熱處理工藝特性(1)預(yù)備熱處理 調(diào)至鋼經(jīng)加熱后，必須經(jīng)過預(yù)備熱處理來降低硬度，便于切削加工，消除熱加工時造成的組織缺陷。對于40Cr鋼而言可進行正火或退火處理。(2)最終熱處理 調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火。一般可以采用較慢的冷卻速度淬火，可以用油淬防止熱

23、處理缺陷。當(dāng)強度較高時，采用較低的回火溫度，反之選用較高的回火溫度。4.3 40Cr拖拉機驅(qū)動軸工藝路線及熱處理方案分析 1工藝路線為：鍛造毛坯調(diào)質(zhì)加工成形90圓柱面與花鍵兩處高頻淬火。 該工藝方案的優(yōu)點：工藝簡單，特別是調(diào)質(zhì)工藝，因為調(diào)質(zhì)后再進行機械加工，無須考慮氧化脫碳問題。 該工藝方案的缺點是：加工余量大，浪費材料，調(diào)質(zhì)效果不好。該種鋼油淬時臨界直徑大于55mm加上加工余量，根據(jù)該種鋼的端淬曲線可以推知，即使在外表也得不到半馬氏體區(qū)，實際上只能得到網(wǎng)狀鐵素體及細片狀珠光體組織。花鍵與錐度交界處恰好是花鍵高頻淬火的過渡區(qū)熱影響區(qū)，此處的強度比未經(jīng)外表淬火的還差，而又是應(yīng)力集中的危險斷面。

24、2工藝路線為：鍛造荒車及鉆23孔應(yīng)留加工余量，以備擴孔成23調(diào)質(zhì)加工成形包括擴2390圓柱面、錐度及花鍵局部高頻淬火。 該工藝方案的優(yōu)點是：克服了第一方案的調(diào)質(zhì)效果不良，以及錐度與花鍵交界危險斷面處恰好是高頻淬熾熱影響處的弱點，其使用性能將比第一方案大為改善。 該方案的缺點是：加工余量大、浪費原材料；增加了加工工序和工序間周轉(zhuǎn)，延長了生產(chǎn)周期；對調(diào)質(zhì)工序加熱時氧化、脫碳的控制要求較嚴；高頻淬火時，在錐度根部R3圓角處需圓角淬火，為了防止有淬火過渡區(qū)，錐度與花鍵局部應(yīng)連續(xù)淬火，但該兩局部尺寸及幾何形狀不同，故用同一感應(yīng)圈淬火時，需改變高頻淬火工藝參數(shù)至少應(yīng)改變工件升降速度操作比擬復(fù)雜，質(zhì)量不易穩(wěn)

25、定。 在設(shè)備條件不變的情況下，第二種方案的生產(chǎn)周期比擬長，生產(chǎn)本錢較高。 3改整體結(jié)構(gòu)為組合結(jié)構(gòu)，即把整體分解為法蘭盤和花鍵軸，花鍵軸為通花鍵，與法蘭盤用花鍵連接。工藝路線如下： 法蘭盤：鍛造調(diào)質(zhì)加工成形花鍵孔只加工內(nèi)孔，鍵槽未拉90外圓高頻淬火拉削花鍵孔。 花鍵軸：棒料鉆孔調(diào)質(zhì)加工成形花鍵中頻淬火。 該工藝方案的優(yōu)點： 省料，再大量生產(chǎn)中花鍵軸可向鋼廠訂購管材；調(diào)質(zhì)效果要好，根本上與該種鋼的臨界直徑相適應(yīng)；感應(yīng)加熱淬火工藝單一，操作方便、質(zhì)量穩(wěn)定，因為90外圓高頻淬火目的是提高耐磨性，其與法蘭盤連接處直徑大，應(yīng)力小，故強度足夠。花鍵采用中頻加熱，淬硬層深度增加至4.55mm，疲勞強度提高，經(jīng)

