配油盤的熱處理工藝課程設(shè)計(jì)

中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書PAGEPAGE81引言金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。熱處理不僅對(duì)機(jī)械加工的順利進(jìn)行和保證加工效果起著重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用壽命等方面起著重要作用。熱處理工藝課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程．我們今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。作為一名金屬材料工程專業(yè)的學(xué)生，我覺得這次課程設(shè)計(jì)是十分有意義的。大學(xué)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)已經(jīng)基本上結(jié)束，我們?cè)谡n堂上接觸的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課上的理論方面，如何去面對(duì)現(xiàn)實(shí)中的各種熱處理工藝設(shè)計(jì)？如何把我們學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論和用到實(shí)踐中去呢？這次專業(yè)課程設(shè)計(jì)就為我們提供了這樣一個(gè)平臺(tái)。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程．我們今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．完成這次課程設(shè)計(jì)，需要綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次熱處理設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了專業(yè)課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握熱處理工藝設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握怎樣根據(jù)零件的服役條件選擇材料、分析零件的工藝性，確定工藝方案，分析工藝的可行性。同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。真正做到學(xué)以致用并從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師們多多指教,我十分樂意接受你們的批評(píng)與指正，本人將萬(wàn)分感謝。2零件圖分析圖1配油盤零件圖2.1零件的總體分析柱塞泵是依靠柱塞在缸體柱塞孔中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油和壓油過程【1】。柱塞泵有壓力高、排量大、效率高，其結(jié)構(gòu)較齒輪泵和葉片泵要復(fù)雜，零件加工要求高。柱塞泵的主要零件有配油盤、缸套、柱塞、回程盤、斜盤及傳動(dòng)軸等【2】。柱塞泵的主要零件在工作時(shí)都承受壓應(yīng)力作用并處在腐蝕油介質(zhì)中，柱塞泵主要零件特點(diǎn)是體積小而精度要求，在工作中承受復(fù)雜的服役條件。因此材料的選用和熱處理工藝要著重從提高耐磨性，以保證高的強(qiáng)度，良好的韌性，高的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性高。2.2零件的結(jié)構(gòu)形狀零件結(jié)構(gòu)形狀如圖1所示2.3零件的尺寸及技術(shù)要求尺寸要求：直徑：110mm厚：10mm技術(shù)要求：滲氮層深度0.3-0.5mm;表面硬度800-1000HV;心部硬度250-280BS2.4零件的服役條件及失效形式分析2.4.1服役條件柱塞泵在運(yùn)行過程中，配油盤與缸體發(fā)生高速運(yùn)動(dòng)，使油膜破壞而引起金屬的直接接觸，這時(shí)接觸部位產(chǎn)生大量的摩擦熱，局部溫度升高，使缸體和配油盤之間由于過熱而金屬嚙合和產(chǎn)生裂紋【3】。2.4.2失效形式(1)高速運(yùn)動(dòng)摩擦由于配油盤和缸體的高速運(yùn)動(dòng)，使油膜破壞而引起金屬直接接觸，產(chǎn)生大量的熱。使缸體和配油盤之間由于過熱而金屬咬臺(tái)和產(chǎn)生裂紋。(2)缸體和配油盤之間壓力不平衡在缸體和配油盤之問存在著半周的高壓區(qū)和半周的低壓區(qū)，產(chǎn)生壓力不平衡，同時(shí)由于缸體和柱塞之間產(chǎn)生壓力作用使缸體壓向配油盤，而缸體和配油盤之間的油膜反推，力圖把缸體推開，當(dāng)反推力大于缸體的壓緊力時(shí)，則出現(xiàn)推盤現(xiàn)象，使缸體和配油盤之問的運(yùn)動(dòng)精度破壞而引起燒盤。(3)軸承疲勞點(diǎn)蝕破壞承受柱塞軸向推力的滾動(dòng)軸承，由于受到重載偏心負(fù)荷的影響，使軸承產(chǎn)生了疲勞點(diǎn)蝕、破壞，因而也加劇了配油盤與缸體的磨損燒傷。