1、华中科技大学热处理工艺课程设计1热处理工艺课程设计任务书学院 材料科学与工程 专业 材料科学与工程学生姓名 肖娅丹 班级学号 材料 0901 U200910994课程设计题目 45 钢传动轴零件热处理工艺设计任务：进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的合适材料、热处理方法，确定工艺参数（温度及时间等） ，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，制定热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。针对所选择的材料为 45 钢的轴零件，先绘出零件工作图，根据
2、材料和零件加工技术要求，确定工艺流程及热处理方法，并进行工艺参数的设定并分析各热处理工序中材料的组织、性能，选择设备并制作热处理工艺卡，最终写出设计说明书。设计进度安排：第一周 周一周三 学习相关热处理工艺的设计方法，明确设计任务和所需要注意的事项。周四周六 绘制 45 钢轴零件工作图第二周 周一周二 查阅资料 确定热处理工艺流程及工艺参数的确定周三周四 撰写设计说明书周五 答辩 指导教师（签字）：年 月 日 主管院长（签字）：年 月 日 华中科技大学热处理工艺课程设计2目录1.热处理工艺课程设计的意义及方法 .31.1 热处理工艺课程设计的意义 .31.2 热处理工艺设计的方法 .32.绪论
3、 45 钢轴类零件简介 .42.1.45 钢简介 .42.1.1 主要化学成分作用分析 .42.1.2 45 钢加热和冷却临界点 .52.2 传动轴零件加工工艺 .53.加工工艺 .64.热处理工艺设计的内容 .74.1 调质处理 .74.1.1 加热温度 .7图 4-2 装炉安装简图 .84.1.2 保温时间 .84.1.3 冷却方法及介质 .104.1.4 检验方法 .104.1.5 调质处理材料的组织、性能 .104.2 高频感应淬火 .114.2.1 原理 .114.2.2 加热温度和时间的确定 .124.2.3 冷却方法及介质 .124.2.4 组织和性能 .124.2.5 常见缺陷
4、及分析 .134.3 低温回火 .144.3.1 加热温度和时间 .144.3.2 加热设备及方法 .144.3.3 回火后组织和性能 .154.3.4 冷却介质和方法 .15附录一 热处理工艺卡 .175.热处理工艺设计感想和体会 .186.参考文献 .19华中科技大学热处理工艺课程设计31.热处理工艺课程设计的意义及方法1.1 热处理工艺课程设计的意义热处理工艺课程设计是材料学专业金属材料相关课程的一次专业课设计练习，是材料科学基础、金属材料学、热处理原理与工艺、热处理装备课程的最后一个教学环节。其目的是： （1）培养学生综合运用所学的材料学专业课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知
5、识得到巩固和发展。 （2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。 （3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。 通过热处理工艺课程设计的学习，把所学到的材料科学基础、金属材料学、热处理原理与工艺等专业课程知识灵活的运用到实践中，真正的通过自己对材料的选择、认识，工艺的掌握和运用，来熟练掌握这项基本工艺设计能力，从而反过来巩固所学专业知识，做到讲理论知识灵活恰当地运用到生产实践中。1.2 热处理工艺设计的方法热处理工艺的最佳方案是在能够保证达到根据零件使用性能和由产品设计者提出的热处理技术要求的基础上，设计的一种高质量、低成本
6、、低能耗、清洁、高效、精确的热处理工艺方法。根据零件使用性能及技术要求，提出所可能实施的几种热处理工艺方案，通过综合经济技术分析，确定最佳热处理工艺方案。确定热处理工艺方案后，首先应根据零件的材料特性及技术要求，选择热处理加热设备、加热、保温时间与冷却方式。在此基础上，制定编制热处理工艺规范，设计零件在有关热处理工序使用的装夹具及校直装置等。 最后， 编写主要热处理工序的操作守则。 涉及新材料、新技术等特殊零件的热处理工艺，可遵循实验室试验、小批量生产试验、生产验证等程序进行确定。 华中科技大学热处理工艺课程设计42.绪论45 钢轴类零件简介2.1.45 钢简介45 钢 是中碳结构钢，冷热加工
