高速高载荷机床齿轮的热处理工艺设计
攀枝花学院
学生课程设计（论文）
题目：高速高载荷机床齿轮的热处理工艺设计学生姓名：
学号：
所在院(系)：材料工程学院
专业： 2011级材料成型及控制工程
班级：材料成型及控制工程
指导教师：孙青竹职称：讲师
2013年12月16日
攀枝花学院教务处制
攀枝花学院本科学生课程设计任务书
注：任务书由指导教师填写。
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
摘要
本文主要讲齿轮的热加工工艺过程。齿轮是机械设备中的关键零件，齿轮质量的优劣直接关系到整个设备的使用寿命。本文设计的是在高速高载情况下的齿轮的加工工艺，质量的要求更为严格。而齿轮质量的好坏很大的程度下取决与齿轮的材料和它的热处理工艺。而高速高载运转下的齿轮，材料的选择尤为重要。本文选择20CrMnTi钢作为高速高载的设计材料，对于其的热处理工艺便是本次设计任务中的重中之重。
关键词：齿轮，高速高载，热处理，工艺, 20CrMnTi钢
目录
摘要 (Ⅰ)
1、设计任务 (1)
1.1设计任务 (1)
1.2设计的技术要求 (1)
2、热处理零件图及技术要求 (2)
2.1 齿轮零件图 (2)
2.2技术要求 (2)
3、设计方案 (3)
3.1设计的分析 (3)
3.1.1齿轮设计分析 (4)
3.1.2失效分析 (4)
3.1.3性能要求 (4)
3.2钢种材料 (4)
4、设计说明 (5)
4.1加工工艺流程 (5)
4.2具体热处理 (5)
4.3热加工及热处理工艺规范 (6)
4.4物理性能 (7)
5、齿轮质量检验 (8)
6、分析及讨论 (8)
6.1常见渗碳缺陷及预防措施 (9)
6.2常见淬火缺陷及预防措施 (10)
6.3常见回火缺陷及预防措施 (11)
7、结束语 (11)
8、热处理工艺卡片 (12)
参考文献 (13)
1 设计任务
1.1设计任务
高速高载荷机床齿轮的热处理工艺设计
1.2设计的技术要求
20CrMnTi钢是我国目前产最大的几个合金结构钢之一，用途非常广泛。供货状态及硬度：退火态，硬度≤179HBS
化学成分
质量分数(%)：C0.18-0.24、Si0.17-0.37、Mn0.5-0.8、Cr1.70-1.00\P≤0.03、S≤0.03
20CrMnTi钢硬度较高，韧性比15CrA差，该钢具有比较好的淬透性、中等的强度和韧性。油淬到半马氏体硬度的淬透性为Φ20-Φ23mm。该钢经渗碳淬火表面强化处理后，在模具表面会获得细针状回火马氏体，硬度为58-62HRC；心部获得低碳马氏体组织，硬度35-40HRC，基体强韧性高，可满足冷作模具高硬度、高强度、高韧性和适当的耐腐蚀性的使用性能要求。正火可促进组织球化，细化大块状先共析铁素体，改进毛胚的切削性能。
加工
该钢淬火、低温回火后具有良好的综合力学性能，低温冲击韧性良好，回火脆性不明显。渗碳时钢的晶粒有长大趋势，所以要求二次淬火，以提高心部韧性，不宜降温淬火。当正火后硬度为170-217HB时，相对切屑加工性约为65%，焊接性中等，焊前应预热到100-150℃，冷变形时塑性中等。
为了提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性。
2热处理零件图及技术要求
2.1齿轮零件图
图1
2.2技术要求
20CrMnTi钢制成的高速高载技术要求如下:
齿表硬度：52--58HRC
轮齿的心部硬度：25—28HRC
=40～60J/cm2
韧性：ａ
K
=760～800MPa
整体强度：σ
b
变形要求：齿部公法线摆动量小于0.055毫米；齿宽变形不超过0.05毫米；齿向变形不超过0.017毫米。
3 设计方案
3.1设计的分析
3.1.1工作条件
由于是制造高速高载机床齿轮，因此其工作环境较为恶劣，其次为齿轮啮合，并且周围环境中充满这润滑液体。虽然Cr钢的强度和硬度很高，但是工作的环境大大限制了齿轮的使用寿命，因此在使用中需注意不要超过最大荷载，以免损伤齿轮。
3.1.2失效形式
根据其服役条件，常见的失效形式为以下四点：
①疲劳断裂
齿轮在交变应力和摩擦力的长期作用下，导致齿轮点面接疲劳断裂。其产生是由于当齿轮受到弯曲应力超过其持久极限就出现疲劳破坏而超过材料抗弯强
度时，就造成断裂失效；
②表面损伤
a. 点蚀是闭式齿轮传动中最常见的损坏形式，点蚀进一步发展，表现为蚀坑至断裂。
b. 硬化层剥落由于硬化层以下的过渡区金属在高接触应力作用下产生塑
性变形，使表面压应力降低，形成裂纹造成碳化层剥落。
③磨损失效
汽车、拖拉机上的主载荷齿轮，受力比较大，摩擦产生热量较大，齿面因软化而造成塑性变形，在齿轮运转时粘结而后又被撕裂，造成齿面摩擦磨损失效
④磨粒磨损
外来质点进入相互啮合的齿面间，使齿面产生机械擦伤和磨损，比正常磨损的速度来得更快。
3.1.3性能要求
齿轮的表面有高的硬度和耐磨性，高接触疲劳强度，有较高的齿根抗弯强度，高的心部抗冲击能力。
3.2钢种材料
高速、高载、承受较大冲击载荷的齿轮，一般采用低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢，工作时表面承受很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用，高速转动承受一定的冲击力或过载。选用20CrMnTi钢，由于钢中含有Cr能够提高淬透性，Cr还是碳化物形成元素，提高回火稳定性；Mn能增加钢的强度和硬度，还有脱硫的功效，也能提高钢的淬透性；Ti是强碳化物形成元素，在钢中生成MC型碳化物，对提高钢的耐磨性和细化晶粒有一定的好处。20CrMnTi钢采用渗碳+淬火+低温回火，齿轮表面可以获得55~63HRC的高硬度，因淬透性较高，齿心部具有较高的强度和韧性。因而选用20CrMnTi钢。
20CrMnTi的含碳量为0.20％属于低碳钢,渗碳时保证了碳元素的正常渗入。淬火热处理后心部获得低碳马氏体, 以保证心部具有足够的塑性和韧性,抵抗冲击载荷。钢中合金元素为Cr<1.5％、Mn<1.5％、Ti<1.5％。Cr、Mn合金元素能提高钢铁索体的强度,同时提高钢的淬透性。Ti元素能阻止钢的奥氏体晶粒的长大, 提高钢的回火稳定性。20CrMnTi齿轮根据使用性能要求表面耐磨,心部又要求有良好的强韧性,所以要对20CrMnTi钢进行表面渗碳处理,渗碳淬火后表面得到高碳马氏体, 具有较高的硬度和耐磨性。
4 设计说明
4.1加工工艺流程
20CrMnT i钢为材料的齿轮热处理设计加工工艺是：下料、锻造、等温正火、粗加工、渗碳+淬火+回火、喷丸、磨削、检验
20CrMnTi钢属于低碳钢，其成分[1]如下表4.1.