26、2500Hz中頻淬火并200低溫回火，外表硬度為5355HRC，據(jù)測量齒的根部有589736N/mm的壓應(yīng)力，由于是通花鍵，可以一次連續(xù)淬火，沒有過渡區(qū)。 該工藝方案的缺點是：增加了法蘭盤拉削內(nèi)花鍵孔的工藝，但省去了鍛造拔制錐度及花鍵局部直徑的工序，簡化了花鍵軸的加工。 試驗說明，采用第一種工藝方案時，由于強度比擬低，當(dāng)與行星架錐度緊配合比擬好時，常在錐度局部與法蘭盤連接處發(fā)生剪切斷他過過渡區(qū)的材料剪切強度，驅(qū)動軸將在花鍵根部迅速剪切斷裂，壽命更低。 當(dāng)按第三種方案處理時，與第一種方案處理的比擬，疲勞壽命大幅度提高，條件疲勞極限扭矩提高至原來的2.8倍，極限應(yīng)力幅提高至原來的4.5倍。田間試驗

27、500h未發(fā)現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。 可以估計，采用第三種方案，制造本錢提高不多，而壽命大幅度提高，總的經(jīng)濟效果是良好的。4.4 熱處理工藝確實定 下料鍛造正火預(yù)先熱處理粗加工調(diào)制90圓柱面、錐度及花鍵局部高頻淬火回火精加工校正檢驗。工藝說明如下：驅(qū)動軸零件經(jīng)鍛造后40Cr鋼鍛造溫度始鍛溫度為1100，終鍛溫度為800進行正火處理。正火 為消除鍛后組織不均勻帶狀組織、經(jīng)理粗大和鍛造力，改善切削加工行，必須進行預(yù)先熱處理正火。其工藝是：加熱溫度為：820870。 工件經(jīng)加熱、保溫后冷卻，獲得均勻的細珠光體組織。正火后的硬度為197207HB，易于切削加工。調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)是驅(qū)動軸機械加工后的最后熱處理。為到達要求

28、性能，調(diào)質(zhì)工藝采用以下措施： a.為了保證回火后驅(qū)動軸的力學(xué)性能，淬火后再1/4直徑處硬度應(yīng)大于45HRC，淬火組織為半馬氏體。為此，應(yīng)選擇較高的淬火加熱溫度，以提高淬透性。 b.淬火溫度為86010，保溫80min。首先是桿部和花鍵局部先淬入10%的NaCl水溶液中，水溫加熱到50左右,待桿部和花鍵局部在熱NaCl水溶液中冷卻到本體降到600左右時，立即由溶液中提出，再將工件整體投入油中冷卻，溫度為6080。這樣操作是盤部外圓先不冷卻，待盤部外圓在空氣中降溫，桿部和花鍵局部在冷卻介質(zhì)中降溫。待盤部外圓降至750左右，將工件整體投入油中冷卻，這樣，解決一個工件要求兩種硬度的要求，同時解決法蘭盤

29、與桿部相連處易產(chǎn)生開裂的問題，既可保證盤部硬度，又減少變形，防止開裂。 淬火后的金相組織為：桿部為馬氏體，盤部為托氏體+馬氏體。 c.回火溫度是根據(jù)零件回火后的硬度要求確定的。驅(qū)動軸回火溫度定為43010，回火時間為120min。為克服回火脆性，回火后在水中冷卻。 經(jīng)過回火后的金相組織為：回火索氏體和回火屈氏體。 d.調(diào)質(zhì)后再經(jīng)噴丸處理，使驅(qū)動軸外表由于局部塑性變形而增加加壓應(yīng)力，能明顯提高驅(qū)動軸疲勞壽命。 490外圓高頻淬火目的是提高耐磨性，其與法蘭盤連接處直徑大，應(yīng)力小，故強度足夠?；ㄦI采用中頻加熱，淬硬層深度增加至4.55mm，疲勞強度提高，經(jīng)2500Hz中頻淬火并200低溫回火，外表硬

30、度為5355HRC，據(jù)測量齒的根部有589736N/mm的壓應(yīng)力，由于是通花鍵，可以一次連續(xù)淬火，沒有過渡區(qū)。 熱處理常見的缺陷及防護措施 氧化和脫碳 氧化時指鋼外表的鐵被氧化成氧化鐵；脫碳是指鋼外表的碳分被氧化成CO、CH4等氣體，是鋼外表的含碳量降低。氧化使工件外表金屬燒損，影響工件尺寸和降低外表質(zhì)量。脫碳時工件外表碳貧化從而導(dǎo)致工件淬火硬度和耐磨性降低。嚴重的氧化脫碳會造成工件報廢。 對需要控制氧化脫碳的工件，可采用以下措施。 a.控制加熱溫度和加熱時間。在保證工件淬火硬度和組織的前提下，盡量采用較低的加熱溫度，采用最短的加熱時間。加熱前先經(jīng)預(yù)熱，可有效的縮短高溫加熱時間，減少共建的氧化

