金屬熱處理課程設(shè)計(jì)提動(dòng)閥座課程設(shè)計(jì)

1、1 前 言金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過(guò)熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程。“千里之行始于足下”，通

2、過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。說(shuō)實(shí)話，課程設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累。然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)成果，漫漫回味這周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。雖然這是我剛學(xué)會(huì)走完的第一步，也是人生的一點(diǎn)小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一種“春眠不知曉”的感悟。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使我深深體會(huì)到，干任何事都必須耐心，細(xì)致。課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，有時(shí)不免令我感到有些心煩意亂。但一想起老師平時(shí)對(duì)我們耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，想到世界上因?yàn)槟承┘?xì)小失誤而出現(xiàn)的令世

3、人無(wú)比震驚的事故，我不禁時(shí)刻提示自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對(duì)待的良好習(xí)慣。這次課程設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練。短短四周是課程設(shè)計(jì)，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)能力是如此的不足，幾年來(lái)的學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會(huì)用。所以我會(huì)更加努力。最后，我要感謝我的老師們，是您嚴(yán)厲批評(píng)喚醒了我，是您的敬業(yè)精神感動(dòng)了我，是您的教誨啟發(fā)了我，是您的期望鼓勵(lì)了我，我感謝老師您今天又為我增添了一幅堅(jiān)硬的翅膀。今天我為你們而驕傲，明天你們?yōu)槲叶院馈? 零件圖分析2.1 零件的總體分析提動(dòng)閥和提動(dòng)閥座組成一對(duì)偶件，相互配合面很小，近似線接觸，

4、以保證控制的靈敏和準(zhǔn)確。在工作過(guò)程中，提動(dòng)閥在彈簧的作用下與提動(dòng)閥座在配合處發(fā)生沖擊磨損，往往因提動(dòng)閥錐面被局部磨損或沖擊產(chǎn)生缺陷而造成高壓油的泄露，使整個(gè)閥失去控制作用。提動(dòng)閥座在提動(dòng)閥的沖擊作用下，接觸面將逐漸增大，使油封性能降低。因此，提動(dòng)閥座應(yīng)具有較高強(qiáng)度，在承受提動(dòng)閥沖擊時(shí)，不致產(chǎn)生打的塑性畸變。液壓技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)液壓元件的性能上要求高壓、大流量、高轉(zhuǎn)速、高容積效率等方向發(fā)展，在結(jié)構(gòu)上要求微型化，在質(zhì)量上要求高的可靠性。液壓元件的零件特點(diǎn)是體積小而精度要求，在工作中承受復(fù)雜的服役條件。因此，在選材上與熱處理上應(yīng)保證高的強(qiáng)度，良好的韌性，高的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性高。2.2 零件的結(jié)構(gòu)

5、形狀分析零件結(jié)構(gòu)形狀如圖所示2.3 零件的尺寸及技術(shù)要求分析尺寸要求：大圓直徑：13mm 小圓直徑：12mm 長(zhǎng)度：16mm技術(shù)要求：調(diào)質(zhì)硬度為2832hrc 碳氮共滲的化合物層深度1020m2.4 零件的服役條件及失效形式分析2.4.1 服役條件 提動(dòng)閥和提動(dòng)閥座組成一對(duì)偶件，相互配合面很小，近似線接觸。提動(dòng)閥座在提動(dòng)閥的沖擊作用下，接觸面將逐漸增大，使封油性能降低。2.4.2 失效形式 提動(dòng)閥和提動(dòng)閥座在工作過(guò)程中，提動(dòng)閥在彈簧的作用下與提動(dòng)閥座在配合處發(fā)生沖擊磨損，往往因提動(dòng)閥座面被局部磨損或沖擊產(chǎn)生缺陷而造成高壓油泄露，使整個(gè)閥失去控制作用。3 材料選擇3.1 提動(dòng)閥座的性能要求根據(jù)提