表120CrMnT钢的化学成分（质量分数，%）
C Mn P S Cr Ni Cu Si
0.17～0.23 0.80～
1.10
≤0.035≤0.035
1.00～
1.30
≤0.30≤0.30
0.17～
0.37
① C：保证形成碳化物所需要的碳和保证淬火马氏体能够获得的硬度，
② Mn：主要作用是提高钢的淬透性，增加钢的强度和硬度，有脱氧及脱硫的功效（形成MnS），防止热脆。还可以改善渗碳层，有利于渗碳层增厚，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善机械性能。
③ P：P是钢中的有害杂质元素，能降低钢的强度和韧性。
④ S：S是钢中的杂质元素，能明显降低钢的热塑性，但是S能改善钢的可切削性能。
⑤ Cr：能够提高钢的淬透性并有二次硬化作用，还是碳化物形成元素，提高回火稳定性，增加钢的耐磨性。
⑥ Ni：降低相变驱动力，使“C”曲线右移，Cr-Ni符合效果更好，提高钢的淬透性。
⑦ Cu：铜元素比较稳定，不易被氧化，所以含有的铜元素能起到耐腐蚀作用。
⑧ Si：硅能阻止碳化物形核长大，使“C”曲线右移，提高钢的淬透性，还能提高钢的抗回火性，提高对钢的综合机械性能。
4.2具体热处理
20CrMnTi齿轮钢要达到加工、使用所需性能必须进行热处理,目的是提高表面的硬度、耐磨性和疲劳强度,心部具有足够的强度和韧性。
20CrMnT i钢的热处理工艺分析：
①由于20CrMnT i钢的含碳量较低，对于齿轮这种要求刚强度和高耐磨的特性，那么20CrMnT i钢的最重要的就是提高其硬度和耐磨性。
4.3热加工及热处理工艺规程
①等温正火
等温正火是为消除内应力，改善、细化组织，为后续加工做准备，便于切削加工。
②渗碳+淬火+回火
渗碳:使机械零件活的高的表面硬度，耐磨性和高的解除疲劳强度
渗碳温度：920~950℃，保温时间按渗碳深度确定，取t=6h，渗碳深度：
1.8~1.9mm
20CrMnTi渗碳采用井式气体渗碳炉渗碳，渗碳气体使用碳氢化合物邮寄液体，如煤油、丙酮等直接滴入炉内气体而得，为提高渗碳速度，使表面打到合适的含碳量，将渗入过程分为2个过程进行，即渗入和扩散阶段。
淬火：20CrMnTi经渗碳后直接进行淬火
齿轮渗碳后可预冷到870~880℃并保温一段时间，预冷过程中渗碳层析出二次渗碳体。深层中残余奥氏体量少，预冷温度不应过低，以免心部游离铁素体增多，降低心部硬度，预冷应在炉内进行，并应防止表面脱碳，选择870℃，预冷2h。
渗碳后淬火工艺路线如图：
回火：淬火后，工件存在淬火应力，件内存在淬火应力，为消除应力，选择低温回火。
低温回火温度为180~200℃，渗碳件选择下限，回火后需经磨削火喷丸处理，故选择180℃，保温2h 出炉空冷，其硬度HRC56~63。显微组织为回火马氏体+残余奥氏体。
回火工艺路线如下图：
喷丸处理：喷丸处理不仅是一个清洁工序，而且对齿轮的使用性能也有很大的影响，但只有当喷丸时间足够长，才能得到有理的影响。
4.4物理性能
经过上述各种热处理后20CrMnTi 钢的韧性、硬度、
耐磨性都有所甚至很大的
提升。
5齿轮质量检验
轮精加工后，最后还要检查齿轮的外观表面、渗层深度、硬度、金相组织等是否达到设计的要求。
a.外观：表面无损伤、烧伤、严重腐蚀等缺陷；使用测量工具测量，用
显微镜看表面是否有裂纹。
b.渗层深度：1.0～1.2mm；磁粉检测。
c.硬度：心部25~28HRC，齿面25~58HRC；洛氏硬度计打硬度。
d.金相组织：回火马氏体+残余奥氏体。用金相显微镜看金相组织。
6 分析与讨论
6.3常见回火缺陷及预防措施
7结束语
这次20CrMnTi钢制造机床B热处理工艺设计的完成，让我不仅通过自己的努力大致了解了A钢制造机床变速箱齿的制作流程，还学会了把自己书本上学到的知识运用到实际物体上去。
20CrMnTi钢制造高速高载机床是协助变速箱完成对机床的转动提供动力，所以20CrMnTi钢必须具有强的硬度和高的耐磨性。
前段时间在没有认真学习金属学时，我觉得这个课程设计很难很难，但现在经过我对金属学的充分认识，我重新把这套支撑辊的设计完成了一遍，也从中发现了很多原作者的问题，使我从中吸取了精华部分。金属学都是理论上的成型工艺，在实际生产中肯定还有许多细节问题需要我们去解决和改进。在这次的课程设计中，发挥出了自己单独设计20CrMnTi钢制造高速高载机床热处理工艺设计能力和综合运用书本知识，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，尤其是热处理加工工艺，是自己很有成就感。同时各科相关的课程都有了全面的复习与运用，独立思考的能力也有所提高，更为重要的是：在这次20CrMnTi钢制造高速高载机床热处理工艺设计中，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，进而加以弥补。
8 热处理工艺卡片
参考文献
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常用齿轮材料的选择及其热处理工艺设计
齿轮材料的选择及其热处理工艺 1、齿轮材料的选择原则 齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考： 1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择机械性能高的合金银；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料；家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。 2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。 齿轮表面硬化的方法有：渗碳、氨化和表面淬火。采用渗碳上艺时，应选用低碳钢或低碳含金钢作齿轮材料；氨化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。 3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。 4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。 5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。 6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为30～50HBS或更多。当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差（如小齿轮齿面为淬火并磨制，大齿轮齿面为常化或调质）；且速度又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。因此，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬度差时，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约 20％，但应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。 2、齿轮材料的选择 齿轮齿条是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命。