(4)對(duì)于配油盤的加工，要求平面度不大于0.003mm。雖采取了較嚴(yán)密的加工工藝，仍避免不了超差的問題。各部件的裝配，雖然采用了分組裝配等一系列措施，由于零件誤差很小，零件的互換性較差，仍存在裝配不良的問題，造成缸體和配油盤之聞出現(xiàn)楔形間隙，使配油盤和缸體加速磨損。3材料選擇根據(jù)配油盤的工作狀況，可以初步得出其材料應(yīng)滿足的性能要求：一是具有良好的熱穩(wěn)定性和耐磨性，以保證配油盤滿足液壓元件在高壓高速工作下具有足夠好的耐磨性和精度；二是具有良好的抗過熱性能或者較高的疲勞極限，使配油盤零件能夠在良好的服役條件下長(zhǎng)時(shí)間的工作。根據(jù)配油盤的工作條件以及技術(shù)要求，承受較大的壓應(yīng)力，工件表面精度要求較高的特點(diǎn)，有較高的氮化層表面硬度和較深的氮化層深度要求，為了在材料表面獲得高硬度和耐磨的氮化層，一般采用含有某些合金元素的合金鋼進(jìn)行滲氮工藝，這是因?yàn)榈c合金元素生成的氮化物要比氮化鐵穩(wěn)定，并在滲氮層中呈彌散分布，使氮化層具有很高的表面硬度。同時(shí)因?yàn)榱慵螤钶^為復(fù)雜，滲氮層心部硬度要求較高，所以要求選材必須具有良好的淬透性。3.1氮化鋼的特性機(jī)械零件經(jīng)表面氮化處理后，可顯著提高其表面硬度、疲勞強(qiáng)度和耐磨性，還有抗水、油等介質(zhì)的腐蝕能力。氮化層在較高溫度下仍能保持其硬度。零件在氮化前世中碳鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理，得到穩(wěn)定的回火索氏體組織，保證在使用過程中幾何尺寸和表面精度的穩(wěn)定性。3.2氮化鋼的選擇常用的氮化鋼有：40Cr、35CrMo、38CrMoAlA等(1)40Cr與碳鋼相比，強(qiáng)度及淬透性均高，但對(duì)于形狀尺寸較為復(fù)雜的零件，水淬時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)開裂變形，具有較高的綜合力學(xué)性能，良好的低溫沖擊韌性，低的缺口敏感性。在450～680℃回火時(shí)有第二類回火脆性，對(duì)白點(diǎn)敏感性較大，冷畸變塑性中等，切削加工性能好，但焊接性能差。經(jīng)840～860℃油淬640～660℃回火后，其硬度為250～280HBS；510～540℃滲氮后，其表面硬度≧450HV。常用于制造重要的齒輪、軸、曲軸、套筒、連桿等。(2)35CrMo強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度及淬透性均比40Cr高，屬于細(xì)晶粒鋼。熱處理時(shí)無(wú)過熱傾向，淬火畸變小，具有高的身室溫力學(xué)性能和高溫強(qiáng)度，良好的低溫沖擊韌性。冷畸變塑性中等，焊機(jī)性能差，經(jīng)850～870℃油淬+600～660℃回火后，其硬度為250～280HBS，500～560℃滲氮后，其表面硬度≧550HV。常用作制造截面不大而要求力學(xué)性能高的重要零件，如曲軸、主軸、錘桿等。(3)38CrMoAlA強(qiáng)度較高，滲氮后具有非常高的表面硬度、耐磨性和疲勞極限，并具有良好的耐熱性能（可達(dá)500℃）及耐油腐蝕性能，熱處理形變小不易開裂變形，同時(shí)由于Mo的加入，抑制了第二類回火脆性，淬透性良好。經(jīng)930～950℃油淬+620～640℃回火后，其硬度可以達(dá)到255～269HBS，500～560℃滲氮后，其表面硬度為900～1200HV.因此，要求表面硬度高，耐磨性好，有要求高的心部強(qiáng)度的滲氮零件，普遍采用38CrMoAlA。但是這種鋼具有以下缺點(diǎn)：在冶煉上易出現(xiàn)柱狀斷口，易沾污非金屬夾雜物，在軋鋼中易形成裂縫和發(fā)紋，有過熱敏感性，熱處理時(shí)，對(duì)化學(xué)成分波動(dòng)也極為敏感。這種鋼易于脫碳，當(dāng)鋁含量偏高時(shí)，滲氮層表面容易出現(xiàn)脆性。由上可以看出38CrMoAlA鋼表面表面可以獲得最高的表面硬度，可以達(dá)到900～1200HV，38CrMoAlA鋼在510℃氮化20h后可以達(dá)到0.35mm以上的氮化層深度，且具有非常高的表面硬度、耐磨性和疲勞極限，并具有良好的耐熱性能（可達(dá)500℃）及耐油腐蝕性能。而35CrMo、40Cr氮化層的表面硬度控制在HV500～800，達(dá)不到配油盤要求的表面硬度，所以選用38CrMoAlA。表140Cr、35CrMo、38CrMoAlA的化學(xué)成分、熱處理和力學(xué)性能【4】牌號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％）熱處理力學(xué)性能CSiMnCr其他淬火溫度/℃回火溫度/℃σb/Mpaσs/MpaAk/J40Cr0.37～0.440.17～0.370.50～0.800.80～1.10850油520水、油9807854735CrMo0.32～0.400.17～0.370.40～0.700.80～1.10Mo：0.15～0.25850油550水、油9808356338CrMoAlA0.35～0.420.20～0.450.30～0.601.35～1.65Mo：0.15～0.25Al：0.70～1.10940水、油640水、油980835713.338CrMoAlA中各元素的作用(1)38CrMoAlA鋼中碳含量保持在0.38％左右，便以獲得良好的力學(xué)性能，也便于調(diào)質(zhì)處理后獲得適量的鐵素體組織，利于滲氮。