6、動(dòng)閥座的工作狀況，可以初步得出其材料應(yīng)滿足的性能要求：一是具有良好的耐沖擊韌性、耐腐蝕性和強(qiáng)度，以保證提動(dòng)閥座滿足液壓元件在高壓和高沖擊在閥座下具有足夠高的耐沖擊韌性；二是具有良好的疲勞性能，是提動(dòng)閥座能夠在良好的服役條件下長(zhǎng)時(shí)間工作。因此，一般要求表面耐磨而心部要求良好的韌性，閥座多用15crmo。提動(dòng)閥座在承受提動(dòng)閥沖擊時(shí)，不致產(chǎn)生打的塑性畸變應(yīng)選用42crmo，并一般施以低溫的化學(xué)熱處理以提高其耐磨性。為提高提動(dòng)閥座的耐磨性和硬度，在最后精加工錢一般進(jìn)行碳氮共滲。由于液壓元件一般要求尺寸精度高，所以提動(dòng)閥座加工精度要求也較高，為此，熱處理過(guò)程中要嚴(yán)格控制畸變。其主要措施是鐵絲捆扎、垂直吊

7、掛加熱等。工件有優(yōu)良的機(jī)械、物理性能，它可以有各種不同的強(qiáng)度、硬度、韌性配合的綜合性能，還可兼具一種或多種特殊性能，如耐磨、耐高溫和低溫、耐腐蝕等。3.2 42crmo的性能特點(diǎn)42crmo鋼屬于超高強(qiáng)度鋼，具有高強(qiáng)度和韌性，淬透性也較好，無(wú)明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。該鋼適宜制造要求一定強(qiáng)度和韌性的大、中型塑料模具。 強(qiáng)度、淬透性高，韌性好，淬火時(shí)變形小，高溫時(shí)有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。用于制造要求較35crmo鋼強(qiáng)度更高和調(diào)質(zhì)截面更大的鍛件，如機(jī)車牽引用的大齒輪、增壓器傳動(dòng)齒輪、壓力容器齒輪、后軸、受載荷極大的連桿及彈簧夾，也可用于 200

8、0m以下石油深井鉆桿接頭與打撈工具，并且可以用于折彎?rùn)C(jī)的模具等。成分csimncrmonipcus42crmo0.380.45%0.170.37%0.500.80%0.901.20%0.150.25%0.030%0.035%0.030%0.035%（1）c 鋼中的主要元素，可產(chǎn)生古榕強(qiáng)化和硬化，增加淬透性（2）si提高鋼的淬透性和耐回火性，對(duì)鋼的綜合力學(xué)性能特別是彈性極限有力，還可增強(qiáng)鋼在自然條件下的耐蝕性。（3）mn擴(kuò)大相區(qū)，形成無(wú)限固溶體。對(duì)鐵素體和奧氏體均有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。與s形成熔點(diǎn)較高的mns，可防止因fes而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象。強(qiáng)烈提高淬透性，能提高耐磨性。（4）cr縮小相區(qū)，在-

9、fe中無(wú)限固溶，可增加鋼的淬透性并有二次硬化作用，提高耐磨性，使鋼具有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)服飾的作用并增加鋼的熱強(qiáng)性。（5）mo阻抑奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的能里很強(qiáng)，從而提高鋼的淬透性，能降低或抑制其他合金元素導(dǎo)致的回火脆性，在較高的回火溫度下形成彌散分布的特殊碳化物，二次硬化的作用提高熱強(qiáng)性和蠕變強(qiáng)度。（6）ni細(xì)化鐵素體晶粒，對(duì)塑性韌性有所提高，特別是低溫塑性。4 確定加工路線（冷、熱加工）加工工藝主要包括機(jī)加工和熱處理工藝。機(jī)加工是指通過(guò)加工機(jī)械精確去除材料的加工工藝。它直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱為機(jī)械加工工藝過(guò)程。熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)

10、內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過(guò)改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu),來(lái)控制其性能的一種金屬熱加工工藝。該零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)鑄造鑄出毛坯，通過(guò)機(jī)加工使其成型；之后進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除殘余內(nèi)應(yīng)力。改善其切削性能然后經(jīng)過(guò)機(jī)加工使其復(fù)合尺寸要求；接著調(diào)制使其達(dá)到硬度要求；再經(jīng)過(guò)化學(xué)熱處理（氮碳共滲）使表面獲得一層化合物滲層，提高零件表面耐磨性和抗疲勞性能；最后經(jīng)過(guò)研磨，以滿足尺寸精度，即可得到所需的零件?？刹捎玫墓に嚵鞒蹋禾釀?dòng)閥座的整體加工工藝流程：下料鍛造預(yù)備熱處理一次機(jī)加工（粗加工）調(diào)制二次機(jī)加工（精加工）氮碳共滲。5 熱處理工藝方法選擇5.1 退火工藝的選擇42crmo經(jīng)過(guò)鑄造及粗加工后組織不均勻內(nèi)應(yīng)