31、和脫碳。 c.采用保護氣氛或可控氣氛加熱。此外，加熱時將工件裝如有保護劑的鐵箱中或涂以保護涂料，也有一定的防氧化脫碳效果。 過熱和過燒 加熱溫度過高，或在高溫下加熱時間太長，引起奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗針狀馬氏體的現(xiàn)象，稱之為過燒。過熱組織增加鋼的脆性，容易造成淬火開裂。淬火過熱可以返修，返修前需進行一次細化組織的正火或退火，再按正確標準重新加熱淬火。 如果加熱溫度太高，以致奧氏體晶界出現(xiàn)熔化和氧化現(xiàn)象，稱為過燒。過燒組織晶粒極為粗大，晶界有氧化物網(wǎng)絡(luò)，鋼的性能急劇降低。這種缺陷無法挽救。 淬火硬度不夠 硬度不夠是指整個工件或較大區(qū)域內(nèi)硬度達不到技術(shù)要求。其形成原因如下： a.欠熱 造成欠

32、熱的原因是加熱溫度過低或保溫時間缺乏，工藝錯誤，控制儀表失靈，操作是裝爐量太大使各層工件溫度不勻。 b.過熱 過共析鋼因過熱奧氏體溶有過量的碳和合金元素，使Ms點大為降低，以致淬火后因殘留大量奧氏體而降低硬度。 c.冷卻速度不夠 工件在淬火過程中因冷卻速度不夠而發(fā)生或局部發(fā)生奧氏體珠光體轉(zhuǎn)變。造成原因是冷卻介質(zhì)選擇不當(dāng)，冷卻介質(zhì)溫度過高或老化及工件尺寸太大等。 d.操作不當(dāng) 如預(yù)冷淬火預(yù)冷時間過長，雙液淬火時在水中停留時間太短，分級淬火時分級溫度太高或停留時間過長等，均會造成奧氏體分解而最終組織中出現(xiàn)非馬氏體組織，使硬度降低。 軟點 工件上硬度缺乏的小區(qū)域稱為軟點。軟點往往是工件磨損或疲勞損壞

33、的中心，重要工件上不允許存在軟點。造成軟點的原因： a.原材料缺陷 鋼中存在大塊鐵素體或帶狀組織。 b.欠熱 因加熱溫度不夠或保溫時間缺乏，使奧氏體成分不均勻，或亞共析鋼中鐵素體未全部溶于奧氏體。 c.冷卻不勻 工件在介質(zhì)中移動不充分，淬火時堆在一起，工件外表有氧化皮等污物附著以及冷卻介質(zhì)混有肥皂、油污等，都會造成工件冷卻不均勻，使局部小區(qū)域發(fā)生高溫轉(zhuǎn)變而形成軟點。 變形和開裂 工件的變形與開裂是淬火操作中常見的一種癖病。因此，在淬火時，最大限度的減小工件的變形和防止開裂是一個必須注意的重要問題。 導(dǎo)致淬火工件變形或開裂的原因是淬火過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。淬火內(nèi)應(yīng)力按其形成的原因，可分為兩類： a

34、.熱應(yīng)力 它是在加熱和冷卻過程中，由于工件各局部間存在溫差所造成的熱脹冷縮先后不一致而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 b.組織應(yīng)力 這是工件在熱處理過程中，因組織轉(zhuǎn)變的不同時性和不一致性而形成的內(nèi)應(yīng)力。 變形和開裂不僅與淬火工藝有關(guān)，而且和工件的設(shè)計與選材、柸料的冶金與鍛造質(zhì)量、預(yù)先熱處理、冷熱加工的配合等均有密切關(guān)系。只有綜合考慮這幾方面的因素，采取相應(yīng)的措施，才能取得良好的效果。生產(chǎn)中主要從以下幾方面來考慮： 回火缺陷1硬度不合格 回火后過高一般是回火不充分所造成的，補救方法是按正?；鼗饦藴手匦禄鼗?。回火后硬度缺乏，主要原因是回火溫度過高。補救方法是按前述返修標準重新淬火并回火。2韌性過低 在第一類回火脆