剛在加入Cr元素主要是提高淬透性，提高回火穩(wěn)定性，提高耐蝕性，細(xì)化晶粒，改善氮化物的均勻性；Mo元素主要有細(xì)化晶粒，消除回火脆性，同時(shí)提高回火穩(wěn)定性，提高對(duì)飛氧化性酸的穩(wěn)定性。(2)38CrMoAlA鋼中加入Al元素。主要起兩方面的作用，一是與鋼中的氮元素形成氮化物，起細(xì)化晶粒作用；二是提高表面的疲勞強(qiáng)度、表面硬度以及抗嚙合性。(3)提高氮化工藝性能鋁、鈦、鈮、鉬、鎢等元素師形成氮化物元素，他們?cè)讧严嘀行纬沙@微的氮化物顆粒，對(duì)а相起彌散強(qiáng)化作用。(4)使鋼在滲氮過程中不軟化Mo、Cr等元素是使鋼在500～590℃長(zhǎng)時(shí)間保溫保持強(qiáng)度的有效元素。往氮化鋼中加入Mo可以防止或者減弱鋼的第二類回火脆性。4確定加工路線加工工藝主要包括機(jī)加工和熱處理工藝。機(jī)加工是指通過加工機(jī)械精確去除材料的加工工藝。它直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過程稱為機(jī)械加工工藝過程。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。該零件形狀尺寸復(fù)雜，精度要求高，可以通過鍛軋鍛出毛坯，進(jìn)行退火處理，通過機(jī)加工使其成型；然后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，改善零件的心部硬度，在進(jìn)行精加工，之后進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除殘余內(nèi)應(yīng)力，改善其切削性能然后經(jīng)過機(jī)加工使其復(fù)合尺寸要求；再經(jīng)過化學(xué)熱處理（滲氮工藝）使表面獲得一層氮化物滲層，提高零件表面耐磨性和抗疲勞性能；最后經(jīng)過精磨，以滿足尺寸精度，即可得到所需的零件可采用的加工路線：備料→鍛軋→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→去應(yīng)力退火→粗磨→滲氮→精磨（研磨）→成品。5熱處理工藝方法選擇5.1預(yù)備熱處理的選擇鋼的正火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3或者Acm以上保溫一定時(shí)間，然后出爐空冷。退火是將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或者合金加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻獲得接近平衡組織的熱處理工藝。對(duì)于正火與退火的選擇，根據(jù)具體情況，一般從以下三個(gè)方面考慮：1)改善切削加工性能。低碳鋼宜采用正火；碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25％～0.45％之間的中碳鋼即可以采用退火，也可以采用正火；碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.45％～0.77％之間的高碳鋼必須采用完全退火；過共析鋼則宜采用球化退火。低、中碳結(jié)構(gòu)鋼采用正火；中高碳結(jié)構(gòu)鋼采用完全退火；合金工具鋼采用球化退火。2)熱處理工藝性。形狀復(fù)雜、尺寸大或者重要零件采用退火。退火冷卻速度慢，內(nèi)應(yīng)力小，工件不易變形開裂。一般零件，可采用正火。3)從經(jīng)濟(jì)性方面考慮。由于正火比退火生產(chǎn)周期短，操作方便，工藝成本低。因此，在滿足鋼的使用性能和工藝性能的前提下，應(yīng)盡可能用正火代替退火。由于38CrMoAlA鋼中碳含量保持在0.38％左右，屬于中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，且配油盤屬于重要零件，形狀尺寸復(fù)雜。所以選定預(yù)備熱處理為完全退火。5.2調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)，即淬火加高溫回火。調(diào)質(zhì)鋼熱處理時(shí)在臨界點(diǎn)以上一定溫度加熱后淬火成馬氏體，并在500～650℃回火。熱處理后的金相組織是回火索氏體，這種組織具有強(qiáng)度、塑性和韌性的良好配合。淬火后得到馬氏體使結(jié)構(gòu)鋼具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性等性能；回火主要主要是消除零件淬火時(shí)所產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，提高材料的塑性韌性，獲得良好的綜合性能，穩(wěn)定工件尺寸，使零件在后續(xù)工藝中保持穩(wěn)定的尺寸和精度。主要用于中碳結(jié)構(gòu)鋼或者低合金結(jié)構(gòu)鋼以獲得良好的綜合機(jī)械性能。