11、力較大，易變形開裂，所以在精加工前需施以消除內(nèi)應(yīng)力穩(wěn)定組織為目的的去應(yīng)力退火。其內(nèi)應(yīng)力主要產(chǎn)生在有塑性到彈性變形的過(guò)渡階段。因此在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，冷卻速度愈慢，內(nèi)應(yīng)力就愈小。消除內(nèi)應(yīng)力的退火應(yīng)該是將粗加工后鑄件緩慢加熱到高于塑性變形的溫度范圍內(nèi)，然后保溫，使鑄件各部分組織均勻，內(nèi)應(yīng)力減小。故一般在選用低溫去應(yīng)力退火。5.2 調(diào)制工藝調(diào)制處理是使機(jī)械零件達(dá)到設(shè)計(jì)性能要求的關(guān)鍵。淬透性的大小直接影響剛的最后力學(xué)性能。調(diào)制鋼熱處理的第一步工序是淬火，一般合金調(diào)制鋼都在油中淬火。處于淬火狀態(tài)的鋼，內(nèi)應(yīng)力大，脆性很大，不能直接使用，必須要進(jìn)行第二步工序回火，其目的是消除內(nèi)應(yīng)力，增加韌性，調(diào)整強(qiáng)度，獲得良

12、好的綜合力學(xué)性能。該提動(dòng)閥座應(yīng)加熱到(850±10)，保溫1.5h后，進(jìn)行油淬，再在（580±10），保溫1h進(jìn)行回火。6 制定熱處理工藝制度6.1 退火工藝的制定將冷變形后的金屬在低于再結(jié)晶溫度加熱，以消除內(nèi)應(yīng)力，但仍保留加工硬化效果的熱處理。在實(shí)際生產(chǎn)中，熱鍛軋、鑄造、各種冷變形加工、切削或切割、焊接、熱處理甚至機(jī)器零部件的裝配，在不改變組織狀態(tài)、保留冷作、熱作或表面硬化的條件下，將工件加熱至ac1一下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以消除內(nèi)應(yīng)力，減小變形以及開裂傾向的熱處理，統(tǒng)稱為去應(yīng)力退火。表 42crmo加熱和冷卻的臨界點(diǎn)ac1ac3ms42crmo7307

13、80360為了消除毛胚鍛造應(yīng)力，降低硬度以及改善切削加工性能，同時(shí)均勻組織，細(xì)化晶粒，為了后續(xù)加熱處理做準(zhǔn)備。（1）退火溫度，選用680700，退火溫度是將工件加熱到ac1以下3050，42crmo臨界溫度點(diǎn)為730，一般采用熱爐裝料，加熱過(guò)程中工件內(nèi)溫差較大，為了縮短工件在高溫時(shí)的停留時(shí)間，一般加熱溫度稍高。（2）退火保溫時(shí)間，保溫時(shí)間與鋼的化學(xué)成分、工件形狀、尺寸、爐子類型、裝爐量等多種因素有關(guān)，一般按每毫米厚度保溫1.5-2.5min估算。主軸的直徑為13mm，考慮加工余量5mm，因而其有效厚度為20mm，保溫時(shí)間為1.5h左右。6.2 調(diào)制工藝的制定（1）加熱溫度，亞共析鋼淬火加熱溫度

14、為ac3+30-50，綜合考慮淬火加熱溫度應(yīng)選用850。（2）淬火加熱時(shí)間，應(yīng)包括工件整個(gè)截面加熱到預(yù)定淬火溫度，并使之在該溫度下完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所需的時(shí)間。常用經(jīng)驗(yàn)公式為： =·k·d式中 加熱時(shí)間，min；加熱時(shí)間系數(shù)，min/mm；k裝爐量修正系數(shù)；d工件有效厚度，mm。對(duì)于管型工件的有效厚度，當(dāng)高度/壁厚1.5時(shí)，可按1.5壁厚計(jì)算，圖中最大壁厚為16mm，考慮到圓錐部位的壁厚稍大一些，因而取最大壁厚為20mm。工件的有效厚度d=50mm,加熱系數(shù)和裝爐修正系數(shù)k分別見表3和表4，對(duì)于42crmo，=1.0，k=1.0，則=1.0×