35、性區(qū)回火或具有第二類回火脆性敏感的鋼材，回火后未進行快冷，都會使工件回火后脆性增加。補救方法是對在第一類回火脆性區(qū)進行回火的工件，按返修標準重新淬火并避開該脆性區(qū)進行回火；對因在第二類回火脆性區(qū)回火而未快冷的工件，可采用稍高一些的溫度進行短時回火并快冷。4.6 熱處理工藝及曲線圖 正火工藝的制定為消除鍛后組織不均勻帶狀組織、經(jīng)理粗大和鍛造力，改善切削加工行，必須進行預(yù)先熱處理正火。圖1為正火工藝曲線圖，其工藝是：加熱溫度：AC3+3050，由此確定加熱溫度為為850；保溫時間為：120min。冷卻方式為：空冷。工件經(jīng)加熱、保溫后冷卻，獲得均勻的細珠光體組織。正火后的硬度為197207HB，易于

36、切削加工，其工藝曲線圖為圖1。 圖1 正火工藝曲線圖 淬火工藝的制定40Cr材質(zhì)是淬硬性和淬透性較高的一種材料，它在淬火時是會產(chǎn)生較大應(yīng)力的，一般情況下要想保證它不淬裂，就需要從工藝上進行保證，比方淬火劑改用油，而不是用水淬。圖2為淬火工藝曲線圖，調(diào)質(zhì)淬火時，要求工件整個截面淬透，使工件得到以細針狀淬火馬氏體為主的顯微組織。通過高溫回火，得到以均勻回火索氏體為主的顯微組織。淬火加熱溫度：AC3+3050，由此確定加熱溫度為為850；保溫80min；冷卻方式:油冷。 圖2 淬火工藝曲線圖 回火工藝的制定低溫回火 圖3為淬火加低溫回火工藝曲線圖，亞共析鋼的低溫回火溫度為150300。但鋼材的第一類

37、回火脆性在250400，由于40Cr中含有硅、錳、鉻等合金元素，第一類回火脆性將有所提高，所以選低溫回火溫度為240；保溫時間為60min。采用空冷。圖3 淬火加低溫回火工藝曲線圖高溫回火調(diào)質(zhì)處理 圖4為淬火加高溫回火曲線圖，高溫回火溫度為500650；保溫時間為60min，空冷。圖4 淬火加高溫回火工藝曲線圖4.7 金相分析 正熾熱處理的金相分析正火是加熱、保溫后在空氣中冷卻，其冷卻速度比爐冷快，珠光體轉(zhuǎn)變溫度低，因此正火后獲得的珠光體比退火后的珠光體細，正火后組織為鐵素體加珠光體以及可能出現(xiàn)的魏氏組織。40Cr正火后的組織見圖5，其正火后的布氏硬度查表3可知。圖5 40Cr鋼正火后的組織4

38、%硝酸酒精表3 40Cr退火、正火的布氏硬度平均值試樣編號試樣熱處理工藝硬度值HB140Cr850隨爐冷卻176240Cr850空冷198 調(diào)原始組織為熱處理的金相組織調(diào)質(zhì)熱處理是淬火加高溫回火，其室溫組織為回火索氏體。40Cr鋼的球狀珠光體，由于球狀的接觸面積小，同時鉻能阻礙碳的擴散，而鉻本身擴散速度較慢，因此加熱溫度應(yīng)選擇上限，且保溫時間加長，否那么球狀滲碳體很難完成溶解而被保存下來，造成淬火后硬度及強度下降。40Cr調(diào)質(zhì)后組織見圖6，其硬度值見表4。圖6 40Cr鋼調(diào)質(zhì)后的組織表4 40Cr淬火后回?zé)霟崽幚淼穆迨嫌捕绕骄翟嚇泳幪柌牧蠠崽幚砉に囉捕戎礖RC回火溫度硬度值HRC140Cr8