在机械零件产品的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早损伤，甚至失效。因此如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。 满足材料的机械性能，材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力，齿根部有最大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效。齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。 例如，在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30-50HBS，是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度低于大齿轮。为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。 另一方面，根据材料的使用性能确定了材料牌号后。要明确材料的机械性能或材料硬度，然后我们可以通过不同的热处理工艺达到所要求的硬度范围，从而赋予材料不同的机械性能。如材料为40Cr合金钢的齿轮，当840-860℃油淬，540-620℃回火时，调质硬度可达28-32HRC，可改善组织、提高综合机械性能；当860-880℃油淬，240—280℃回火时，硬度可达46-51HRC，则钢的表面耐磨性能好，芯部韧性好，变形小；当500-560℃氮化处理，氮化层0.15 -0.6mm时，硬度可达52-54HRC，则钢具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度，较高的抗蚀性和抗胶合性能且变形极小；当通过电镀或表面合金化处里后，则可改善齿轮工作表面摩擦性能，提高抗腐蚀性能 3、齿轮常用材料 齿轮常用材料摘要：齿轮依靠结构尺寸材料强度承受载荷要求材料具有强度韧性耐磨性齿轮形状复杂齿轮精度要求要求材料工艺常用材料锻钢铸钢铸铁锻钢硬度分为大类HB称为软齿称为硬度HB工艺过程锻造毛坯正火粗车调质加工常用材料SiMnCr 液体动静压轴承常用轴壳配轴承轴承的密封类型精密轴承工序间防锈新工艺轴承寿命强化
齿轮材料的选择原则
齿轮材料的选择原则 齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。在机械零件产品的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早损伤，甚至失效。因此如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。 满足材料的机械性能 材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力，齿根部有最大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效。齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。 例如，在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30-50HBS，这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度低于大齿轮。为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。 另一方面，根据材料的使用性能确定了材料牌号后。要明确材料的机械性能或材料硬度，然后我们可以通过不同的热处理工艺达到所要求的硬度范围，从而赋予材料不同的机械性能。如材料为40Cr合金钢的齿轮，当840-860℃油淬，540-620℃回火时，调质硬度可达28-32HRC，可改善组织、提高综合机械性能；当860-880℃油淬，240—280℃回火时，硬度可达46-51HRC，则钢的表面耐磨性能好，芯部韧性好，变形小；当500-560℃氮化处理，氮化层0.15-0.6mm时，硬度可达52-54HRC，则钢具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度，较高的抗蚀性和抗胶合性能且变形极小；当通过电镀或表面合金化处里后，则可改善齿轮工作表面摩擦性能，提高抗腐蚀性能。 满足材料的工艺性能 材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选材时要对材料的工艺性能加以注意。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求。但强度不够高，淬透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途经来改善材料的工艺性能。 例如汽车变速箱中的齿轮选择20CrMnTi钢，该钢具有较高的机械性能，在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为58-62HRC，芯部硬度为30-45HRC。20CrMnTi的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切削加工性。此外，20 CrMnTi还具有较好的淬透性，由于合金元素钛的影响，对过热不敏感，故在渗碳后可直接降温淬火。且渗碳速度较快，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小。适合于制造承受高速中载及冲击、摩擦的重要零件，因此根据齿轮的工作条
课程设计退火炉温度控制系统资料讲解
课程设计退火炉温度 控制系统
课程设计设计题目：退火炉温度控制系统 学院： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 日期：
摘要 退火炉是金属热处理中的重要设备，它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。温度是退火炉的主要被控变量，是保证其产品质量的一个重要因素。退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。 本文以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，包括硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括温度检测模块，按键模块，执行模块，LED显示模块，单片机最小系统。本设计要求采用电热丝加热，通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中，与系统给定值比较，从而对退火炉的温度进行控制，通过按键输入控制信号，三位LED显示炉温。最后设计出最少拍无纹波控制器，通过MATLAB仿真检验是否有纹波。
目录 第1章绪论 (3) 1.1设计背景与算法 (3) 第2章课程设计的方案 (5) 2.1概述 (5) 2.2系统组成总体结构 (5) 第3章程序设计与程序清单 (7) 3.1单片机最小系统设计 (7) 3.1.1单片机选择 (7) 3.1.2时钟电路设计 (8) 3.1.3复位电路设计 (9) 3.2程序清单与电路图 (11) 3.3温度控制电路 (17) 第4章控制算法 (18) 4.1程序框图 (18) 4.2算法设计 (19) 第5章课程设计总结................................................ - 22 -