鋼中合金元素的作用主要是提高鋼的淬透性和保證零件在高溫回火后獲得預(yù)期的綜合性能。5.2.1淬火方法的選擇常用的淬火方法有單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級(jí)淬火和等溫淬火等。(1)單介質(zhì)淬火法，把加熱到淬火溫度的工件放入一種淬火介質(zhì)中，使其完全冷卻。此法操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。通常形狀簡(jiǎn)單尺寸較大的碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。(2)雙介質(zhì)淬火，采用兩種冷卻介質(zhì)。先在一種冷卻介質(zhì)中冷卻至Ms點(diǎn)時(shí)立即轉(zhuǎn)入下一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中的操作方法。適用于中等尺寸、形狀復(fù)雜的高碳鋼和尺寸較大的合金鋼。(3)分級(jí)淬火，將加熱到奧氏體化的鋼件，先放入溫度稍高或者稍低于Ms點(diǎn)的液態(tài)介質(zhì)中，等溫保持適當(dāng)時(shí)間，然后空冷至室溫。(4)等溫淬火，工件淬火加熱后，若長(zhǎng)期保持在下貝氏體全變溫度區(qū)間內(nèi)，使之完成奧氏體等溫轉(zhuǎn)變，獲得下貝氏體組織。待加工工件屬于中碳合金鋼尺寸較小，為了操作簡(jiǎn)單，淬火時(shí)間易于掌握，我選擇單介質(zhì)淬火。為了保證工件淬火后得到馬氏體，又要減小變形和防止開裂，必須選用正確的冷卻介質(zhì)。常用的淬火介質(zhì)有水、油和熔巖、熔堿等。該零件要求淬火變形量小，且38CrMoAlA是中碳合金鋼。所以我選擇淬火油介質(zhì)。5.2.2回火方法的選擇回火是將鋼件在淬硬后，在加熱到Ac1以下某一溫度，保溫后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬闹饕康氖?減小和消除淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和脆性，防止和減小工件變形和開裂。獲得穩(wěn)定的組織，保證工件在使用過程中形狀和尺寸不發(fā)生變化。獲得工件所需要的使用性能。根據(jù)回火溫度的不同，分為低溫回火、中溫回火、高溫回火三種。（1）低溫回火（150～250℃），組織是回火馬氏體，和淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強(qiáng)度和良好耐磨性，又適當(dāng)提高了韌性。硬度為61～65HRC，主要用于高碳鋼，合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動(dòng)軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。（2）中溫回火（350～500℃），組織為回火屈氏體，對(duì)于一般碳鋼和低合金鋼，中溫回火相當(dāng)于回火的第三溫度區(qū)，此時(shí)碳化物開始聚集，基體開始回復(fù)，淬火應(yīng)力基本消除。硬度為35～50HRC，具有高的彈性極限，有良好的塑性和韌性，主用于彈性件及模具處理。（3）高溫回火（500～650℃），組織為回火索氏體，硬度為220～330HBS。淬火和隨后的高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，鋼具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。因此，高溫回火主要適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼，用來(lái)制作汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件，如曲軸、連桿、螺栓、機(jī)床主軸及齒輪等重要的機(jī)器零件。因?yàn)榕溆捅P需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，所以選擇高溫回火。5.3去應(yīng)力退火將工件緩慢加熱到Ac1以下一定溫度，保溫1～3h后隨爐空冷的工藝稱為去應(yīng)力退火。目的是消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件以及機(jī)械加工工件中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以穩(wěn)定鋼件的尺寸，減小變形，防止開裂。為了使?jié)B氮彎曲變形減少到最小程度，須在滲氮前進(jìn)行去應(yīng)力退火。滲氮滲氮是在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理，常見的滲氮方法有液體滲氮、氣體滲氮和離子滲氮。傳統(tǒng)的氣體滲氮是把工件放在密封的容器中，通過流動(dòng)的氨氣并加熱，保溫較長(zhǎng)時(shí)間后，氨氣熱分解產(chǎn)生活性氮原子，不斷吸附到工件表面，并擴(kuò)散滲入工件表層內(nèi)，從而改變表層的化學(xué)成分和組織，獲得良好的表面性能。