7、性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。表 2-1 45 钢化学成分2.1.1 主要化学成分作用分析C：碳是钢铁材料的主要合金元素。C 在钢中主要以三种状态存在。固溶于/-Fe 中形成高温铁素体、奥氏体和铁素体，提高钢的强度；形成金属碳化物如Fe3C、 Vc 等，提高钢的硬度和耐磨性；游离态石墨(过共析钢中)，这种状态于钢材的性能有害，应当避免。钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。Mn:锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。钢中一般都
8、含有一定量的锰，它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。S:硫在通常情况下是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。P:磷是固溶强化铁素体元素，能显著提高钢的抗拉强度，也能提高钢的耐蚀性。在一般情况下，磷是钢中有害元素，使钢的晶粒粗化，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。 华中科技大学热处理工艺课程设计5Si:是钢中常见的还原剂和脱氧剂，能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度。硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷。2.1.2 45 钢加热和冷却临界点查表可知，4
9、5 钢的 Ac1 温度 725，Ac 3 温度 775，Ar 1 温度 690，Ar3 温度751，Ms 温度 330，Mz 温度 50。45 钢的锻造温度为：始锻温度 1200，终锻温度 800。2.2 传动轴零件加工工艺传动轴是镗床的重要零件之一，传动轴上安了一个蜗杆套，在涡轮带动下蜗杆转动，在传动轴下端有轴承使轴向转动自如。涡轮和蜗杆转动产生自锁，传动轴与蜗杆套配合处及在传动轴与主轴箱上孔接触处均产生摩擦，特别在传动轴与蜗杆套配合处及有相对运动，传动轴主要是在摩擦、磨损和一定的冲击条件下进行传动工作的。此外在进行运转时还要受到扭转和碰撞等力的作用。图 2-2 传动轴零件工作简图传动轴在传
10、动过程中，要求其具有高的强度、良好的硬度和耐疲劳性，在传动两个传动时还要有足够的精度、光洁度和尺寸稳定性，这样才能保证传动轴在传动过程中的传动稳定性和最好状态。华中科技大学热处理工艺课程设计63.加工工艺 序号 工序名称 工序内容 工序目的1 下料，锻造 选取 75mm 的 45 钢圆钢作为毛坯，下料后通过锻造粗略成型得 76mmX270mm 的原料。始锻温度1200，终锻温度800。锻造可以粗略成型，以减少切削用量。在锻造过程中，使原始网状结构得到破坏，打碎大型块状碳化物，通过细化组织来降低碳化物的大小、提高物理性能，锻造的同时还可以促进元素的扩散以使化学成分更加均匀。2 调制处理 采用（8
11、60 5）淬火+600 高温回火使钢材得到调整，使其强度、塑性和韧性都比较好，表面硬度为 220250HBW，具有良好的综合机械性能，以便后续的切削加工。3 粗车 车端面，钻中心孔，车台阶面，留一定的余量得到大致形状的工件，留一定余量以便接下来的精加工4 稳定，检查 稳定形状尺寸，并在布氏硬度计上检查硬度为 220250HBW检验尺寸稳定性和表面硬度，以满足技术要求5 钳 在车床上修研两端中心孔两端中心孔作为定位基准，修研为消除中心孔的热处理变形和氧化皮6 半精车 半精车各外圆到图样规定的尺寸，加工出各退刀槽，倒角7 钻螺纹孔 钻头钻出两个螺纹孔，留少量余量8 铣键槽 划键槽加工线，并用铣刀铣
