X62W萬能升降臺銑床摩擦片

1 前言零件設計是一個工程技術人員應該具備的最基本的專業(yè)技能。零件分析是認識零件的過程，是確定零件表達方案的前提，一個好的視圖表達方案離不開對零件的全面、透徹、正確分析。零件分析也是確定零件的尺寸標注以及確定零件的技術要求的前提，因此，零件分析是繪制零件圖的依據(jù)。零件的工藝結構分析就是要求設計者從零件的材料、鑄造工藝、機械加工工藝乃至于裝配工藝等各個方面對零件進行分析，以便在零件的視圖選擇過程中，考慮這些工藝結構的標準化等特殊要求和規(guī)定，使零件視圖表達更趨完整、合理。課程設計可以培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題的能力，是鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。熱處理生產(chǎn)工藝過程設計是金屬材料工程專業(yè)課程教學的一個重要環(huán)節(jié)。通過這一環(huán)節(jié)，可以使我們初步掌握典型零部件生產(chǎn)工藝過程；掌握典型零件的選材、熱處理原則和工藝制定原理；理論聯(lián)系實際，綜合運用基礎課及專業(yè)課程多方面的知識去認識和分析零部件熱處理生產(chǎn)過程的實際問題，培養(yǎng)解決問題的能力。熱處理工藝是整個機器零件和工模具制造的一部分，熱處理是通過改變鋼的內(nèi)部組織結構，以改善鋼的性能，通過適當?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機械性能，延長機器零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強化金屬材料、充分挖掘材料性能潛力、降低結構重量、節(jié)省和能源，而且能夠提高機械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長機器零件的使用壽命。任何一種熱處理工藝都不是絕對的完美，所以經(jīng)熱處理后的材料會有不同程度的缺陷，對零件的缺陷進行分析也也是零件設計必不可少的步驟。合理選擇檢驗設備以及正確的檢驗方法是做好檢驗的必要條件。通過課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才是真正的知識，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。2 零件圖分析2.1 零件的結構形狀分析 圖1為本次課程設計的零件圖。圖1 課程設計零件圖2.2 零件的尺寸及技術要求分析 尺寸要求：1=37mm 2=44mm 3=82mm b=1.5mm。 技術要求：滲碳層深度：0.4mm-0.6mm 硬度：40-50HRC。 平面度：0.10mm。2.3 零件的服役條件、失效形式和性能要求X62W萬能升降臺銑床摩擦片的工作情況為當電磁離合器線圈通電后產(chǎn)生磁場，將摩擦片吸向鐵芯，銜鐵也被吸住，緊緊壓住各摩擦片，于是依靠主動摩擦片與從動摩擦片之間的摩擦力使從動齒輪隨主動軸轉動，總之，摩擦片主要用于傳動和制動。銑床摩擦片工作的環(huán)境介質(zhì)為干的空氣中，不能有油或水等液體介質(zhì)，因為在液體介質(zhì)中工作有可能使銑床進給箱的電磁離合器與摩擦片之間冒煙，而且有可能使電磁力不夠而致使出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。服役條件：汽車，機床等的傳動和制動，高的耐磨性，高的韌性，工作溫度大致在200至450左右。性能要求：較高的耐磨性，良好彈性和一定的強韌性，抗疲勞和抗咬合性能等，要求硬度在40HRC至50HRC。失效形式：斷裂，磨損，表面粘著，熱衰退，熱龜裂，表面彎曲等失效形式。