離子滲氮是在低于1x105Pa的滲氮?dú)夥罩欣幂x光放電這一物理現(xiàn)象對(duì)金屬表面進(jìn)行的滲氮法。與傳統(tǒng)的氣體滲氮相比，離子滲氮的特點(diǎn)是處理周期短，僅為氣體滲氮的1/3～1/4（例如38CrMoAlA鋼，滲氮層深度若達(dá)到0.35～0.7mm、氣體滲氮需要70h，而離子滲氮僅需要15～20h），零件表面不易形成連續(xù)的白色脆性層。所以我選擇離子滲氮。6制定熱處理工藝制度表238CrMoAlA鋼加熱和冷卻的臨界點(diǎn)鋼號(hào)Ac1Ac3Ar1Ar3Ms38CrMoAlA760℃885℃675℃740℃360℃6.1退火工藝的制定退火是將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或者合金加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻獲得接近平衡組織的熱處理工藝。完全退火主要應(yīng)用于亞共析成分的碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件、焊接件及熱軋型材，不適用于過共析鋼。完全退火的目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，改善切削加工性能并消除內(nèi)應(yīng)力。（1）退火加熱溫度一般選擇在Ac3+20～30℃使之完全奧氏體化，室溫時(shí)得到P+F一般認(rèn)為是平衡組織。38CrMoAlA的Ac3=885℃，所以加熱溫度選擇為910±10℃（2）退火加熱速度在實(shí)際生產(chǎn)過程中，形狀較為復(fù)雜，一般采用預(yù)熱加熱，一般以30～70℃/h速度升溫到600～700℃，再以80～100℃/h迅速升溫。（3）退火保溫時(shí)間對(duì)亞共析鋼鍛軋鋼材，通過完全退火，主要是消除鍛后組織及硬度的不均勻性，改善切削加工性能和為后續(xù)的熱處理做準(zhǔn)備，其保溫時(shí)間一般可按下式計(jì)算τ=（3～4）+（0.4～0.5）Q所以我取4h。（4）退火冷卻速度退火后的冷卻速度應(yīng)緩慢，以保證在過冷度不大的情況下進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變，以免硬度過高。一般碳鋼的冷卻速度應(yīng)小于200℃/h；低合金鋼冷卻速度應(yīng)該降至100℃/h；高合金鋼的冷卻速度一般為50℃/h。出爐溫度為600℃以下。38CrMoAlA是中碳合金鋼，所以冷卻速度選擇為75℃/h.表3完全退火熱處理工藝加熱速度加熱溫度保溫時(shí)間冷卻速度30～70℃/h80～100℃/h910±10℃4h75℃/h.淬火工藝的制定（1）加熱溫度，鋼的淬火加熱溫度與鋼的含碳量有關(guān)，亞共析鋼的加熱溫度為Ac3+（30～50）℃；共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度為Ac1+（30～50）℃，因?yàn)?8CrMoAlA中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35～0.42，屬于中碳合金鋼，加熱溫度一般比碳素鋼稍高，所以淬火加熱溫度取940±10℃（2）淬火加熱時(shí)間，應(yīng)包括工件整個(gè)截面加熱到預(yù)定淬火溫度，并使之在該溫度下完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所需的時(shí)間。常用經(jīng)驗(yàn)公式為：τ=α·k·D【5】式中τ——加熱時(shí)間，min；α——加熱時(shí)間系數(shù)，min/mm；k——裝爐量修正系數(shù)；D——工件有效厚度，mm。零件圖中的最大直徑為110mm，厚度為10mm，工件的有效厚度為110mm，加熱系數(shù)α和裝爐修正系數(shù)k分別見表4和表5，38CrMoAlA為中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，故取α=1.5，k=1.4,則τ=α·k·D=1.5x1.4x110=231min，考慮到透熱都因素，故加熱時(shí)間取τ=4h表4常用鋼的加熱系數(shù)（min/mm）【6】工件材料直徑/mm<600℃質(zhì)爐中預(yù)熱750-850中加熱或預(yù)熱800-900介質(zhì)爐中加熱1100-1300浴爐中加熱碳素鋼≤50>500.3-0.40.4-0.51.0-0.21.2-1.5低合金鋼≤50>500.45-0.50.5-0.551.2-1.51.5-1.81.5-1.8高合金鋼高速鋼0.35-0.400.3-0.350.3-0.350.65-0.850.17-0.20.16-0.18表5表5工件裝爐修正系數(shù)【6】工件裝爐方式修正系數(shù)K工件裝爐方式修正系數(shù)K1.01.01.01.42.04.02.01.71.8（3）加熱速度，由于淬火溫度為940±10℃，且零件的直徑為110mm，可以以80～100℃/h迅速升溫。（4）冷卻方法一般選用單介質(zhì)淬火方法冷卻。（5）淬火介質(zhì)的選擇，38CrMoAlA是中淬透性鋼，這類鋼的最大淬火直徑為40～60mm，采用油淬介質(zhì)。