15、;1.0×50=50min,考慮到透熱之后，還需要5-15min的組織轉(zhuǎn)變時(shí)間，因而我選擇1.5h的保溫時(shí)間。表3 常用鋼的加熱系數(shù)（min/mm）2工件材料直徑/mm<600氣體介質(zhì)爐中預(yù)熱750-850鹽浴爐中加熱或預(yù)熱800-900氣體介質(zhì)爐中加熱1100-1300鹽浴爐中加熱碳素鋼50>500.3-0.40.4-0.51.0-0.21.2-1.5低合金鋼50>500.45-0.50.5-0.551.2-1.51.5-1.8高合金鋼高速鋼0.35-0.400.3-0.350.3-0.350.65-0.850.17-0.20.16-0.18表4 工件裝爐修正系數(shù)

16、5 工件裝爐方式修正系數(shù)k工件裝爐方式修正系數(shù)k1.01.01.01.42.04.01.42.21.32.01.71.8（3） 冷卻方法的選擇，考慮到所給主軸的形狀復(fù)雜，尺寸較大，淬火過(guò)程易發(fā)生形變或開裂，我選用中斷淬火法。把加熱到淬火溫度的工件，先在冷卻能力強(qiáng)的鹽水中冷卻至接近ms點(diǎn)，然后取出轉(zhuǎn)入油冷，以達(dá)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。這樣既保證了獲得較高的硬度層和淬硬層深度又可減少內(nèi)應(yīng)力及防止發(fā)生變形或開裂。在水中停留時(shí)間為每5-6mm有效厚度約1s。由于出水溫度難以掌握，須憑經(jīng)驗(yàn)操作，當(dāng)水中的工件抖動(dòng)停止，在水中30s取出可放入油中油冷。另外，工件入水宜動(dòng)不宜靜，應(yīng)

17、按照工件的幾何形狀，作規(guī)則運(yùn)動(dòng)。靜止的冷卻介質(zhì)加上靜止的工件，導(dǎo)致硬度不均勻，應(yīng)力不均勻而使工件變形大，甚至開裂。（4） 回火溫度的確定：根據(jù)零件要求，調(diào)質(zhì)后的硬度為235-265hbs,選擇回火溫度為（570±10）。（5） 回火時(shí)間的確定：回火時(shí)間一般從工件入爐后爐溫升至回火溫度時(shí)開始計(jì)算，一般為1-3h，在實(shí)踐中常用工件的有效厚度估算，表5是單個(gè)工件的保溫時(shí)間表，多個(gè)工件堆積可適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間。由于工件的有效厚度是50mm，二十個(gè)工件同時(shí)加熱，我選擇保溫時(shí)間為12h。表5 中、高溫回火保溫時(shí)間參數(shù)表2有效厚度/mm<2525-5050-7575-100100-125125

18、-150保溫時(shí)間/min鹽爐20-3030-4545-6075-9090-120120-150空氣爐40-6070-90100-120150-180180-210210-2406.3 氮碳共滲化學(xué)處理工藝的制定6.3.1 表面處理工藝的選擇提動(dòng)閥座零件工作環(huán)境要求零件應(yīng)具有的性能為：表面硬度高，耐磨性好，疲勞性能優(yōu)良。金屬表面化學(xué)熱處理是利用元素的擴(kuò)散性能，使合金元素滲入金屬表層的一種熱處理技術(shù)?；竟に囘^(guò)程：將工件置于含有滲入元素的活性介質(zhì)中加熱到一定溫度，使活性介質(zhì)通過(guò)分解并釋放出欲滲入元素的活性原子；活性原子被工件吸附并溶入表面；溶入表面的原子向金屬表層擴(kuò)散滲入形成一定厚度的擴(kuò)散層，從而

19、改變工件表層的成分、組織和性能。滲氮工藝特點(diǎn)：可以使金屬表面硬度達(dá)到9501200hv，使工件具有極高的耐磨性；可以使表面產(chǎn)生很大的殘余壓應(yīng)力，從而提高疲勞強(qiáng)度；此外還可以提高工件的耐蝕性能。滲氮能形成優(yōu)越性能的滲氮層，但由于工藝時(shí)間較長(zhǎng)（氮化物形成溫度低，擴(kuò)散較慢，工藝時(shí)間較長(zhǎng)，如獲得0.5mm的滲氮層，約需要4050h），使得生產(chǎn)率太低，成本高，應(yīng)盡量少用。滲碳工藝特點(diǎn)：滲碳也可以使工件表面獲得高硬度、耐磨性、耐侵蝕磨損性及接觸疲勞強(qiáng)度等，但其也存在許多不足：工藝過(guò)程繁瑣，滲碳后還要進(jìn)行淬火加回火處理，工件變形大，一般不用于高幾何尺寸精度要求的零件的處理；與高頻淬火相比，生產(chǎn)成本高；滲碳層