3 材料選擇3.1 選材分析 根據(jù)零件圖所給的性能要求，硬度為40至50HRC，如若選擇一種碳素工具鋼T8鋼的話，它的含碳量高達0.70%至1.35%，大多屬于共析和過共析鋼，它們在淬火后有較高的硬度，至少大于60HRC，所以不符合零件的技術要求。同樣的道理，如果選用一種優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼45鋼的話，其屬于一種中碳鋼，因鋼中珠光體含量多，使其強度硬度高于技術要求的硬度。所以我選用一種碳素結構鋼它又是一種低碳鋼即A3鋼，這種鋼中鐵素體含量較多，所以這種鋼的性能為強度高，塑性韌性好，焊接性好，這種鋼能滿足一般工程結構及一些機件的使用要求，價格低廉，產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的70%至80%。A3鋼的用途也符合我所選用的零件的硬度、技術經(jīng)濟性等要求，這種鋼廣泛用于制造薄板，鋼筋，鋼結構用各種型鋼，建筑結構機械零件，滲碳或碳氮共滲零件。所以A3鋼既符合經(jīng)濟性、適用性又符合工藝性能和技術要求。綜上所述，X62W萬能升降臺銑床摩擦片的材料選用的是A3鋼是較為合理的。3.2 零件用鋼化學成分及各元素的作用3.2.1 化學成分分析Q235這種鋼的化學成分包括：C元素，Mn元素，Si元素，S元素，P元素。各元素含量如下表所示1：表1 Q235化學成分及含量化學成分CMnSiSP含量0.14%-0.22%0.30%-0.65%0.30%0.050%0.045%3.2.2 各元素的作用硅（Si）：是鋼中常見的還原劑和脫氧劑，能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，用于低碳鋼中具有極高的導磁率。硫（S）：在通常情況下是有害元素，使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫元素對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。如果S形成硫化物以后有可能增加鋼的熱脆性。若S含量在0.2%以上，就會嚴重影響鋼的強度和韌性。磷（P）：使液相線與固相線溫度范圍加大，易形成嚴重偏析。磷是固溶強化鐵素體元素，能顯著提高鋼的抗拉強度，也能提高鋼的耐蝕性，但卻增加鋼的脆性，尤其是顯著降低鋼的低溫韌性，稱為冷脆，磷也增加鋼對回火脆性的敏感性。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。 錳（Mn）：是良好的脫氧劑和脫硫劑。鋼中一般都含有一定量的Mn，它能消除和減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。Mn也能增加鋼的淬透性。4 確定加工路線（冷、熱加工） 加工工藝主要包括機加工和熱處理工藝。機加工是指通過加工機械精確去除材料的加工工藝。熱處理是指采用適當?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜM行加熱、保溫和冷卻以獲得預期的組織結構與性能工藝。所以，其加工工藝為：下料鍛造正火機械加工亞溫C-N共滲淬火回火精磨平面成品。5 熱處理工藝方法選擇5.1 正火工藝的選擇 正火是將鋼加熱到Ac3以上30-50（亞共析鋼），保溫以后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝2。正火作為預先熱處理，可為機械加工提供好適宜的硬度，又能細化晶粒，消除應力，消除魏氏組織和帶狀組織，為最終熱處理提供合適的組織狀態(tài)。正火還可以作為最終熱處理，為某些受力小、性能要求不高的碳素結構鋼零件提供合適的力學性能。正火還能消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作好組織準備。對于大型零件及形狀復雜或截面變化劇烈的工件，用正火代替淬火和回火可以防止變形和開裂。