39、50油淬620240Cr850油淬460340Cr850油淬2405 質(zhì)量檢驗5.1 檢驗工程 硬度.調(diào)制零件均應(yīng)按圖紙要求和工藝規(guī)程進行硬度檢驗。.檢驗硬度前，應(yīng)將零件外表清理干凈，去除氧化皮，脫碳層及毛刺等。.硬度檢驗的位置根據(jù)工藝文件或由檢驗人員確定，在淬火部位檢驗硬度應(yīng)不少于13處，每處不少于三點，不均勻度應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。.調(diào)制零件淬火硬度用洛氏硬度計檢驗，對于尺寸較大者，可用手錘式硬度計檢驗。 變形軸類零件用頂尖或V行塊支撐兩端，用百分表測徑向圓跳動量，無中心孔及細小的軸類零件可在平臺上用塞尺檢驗。 外觀經(jīng)調(diào)制處理后，用肉眼觀察零件外表有無裂紋，燒傷等缺陷。5.2 評定標準表5-1軸

40、桿類零件熱處理后允許彎曲量直徑或厚度長度5051-100101-200201-300301-450451-600601-800801-10001001- 13001301-16001601-200056-1011-20034521-3031-5051-8081-120121-180181-160注：1.粗磨后需人工時效的零件應(yīng)較上表增加50%。2.此表為斷面均勻，全部淬火零件的變形量，特殊零件另行協(xié)商解決。3.全長1/3局部淬火者可取下限，淬火長度大于1/3按全長處理。4.80mm以上短實心軸可取下限。硬度檢驗：應(yīng)符合圖紙和工藝文件規(guī)定，中碳已上調(diào)質(zhì)淬火后的硬度。直徑或厚度5080mm，硬度3

41、2HRC直徑或厚度50mm，硬度45HRC回火后硬度檢驗允許有軟點，但不得有軟帶。變性檢驗：零件變形應(yīng)小于其加工余量直徑或厚度的1/3。軸、桿類零件外圓熱處理后允許變曲量及軸、套和環(huán)類零件內(nèi)孔熱處理后的允許變形量參見表5-1和5-2.孔徑公稱尺寸10111819303150518081120121180181260261360361500一般孔余量復(fù)雜孔余量注：1.碳素鋼工件一般變形較大，應(yīng)選用上限，薄壁零件外徑/內(nèi)徑2者應(yīng)取上限。2.合金鋼薄壁零件外徑/內(nèi)徑1.25者應(yīng)取上限。3.同一工件上有大小不一的孔，應(yīng)以大孔計算。4.合金鋼零件滲碳后采取二次淬火者應(yīng)取上限。5.一般孔指零件形狀簡單、對

42、稱，孔是光滑圓孔或花鍵孔。復(fù)雜孔指形狀復(fù)雜，不對稱，薄壁零件，孔型不規(guī)那么。6.外徑/內(nèi)徑1.5在高頻淬火件，內(nèi)孔變形量應(yīng)減少40%50%，外圓增加30%40%。7.特殊零件由冷熱加工協(xié)商而解決。設(shè)計總結(jié)作為大學(xué)生，畢業(yè)設(shè)計是我們大學(xué)學(xué)習(xí)生活的最后一個環(huán)節(jié)，也是對所學(xué)各種知識的一種綜合應(yīng)用，是一種綜合的再學(xué)習(xí)，再提高和穩(wěn)固復(fù)習(xí)的過程。這一過程對我們的學(xué)習(xí)、獨立思考和以后工作能力是一個很好的培養(yǎng)。同時畢業(yè)設(shè)計的水平也反響了我們在大學(xué)所學(xué)的各種知識，因此學(xué)院非常重視畢業(yè)設(shè)計工作的指導(dǎo)和發(fā)動教育。在大學(xué)的學(xué)習(xí)過程當(dāng)中，畢業(yè)設(shè)計是一個很重要的一個環(huán)節(jié)，對我們的自學(xué)和解決問題的能力的一次考驗。是學(xué)校生活與社會生活之間的一個過渡。在完成畢業(yè)設(shè)計的時候我盡量的把所學(xué)的知識用于當(dāng)中，同時把畢業(yè)設(shè)計和實際的工作有機的結(jié)合起來，實踐與理論相結(jié)合這樣有利于自己能力的提高，社會是在不斷的變化和開展的，眼下社會變革迅速對人才的要求的越來越高，目前中國的職業(yè)市場正處于倒金字塔，高技術(shù)的技術(shù)工人更是缺乏