40Cr机床齿轮热处理工艺设计课程设计论文
工业大学 材料工艺学课程设计（论文）题目：40Cr机床齿轮热处理工艺设计
课程设计（论文）任务及评语
前言 现代工业的飞速发展对机械零部件及热处理对锻造机械加工的顺利进行和保证加工效果起着重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用寿命等方面起着重要作用。为获得理想的组织与性能，保证零件在生产过程中的质量稳定性和使用寿命，就必须从工件的特点﹑要求和技术条件，认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能失效形式，正确选择材料；再根据生产规模﹑现场条件﹑热处理设备提出几种可行的热处理方案。 由于块规在使用过程中易磨损和碰撞，另外块规本身尺寸精确，因此要求块规具有高的硬度，高的耐磨性和高的尺寸稳定性以及一定的韧性。但块规没有单独专用的钢种，为了满足上述性能要求，块规选用，低合金工具钢（40Cr）。 40Cr机床齿轮规采用淬火及低温回火热处理工艺，其组织是回火马氏体和残余奥氏体，并残存一定的淬火应力。这种组织状态在长期放置和使用过程中，将发生变化，从而使块规的尺寸也发生变化，对于高精度的块规，这种变化是不允许的。尺寸变化的原因主要是残余奥氏体转变为马氏体使尺寸增大，以及残留应力在量具内部重新分布和消失所引起的组织变化。为使40Cr机床齿轮规尺寸和形状稳定，确保其精度，对要求较高的精密的，淬火温度应低些。同时在淬火后立即将其冷却到-80℃左右，甚至在液氮中进行冷处理，然后取出再进行正常回火。为了进一步提高40Cr机床齿轮规尺寸稳定性，在精磨或研磨前，必须进行时效处理，进一步消除内应力，必要时，这种处理要重复多次[1]。 本设计是在课堂学习热处理知识后的探索和尝试，其内容讨论如何设计40Cr 机床齿轮规淬火回火时效热处理工艺技术，重点是制定合理的热处理规程，并按此设计40Cr机床齿轮规热处理工艺方法。
齿轮热处理工艺【详尽版】
齿轮热处理工艺【详细介绍】 内容来源网络，由深圳机械展收集整理！ 一、工作条件以及材料与热处理要求 1.条件: 低速、轻载又不受冲击 要求: HT200 HT250 HT300 去应力退火 2.条件: 低速(＜1m/s)、轻载,如车床溜板齿轮等 要求: 45 调质,HB200-250 3.条件: 低速、中载,如标准系列减速器齿轮 要求: 45 40Cr 40MnB (5042MnVB) 调质,HB220-250 4.条件: 低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮 要求: 40Cr(42MnVB) 淬火中温回火HRC40-45 5.条件: 中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮 要求: 40Cr、40MnB、42MnVB 调质或正火,感应加热表面淬火,低温回火,时效,HRC50-55 6.条件: 中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮 要求: 45 高频淬火,350-370℃回火,HRC40-45(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火) 7.条件: 中速、重载 要求: 40Cr、40MnB(40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA)淬火,中温回火,HRC45-50.
8.条件: 高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮 要求: 15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62.38CrAl 38CrMoAl 渗氮,渗氮深度0.5mm,HV900 9.条件: 高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴轮. 要求: 40Cr、40MnB、(40MnVB)高频淬火,HRC50-55. 10.条件: 高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮,如汽车变速箱齿轮 (20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧性也较好) 要求: 20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳,淬火,低温回火或渗碳后高频淬 火,HRC56-62.18CrMnTi、20CrMnTi(锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、 预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸)渗碳层深度1.2-1.6mm,齿轮硬度HRC58-60,心部硬度HRC25-35.表面:回火马氏体+残余奥氏体+碳化物.中心:索氏体+细珠光体 11.条件: 高速、重载、有冲击、模数＜5 要求: 20Cr、20Mn2B 渗碳、淬火、低温回火,HRG56-62. 12.条件: 高速、重载、或中载、模数＞6,要求高强度、高耐磨性,如立车重要螺旋锥齿轮 要求: 18CrMnTi、20SiMnVB 渗碳、淬火、低温回火,HRC56-62 13.条件: 高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如高速柴油机、重型载重汽车,航空发动机等设备上的齿轮. 要求: 12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20CrMnMoVBA(锻造→退火
箱式电阻炉课程设计
一、设计任务书 题目：设计一台中温箱式热处理电阻炉； 生产能力：160 kg/h ； 生产要求：无定型产品，小批量多品种，周期式成批装料，长时间连续生产； 要求：完整的设计计算书一份和炉子总图一张。 二、炉型的选择 根据生产特点，拟选用中温箱式热处理电阻炉，最高使用温度650℃，不通保护气氛。 三、确定炉体结构及尺寸 1.炉底面积的确定 因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。已知生产率p 为160 kg/h ，按照教材表5-1选择箱式炉用于退火和回火时的单位面积生产率p 0为 100 kg/(m 2﹒h )，故可求得炉底有效面积： F 1=P P 0=160100 =1.6m 2 由于有效面积与炉底总面积存在关系式F 1F ?=0.60~0.85，取系数上限，得炉底实际面积： F = F 10.85=1.6 0.85 =1.88m 2 2.炉底长度和宽度的确定 由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便，取L B ?=2，因此，可求得： L =√F 0.5?=√1.880.5?=1.94m B =L 2?=1.942?