正火的保溫時間應以工件透燒，即心部達到要求的加熱溫度為準。正火是將鋼加熱到奧氏體區(qū)，使鋼進行重結晶，從而解決鑄鋼件，鍛件的粗大晶粒和組織不均勻問題。因為正火的應用范圍是低中碳鋼和低合金結構鋼鑄，鍛件消除應力和淬火前的預備熱處理，某些低溫化學熱處理件的預備熱處理及某些結構鋼的最終熱處理。因為A3鋼屬于低碳鋼，所以選用正火作為預備熱處理為宜。5.2 C-N共滲熱處理工藝的選擇按傳統(tǒng)典型熱處理工藝（工藝流程：機加工一滲碳一淬火一裝胎回火一機加-二次回火）處理后變形較大。金相檢查發(fā)現(xiàn):滲碳層晶粒粗大，淬火馬氏體針狀組織粗大，滲碳濃度高，滲碳層不夠均勻。在裝胎回火時有壓裂，磨削加工時出現(xiàn)磨削裂紋，導致脆性增加和剛性不足。為了提高摩擦片使用壽命，經(jīng)試驗采用亞溫C 一N 共滲淬火強化工藝。C-N共滲是“C”與“N”原子同時滲入鋼表面，兼有滲碳和滲氮的長處共滲溫度較低，氮降低臨界溫度，提高碳原子的擴散速度和滲層淬透性，而降低滲層臨界淬火速度，提高過冷奧氏體穩(wěn)定性，減小淬火變形和裂紋。與滲碳比有較高耐磨性、抗蝕性、抗疲勞、抗咬合和有較高的抗壓強度等，但僅適宜淺層共滲?？刂颇Σ疗冃问菬崽幚黻P鍵工序之一。C-N共滲前將摩擦片串裝在花鍵心軸上,片與片間隔2mm,便于共滲氣體流動。共滲保溫后直接淬150-180硝鹽,內(nèi)孔和花鍵變形微小,均在公差范圍內(nèi),僅平面翹曲約有30 40 % 超差,但經(jīng)280+10 裝胎回火后合格率100%。硬度HRC40-50。 工藝特點:C-N共滲層均勻，硝鹽淬火變形小，C-N化合物脆性小、硬度高、耐磨性好，有良好的彈性等，比常規(guī)滲碳高溫淬火使用壽命提高一倍多；且簡化了工藝，質(zhì)量易控制，操作方便，節(jié)約能源，有明顯經(jīng)濟效益。碳-氮共滲包括氣體碳-氮共滲和液體碳氮共滲。氣體碳-氮共滲工藝是將含碳，氮元素的介質(zhì)通入密封的井士爐中，在一定的溫度下發(fā)生化學反應，生成活性C、N原子，向工件表面滲透，使零件表面一定深度下獲得高碳，氮化學成分，經(jīng)淬火后，表層獲得高硬度，反應介質(zhì)選用價格便宜又易得到的燈用煤油和液氮。液體碳-氮共滲即鹽浴碳氮共滲，因最早的鹽浴采用的是氰鹽作為共碳、氮劑，故也俗稱氰化。鹽浴碳氮共滲設備簡單，但是最大的缺點是鹽浴中含有劇毒的氰鹽，造成環(huán)境污染甚至危及人身安全。液體碳-氮共滲主要用于中，輕載荷下的工件，滲層要求較薄，一般在0.8mm以內(nèi)，共滲溫度通常在820-870之間。在這里為了滿足摩擦片的性能要求，我選則的是氣體碳-氮共滲化學熱處理工藝。5.3 淬火工藝的選擇 常用的淬火方法有單液淬火法、中斷淬火法（雙淬火介質(zhì)淬火法）、分級淬火法、等溫淬火法。 單液淬火法，把已加熱到淬火溫度的工件淬入一種淬火介質(zhì)，使其完全冷卻。它是最簡單的淬火方法，常用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件。 中斷淬火法（雙淬火介質(zhì)淬火法），把加熱到淬火溫度的工件，先在冷卻能力較強的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms點，然后轉入慢冷的淬火介質(zhì)中冷卻至室溫，以達到在不同淬火冷卻溫度區(qū)間，有比較理想的淬火冷卻速度。 分級淬火法，把工件由奧氏體化溫度淬入高于該種鋼馬氏體開始轉變溫度的淬火介質(zhì)中，在其中冷卻直至工件各部分溫度達到淬火介質(zhì)的溫度，然后緩慢冷至室溫，發(fā)生馬氏體轉變。 等溫淬火法，工件淬火加熱后，若長期保持在下貝氏體轉變區(qū)的溫度，使之完成奧氏體的等溫轉變，獲得下貝氏體組織，這種淬火方法稱為等溫淬火。 經(jīng)碳氮共滲后可直接從碳氮共滲保溫的溫度淬火，這里選用單液淬火法。