20、硬度和耐磨性不如滲氮層好。碳氮共滲工藝特點(diǎn)：碳氮共滲是在滲碳和滲氮工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其具有前者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有自己的特點(diǎn)：與滲碳相比，處理溫度低，晶粒不易長(zhǎng)大，變形開裂傾向小，能源消耗低；與滲氮相比，工藝周期大大縮短，對(duì)材料適用范圍廣。但也有其不足，滲后需進(jìn)行滲后處理，滲后直接淬火或滲后淬火加回火，雖然變形小，但也要產(chǎn)生變形。氮碳共滲的工藝特點(diǎn)：熱處理溫度低，一般在500600，過(guò)程以滲氮為主，滲碳為輔，滲碳量很小。其有很多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍較廣：氮碳共滲層有優(yōu)良的性能，滲層硬度高，脆性低，有優(yōu)良的耐磨性、耐疲勞性能、抗咬合性、熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性；工藝溫度低，且不淬火，工件變形??；處理時(shí)間短

21、，經(jīng)濟(jì)性好；設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝易掌握。適用于滲層淺且不承受重載的零件。通過(guò)比較以上四種工藝的特點(diǎn)，結(jié)合提動(dòng)閥座性能要求，經(jīng)濟(jì)性，我們選用氮碳共滲工藝。6.3.2 氮碳共滲工藝規(guī)范的確定6.3.2.1 氮碳共滲方式的確定因?yàn)檫@里需要在較低溫度下進(jìn)行共滲，所以我們需要在固體滲氮、液體滲氮及氣體滲氮中選擇。鹽浴氮碳共滲是最早采用的氮碳共滲方式，按鹽浴中cn-含量可將氮碳共滲分為低氰、中氰和高氰型。由于環(huán)保的原因，中、高氰鹽浴已經(jīng)逐漸被淘汰。低氰鹽浴與氧化配合，排放的廢氣、廢水、廢鹽中cn-量應(yīng)符合國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)工件的尺寸要求與性能要求，可選擇鹽浴氮碳共滲方式進(jìn)行處理。相比氣體氮碳共滲與固體氮碳共滲，

22、鹽浴氮碳共滲具有提高耐磨性、抗疲勞性和耐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，而且經(jīng)過(guò)鹽浴氮碳共滲后，工件尺寸及精度變化極小，對(duì)工件的安裝、使用等影響甚微。因此選擇鹽浴氮碳共滲方式處理。由于尿素型原料無(wú)毒，液體流動(dòng)性能很好，滲入速度快，低成本等優(yōu)點(diǎn)，鹽浴類型可選尿素型。鹽浴質(zhì)量百分比為：尿素碳酸鈉氯化鉀322，使用溫度為550580。但在共滲之前還需進(jìn)行以下操作：（1）表面處理：清理表面，徹底去除表面油污及鐵銹；（2）預(yù)熱：進(jìn)行氮碳共滲前將工件在電爐中預(yù)熱至400500，以防止工件放入坩堝中使鹽浴溫度降低過(guò)多。6.3.2.2 氮碳共滲溫度的確定氮碳共滲溫度的選擇要考慮到滲層形成質(zhì)量，同時(shí)考慮滲速，一般選在fe-n共析溫

23、度附近，多數(shù)鋼的共滲溫度在560580，同時(shí)溫度應(yīng)低于調(diào)質(zhì)回火溫度以不降低基體的強(qiáng)度，碳鋼、低合金鋼和鑄鐵一般選擇為（570±10），在此溫度下可獲得足夠厚的化合物層和較高的硬度。6.3.2.3 氮碳共滲時(shí)間的確定如圖6所示化合物層厚度，滲層硬度在04h內(nèi)增加很快，隨后隨時(shí)間延長(zhǎng)變化變得緩慢，在23小時(shí)之間達(dá)到最大值，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間則硬度下降。6.3.2.4 氮碳共滲冷卻方式的確定共滲溫度高于共析溫度565，共滲組織會(huì)有、r相共存，緩慢冷卻時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)變，硬度下降，當(dāng)快冷時(shí)相析出r，同時(shí)共析反應(yīng)受阻生成馬氏體，使硬度提高，所以液體氮碳共滲后一般采用快冷，鑄鐵采用先空冷以使組織均勻，后用水快冷以

