20CrMnTi汽車(chē)齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)

攀枝花學(xué)院

學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）題目：20CrMnTi汽車(chē)齒輪的熱處理工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： XXX 學(xué)號(hào)： 2011111020XX 所在院（系）：材料工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)： 20XX級(jí)材料成型及控制工程班級(jí)： 材料成型及控制工程指導(dǎo)教師：XXX職稱(chēng)：講師2013年12月16日攀枝花學(xué)院教務(wù)處制攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目 20CrMnTi汽車(chē)齒輪的熱處理工藝1、 課程設(shè)計(jì)的目的使學(xué)生了解20CrMnTi汽車(chē)齒輪設(shè)計(jì)熱處理生產(chǎn)工藝，主要目的：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的熱處理課程的知識(shí)去解決工程問(wèn)題的能力，并使其所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展。（2）學(xué)習(xí)熱處理工藝設(shè)計(jì)的一般方法、熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計(jì)等。（3）進(jìn)行熱處理設(shè)計(jì)的基本技能訓(xùn)練，如計(jì)算、工藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2、 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）內(nèi)容：進(jìn)行零件的加工路線中有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工序的設(shè)計(jì)。根據(jù)零件的技術(shù)要求，選定能實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫(huà)出熱處理工藝曲線圖，選擇熱處理設(shè)備，設(shè)計(jì)或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，說(shuō)明書(shū)中要求對(duì)各熱處理工序的工藝參數(shù)的選擇依據(jù)和各熱處理后的顯微組織作出說(shuō)明。要求：（1）分析生產(chǎn)加工及熱處理過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對(duì)這些缺陷提出預(yù)防措施或補(bǔ)救措施。（2）提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（或設(shè)計(jì)報(bào)告），3?5千字，提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。3、 主要參考文獻(xiàn)崔明擇主編.工程材料及其熱處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.7.崔忠析主編.金屬學(xué)與熱處理（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.5王建安.金屬學(xué)與熱處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).熱處理手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.7范逸明.簡(jiǎn)明金屬熱處理工手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.34、 課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃第16周：對(duì)給定題目進(jìn)行認(rèn)真分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，做好原始記錄。第17周：撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并進(jìn)行修改、完善，提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。指導(dǎo)教師（簽字） 日期 年月日教研室意見(jiàn)：年月日學(xué)生（簽字）:接受任務(wù)時(shí)間： 年月日注：任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)。

課程設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師成績(jī)?cè)u(píng)定表題目名稱(chēng)評(píng)分項(xiàng)目分值得分評(píng)價(jià)內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項(xiàng)紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研7通過(guò)實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實(shí)踐等渠道獲取與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。臺(tái)戶能力水平35%04綜合運(yùn)用知識(shí)的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題，能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，得出有價(jià)值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。06設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力，方案的設(shè)計(jì)能力5能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實(shí)驗(yàn)工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計(jì)算及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力；能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計(jì)等。