碳氮共滲后直接淬火，不僅畸變較小，而且可以保護共深層表面的良好組織狀態(tài)。淬火選擇在有機淬火劑中，可是變形微小，80%以上合乎技術要求，約20%摩擦片變形超差，經(jīng)裝胎回火后全部合格。5.4 回火工藝的選擇 回火是將淬火鋼重新加熱到Ac1以下某一溫度，保溫后冷卻的熱處理工藝。目的是消除淬火內(nèi)應力，以降低鋼的脆性，防止產(chǎn)生裂紋，同時使鋼獲得所需的力學性能?；鼗鸱譃榈蜏鼗鼗穑袦鼗鼗疬€有高溫回火。 低溫回火：在1502500C之間進行的回火稱為低溫回火，回火后的組織為回火馬氏體。低溫回火的目的是在保持高硬度、高強度的前提下，降低鋼的淬火內(nèi)應力，減小其脆性，主要用于處理各種工具、量具、冷作模具、滾動軸承以及滲碳件等。 中溫回火：在3505000C之間進行的回火稱為中溫回火，回火后的組織為回火屈氏體。中溫回火后的鋼具有最高的彈性極限和足夠的韌性，主要用于處理各種彈簧，也可以用于處理要求高強度工件，如刀桿、軸套等。 高溫回火：在5006500C之間進行的回火稱為高溫回火，回火后的組織為回火索氏體。淬火加高溫回火的熱處理工藝稱為調(diào)制處理。調(diào)制處理后的工件既具有高的強度又具有良好的塑性韌性，即具有高的綜合力學性能，故調(diào)制處理被廣泛用于要求高強度并受沖擊或交變負荷的重要工作，如連桿、軸等。與正火處理相比，在硬度相同的情況下，調(diào)制處理后鋼的屈服強度、塑性和韌性明顯提高了。 為得到硬度、強度、塑韌性及耐磨性都比較好的零件，在這里我們采用低溫回火最為合適。6 制訂熱處理工藝制度6.1 正火工藝的制定6.1.1 正火加熱溫度的確定 低碳鋼正火加熱溫度為Ac3以上30-50,所以對于Q235鋼來說，選用的正火溫度為900-920,冷卻方式為空冷4。6.1.2 加熱時間的確定加熱時間的組成可用公式t加熱=t升溫+t均熱+t保溫表示。摩擦片一般經(jīng)驗加熱時間為1.52h。最終確定正火工藝制度：9009201.52h，空冷。圖2為正火工藝曲線。圖2 正火工藝曲線圖6.2 C-N共滲工藝的制定共滲層淬火組織為(由表至里): C-N化合物+ 含C-N馬氏體+少量殘余奧氏體+基體組織。與滲碳摩擦片比：碳氮共滲的硬度、耐磨性、彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度都高于滲碳，且因有氮存在，有一定的抗蝕性，又因共滲溫度低，摩擦變形小，可直接淬火，節(jié)電20%以上，既大幅度提高摩擦片使用壽命(約1-1.5倍)，又有明顯的技術經(jīng)濟效益，值得推廣應用。碳氮共滲比滲碳溫度低，大約低100.可以使基體晶粒長大趨勢和滲后淬火畸變減小，氮原子的深入還使等溫轉變圖右移使馬氏體點（Ms）下降。因此，氮的滲入還可以提高滲層的淬透性。但同時使?jié)B層中殘留奧氏體量增加。另外，氮的滲入還會使共深層的耐火性增加氮碳共滲的特點為：（1）溫度對共滲表層碳氮含量的影響，隨著共滲溫度的升高，共滲層中的氮含量降低，碳含量先是增加，到一定溫度反而降低。（2）共滲時間對共深層中碳氮含量的影響，共滲初期（1h），滲層表面的C,N濃度隨時間的延長同時提高，繼續(xù)延長共滲時間，表面的碳濃度繼續(xù)提高，但是氧的濃度反而降低。（3）碳氮相互影響，共滲初期，氮原子滲入工件表面使其Ac3點下降，有利于碳原子的擴散。隨著氮原子的不斷滲入，滲層中會形成碳氮化合物相，反而阻礙碳原子擴散，碳原子會減緩氮原子的擴散。6.2.1 碳氮共滲溫度的確定 對于碳鋼來說碳氮共滲溫度一般選在840至860，因為在此溫度范圍內(nèi)晶粒不長大，變形小，滲速適當并可在滲后直接淬火。但對于受力不大要求變形小的薄壁耐磨件可在780至800共滲。因為銑床摩擦片的厚度為1.5mm，且是一種耐磨件，所以溫度定在82010比較合適。