24、析出馬氏體。圖6軟氮化時(shí)間對(duì)硬度與深度的影響66.3.2.5 氮碳共滲工藝參數(shù)的確定綜上所述，氮碳共滲處理工藝可制定為：裝爐前應(yīng)先對(duì)工件表面進(jìn)行清理，去除油污及鐵銹。裝爐后先預(yù)熱至400500，再加熱至570并保溫，在尿素型鹽浴中進(jìn)行氮碳共滲。氮碳共滲過(guò)程應(yīng)進(jìn)行約3h，共滲后先在空氣中預(yù)冷至350附近，然后水冷。7 熱處理的組織性能分析 去應(yīng)力退火一般在ac1以下進(jìn)行，組織并未發(fā)生變化，原始組織，在緩慢冷卻的過(guò)程中，工件各部分均勻冷卻和收縮，消除了鑄造和機(jī)加工的殘余內(nèi)應(yīng)力，并使其穩(wěn)定化，避免在使用或隨后的加工過(guò)程中產(chǎn)生變形或開裂，為后續(xù)加工做好準(zhǔn)備。氮碳共滲，又稱軟氮化或低溫碳氮共滲,即在鐵-

25、氮共析轉(zhuǎn)變溫度以下，在工件表面同時(shí)滲入氮、碳元素，且使工件表面在主要滲入氮的同時(shí)也滲入碳。碳滲入后形成的微細(xì)碳化物能促進(jìn)氮的擴(kuò)散，加快高氮化合物的形成，這些高氮化合物反過(guò)來(lái)又能提高碳的溶解度，碳氮原子相互促進(jìn)便加快了滲入速度。表面氮濃度不斷增加，形成白亮層及擴(kuò)散層。碳在氮化物中還能降低脆性。氮碳共滲后得到的化合物層韌性好，硬度高，耐磨，耐蝕，抗咬合。8 熱處理設(shè)備的選擇熱處理常用的加熱設(shè)備按能源分有燃料加熱設(shè)備和電加熱設(shè)備；按工作溫度可分為高溫爐（1000）、中溫爐（6501000）和低溫爐（650）。生產(chǎn)上常用的加熱設(shè)備有電阻爐、浴爐、氣體滲碳爐、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等。爐型的選擇應(yīng)依據(jù)不同的工

26、藝要求及工件的類型來(lái)決定。熱處理設(shè)備的選擇要從多方面來(lái)考慮，包括：經(jīng)濟(jì)性、可靠性、配套性、安全性、以及工廠的實(shí)際情況等。8.1 箱式電阻爐的選擇熱處理電阻爐是以電為能源的，通過(guò)爐內(nèi)電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能而加熱工件的爐子，是一種造價(jià)相對(duì)便宜的爐子，以降低成本。中溫箱式電阻爐可用于退火、正火、回火或固體滲碳等。表6為中溫箱式電阻爐各種參數(shù)，主軸的尺寸為222×115.4×48.2mm，并且為單件小批生產(chǎn)，故在回火過(guò)程中選擇rx3-30-9型號(hào)的箱式電阻爐。主軸平放在爐膛內(nèi)，一次最多可放20根。表6 中溫箱式電阻爐產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)參數(shù)7 型號(hào)功率/kw電壓/v相數(shù)最高工作溫度爐膛

27、尺寸（長(zhǎng)×寬×高）/（mm×mm×mm）爐溫850時(shí)的指標(biāo)空載耗能/kw空爐升溫時(shí)間/h最大裝載量/kgrx3-15-9153801950600×300×25052.580rx3-30-9303803950950×450×35072.5200rx3-45-94538039501200×600×40092.5400rx3-60-96038039501500×750×450123700rx3-75-97538039501800×900×550163.51200