08對(duì)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）10具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范化程度5符合本專(zhuān)業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）質(zhì)量30綜述簡(jiǎn)練完整，有見(jiàn)解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見(jiàn)解。成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師簽名： 年月曰摘要本課設(shè)計(jì)了20CrMnTi汽車(chē)齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)。主要的工藝過(guò)程包括下料、鍛造、等溫正火、機(jī)械加工、滲碳、淬火、低溫回火、噴丸、磨削等過(guò)程。通過(guò)各種不同的工藝過(guò)程進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚砜梢垣@得各種性能良好的材料并且滿足各項(xiàng)性能的要求。20CrMnTi，其淬透性較高，在保證淬透情況下，具有較高的強(qiáng)度和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性。20CrMnTi表面滲碳硬，化處理用鋼。良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng)好。主要用途有：用于齒輪，軸類(lèi)，活塞類(lèi)零配件以及汽車(chē)，飛機(jī)各種特殊零件部位。關(guān)鍵詞：20CrMnTi，淬透，低溫回火。目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 I\o"CurrentDocument"1、 設(shè)計(jì)任務(wù) 1\o"CurrentDocument"1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 1\o"CurrentDocument"1.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 1\o"CurrentDocument"2、 設(shè)計(jì)方案 2\o"CurrentDocument"2.1汽車(chē)齒輪設(shè)計(jì)的分析 2\o"CurrentDocument"2.1.1工作條件 2\o"CurrentDocument"2.1.2失效形式 2\o"CurrentDocument"2.1.3性能要求 2\o"CurrentDocument"2.2鋼種材料 3\o"CurrentDocument"3、 設(shè)計(jì)說(shuō)明 4\o"CurrentDocument"3.1加工工藝流程 4\o"CurrentDocument"3.2具體熱處理工藝 4\o"CurrentDocument"3.2.1等溫正火 5\o"CurrentDocument"3.2.2退火+機(jī)械加工 5\o"CurrentDocument"3.2.3滲碳+淬火+回火熱處理工藝 5\o"CurrentDocument"3.2.4噴丸 6\o"CurrentDocument"4、 分析與討論 85、 結(jié)束語(yǔ) 9\o"CurrentDocument"6、 熱處理工藝卡片 10\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 111設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)20CrMnTi汽車(chē)齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)的技術(shù)要求20CrMnTi鋼是一種低碳鋼材料，淬透性較高，具有良好的強(qiáng)度和韌性，特別是較高的低溫沖擊韌性，正火后可切削良好。齒輪是機(jī)械設(shè)備及汽車(chē)中的重要零件，用于改變發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和傳動(dòng)軸的速度比。齒面在較高的載荷下工作，要求其強(qiáng)度很高。兩齒面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，既有滾動(dòng)也有滑動(dòng)，存在較大的壓應(yīng)力和摩擦力，經(jīng)常換擋使齒輪端部收到?jīng)_擊。要求具有較高的抗彎強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度和良好的耐磨性。2設(shè)計(jì)方案2.1汽車(chē)齒輪設(shè)計(jì)的分析2.1.1工作條件汽車(chē)齒輪的工作條件比機(jī)床要繁重得多，它們經(jīng)常在較高的載荷下工作，磨損比較大。在汽車(chē)運(yùn)行中由于齒根會(huì)經(jīng)常受著突然變載的沖擊載荷以及周期變動(dòng)的彎曲載荷，會(huì)造成齒輪的脆性斷裂或者彎曲疲勞破壞。齒輪的工作面承受壓應(yīng)力及摩擦力也比較大，由于經(jīng)常換擋，齒的端部經(jīng)常受到?jīng)_擊，也會(huì)造成齒輪的端部破壞。2.1.2失效形式[1]主要失效形式為疲勞斷裂，表面損傷和磨損失效。疲勞斷裂。齒輪在應(yīng)變力和摩擦力的長(zhǎng)期作用下，導(dǎo)致齒輪店面接疲勞斷裂。其產(chǎn)生是由于當(dāng)齒輪受到彎曲應(yīng)力超過(guò)其持久極限就出現(xiàn)疲勞破壞而超過(guò)材料抗彎強(qiáng)度，就造成斷裂失效；表面損傷。a點(diǎn)蝕：是閉合齒輪傳動(dòng)中最常見(jiàn)的損壞形式，點(diǎn)蝕進(jìn)一步發(fā)展，表現(xiàn)為蝕坑至斷裂；b硬化層剝落：由于硬化層以下的過(guò)渡區(qū)金屬在高接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形，使表面壓應(yīng)力降低，形成裂紋造成碳化層剝落。磨損失效a摩擦磨損：汽車(chē)、拖拉機(jī)上變速齒輪屬于主載荷齒輪，受力比較大，摩擦產(chǎn)生熱量較大，齒面因軟化而造成塑性變形，在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)粘結(jié)而后又被撕裂，造成齒面摩擦磨損失效。b磨粒磨損：外來(lái)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入相互嚙合的齒面間，使齒面產(chǎn)生機(jī)械擦傷和磨損，比正常磨損的速度來(lái)得更快。2.1.3性能要求⑵根據(jù)變速齒輪的工作條件和失效形式，對(duì)齒輪的性能有以下要求：有較高的彎曲疲勞強(qiáng)度；表面有高的硬度和耐磨性；具有高接觸疲勞抗力；足夠的塑性和韌性；高的淬透性。