表6淬火工藝的制定加熱溫度保溫時(shí)間加熱速度冷卻方法冷卻介質(zhì)940±10℃4h80～100℃/h單液淬火介質(zhì)油回火工藝的制定（1）回火溫度的確定，為了獲得良好的綜合力學(xué)性能，合金結(jié)構(gòu)鋼一般在三個(gè)不同的溫度范圍內(nèi)回火：超高強(qiáng)度鋼在200～300℃回火；彈簧鋼在460℃左右回火；調(diào)質(zhì)鋼在500～650℃回火.根據(jù)零件要求，調(diào)質(zhì)后硬度為250～280HBS，由表7選擇回火溫度為630±10℃.表738CrMoAlA鋼回火溫度對(duì)滲氮層深度及硬度的影響回火溫度/℃回火后硬度/HRC滲氮層深度/mm滲氮層硬度/HRC72021～220.51～0.5880～81.570022～230.50～0.5580～8268024～260.46～0.4980～8265029～310.40～0.4381～8362032～330.38～0.4081～8359034～350.37～0.3882～8357036～370.37～0.3882～83（2）回火時(shí)間的確定，回火溫度一般從工件入爐后爐溫升至回火溫度時(shí)開始計(jì)算，一般為1-3h。在實(shí)踐中常用工件的有效厚度計(jì)算，表8是單個(gè)工件的保溫時(shí)間表，多個(gè)工件疊加可適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間。由于工件的有效厚度為110mm，多工件同時(shí)加熱，所以保溫時(shí)間選擇3.5h。表8中、高溫回火保溫時(shí)間參數(shù)表【7】有效厚度/mm＜2525-5050-7575-100100-125125-150保溫時(shí)間/min鹽浴20-3030-4545-6075-9090-120120-150空氣爐40-6070-9070-90150-180180-210210-240（3）回火加熱速度，由于回火溫度為630±10℃，所以選擇30～70℃/h。（4）回火后的冷卻，在空氣中冷卻。表9回火工藝的制定回火溫度回火時(shí)間加熱速度冷卻方法630±10℃3.5h30～70℃/h空冷去應(yīng)力退火工藝的制定（1）去應(yīng)力退火溫度的確定，將工件緩慢加熱到Ac1以下一定溫度，保溫1～3h后隨爐空冷的工藝稱為去應(yīng)力退火。去應(yīng)力退火溫度一般為Ac1-（100-200℃）。一般鋼件在500～650℃；鑄鐵件在500～550℃；焊接件在500～600℃.所以去應(yīng)力退火溫度取為590±10℃.（2）去應(yīng)力退火時(shí)間的確定，一般保溫時(shí)間為3～4min/mm（一般需要3h以上），所以去應(yīng)力退火時(shí)間取6h。離子滲氮工藝的制定（1）溫度的確定，38CrMoAlA為了獲得0.30～0.45mm的滲氮層，工件溫度需加熱到530±10℃.（2）保溫時(shí)間的確定，對(duì)于38CrMoAlA鋼，在530±10℃時(shí)保溫8-15小時(shí)可得到888～1164HV的硬度。取12h。（3）爐內(nèi)壓力的確定，爐內(nèi)壓力為266～532Pa。7熱處理組織、性能分析（1）完全退火：完全退火后室溫得到片狀珠光體和鐵素體，一般可以認(rèn)為是平衡組織。鐵素體具有強(qiáng)度低、塑性韌性好的特點(diǎn)，片狀珠光體具有較高的強(qiáng)度和較好的塑性韌性。完全退火可以細(xì)化晶粒，均勻組織，改善切削加工性能并消除內(nèi)應(yīng)力。（2）調(diào)質(zhì)處理：鋼件加熱到Ac3以上30～50℃度，使珠光體完全奧氏體化，獲得細(xì)小的奧氏體晶粒，淬火后得到細(xì)小的馬氏體組織，無(wú)鐵素體，強(qiáng)度硬度較高。經(jīng)過高溫回火得到回火索氏體，使零件獲得良好的綜合機(jī)械性能。（3）滲氮處理：滲氮后工件表面是滲入氮化物的回火索氏體，心部為回火索氏體。工件滲氮后疲勞強(qiáng)度顯著提高，這是因?yàn)闈B氮層內(nèi)析出比容較大的氮化物相，產(chǎn)生教的的殘余壓應(yīng)力。滲氮層深度越大，疲勞強(qiáng)度越大。同時(shí)滲氮層具有很高的硬度和耐磨性，即使在缺乏潤(rùn)滑時(shí)，仍能保持較高的硬度，有較好的抗咬合性能。滲氮層中的ε相致密度高，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，因而具有很好的耐腐蝕性，可以抵抗水、過熱蒸汽、及堿性溶液的腐蝕。8熱處理設(shè)備的選擇常用的熱處理加熱設(shè)備按能源分有燃料加熱設(shè)備和電加熱設(shè)備；按工作溫度可分為高溫爐（＞1000℃）、中溫爐（650℃-1000℃）和低溫爐（≤650℃）。生產(chǎn)上常用的加熱設(shè)備有電阻爐、浴爐、氣體滲碳爐、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等。爐型的選擇應(yīng)依據(jù)不同的工藝要求及工件的類型來(lái)決定。熱處理設(shè)備的選擇要從設(shè)備經(jīng)濟(jì)性、可靠性、配套性、安全性、安全性以及工廠的實(shí)際情況等來(lái)選擇【8】8.1箱式電阻爐的選擇熱處理電阻爐是以電為能源的，通過爐內(nèi)電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能而加熱工件的爐子，是一種造價(jià)相對(duì)便宜的爐子，以降低成本。