28、（1） 鑒于所需要的加熱溫度，選擇中溫箱式電阻爐進(jìn)行加熱。中溫箱式電阻爐可用為大批量生產(chǎn)考慮經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，故選用正火選用rx3-75-9箱式電阻爐批量生產(chǎn)。調(diào)制淬火選用rx3-45-9箱式電阻爐批量生產(chǎn)?；鼗疬x用rx3-75-9箱式電阻爐批量生產(chǎn)。（2） 鑒于工件需要局部淬火根據(jù)淬火溫度，直徑48.2mm選用rdm-30-6中溫鹽浴爐局部淬火、選用gy2-10-8外部電熱中溫浴爐加熱回火。8.2 氮碳共滲用爐的選擇由于氮碳共滲處理采用鹽浴式，因此處理設(shè)備可選擇鹽浴爐。鹽浴爐按溫度劃分為低、中、高溫浴爐。鹽浴爐的品種和代號(hào)見下表。表7 鹽浴爐的品種和代號(hào)品種代號(hào)結(jié)構(gòu)形式最高工作溫度/ryn3矩

29、形浴槽，內(nèi)部管狀加熱元件加熱300ryn4400ryw5矩形浴槽，外部電加熱550ryw8圓形浴槽，外部電加熱850ryd6矩形或圓形浴槽，內(nèi)部電極加熱650ryd8850ryd9950ryd131300根據(jù)上表和工件生產(chǎn)的實(shí)際情況，可選擇ryd6式鹽浴爐。9 工裝設(shè)計(jì)（夾具、輔具等）9.1 工裝夾具的選擇9.1.1 熱處理夾具的選擇熱處理夾具的選擇原則為：符合熱處理技術(shù)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(guò)程中變形。符合經(jīng)濟(jì)要求：在保證零件熱處理質(zhì)量復(fù)合熱處理技術(shù)要求時(shí)，確保設(shè)備具有高的生產(chǎn)能力。夾具應(yīng)具有質(zhì)量輕，吸熱量少，熱強(qiáng)度高及使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。符合使用要

30、求：保證裝卸零件方便和操作安全。9.1.2 去應(yīng)力退火處理的夾具選擇 零件進(jìn)行去應(yīng)力退火處理時(shí)，加熱方式采用中溫箱式電阻爐，根據(jù)工件的尺寸可采用如圖8所示的夾具。9.1.3 氮碳共滲處理的夾具選擇由于采用鹽浴氮碳共滲，可使用如圖9夾具將工件夾住，再用將夾具吊掛在掛軸上，使工件浸入鹽浴爐進(jìn)行鹽浴處理。9.1.4 工件的放置情況去應(yīng)力退火我們根據(jù)零件的幾何形狀，考慮經(jīng)濟(jì)性，我們選擇最后一個(gè)安排方式。圖8 箱式爐裝料盤3圖9 盤形零件滲氮夾具3圖10工件放置情況與裝爐系數(shù)3對(duì)于氮碳共滲，同理，為了達(dá)到更好的氮碳共滲效果，我們選擇右側(cè)倒數(shù)第二個(gè)安排方式。9.2 清洗設(shè)備的選擇零件在熱處理前需清除銹斑、

31、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(diǎn)、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?jiān)吞亢诘雀街?，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(duì)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(yīng)的清洗設(shè)備。一般清洗機(jī)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(jī)，強(qiáng)力加壓噴射式清洗劑等；后者有傳送帶式清洗機(jī)及各類生產(chǎn)線、自動(dòng)線配置的懸掛輸送鏈?zhǔn)?、鏈板式、推桿式和往復(fù)式等各類專用清洗設(shè)備。室式清洗機(jī)它主要用于批量不大的中小零件。輸送帶式清洗機(jī)

32、，適用于批量較大的小型零件。根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，小批量的中小型零件，可以選用室內(nèi)清洗機(jī)。10 檢驗(yàn)設(shè)備及方法選擇10.1 硬度的檢驗(yàn)設(shè)備及方法選擇由于氮碳共滲后滲層較薄，用表面洛氏硬度計(jì)和維氏硬度計(jì)都不能正確測(cè)量滲層的硬度，所以氮碳共滲的表面硬度及硬度梯度只能用顯微硬度計(jì)測(cè)量（常用載荷100g），表示為hv表檢查數(shù)量為每批抽檢1%3%。檢測(cè)維氏硬度，用一個(gè)對(duì)面間夾角為136ºc的金剛石四方棱錐體壓頭，在規(guī)定的f下，保持一段時(shí)間（1015s）后，卸除，再測(cè)量d值，算出面積s求出hv。（f/s）hv=f/s=1.8544f/d27式中，f的單位為kgf；d的單位是mm。（1kgf=9.8066

