45钢机床齿轮热处理工艺设计

攀枝花学院

学生课程设计（论文）

题目：45钢机床齿轮热处理工艺设计

学生姓名： XXX

学号： 2011111020XX 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： XXXX 职称：讲师

2013年12月17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

课程设计（论文）指导教师成绩评定表

摘要

热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命。热处理不仅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。

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。而齿轮质量的好坏在很大程度上取决于齿轮材料及其热处理工艺。因此，国内外与齿轮制造相关的厂家都极为重视齿轮材料及其热处理技术的研究开发，并先后开发一系列新型齿轮材料及先进的热处理工艺。45钢是制造齿轮的主要材料，于是研究一套以45钢为原料的齿轮热处理工艺便是研究任务的重中之重。

实践证明要想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，最后根据其经济性﹑方便性﹑质量稳定性和便于管理﹑降低成本等因素，确定出一种最佳方案。

【关键词】齿轮齿轮钢发展热处理特性缺陷工艺退火调质

攀枝花学院本科课程设计（论文）

摘要

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、设计方案 (2)

2.1 钢机床齿轮设计的分析 (2)

2.1.1工作条件 (2)

2.1.2失效形式 (2)

2.1.3性能要求 (2)

2.2钢种材料 (3)

3、设计说明 (4)

3.1加工工艺流程 (4)

3.2具体热处理工艺 (4)

3.2.1预备热处理工艺 (5)

3.2.2机械加工 (5)

3.2.3淬火+低温回火热处理工艺 (6)

4、分析与讨论 (8)

5、结束语 (9)

6、热处理工艺卡 (10)

7、热处理工艺缺陷以及补救措施 (10)

参考文献 (13)

1.设计任务

1.1设计任务

45钢机床齿轮热处理工艺设计

1.2设计的技术要求

常用中碳调质结构钢。45钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。适合于氢焊和氩弧焊，不太适合于气焊。焊前需预热，焊后应进行去应力退火。

正火可改善硬度小于160HBS毛坯的切削性能。该钢经调质处理后，其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢，但该钢淬透性较低，水中临界淬透直径为12~17mm，水淬时有开裂倾向。当直径大于80mm时，经调质或正火后，其力学性能相近，对中、小型模具零件进行调质处理后可获得较高的强度和韧性，而大型零件，则以正火处理为宜，所以，此钢通常在调质或正火状态下使用。

2 设计方案

2.1钢机床齿轮的分析

2.1.1工作条件

a. 由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力；

b.换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；

c. 齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。

2.1.2 齿轮的失效形式

疲劳断裂齿面磨损

图1 齿轮的失效形式

主要失效形式为齿面点蚀和轮齿折断。

齿面点蚀。齿轮传动过程中，齿轮接触面上各点的接触应力呈脉动循环变化，经过一段时间后，会由于接触面上金属的疲劳而形成细小的疲劳裂纹，裂纹的扩展造成金属剥落，形成点蚀。

轮齿折断。最常见的是弯曲疲劳折断、过载折断。轮齿受力后,在齿根部产生的弯曲应力最大,且在齿根过渡圆角处有应力集中。如果轮齿的交变应力超过了材料的疲劳极限,在齿根圆角处将产生疲劳裂纹,随着裂纹不断扩展。

2.1.3钢机床齿轮性能

了解45号钢的性能我们查热处理手册得到的标准性能如下：

按照GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850℃正火、840℃淬火、600℃回火，达到的性能为屈服强度≥355MPa。而标准规定的抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J [2]。所以需要我们根据45号钢的标准规定根据要求进行热处理。轮的性能要求

2.2齿轮类零件的选材

齿轮材料的选用主要是根据齿轮工作时载荷的大小,转速的高低及齿轮的度要求来确定的。载荷大小主要是指齿轮传递转矩的大小,通常以齿面上单位压应力作为衡量标志。一般分为:轻载荷、中载荷、重载荷和超重载荷。齿轮工作时转速越大,齿面和齿根受到的交变应力次数越多,齿面磨损越严重。因此,可以把齿轮转动的圆周速度v 的大小,作为材料承受疲劳和磨损的尺度。一般分为:低速齿轮(1～9 m/s)；中速齿轮(6～10 m/s)；高速齿轮(10～15 m/s)。齿轮的精度高,则齿形准确,公差小,啮合紧密,传动平稳且无噪声。机床齿轮精度一般为6～8级(中、低速)和8～12 级(高速),汽车、拖拉机齿轮精度一般为6～8 级。

机床中使用的齿轮主要起传递动力、改变运动速度和运动方向的作用。机床齿轮的工作条件比起汽车、拖拉机、矿山机械、动力机械中的齿轮来说相对工作平稳,负荷小,工作环境较好。一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度,只有在分度传动机构中要求较高的精度。实践证明,一般机床齿轮选用中碳钢制造, 如Q235、Q275、40 、45 、50 、50Mn 等钢制造[5]。

那么如何确定选择那种材料最为合适呢？在对齿轮材料进行选材时，必须要围绕着热处理材料的选材原则，进行多方面考虑。