1、1辽 宁 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院（系）： 光伏学院专业班级： 材料 111学号： 111802016学生姓名： 杨天宇指导教师 赵荣达起止时间： 2012-7-22012-7-122课程设计（论文）任务及评语院（系）：光伏学院 教研室：材料科学教研室学 号 111802016 学生姓名 杨天宇 专业班级 材料 111课程设计（论 文）题 目40Cr 机床齿轮规淬火回火时效热处理工艺设计课程设计（论文）要求与任务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述相关零件的热处理工艺，进行零件的服役条件与失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度
2、等要求。完成工艺设计。阐述 40Cr 机床齿轮规热处理工艺理论基础，选择设备、仪表和工夹具，阐述40Cr 机床齿轮规热处理质量检验项目、内容及要求；阐明 40Cr 机床齿轮规热处理常见缺陷的预防及补救方法；给出所用参考文献。二、课设任务1. 40Cr 机床齿轮的选择（要求在满足工件使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺性，合理选择材料） ；2. 40Cr 机床齿轮相应的 C 曲线；3.给出 40Cr 机床齿规热加工工艺流程图；4.制定 40Cr 机床齿轮热处理工艺。三、设计说明书要求设计说明书包括三大部分：1）概述；2）工艺设计；3）参考文献。设计说明书结构见工艺设计模板 。工作计划集中学习 0.
3、5 天，资料查阅与学习，讨论 1.5 天，设计 7 天：1）概述 0.5 天，2）服役条件与性能要求 0.5 天，3）失效形式、材料的选择 0.5 天，4）结构形状与热处理工艺性 0.5 天，5）冷热加工工序安排 0.5 天，6）工艺流程图 0.5 天，7）热处理工艺设计 2 天，8）工艺的理论基础、原则 0.5 天，9）设计工夹具0.5 天，10）可能出现的问题分析及防止措施 0.5 天，11）热处理质量分析 0.5天，设计验收 1 天。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日3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
4、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
5、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
6、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。4目 录一、齿轮轴热处理概述51、齿轮轴的服役条件失效形式及性要求求2二、40Cr 的基本性质21、40cr 的化学成分及力学性能22、40Cr 的特性及用途33、合金元素的作用541、40cr 刚中铬元素的作用542、40cr 刚中硅元素的作用6543、40cr 刚中锰元素的作用75、40Cr 材料的焊接性.8三、齿轮生产工艺线路及分析.81、齿轮轴材料的选择.82、40cr 热处理工艺特征介绍.103、40cr 齿轮轴断裂原因案例分析114、热处理工艺165、热处理工艺的确定17
7、6、40Cr 钢调质热处理.197、热处理常见的缺陷及防护措施.216（1）氧化和脱碳.21（2）过热和过烧.22（3）软点.22（4）淬火裂纹.23（5）回火缺陷.24（6）变形和开裂.24.8、热处理工艺及曲线图.25（1）退火工艺的制定25（2）正火工艺的制定.25（3）回火工艺的制定.2679、40Cr 热处理金相组织分析28（1）正火热处理的金相分析.28（2）调质热处理的金相分析29四、质量检验项目291、检验项目.29（1）工件变形检查29（2）淬硬层深度检查29（3）硬度检查29（4）金相组织检查30五、参考文献318一 齿轮轴热处理概述9轧机是现代工业生产的重要机械，而轧机的
8、齿轮轴是轧机中重要的传动部分,主要承受交变载荷，冲击载荷，剪切应力和接触应力大。轴部易产生裂纹，齿部易磨损。因此对齿轮轴的心部要求有一定的强度和韧性，有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力。表面还应具有一定的硬度和耐磨性。为了满足这些性能要求，材料要有很好的力学性能，常采用 40Cr 钢经正火，调质，感应加热淬火加低温回火已达到所要求的性能。40Cr 为中碳合金钢，预备热处理是正火，主要目的是为了获得一定的硬度，便于钢坯的切削加工，为调质做好组织准备。调质的目的是为了提高轧机齿轮轴的综合力学性能。中频感应加热表面淬火是使零件表面得到高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性。通过对
9、40Cr 钢热处理工艺的分析，明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，达到所需要的性能，保证质量。根据齿轮轴的工作条件，失效形式及性能要求，大部分材料选择为合金中碳钢，在设计正火-调质- 中频感应加热淬火加低温回火热处理工艺中，本设计借鉴了热处理工程师手册 、 热处理实用数据速查手册 ， 钢的热处理 ，机床零件用钢 ， 金属工艺学等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的 40Cr 中碳合金结构钢表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的疲劳强度，在高温下的强度，还要使心部具有高的的强度和韧性，从
10、而满足齿轮轴的质量要求。齿轮用于机械装置中功率的传递与速度的调节, 在汽车、拖拉机、机床、起重机械等产品中不仅有着重要的作用, 而且用量相当大。齿轮工作时, 通过齿面的接触传递动力, 齿部承受很大的交变弯曲应力和接触应力的作用, 在相互啮合的齿面上会有强烈的摩擦。啮合不均匀时, 还会产生冲击力。齿轮的损坏形式主要是齿部折断和齿面的过度磨损。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。1 齿轮轴的服役条件、失效形式及性能要求11 服役条件、失效形式齿轮轴在转动时主要承受剪切应力，交变弯曲应力，传递动载荷等工作，受到多次冲击应力。在工作过程中，
11、由于不同的应力作用，导致不同的失效形式，主要有疲劳磨损，裂纹，表面点蚀，弯曲疲劳折断，冲击折断等。12 性能要求1.具有高的疲劳极限；2.具有高的抗弯强度；3.具有较高的韧性；4.具有高的耐磨性；105.具有抗多次冲击能力；6.具有高温下的高强度；7.具有一定的精度。二、 40Cr 的基本性质1、1 40Cr 的化学成分及临界温度40Cr 的化学成分及临界温度见表 1。表 1. 40Cr 的化学成分及临界温度化学成分 临界温度C Mn Si Cr Ac1c3r1Ar30.370.45 0.50.8 0.20.4 0.81.1 743 800 693 7301.2 力学性能40Cr 圆棒试样毛坯尺寸（mm）：25 热处理： 第一次淬火加热温度（）：850；冷却剂：油 第二次淬火加热温度（）：- 回火加热温度（）： 520；冷却剂：水、油 抗拉强度（b/MPa）： 980 屈服点（s/MPa ）：785 断后伸长率（5/%）： 9 断面收缩率（/% ）： 45