33、5n）。試驗(yàn)時(shí)根據(jù)氮碳共滲化合物層的深度選擇載荷，一般在試樣厚度允許的情況下盡可能選擇較大載荷，以獲得較大壓痕，提高精度。新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為gb/t4340.1-1999金屬維氏硬度實(shí)驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法。10.2 滲層厚度的檢驗(yàn)設(shè)備及方法選擇總氮碳共滲層深度為1020m在共滲層測(cè)定前，試樣需進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為300，時(shí)間為1h，然后制樣，測(cè)定各種表面強(qiáng)化層深度的常用方法是金相檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)時(shí)效處理的共滲試樣的化合物在顯微鏡下觀察為一白色帶，這樣既可測(cè)出化合物層厚度。根據(jù)硬化層深度可以分為大于0.3mm及小于等于0.3mm的兩種情況。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定將深度小于等于0.3mm的硬化層作為薄

34、表面硬化層。測(cè)定方法有硬度法和金相法，且兩種方法同等有效。對(duì)于薄層的情況，用硬度法測(cè)量時(shí)試驗(yàn)力較小，規(guī)行為1.962.94n。在技術(shù)要求中若提出以硬度法作為仲裁結(jié)果，或硬化層對(duì)侵蝕劑不敏感時(shí)可采用顯微硬度法；當(dāng)檢驗(yàn)批量較大時(shí)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(cè)量精度明顯提高。一般把試樣表面到擴(kuò)散區(qū)與基體金屬交界處作為氮碳共滲滲層的總深度。10.3 白色化合物層的檢驗(yàn)經(jīng)拋光后的氮碳共滲金相試樣，未經(jīng)浸蝕，在金相顯微鏡下就可以觀察到表面有一層結(jié)構(gòu)致密的白亮化合物層?；衔飳咏M織的致密程度按化合物層中存在微孔（疏松）的多少、大小及分布情況分為5級(jí)（jb2849-80，鋼鐵零件滲

35、氮層金相檢驗(yàn)），通常以13級(jí)的滲層具有較好的韌性，是合格的；4、5級(jí)滲層是不合格的，它們具有較大脆性，易起皮剝落。10.4 外觀檢查氮碳共滲一般為工件的最終熱處理，希望工件能有良好的外觀質(zhì)量，所以工件表面不應(yīng)有銹蝕斑、腐蝕等缺陷。10.5 化合物致密程度的測(cè)定化合物致密程度對(duì)共滲層的硬度、耐磨性、耐疲勞性和耐蝕性都有很大影響，可根據(jù)樣品中化合物層的微孔數(shù)量、大小及分布按下圖來(lái)評(píng)級(jí)，a、b兩級(jí)為較好，c、d、e為不良。10.6 金相組織檢驗(yàn)金相組織檢查包括滲氮層組織和心部組織兩部分。合格的滲氮組織應(yīng)是索氏體加氮化物，不應(yīng)有白色的針狀、脈狀、網(wǎng)狀及魚骨狀氮化物，否則會(huì)使?jié)B層變脆、剝落。最外層出現(xiàn)的

36、脆性相應(yīng)磨去，合格的心部組織應(yīng)為回火索氏體組織，不允許出現(xiàn)大量游離鐵素體存在。圖13 氮碳共滲層致密度等級(jí)圖611 熱處理缺陷分析11.1 在實(shí)際熱處理過(guò)程中存在的缺陷在實(shí)際的熱處理過(guò)程中，由于原材料的缺陷、工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)、工序不當(dāng)、操作不當(dāng)?shù)仍?，易造成各種熱處理缺陷的產(chǎn)生。軸類在加工過(guò)程中可能出現(xiàn)的熱處理缺陷如下：（1）硬度過(guò)高，w（c）>0.45%的中、高碳鋼在正火過(guò)程中容易出現(xiàn)硬度過(guò)高現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：冷卻速度快，組織中珠光體片間距變細(xì)，碳化物彌散度增大；裝爐量大，爐溫不均勻。嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，可消除硬度過(guò)高缺陷。（2）淬火畸變，產(chǎn)生原因：熱處理前后組織比體積不同是引起體積變化的主要原因，加熱溫度不均，淬火冷卻時(shí)的不同時(shí)性形成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力使工件局部發(fā)生塑性變形。消除方式：