=0.97 m 根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L =1.970 m ，B =0.978 m ，如总图所示。 3.炉膛高度的确定 按照统计资料，炉膛高度H 与宽度B 之比H B ?通常在0.5~0.9之间，根据炉子工作条件，取H B ?=0.654m 。 因此，确定炉膛尺寸如下： 长 L =(230+2)×8+(230×1 2+2)=1970 m 宽 B =(120+2)×4+(65+2)×2+(40+2)×3+(113+2)×2=978mm 高 H =(65+2)×9+37=640 mm 为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间，确定工作室有效尺寸为： L 效=1700 mm B 效=700 mm H 效=500 mm 4.炉衬材料及厚度的确定 由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即113mm QN ?0.8轻质粘土砖，+80 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝纤维毡，+113mm B 级硅藻土砖。 炉顶采用113 mmQN ?1.0轻质粘土砖，+80 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝纤维毡，+115 mm 膨胀珍珠岩 。 炉底采用三层QN ?1.0轻质粘土砖(67×3)mm ，+50 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝
HT250机床齿轮的热处理工艺设计
攀枝花学院 学生课程设计（论文） 题目：HT250机床齿轮的热处理工艺设计学生姓名： 学号： 所在院(系)：材料工程学院 专业：级材料成型及控制工程 班级：材料成型及控制工程 指导教师：职称：讲师 2013年12月18日 攀枝花学院教务处制
攀枝花学院本科学生课程设计任务书 注：任务书由指导教师填写。
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
摘要 本课设计了HT250机床齿轮的热处理工艺设计。主要的工艺过程包括粗车、精车、插齿、滚齿倒棱、清洗、渗碳淬火、磨内空端面、磨齿、清洗、强化喷丸、清洗等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。HT250强度、耐磨性、耐热性均较好，减震性良好，铸造性能较优，但需要进行人工时效处理提高其力学性能。可用于要求强度和一定耐腐蚀能力壳、容器、塔器、法兰、填箱料本体及压盖、碳化塔、硝化塔等；还可以制作机床床身、立柱、气缸、齿轮以及需要经表面淬火的零件。因其受热变形量较小，常用于高温场合。 机床齿轮是连续啮合传递运动和动力的机械元件。其作用是能将一输出轴的转动传递给另一根轴可以实现减速、增速、变向和换向等作用，从而使机床能够按指定要求工作。 关键词：HT250 灰口铸铁；退火或正火工艺；中或高频淬火；力学性能
目录 摘要 (Ⅰ) 1、设计任务 (3) 1.1设计任务 (3) 1.2设计的技术要求 (3) 2、设计方案 (4) 2.1 机床齿轮设计的分析 (4) 2.1.1工作条件 (4) 2.1.2失效形式 (4) 2.1.3性能要求 (4) 2.2钢种材料 (5) 3、设计说明 (6) 3.1加工工艺流程 (7) 3.2具体热处理工艺 (8) 3.2.1预备热处理工艺 (9) 3.2.2渗碳工艺 (9) 3.2.3淬火回火热处理工艺 (10) 4、分析与讨论 (11) 5、结束语 (12) 6、热处理工艺卡片 (13) 参考文献 (14)
常用齿轮材料及热处理
常用齿轮材料及热处理： 为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。 对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。 常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。 钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种： 1．表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为40～55HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好。由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。 2．渗碳淬火常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。 3．渗氮渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700～900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAlA。 4．调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220～280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。 5．正火正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。 一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30-50HBS。对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。 来源：https://www.360docs.net/doc/8c9504653.html,
齿轮材料的选择原则是什么
齿轮材料的选择原则 齿轮的材料及其选择原则 由轮齿的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断能力。因此，对齿轮材料性能的基本要求为齿面要硬、齿芯要韧。 (一)常用的齿轮材料 1(钢 钢材的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面的硬度，故最适于用来制造齿轮。 (1)锻钢 除尺寸过大或者是结构形状复杂只宜铸造者外，一般都用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量在0. 15%~0.6%的碳钢或合金钢。 制造齿轮的锻钢可分为: 1)经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢。、 对于强度、速度及精度都要求不高的齿轮，应采用软齿面(硬度?350 HBS)以便于切齿，并使刀具不致迅速磨损变钝。因此，应将齿轮毛坯经过常化(正火)或调质处理后切齿。切制后即为成品。其精度一般为8级，精切时可达7级。这类齿轮制造简便、经济、生产率高。 2)需进行精加工的齿轮所用的锻钢。 高速、重载及精密机器(如精密机床、航空发动机)所用的主要齿轮传动，除要求材料性能优良，轮齿具有高强度及齿面具有高硬度(如58~ 65 HRC)外，还应进行磨齿等精加工。需精加工的齿轮目前多是先切齿，再做表面硬化处理，最后进行