6.2.2 碳氮共滲時間的確定根據(jù)滲層深度（x) 確定共滲時間（t) ,滲層深度與共滲時間關系式為：x=K，式中：t為共滲保溫時間（h)；K為常數(shù)；x為滲層深度（mm）5。圖3為碳氮共滲溫度、時間對碳氮共滲層深度的影響。圖3 碳氮共滲溫度、時間對碳氮共滲層深度的影響由橫坐標滲碳層深度0.4-0.6mm，可找出圖中所對應的縱坐標即碳氮共滲的時間，可大致確定碳氮共滲時間為3.8h左右。 6.2.3 碳氮共滲氣氛及滲劑的確定選擇以氨氣為共滲劑的碳氮共滲劑，由氨氣+滲碳劑組成。其中滲碳劑可以是吸熱式，氨基氣氛和滴入式滲碳劑。滲碳劑除向表面滴入碳原子外，還會與氨發(fā)生反應，形成氰氫酸。氰氫酸分解，形成碳氮原子。進一步促進滲碳和滲氮。共滲劑中氨加入量對爐內(nèi)的碳勢和氮勢都有影響，對被滲工件所形成的共滲層的成分，性能也有一定的影響6。常用氣體共滲介質(zhì)的類別為：1） 液體有機化合物+氨氣，介質(zhì)各組分為：煤油+氨氣（占總體積的25-30）。甲醇+丙酮+氨氣（占總體積的25-30）2） 含氮有機化合物，介質(zhì)各組分，分為：丙酮+甲醇+尿素。三乙醇胺+甲醇 。三乙醇胺(C2H4OH3)N。甲醇+甲酰胺。苯胺。3） 氣體滲碳劑+氨氣，介質(zhì)各組分：吸熱式氣氛+富化氣+氨氣。 最后我選擇的是以煤油和氨氣為滲劑。 圖4為碳氮共滲工藝曲線。圖4 碳氮共滲工藝曲線圖6.4 淬火工藝的確定共滲層淬火組織為（由表至里）：C-N化合物+含C-N馬氏體+少量殘余奧氏體+基體組織。經(jīng)碳氮共滲后可直接從碳氮共滲保溫的溫度淬火，這里選用單介質(zhì)淬火，空冷即可，加熱溫度為Ac3以上3050?？芍苯哟闳?50-180的硝鹽中，這樣內(nèi)孔和花鍵變形微小，均在公差范圍之內(nèi)，僅平面翹曲約有30%-40%超差，但經(jīng)過280左右裝胎回火后，合格率100%。淬火后硬度為40HRC至50HRC之間。圖5為淬火工藝曲線圖。圖5 淬火工藝曲線圖6.5 回火工藝的制定 回火是將淬火鋼重新加熱到Ac1以下某溫度，保溫后冷卻的熱處理工藝，主要目的是消除淬火內(nèi)應力，以降低鋼的脆性，防止產(chǎn)生裂紋，同時使鋼獲得所需要的力學性能。因為銑床摩擦片要求有較高的耐磨性能，硬度在40至50HRC，所以我們一般選擇低溫回火。6.5.1 回火溫度的確定 碳氮共滲淬火后一般選用介于低溫和中溫回火的溫度，回火溫度大致為定為280較為合理。6.5.2 回火時間的確定回火時間從工件入爐后爐溫升至回火溫度時開始計算6?？蓞⒖冀?jīng)驗公式如下：tn=Kn+AnD。式中：tn 回火時間（min）；Kn回火時間基數(shù)；An回火時間系數(shù)；D工件有效厚度（mm）；假設選擇的回火爐為箱式電阻爐，則由回火溫度280可查表得：Kn=120min，An=1min/mm,又有工件有效厚度D=1.5mm，帶入上述公式得：tn=2h左右。表2為Kn及An推薦值。表2 Kn及An推薦值 回火條件300以上300-450450以上箱式電爐鹽浴爐箱式電爐鹽浴爐箱式電爐鹽浴爐Kn/min1201202015103An(min/mm)10.410.410.46.5.3 回火后的冷卻鋼制工件一般回火后多采用空冷至室溫，不允許重新產(chǎn)生內(nèi)應力的工件應該緩冷。 圖6為回火工藝曲線圖。圖6 回火工藝曲線圖7 熱處理設備選擇 熱處理設備是指用于實施熱處理工藝的裝備。其主要設備為：熱處理爐、加熱裝置、表面改性裝置、表面氧化裝置、表面機械強化裝置、淬火冷卻設備、冷處理設備和工藝參數(shù)檢測、控制儀表。設備選擇的基本原則是質(zhì)量安全可靠，能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，高的生產(chǎn)效率，低的生產(chǎn)成本和良好的作業(yè)環(huán)境。 7.1 熱處理設備選型的依據(jù)1）零件熱處理工藝要求、技術條件。2）零件的形狀、尺寸、重量和材質(zhì)。