完全退火、去應(yīng)力退火以及高溫回火溫度均不超過950℃，可以選中溫箱式電阻爐。因?yàn)楣ぜ慊饻囟冗^高，箱式爐爐溫不均，中溫箱式電阻爐無(wú)法滿足溫度需求，故選用高溫電阻爐。高溫箱式電阻爐最高工作溫度有1200℃和1350℃兩種，這類爐子的特點(diǎn)是在此溫度下主要依靠輻射傳熱表，因此電熱元件直接布置在工作室內(nèi)，要求爐內(nèi)有足夠的輻射面積。表10是中溫箱式電阻爐的各種技術(shù)參數(shù)，表11為1200℃箱式電阻爐各種技術(shù)參數(shù)，配油盤的尺寸是110mmx10mm，并且為小批量生產(chǎn)。表10中溫箱式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)【9】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×mm×mm）爐溫850℃時(shí)的指標(biāo)空載耗能/KW空爐升溫時(shí)間/h最大裝載量/kgRX-3153801950600×300×25052.580RX-3303803950950×450×35072.5200RX-3-45-94538039501200×600×40092.5400RX-3-60-96038039501500×750×450123700RX-3-75-97538039501800×900×550163.51200表111200℃箱式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)【9】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×mm×mm）爐溫850℃時(shí)的指標(biāo)空載耗能/KW空爐升溫時(shí)間/h最大裝載量/kgRX-3-20-122038011200650×300×250≤7≤350RX-3-45-124538031200950×450×350≤13≤3100RX-3-65-1265380312001200×600×400≤17≤3200RX-3-90-1290380312001500×750×450≤20≤4400RX-3-115-12115380312001800×900×550≤22≤4600（1）根據(jù)零件的尺寸和加熱溫度條件，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益及生產(chǎn)方式，完全退火、去應(yīng)力退火以及高溫回火選擇RX-3-15-9型號(hào)的箱式電阻爐。（2）根據(jù)零件尺寸和淬火溫度，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益及生產(chǎn)方式，淬火工藝選擇RX-3-20-12型號(hào)的箱式電阻爐。8.2離子滲氮設(shè)備的選擇表12井式滲氮爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率/KW額定電壓/V相數(shù)最高工作溫度/℃爐膛尺寸（長(zhǎng)x寬x高）/（mmxmmxmm）外形尺寸/（mmxmm）電爐重量/kg備注LD-2-25253803650810x810x8001240x1240x20001600堆放普通型LD-2-25B353803650810x810x8001240x1240x20001600對(duì)方半自動(dòng)LD-2-506038036501060x1060x1101557x1557x23502730堆放普通型LD-2-50B7538039501060x1060x1101557x1557x23502730對(duì)方半自動(dòng)由表可知，滲氮處理可以選用LD2-25型離子爐。8.3熱處理冷卻設(shè)備的選擇熱處理冷卻設(shè)備應(yīng)能保證工件在冷卻時(shí)具有相應(yīng)的冷卻速度和冷卻溫度。由出于經(jīng)濟(jì)的考慮，我們選擇油冷，一般的淬火槽的尺寸都能夠滿足淬火要求，我們選用普通淬火槽。圖2普通間隙淬火作用淬火槽[3]1-溢流槽2-排出管3-供入管4-事故排出管5-淬火槽6-工件9工裝設(shè)計(jì)（夾具、輔具等）工裝設(shè)計(jì)主要指的是熱處理過程中所用到的輔具和夾具以及其他設(shè)備所進(jìn)行的選擇。9.1工裝夾具的選擇9.1.1熱處理夾具的選擇熱處理夾具的選擇原則為：①符合熱處理技術(shù)條件：保證零件熱處理加熱，冷卻，爐氣成分均勻度，不致使零件在熱處理過程中變形。②符合經(jīng)濟(jì)要求：在保證零件熱處理質(zhì)量復(fù)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)。③符合使用要求：保證裝卸零件方便和操作安全。圖3箱式爐裝料盤圖4盤形零件滲氮夾具9.2清洗設(shè)備的選擇零件在熱處理前需清除銹斑、油演、污垢、切削冷卻液和研磨劑等，以保證不阻礙加熱和冷卻，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)及各類生產(chǎn)線、自動(dòng)線配置的懸掛輸送鏈?zhǔn)?、鏈板式、推桿式和往復(fù)式等各類專用清洗設(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)，小批量的中小型零件，可以選用室內(nèi)清洗機(jī)。