精加工，精度可达5级或4级。这类齿轮精度高，价格较贵，所用热处理方法有表面淬火、渗碳、氮化、软氮化及氰化等。所用材料视具体要求及热处理方法而定。 合金钢材根据所含金属的成分及性能，可分别使材料的韧性、耐冲击、耐磨及抗胶合的性能等获得提高，也可通过热处理或化学热处理改善材料的力学性能及提高齿面的硬度。所以对于既是高速、重载，又要求尺寸小、质量小的航空用齿轮，就都用性能优良的合金钢(如20CrMnTi、20Cr2Ni4A等)来制造。 由于硬齿面齿轮具有力学性能高、结构尺寸小等优点，因而一些工业发达的国家在一般机械中也普遍采用了中、硬齿面的齿轮传动。 (2)铸钢 铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及常化处理，必要时也可进行调质。铸钢常用于尺寸较大的齿轮。 2(铸铁 灰铸铁性质较脆，抗冲击及耐磨性都较差，但抗胶合及抗点蚀的能力较好。灰铸铁齿轮常用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。 3(非金属材料 对高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料(如夹布塑胶、尼龙等)做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为250—350 HBS。 常用的齿轮材料及其力学性能列于表10 -1。
齿轮热处理
1 齿轮热处理概述众所周知，齿轮是机械设备中关键的零部件，它广泛的 用于汽车、飞机、坦克、齿轮传动是近代机它具有传动准确、结构紧凑使用寿命长等优点。轮船等工业领域。是机械产品重要器中最常见的一种机械振动是传递机械动力和运动的一种重要形式、基础零件。它与带、链、摩擦、液压等机械相比具有功率范围大，传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长、尺寸结构小等一系列优点。因此它已成为许多机由于齿轮在工业械产品不可缺少的传 动部件，也是机器中所占比例最大的传动形式。得益于近年来汽车、风电、. 发 展中的突出地位，使齿轮被公认为工业化的一种象征据大规格齿轮加工机床的需求增长十分耀眼。核电行业的拉动，汽车齿轮加工机床、近年来涉及齿轮加工机床制造的企业也日益增随着齿轮加工机床需求的增加，了解，多。无论是传统的汽车、船舶、航空航天、军工等行业，还是近年来新兴的高铁、铁对齿轮加工机床制都对机床工具行业的快速发展提出了紧迫需求，路、电子等行业，万吨。但 我国齿轮的质量年将达到200 2012 造商提出了新的要求。据权威部门预测主要 表现在齿轮的平均使用寿与其他发达国家的同类产品相较还是具有一定的差距，本设计是在课堂学习热处理知识后的探索和单位产品能耗、生产率这几方面上。命、并按重点是制定合理的热处理规程，尝试，其内容讨论如何设计齿轮的热处理工艺，此设计齿轮的热处理方法。齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一。其主要作用是传递动力，改变运 动速度和方向。是主要零件。其服役条件如下：齿轮工作时，通过齿面的接触来传递动力。两齿轮在相对运动过程中，既有滚动，(1)在齿根部位受因此，齿轮 表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用。又有滑动。到很大的弯曲应力作用；word 编辑版． ⑵高速齿轮在运转过程中的过载产生振动，承受一定的冲击力或过载；⑶在一些特殊环境下，受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用。因此，齿轮的表面有高的硬度和耐磨性，高接触疲劳强度，有较高的齿根抗弯强度，高的心部 抗冲击能力。齿轮常用材料有。20Cr ，20CrMnTi, 18Cr2Ni4WA①20Cr降温直接淬火对渗碳时有晶粒长大倾向，有较高的强度及淬透性，但韧性较差。可切削性良好，冲击韧性影响较大，因而渗碳后进行二次淬火提高零件心部韧性；20Cr 为珠光体，焊接性较好，焊后一般不需热处理。但退火后较差；②20CrMnTi 20CrMnTi是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有高的强度和 韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性，切削加工性良好，加工变形小，抗疲劳性能好。 ③18Cr2Ni4WA
常用齿轮材料及热处理
常用齿轮材料及热处理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
常用齿轮材料及热处理： 为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。 对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。 常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。 钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种： 1．表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为40～55HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好。由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。 2．渗碳淬火常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。
3．渗氮渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700～900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAlA。 4．调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220～280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。 5．正火正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。 一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30- 50HBS。对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。
热处理箱式电阻炉课程设计
热处理箱式电阻炉课程设计 一、设计任务 1、炉型：箱式炉 2、设计要求：（1）生产率或一次装炉量：100kg/h （2）零件尺寸：长、宽、高尺寸最大不超过150mm （3）零件材料：中、低碳钢、低合金钢及工具钢 （4）零件热处理工艺：淬火加热 3、任务分析： （1）生产率或一次装炉量为100kg/h ，属小型炉； （2）生产长、宽、高尺寸最大不超过150mm 的零件，选择箱式炉合理； （3）淬火加热工艺表明所设计的箱式炉属于中温范畴。 二、电阻炉的炉体结构设计 1、炉型选择：由于所生产的零件尺寸较小，都不大于150mm ，且品种较多，热处理 工艺为淬火加热，具体品种的淬透性不同，工艺有所差别，故采用周期作业中温箱式热处理炉进行设计。（额定温度为950℃） 2、炉膛设计 （1）典型零件的选定 参照设计任务的要求，选用40Cr 钢齿轮模拟设计 ①齿轮参数：分度圆mm d 128= 齿顶圆mm d a 136= 齿数32=z 模数 4=m 齿宽mm b 70= 全齿高mm h 9= 齿根圆mm d f 118= 齿轮孔径mm d 40=孔 ②设定工艺曲线： 加热时间 t=a ×k ×D （a ：加热系数，k ：工件装炉条件修正系数，D ：工件 《热处理手册》第四版第二卷，机械工业出版p55 工艺周期为5h 《热处理设备》p117表5-4