3）零件生產(chǎn)量和勞動量。4）熱處理所需要的輔料和能源供應。5）車間勞動安全衛(wèi)生和環(huán)保要求。6）設備投資和運行成本。7.2 熱處理設備選型的原則1）少品種大批量生產(chǎn)的熱處理設備的選型對于少品種大批量熱處理件的生產(chǎn)，應根據(jù)工藝要求，優(yōu)先考慮組建各類全 自動生產(chǎn)線，選用安全可靠、生產(chǎn)率高、運行成本低的連續(xù)式熱處理設備。2）批量生產(chǎn)的熱處理設備的選型 對于批量熱處理件的生產(chǎn)，原則上應以連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線為主；但由于熱處理件的品種規(guī)格較多，工藝和生產(chǎn)量常需要調(diào)整，因此所選設備用便于工藝和生產(chǎn)調(diào)整。7 .3 正火爐的選擇前已制定摩擦片的正火溫度為900-950，可選用中溫箱式電阻爐，其結構圖、產(chǎn)品規(guī)格和相應技術參數(shù)如下5。圖7為45KW中溫箱式電阻爐，表3為中溫箱式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術參數(shù)。 圖7 45KW中溫箱式電阻表3 中溫箱式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術參數(shù)型號功率/kw電壓/v相數(shù)最高工作溫度/爐膛尺寸（長寬高）/mmmmmm爐壁850時的指標空載損耗/kw空爐升溫時間/h最大裝載量/kgRX3-15-915380395060030025052.580RX3-30-930380395095045035072.5200RX3-45-9453803950120060030092.5400RX3-60-96038039501500750450123700RX3-75-97538039501800900550163.51200 根據(jù)爐溫850時的指標，選擇型號為RX3309的中溫箱式電阻爐。7.4 C-N共滲爐的選擇 一般碳氮共滲選用的熱處理爐為井式氣體滲碳爐。這類爐子的結構實際上是在井式爐爐膛內(nèi)再加一密封爐罐，專為周期作業(yè)的滲碳、滲氮、碳氮共滲所用由下表各數(shù)據(jù)可以選擇出具體的型號。 最終選用RQ3-60-9井式氣體滲碳爐。表4為井式氣體滲碳爐產(chǎn)品規(guī)格及技術參數(shù)，圖8為RQ3-60-9井式氣體滲碳爐。表4 井式氣體滲碳爐產(chǎn)品規(guī)格及技術參數(shù)型號額定功率/kw額定電壓/v相數(shù)額定溫度/爐膛尺寸（長寬高）/mmmmmm爐壁950時的指標空載損耗/kw空爐升溫時間/h最大裝載量/kgRQ3-25-925380395030045072.550RQ3-36-9353803950300060092.570RQ3-60-9603803950450600122.5150RQ3-75-9753803950900450142.5220RQ3-90-9903803950600900163400RQ3-105-910538039506001200188500注：型號尾部加D，表示氣體成分能自動控制 圖8 RQ3-60-9井式氣體滲碳爐7.5 淬火爐的選擇 低溫鹽浴爐主要指RYN和RYW5這兩類，我選擇的是RYW5。RYW5類浴槽采用金屬浴槽，由位于浴槽外的金屬元件加熱，用硝鹽作溶劑時，使用溫度限制在550以下。因為當溫度大于550時，硝鹽會發(fā)生爆炸。表5為外熱式電熱低溫浴爐技術據(jù)。表6為NS88-930系列微機低滴控箱式多用爐組技術規(guī)格。圖9為帶攪拌器的外部電熱式硝鹽爐。圖10為配密封箱式爐的回火爐。