10質(zhì)量檢驗(yàn)【10】表12滲氮件的質(zhì)量檢查檢查項(xiàng)目檢查內(nèi)容及方法備注外觀檢查氮化表面呈銀灰色，無(wú)光澤有光點(diǎn)表示該處清理不佳導(dǎo)致未滲氮滲氮層深度檢查端口法：用帶刻度的放大鏡直接觀察其深度金相法：在金相顯微鏡下測(cè)量氮化層與基體的明顯交界處滲氮層硬度檢查用維氏硬度計(jì)或者表面洛氏硬度計(jì)測(cè)量表面硬度滲氮后檢驗(yàn)滲氮層脆性檢查用維氏硬度計(jì)壓痕作為評(píng)斷依據(jù)，根據(jù)壓痕的外形，將脆性分為五級(jí)一級(jí)壓痕邊角完整侵襲；五級(jí)壓痕四邊破裂，輪廓不清脈狀氮化物的檢驗(yàn)滲氮層組織中不應(yīng)該存在網(wǎng)狀的氮化物，連續(xù)的波紋狀氮化物以及魚骨狀氮化物。滲氮后不再進(jìn)行磨削加工的零件ε相層厚度不超過0.03mm滲氮層疏松及原始組織的測(cè)定滲氮層中不應(yīng)該有嚴(yán)重的微孔，來(lái)不判定滲氮層是否疏松。對(duì)于滲氮層原始組織的要求為滲氮前原始組織應(yīng)該為回火索氏體。零件尺寸滲氮后不需要再精磨的零件，尺寸變化不得超過圖紙標(biāo)注范圍。需要精磨的零件最大變形處的磨削量不超過0.15mm。11熱處理缺陷分析【11】在實(shí)際的熱處理過程中，由于原材料的缺陷、工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)、工序不當(dāng)、操作不當(dāng)?shù)仍?，易造成各種熱處理缺陷的產(chǎn)生。軸類在加工過程中可能出現(xiàn)的熱處理缺陷如下：（1）硬度過高，W（C）>0.45%的中、高碳鋼在正火過程中容易出現(xiàn)硬度過高現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：冷卻速度快，組織中珠光體片間距變細(xì)，碳化物彌散度增大；裝爐量大，爐溫不均勻。嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，可消除硬度過高缺陷。（2）淬火畸變，產(chǎn)生原因：熱處理前后組織比體積不同是引起體積變化的主要原因，加熱溫度不均，淬火冷卻時(shí)的不同時(shí)性形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部發(fā)生塑性變形。消除方式：降低淬火加熱溫度對(duì)減少熱應(yīng)力和組織應(yīng)力畸變都有作用，緩慢加熱或?qū)ぜM(jìn)行預(yù)熱，可減少加熱過程中的熱畸變，合理捆扎和吊掛工件。根據(jù)工件的形狀采用合理的淬入方式。（3）淬火開裂，產(chǎn)生原因：冷卻不當(dāng)，在Ms溫度以下快冷，因組織應(yīng)力大引起開裂，還可能是淬火后未及時(shí)回火，工件內(nèi)部的顯微裂紋在淬火應(yīng)力作用下擴(kuò)展成宏觀裂紋。消除方式：正確進(jìn)行預(yù)先熱處理，避免正火、退火組織缺陷。合理選擇淬火介質(zhì)和淬火方法。易開裂工件，淬火后要及時(shí)回火。（4）脈狀氮化物，滲氮（特別是離子滲氮）易出現(xiàn)脈狀氮化物，即擴(kuò)散層與表面平行呈白色波紋狀的氮化物。一般認(rèn)為與合金元素在晶界偏聚及氮原子的擴(kuò)散有關(guān)，因此，控制合金元素的偏聚的措施均有利于減輕脈狀氮化物的形成。工藝參數(shù)方面，滲氮溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，越易形成脈狀組織。如工件棱角處，因滲氮溫度相對(duì)較高，脈狀組織比其他部位嚴(yán)重。（5）滲氮層硬度偏低或者硬度不均勻，形成原因：①滲氮時(shí)溫度偏高，使用了新的滲氮爐。②零件表面有銹斑或者油污等，零件在調(diào)質(zhì)后硬度太低。③裝爐不當(dāng)，使氣流循環(huán)不良或者密封性不好，有漏氣現(xiàn)象。所以在進(jìn)行滲氮前需要對(duì)零件表面的銹斑和油污進(jìn)行處理【10】。（6）滲氮層深度較淺，主要是因?yàn)檠b爐不當(dāng)，是的零件間的相互距離太近；保溫時(shí)間不高。為了彌補(bǔ)缺陷，需要進(jìn)行補(bǔ)滲的操作處理。（7）零件出現(xiàn)變形，形成原因：①機(jī)加工時(shí)留下的殘余應(yīng)力，以及零件尺寸較大，形狀較復(fù)雜。②滲氮面不對(duì)稱或者局部滲氮，同時(shí)還有零件自重的影響。③由于滲氮層體積增大而產(chǎn)生的應(yīng)力【10】。12結(jié)束語(yǔ)通過這次課程計(jì)，我在多方面都有所提高。在完成設(shè)計(jì)的過程中，你需要考慮許多課堂上不需要考慮的東西比如說經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等。不僅需要我們學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，還需要我們通過圖書館及網(wǎng)絡(luò)等資源來(lái)收集資料。通過分析零件圖，制定合適的工藝路線，分析工藝路線的可行性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性