有效厚度） 查表得：a 为1.2-1.5min/mm 取1.3 min/mm k 取1.8 故时间 t=1.3×1.8×70=163.8min 取加热时间3h ，保温时间2h 工艺周期为5h （2）确定炉膛尺寸 一次装炉量=生产率×周期=100kg/h ×5h=500kg 单位重量 kg kg d d 337.6108.7b ])2 ( )2[(m 322 =???-=孔π 零件个数 809.78337 .6500 ≈== n 个 查表可知，炉底单位面积生产率 h m kg P ?=20100 有效面积 22 01100 100m m P P F === 有效 由于工件之间距离为工件高度的0.3-0.5，故取工件之间距离为30mm 设计每次装炉80个零件，分两层分布，每层40个,纵向8个,横向5个 实际炉底面积 224.125.18 .01 m m K F F ≈== = 有效实 （K 为炉底利用系数，通常为0.8-0.85） 取 长 L=1.4m ， 宽 B=1.0m 炉子高度一般为（0.52-0.90）B ，取0.6B ，故H=0.6m 3、炉体各部分结构 （1）炉衬：分为内层耐火层和外层保温层 内层：用QN —1.0的轻质耐火粘土砖 外层：B 级硅藻土砖，热导率为t 1023.0131.03 -?+，最高使用温度为900℃ （2）炉墙： 耐火层：QN —1.0轻质耐火粘土砖，规格为230×113×65mm ，热导率为 t 3110256.029.0-?+=λ，厚度 mm 1131=δ 保温层：B 级硅藻土砖，规格为230×113×65mm ，热导率为 t 1023.0131.03 -2?+=λ，厚度 mm 2302=δ 炉膛尺寸： L=1.4m B=1.0m H=0.6m 《热处理设备课程设计指导书》附表2
常用齿轮材料的选择及其热处理工艺
第11卷第5期2006年10月 新 余 高 专 学 报JOURNAL OF X I N Y U C OLLEGE Vol .11,NO.5 Oct .2006 —105 — 常用齿轮材料的选择 及其热处理工艺 ●李玉平 (新余高等专科学校 工程系, 江西 新余 338000) 摘 要:齿轮是机械传动中应用最广泛的零件之一,它在工作中的受力情况比较复杂。在齿轮的制造过程中,合理选择 材料与热处理工艺,是提高承载能力和延长使用寿命的必要保证。就常用齿轮材料锻钢、铸钢、铸铁、有色金属、非金属材料等的选择及热处理工艺进行了分析。 关键词:齿轮材料;热处理;锻钢;铸钢;铸铁;有色金属;非金属材料中图分类号:TG162.73 文献标识码:A 文章编号:1008-6765(2006)05-0105-02 收稿日期:2006-08-28 作者简介:李玉平(1965-),女,江西丰城人,副教授,主要从事机械制造的研究。 1前言 齿轮是机械传动中应用最广泛的零件之一,它的功用是按规定的速比传递动力和运动。在工作中,它的受力情况比较复杂,齿轮的齿根部受交变弯曲应力,齿面承受大的接触应力并产生强烈的摩擦,在换挡、启动和啮合不良时,齿轮还承受一定的冲击载荷。齿轮的主要失效形式是疲劳断齿、疲劳点蚀以及齿面的过量磨损。根据齿轮的受力情况和失效分析可知,齿轮一般都需经过适当的热处理,以提高承载能力和延长使用寿命,齿轮在热处理后应满足下列性能要求: 1)高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度(抗疲劳点蚀)。2)齿面具有较高的硬度和耐磨性。3)齿轮心部具有足够的强度和韧性。 齿轮的材料及热处理对齿轮的内在质量和使用性能都有很大的影响。锻钢、铸钢、铸铁、有色金属及非金属材料都可用来制造齿轮,各种热处理方法,如渗碳、渗氮、碳氮共渗、表面淬火、调质和正火等,在齿轮制造中都被应用,因此,齿轮的选材和热处理方法的选用较其它零件复杂。这就需要设计人员根据齿轮承载能力的不同,合理选择材料和毛坯及热处理工艺,并制定相应的工艺路线,用最经济的办法最大限度地发挥材料的潜能,做到“物尽其用”。2常用齿轮材料及热处理工艺的选择2.1锻钢 锻钢应用最广泛,通常重要用途的齿轮大多采用锻钢制作。根据承载能力的大小不同,选择的材料及热处理工艺又有所不同。 (1)高承载能力的重要齿轮这类齿轮有汽车、拖拉机、摩托车、矿山机械及航空发动机等齿轮。 1)汽车、拖拉机等齿轮主要分装在变速箱和差速器中。在变速箱中,通过它来改变发动机、曲轴和主轴齿轮的转速; 在差速器中,通过齿轮来增加扭转力矩,且调节左右两车轮的 转速,并将发动机动力传给主动轮,推动汽车、拖拉机运行,所以传递功率、冲击力及摩擦压力都很大,工作条件比较恶劣。因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面的要求均比较高。实践证明,选用渗碳钢经渗碳、淬火及低温回火后使用最为合适。渗碳齿轮一般采用合金渗碳钢,而不采用碳素钢,因为碳素钢渗碳后淬火时要用水作淬火剂,变形量大。小模数齿轮一般采用20Cr 和20Cr M nTi,而较大模数齿轮采用30Cr M nTi 钢。其工艺路线一般为: 备料———锻造———正火———机械粗加工、半精加工———渗碳+淬火+低温回火———喷丸———校正———精加工 该工艺中正火的目的是为了均匀和细化组织,消除锻造应力,改善切削加工性;渗碳后表面含碳量提高,保证淬火后得到高的硬度(58～62HRC ),提高耐磨性和接触疲劳强度,心部硬度可达30～45HRC,并具有足够的强度和韧性;喷丸可增大渗碳表层的压应力,提高疲劳强度,并可清除氧化皮。 2)航空发动机齿轮承受高速和重载,比汽车、拖拉机齿轮的工作条件更为恶劣,除要求高的耐疲劳性外,还要求齿轮的心部具有高的强度和韧性,一般多采用12Cr N i3A 、12Cr2N i4A 或18Cr2N i4WA 等高级渗碳钢制造,为了节约镍,可用15Cr M n2Si M oA 代替18Cr2N i4WA 。这两种钢的切削加工性能较差,其工艺路线一般为: 备料———锻造———调质处理———机械粗加工、半精加工———渗碳———高温回火———机械加工———淬火+低温回火———机械精加工———检验 在此工艺中,由于12Cr N i3A 、12Cr2N i4A 、18Cr2N i4WA 等高级渗碳钢的淬透性较高,退火困难,一般采用调质处理,使硬度降低到35HRC 以下,改善切削加工性能。由于不渗碳表面未经镀铜防渗,因此渗碳后进行高温回火,降低硬度,便于切去不渗碳表面的渗碳层。
齿轮材料热处理规范及其质量要求