表5 外熱式電熱低溫浴爐技術數(shù)據(jù)項目單位規(guī)格SY2-6-3SY2-12-3NS-85-61NS-85-62NS-85-63NS-85-64NS-85-65溶劑-油油硝鹽硝鹽硝鹽硝鹽硝鹽功率KW5121520384536電壓V380380380380380380380相數(shù)-3333333接線方法-YYYYYYY最高溫度-300300550550550550550升溫時間h121.21.21.21.21.2空載功率KW2.134.5561310爐膛尺寸mm長400600寬300500400400600600500高2504004006008001000750外形尺寸mm長58080013801380158015801480寬56076012201220142014201320高66081015101710171019101650質(zhì)量kg12501510205031002500表6 NS88-930系列微機低滴控箱式多用爐組技術規(guī)格項目單位NS88-930機組多用爐清洗爐回火爐移動小車額定功率kw額定電壓V380380380380最高工作溫度95040-80500相數(shù)3333頻率Hz50505050空爐升溫時間h4.5-3-空爐損失kw40-400-工作區(qū)尺寸長1000100010001000寬750750750750高500500500最大裝載量kg580580580580質(zhì)量kg13000560045002100圖9 帶攪拌器的外部電熱式硝鹽爐1-鹽液面 2-攪拌器 3-擋板 4-隔離板 5-電熱元件圖10 配密封箱式爐的回火爐1輥輪軌道支承墩 2輥輪軌道 3爐門提升氣缸 4爐膛 5回火工件 6爐門 7爐升降機構8、11熱電阻 9陶瓷纖維爐襯 10循環(huán)風扇 12電阻加熱器8 工裝設計（夾具、輔具等）8.1 熱處理夾具的選擇原則(1)符合熱處理技術條件：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)濟要求：在保證零件熱處理質(zhì)量復合熱處理技術要求時，確保設備具有高的生產(chǎn)能力。夾具應具有質(zhì)量輕，吸熱量少，熱強度高及使用壽命長的特點。(3)符合使用要求：保證裝卸零件方便和操作安全。(4)熱處理夾具和料盤用鋼應從溫度、裝載條件、加熱速度、冷卻速度、爐氣組分及工作爐爐型等因素綜合生產(chǎn)運行和經(jīng)濟方面來確定熱處理夾具用鋼。箱式電阻爐加熱夾具：零件進行正火處理時，加熱方式采用箱式電阻爐，由于工件較小可采用如圖所示的夾具。圖11為熱處理過程中所使用到的裝具、夾具示意圖。 圖11裝具、夾具示意圖8.2 清洗設備的選擇 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、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、殘渣和炭黑等附著物，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的清洗設備8。一般清洗機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，強力加壓噴射式清洗劑等；后者有傳送帶式清洗機及各類生產(chǎn)線、自動線配置的懸掛輸送鏈式、鏈板式、推桿式和往復式等各類專用清洗設備。室式清洗機它主要用于批量不大的中小零件。輸送帶式清洗機，適用于批量較大的小型零件。根據(jù)生產(chǎn)特點，小批量的中小型零件，可以選用室內(nèi)清洗機。圖12為室內(nèi)清洗機的結構圖。圖12 室內(nèi)清洗機結構圖9 檢驗設備及方法選擇9.1 硬度試驗硬度試驗是常用的熱處理質(zhì)量檢驗方法之一，具有試驗設備簡單，操作迅速方便，同時它的壓痕很小，對零件損壞小，是一種力學性能的綜合指標。常用的硬度試驗方法有布氏、洛氏、肖氏、維氏和顯微硬度等方法。一般選用洛氏硬度計即可達到要求。