12、键槽保证有较精确的定位基准，并且避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的表面9 修研两端中心孔用钳修研两端中心孔 提高定位精基准面的精度，减小锥面的表面粗糙度值。华中科技大学热处理工艺课程设计74.热处理工艺设计的内容由制定的工艺路线可知，在加工过程中将用到四种热处理工艺，分别是：调质处理、高频感应淬火、低温回火，接下来将详细介绍其工艺内容和参数确定。4.1 调质处理将淬火加高温回火双重处理的热处理工艺称为调质处理。调质处理的目的是使钢既具有高的强度极限和屈服极限，又有足够的范性和韧性，故具有高的综合机械性能。常用于中碳结构钢和中碳合金结构钢，以便于接下来的切削加工。 10 磨削 在外圆磨床进行磨削
13、加工使外圆及轴肩面达到尺寸要求11 高频感应淬火45 钢表面淬火加热温度为 830870 ，冷却介质为水提高零件的表面硬度、耐磨性和疲劳强度，同时又能保证芯部有一定的韧性。12 回火 回火温度为 180200得到回火马氏体，不但显著降低表面淬火残余应力，而且保留较高的硬度13 检查 表面检查，硬度检查，显微组织检查和变形检查观察表面是否有裂纹和缺陷，检查硬度是否符合要求，显微组织是否正确，有没有发生变形等，以使工件满足尺寸和性能要求。华中科技大学热处理工艺课程设计84.1.1 加热温度 GB/T699-1999 标准规定 45 钢的推荐热处理制度为 850正火、840淬火、600回火，屈服强度
14、355MPa。 本次采用 860 5淬火，未回火之前，硬度在 55-62HRC，采用 600高温回火，使表面硬度降低到 220-250HBW，约为 21-25HRC。 加热方法对于形状复杂，要求精度高变形量小的工件，为减少淬火变形及开裂倾向，必须严格控制加热速度，一般选择以 3070/h 升温到 600700，等温一段时间后再以 50100 /h 速度升温。加热装置：45 钢，高温淬火，选择 RJX110-12 高温箱式电阻炉，炉膛尺寸1800X900X600(mm)。装炉原则：1.允许不同材质、但具有相同加热温度的工件装入同一炉加热；2.入炉工件均应干燥、无油污及其它脏物；3.截面大小不同的
15、工件装入同一炉时，大件应放在炉镗里面，大、小件分别计算保温时间；4.装炉时必须将工件放在装炉架或炉底板上，用钩子、钳子堆放，不得将工件直接抛入炉内，以免碰伤工件或损坏设备；5.细长件应尽量垂直吊挂加热，以减少变形；6.在炉中加热时，一般单层排列，工件间隙 10-30mm，小件允许适当堆放，保温时间酌情增加。安装简图如下：图 4-1 45 钢 CCT 曲线华中科技大学热处理工艺课程设计9图 4-2 装炉安装简图4.1.2 保温时间炉中的工件应在规定的加热温度范围内保持适当的时间，保证必要的组织转变的护散。加热时间是指工件装炉合闸通电加热起至出炉的整个过程的时间（含所需升温时间、透热时间、及组织转
16、变所需时间） 。加热时间与工件的有效厚度、钢种、装炉方式、装炉量、装炉温度、炉的性能及密封程度等到因素有关。工件的加热时间可按下列公式计算：T=KD 式中 T 加热时间，min;K 工件装炉方式修正系数 ; 保温时间系数（ min/mm）;D 工件有效厚度（ mm).装炉方式： 单层工件有间隔排放，K=1.0；单层工件无间隔排放，K=2.0；图 4-3 保温时间表华中科技大学热处理工艺课程设计10料盘堆放装料加热，K=1.11.2；小件散状堆放加热，K=1.3 1.4。由上可知，进行淬火时的 K=1.0，=1, 。5min/mm，D=68mm，则 860淬火时的加热时间为： T=100min。
17、回火时间的确定：从工件入炉后炉温升到温度时开始计算。回火时间一般为：13h,回火时间长短与工件有效厚度相关。合金钢应按列表时间增加 1/3 保温时间。低温回火保温时间应 2h。4.1.3 冷却方法及介质因为 45 钢淬透性低，故应采用冷却速度大的 10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到 180左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好） 。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。 4.1.4 检验方法硬 度 检 查 ： 在 3000bld 布 氏 硬 度 机 上 检 查 硬 度 是 否 在 220-250HBW。尺 寸 测 量 ： 用 千 分 尺 测 量 。热处理工艺路线图：图 4-4 空气炉回火保温时间表