齿轮材料热处理规范及其质量要求 正确选择齿轮固然很重要，但如果没有选择好适宜的热处理，那将是前功尽弃，可以说材料选择是前提，热处理方法得当是关键。 一、齿轮热处理方式与其性能特性 1、调质处理： 调质处理使材料获得优良的综合性能，这种热处理常常用于中碳钢和中碳合金钢，如45#、40Cr或40MnB材料，如果齿轮受到的冲击应力和齿面接触应力不是很大的情况下，这种热处理是适宜的，这种材料强韧性使得齿轮齿根抗弯曲能力强，抗疲劳能力也是优良的。但是调质处理齿轮齿面硬度不够，耐磨性偏差。 2、调质处理+表面淬火： 这种热处理方式补充单一调质处理的不足，使齿轮齿面硬度得到提高，耐磨性也随之增强，但是另一个问题仍未解决，就是中碳钢和中碳合金钢材料经过处理后，其冲击韧性尚不能令人满意，在高冲击应力的场合下仍不宜使用。 表面淬火有两种工艺：火焰淬火和高频淬火。 3、正火+渗碳淬火回火 这种热处理是针对低碳合金渗碳钢（如20CrMnTi、20CrNiMo等）而使用的，正火是用以改善原材料组织，便于齿轮粗加工；渗碳使齿面含碳量提高，在其后淬火回火中获得高硬度的回火马氏体组织，以提高齿轮的耐磨性。同时齿轮心部在淬火回火中获得低碳回火马氏体，强度高、韧性好，不仅可以承受高的载荷、大的冲击应力，而且抗疲劳性能也十分优异。 这种热处理也不是没有缺点，首先齿轮在渗碳淬火回火还要精加工，硬度过高会给精加工带来了困难；其次，渗碳淬火回火为了得到回火马氏体，回火温度低（200-300℃），热处理应力未能完全消除，在以后的使用中会逐渐释放造成齿轮微小变形，所以不能用于精密传动的齿轮。 这里的渗碳淬火回火，也包含碳氮共渗淬火回火。 4、调质+渗氮
热处理工艺设计课程设计
北华航天工业学院 《热处理工艺设计》 课程设计报告 报告题目：CA8480轧辊车床主轴 和淬火量块 热处理工艺的设计 作者所在系部：材料工程系 作者所在专业：金属材料工程 作者所在班级：B10821 作者学号：20104082104 作者姓名：倪新光 指导教师姓名：翟红雁 完成时间：2013.06.27
课程设计任务书 课题名称 CA8480轧辊车床主轴和淬火量块 热处理工艺的设计 完成时间06.27 指导教师翟红雁职称教授学生姓名倪新光班级B10821 总体设计要求 一、设计要求 1.要求学生在教师指导下独立完成零件的选材； 2.要求学生弄清零件的工作环境。 3.要求学生通过对比、讨论选择出最合理的预先热处理工艺和最终热处理工艺方法； 4.要求学生分别制定出预先热处理和最终热处理工艺的正确工艺参数，包括加热方式、加热温度、保温时间以及冷却方式； 5.要求学生写出热处理目的、热处理后组织以及性能。 工作内容及时间进度安排 内容要求时间备注 讲解并自学《金属热处理工艺》课本第六章；收集资料, 分析所给零件的工作环境、性能要求, 了解热处理工艺设计的方法、内容和步骤； 通过对零件的分析，选择合适的材料以及技术要 求 0.5天 热处理工艺方法选择和工艺路线的制定 确定出几种（两种以上）工艺 线及热处理 方案，然后进行讨论对比优缺点, 确定最佳工艺 路线及热处理工艺方案 1.5天 热处理工艺参数的确定及热处理后组织、性能 查阅资料，确定出每种热处理工艺的参数, 包括加热方式、温度和时间，冷却方式等，并绘 出相应的热处理工艺曲线 1.5天 编写设计说明书按所提供的模板 0.5天 答辩1天 课程设计说明书内容要求 一. 分析零件的工作环境，确定出该零件的性能要求，结合技术要求，选出合适的材料，并阐述原因。 二. 工艺路线和热处理方案的讨论。要求两种以上方案进行讨论，条理清晰，优缺点明确。 三. 每种热处理工艺参数的确定（工序中涉及到的所有热处理工艺）。写出确定参数的理由和根据，（尽可能写出所使用的设备）要求每一种热处理工艺都要画出热处理工艺曲线; 四. 写出每个工序的目的以及该零件热处理后常见缺陷。
汽车齿轮热处理工艺
汽车、拖拉机的变速箱齿轮多半用低碳渗碳钢制造,而机床变速箱多半用中碳(合金) 2011-4-10 21:07 提问者：991495331|浏览次数：289次 我来帮他解答 2011-4-11 11:10 满意回答 合金渗碳钢 1. 用途主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。 2. 性能要求 (1) 表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性和韧性。 (2) 心部具有高的韧性和足够高的强度。心部韧性不足时，在冲击载荷或过载作用下容易断裂；强度不足时，则较脆的渗碳层易碎裂、剥落。 (3) 有良好的热处理工艺性能在高的渗碳温度（900℃～950℃）下，奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。 3. 成分特点 (1) 低碳：碳含量一般为0.10%～0.25%，使零件心部有足够的塑性和韧性。 (2) 加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B等。 (3) 加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。 4.钢种及牌号 20Cr低淬透性合金渗碳钢。这类钢的淬透性低，心部强度较低。 20CrMnTi中淬透性合金渗碳钢。这类钢淬透性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。 18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金渗碳钢。这类钢含有较多的Cr、Ni 等元素，淬透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击韧性。 5. 热处理和组织性能 合金渗碳钢的热处理工艺一般都是渗碳后直接淬火，再低温回火。热处理后，表面渗碳层的组织为合金渗碳体+回火马氏体+少量残余奥氏体组织，硬度为 60HRC～62HRC。心部组织与钢的淬透性及零件截面尺寸有关，完全淬透时为低碳回火马氏体，硬度为40HRC～48HRC；多数情况下是屈氏体、回火马氏体和少量铁素体，硬度为25HRC～40HRC。心部韧性一般都高于700KJ/m2。 1 汽车齿轮热处理工艺概述
20CrMnMo齿轮热处理
目录 1 绪论 (1) 1.1 热处理工艺课程设计的目的 (1) 1.2 课程设计的任务 (1) 1.3 热处理工艺设计的方法 (1) 2 热处理工艺课程设计内容和步骤 (1) 2.1 课题工件简图 (1) 2.2 技术要求： (2) 2.3 特点 (2) 2.4 适用范围 (2) 2.5 齿轮的性能要求及为何选用20CrMnMo (2) 2.6 化学成分作用 (3) 2.7 20CrMnMo钢的淬透性曲线 (4) 2.8 淬透性 (5) 2.9 渗碳热处理工艺规范 (5) 2.10 钢的等温转变和连续冷却转变 (5) 3 热处理工艺方案以及参数论述 (6) 3.1 热处理工艺流程 (6) 3.2 热处理工艺方案论证 (6) 3.2.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式 (6) 3.2.2 热处理方案制定 (6) 3.3 热处理方案 (6) 3.3.1 正火 (7) 3.3.2 正火工艺曲线 (7) 3.3.3 正火冷却 (8) 3.4 20CrMnMo的渗碳工艺 (8) 3.4.1 渗碳的目的 (8) 3.4.2 渗碳过程 (8) 3.5 20CrMnMo的淬火工艺 (9) 3.5.1 渗碳后一次重新加热淬火的目的 (9) 3.5.2 淬火事项 (9) 3.6 低温回火工艺 (10) 3.6.1 回火的目的 (10) 3.6.2 回火温度 (11) 3.6.3 加热介质 (11) 3.6.4 保温时间 (11) 3.6.5 回火工艺曲线 (11) 3.6.6 冷却方式 (12) 4 总的热处理工艺曲线 (12) 4.1 热处理总工艺曲线 (12) 4.2 选择加热设备 (12) 4.2.1 装置选择：井式电阻炉 (12) 4.2.2井式炉示意图 (13)