洛氏硬度實驗以檢測壓痕深度表示材料的硬度值，實驗所用的壓頭有兩種：一種是圓錐角a=120的金剛石圓錐體；另一種是一定直徑的小淬火鋼球或硬質(zhì)合金鋼?？紤]到常用洛氏硬度實驗標尺、試驗規(guī)范及應用（見表9.1），實驗選擇C標尺類金剛石圓錐型壓頭9。表7為常用洛氏硬度實驗標尺、試驗規(guī)范及應用。表7 常用洛氏硬度實驗標尺、試驗規(guī)范及應用標尺硬度符號壓頭類型初始實驗力F0/N主實驗力F/N總試驗力F/N測量硬度范圍應用舉例AHRA金剛石圓錐98.07490.320-8820-88硬質(zhì)合金、表面薄層硬化鋼BHRBf1.588mm球882.620-10020-100低碳鋼、銅合金CHRC金剛石圓錐1471.020-7020-70淬火鋼等 下圖為用金剛石圓錐體測定硬度過程示意圖。為保證壓頭與實樣表面接觸良好，實驗時先加初始試驗力F0，在試樣表面得一壓痕，深度為h0。此時，測量壓痕深度的指針在表盤上指零（圖13a）。然后加上主試驗力F1，壓頭壓入深度為h1。表盤上指針以逆時針方向轉動到相應刻度位置（圖13b）。試樣在F1作用下產(chǎn)生的總變形h1包括彈性變形和塑性變形。當將F1卸除后，總變形中的彈性變形恢復，壓頭回升一段距離（h1-h）(圖13c)。這時試樣表面殘留的塑性變形深度h即為壓痕深度，而順時針方向轉動停止時所指的數(shù)值即為洛氏硬度的值。計算式為，其中k為常數(shù)。圖13為剛石圓錐體測定硬度過程示意圖。圖13 金剛石圓錐體測定硬度過程示意圖在淬火回火后按工藝進行檢查，檢查數(shù)量根據(jù)工藝穩(wěn)定性和零件重要性而定，一般抽查10%20%，重要件100%，一般不允許軟點。正火后一般不做硬度檢查，如有特殊要求，按規(guī)定檢查。9.2 滲層厚度的檢驗設備及方法選擇 總氮碳共滲層深度為0.4mm0.6mm。 測定方法有硬度法和金相法，且兩種方法同等有效。對于薄層的情況，用硬度法測量時試驗力較小，規(guī)行為1.962.94N。在技術要求中若提出以硬度法作為仲裁結果，或硬化層對侵蝕劑不敏感時可采用顯微硬度法；當檢驗批量較大時則采用金相法為宜。由于滲層深度較淺，可采用斜截面試樣，使測量精度明顯提高。一般把試樣表面到擴散區(qū)與基體金屬交界處作為碳氮共滲滲層的總深度。10 熱處理缺陷分析10.1 正火的缺陷原因與預防（1） 缺陷名稱：過燒10。產(chǎn)生原因：加熱溫度過高，使晶界局部融化。預防措施：報廢。（2）缺陷名稱：過熱。 產(chǎn)生原因：加熱溫度高，使奧氏體晶粒長大，冷卻后形成魏氏組織或粗晶 組織。 預防措施：完全退火或正火。（3) 缺陷名稱：硬度過高。 產(chǎn)生原因：冷卻太快，生成的珠光體片層太薄，使硬度升高。 預防措施：重新加熱，按工藝規(guī)定冷卻，冷卻速度不應大于120/h。（4）缺陷名稱：出現(xiàn)粗大的塊狀鐵素體。 產(chǎn)生原因：冷卻速度太慢。 預防措施：冷卻速度應控制在30/h以上。（5） 缺陷名稱：粗大魏氏體組織。 產(chǎn)生原因：原始晶粒粗大。加熱溫度過高。先析相（亞共析鋼鐵素體，過共析鋼滲碳體）沿奧氏體一定晶面析出，形成魏氏組織。 預防措施：重新正火清除，對于低碳鋼嚴重的魏氏組織常用兩次正火消除，第二次比第一次溫度低。 10.2 碳-氮共滲缺陷原因及預防（1）缺陷名稱：粗大碳氮化合物。 產(chǎn)生原因：表面碳氮含量過高、共滲溫度較高或是共滲溫度較低，爐氣氮勢過高。 預防措施：嚴格控制碳勢和氮勢，特別是共滲初期，必須嚴格控制氨的加入量。（2） 缺陷名稱：黑色組織（黑點、黑帶、黑網(wǎng)）。 產(chǎn)生原因：合金的內(nèi)氧化。共滲初期，爐氣氮勢過高、滲層中氮的質(zhì)量分數(shù)過高。共滲時間較長時碳的質(zhì)量分數(shù)增高，氮化物發(fā)生分解，脫氮。預防措施：適當提高共滲溫度和淬火冷卻速度。提高爐氣碳勢。提高爐子的密封性，防