由于傳遞扭矩，齒根要求較大的彎曲應(yīng)力和交變應(yīng)力，因此要求表面高硬度、高耐磨性：齒面硬度58-64HRC，心部硬度35-45HRC。由于變速齒輪轉(zhuǎn)速變化范圍廣，齒輪表面承受較大的接觸應(yīng)力，并在高速下承受強(qiáng)烈的摩擦力，齒輪在交變力的作用下，長(zhǎng)時(shí)間工作可能發(fā)生疲勞斷裂，齒面在強(qiáng)摩擦作用下可能發(fā)生磨損和點(diǎn)蝕現(xiàn)象，因此要求齒面有高的接觸疲勞強(qiáng)度。由于工作時(shí)不斷換擋，齒輪之間經(jīng)常要承受換擋造成的沖擊與碰撞，齒輪心部韌性過(guò)低時(shí)，在沖擊作用下可能發(fā)生斷裂，齒根高的彎曲強(qiáng)度( Ob>1000Mpa)；因此要求齒輪心部較高強(qiáng)度、高韌性(ak>60J/cm)。20CrMnTi鋼具有較高的韌性和強(qiáng)度，特別是體溫沖擊韌性。良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng)好。20CrMnTi鋼力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度ob(MPa):>1080，屈服強(qiáng)度os(MPa):>835，伸長(zhǎng)率85/(%)：>10，斷面收縮率W(%)：>45。2.2鋼種材料⑶20CrMnTi齒輪鋼是為含碳量為0.17%-0.24%的低碳鋼，其淬透性較高，有很高的強(qiáng)度和韌性，特別是較高的低溫沖擊韌性。 20CrMnTi鋼中，碳、錳元素顯著增強(qiáng)其淬透性，銘元素影響不大，鈦元素對(duì)淬透性的影響有兩方面：當(dāng)TiV0.07%時(shí)，提高淬透性，反正則降低淬透性。3設(shè)計(jì)說(shuō)明3.1加工工藝流程20CrMnTi汽車(chē)齒輪熱的熱加工工藝流程經(jīng)過(guò)許多次改進(jìn)形成如下的工藝流程：下料一鍛造一等溫正火一機(jī)械加工一滲碳一淬火+低溫回火一噴丸一磨削+檢驗(yàn)。20CrMnTi鋼屬于低碳鋼，其成分［4］如下表3.1.表3.120CrMnTi鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）C Si MnCrCuSPNi0.17?.023 0.17?0.37 0.80?1.10 1.00?1.30 M0.030 M0.035 M0.035 M0.030成分分析：20CrMnTi齒輪鋼是為含碳量為0.17%-0.24%的低碳鋼。根據(jù)該齒輪的工作特點(diǎn)，結(jié)合其使用要求，應(yīng)選用低合金滲碳鋼，一是含有較多的合金元素，確保了滲碳后淬透性，減少齒輪的變形量。二是齒輪基體的強(qiáng)度和韌性得到了保障，能夠滿足齒輪的工作需要。含碳量低可使齒輪心部具有良好的韌性。合金元素銘和猛的存在提高了淬透性，心部得到低碳馬氏體組織，增強(qiáng)了鋼的強(qiáng)度；而銘元素還有促進(jìn)滲碳、提高滲碳速度的作用；錳元素具有減弱滲碳時(shí)表面含碳量過(guò)高的作用；而鈦?zhàn)柚咕ЯＪ情L(zhǎng)大，提高軸承的強(qiáng)度和韌性。3.2具體熱處理［5］3.2.1等溫正火鍛壞等溫正火是為了消除內(nèi)應(yīng)力，改善、細(xì)化組織，為后續(xù)加工做準(zhǔn)備，便于切削加工。設(shè)備：RJX-75-9。3.2.2退火+機(jī)械加工退火退火是將偏離平衡狀態(tài)的金屬坯料或零件加熱至較高溫度，保持一定的時(shí)間后通常以相當(dāng)緩慢的速度冷卻，以得到接近于平衡狀態(tài)組織的各種工藝方法。退火的目的是：a消除鋼錠的成分偏析，使成分均勻化。b消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷。c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。d細(xì)化晶粒，均勻組織，為后續(xù)熱處理做組織準(zhǔn)備。e消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，以防止變形與開(kāi)裂［6］。Ac1Ac1圖3.2.220CrTiMn鋼全退火工藝曲線加熱溫度：Ac3+30~50°C；加熱速度：小于200°C/h；保溫時(shí)間：2min/mm[8]機(jī)械加工在車(chē)床上進(jìn)行加工機(jī)械加工。3.2.3滲碳+淬火+低溫回火熱處理工藝[7]①滲碳滲碳是將工件放入滲碳?xì)夥罩校⒃?20?950C的溫度下加熱、保溫，使其表面層增碳的一種工藝操作。滲碳的目的在于使工件在繼續(xù)經(jīng)過(guò)相應(yīng)熱處理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部任保持一定的強(qiáng)度和較高的任性。固體滲碳工藝如圖3.2.3所示。②淬火淬火是將鋼加熱至臨界溫度點(diǎn)Ac3或Ac1以上一定的度，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝叫做淬火。其目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體，然后配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。鋼的理想淬火冷卻曲線如圖3.4［8］所示低溫回火回火是將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，經(jīng)過(guò)保溫，然后以一定的冷卻方法冷至室溫的熱處理操作。其目的在于：降低脆性，消除內(nèi)應(yīng)力。工件淬火后存在著很大的內(nèi)應(yīng)力和脆性，若不及時(shí)回火，零件會(huì)產(chǎn)生變形或開(kāi)裂。得到對(duì)工件所要求的力學(xué)性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，為了了獲得對(duì)工件要求的性能，可以用回火溫度調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的塑性、強(qiáng)度和硬度。穩(wěn)定工件尺寸。淬火后的組織是馬氏體和殘余奧氏體，這兩種組織都是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地逐漸地發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，因而引起工件尺寸和形狀的改變。通過(guò)回火，可以促使這些組織轉(zhuǎn)變。達(dá)到較穩(wěn)定狀態(tài)，以便在以后的使用過(guò)程中不發(fā)生變形［9］。

回火規(guī)范如表3.5[10。表3.5A回火規(guī)范表方案回火淬火溫度/°c淬火溫度 用途 加熱溫度/°c 介質(zhì) 硬度HRCI消除應(yīng)力 15 油或硝鹽150~170 61~63II去除應(yīng)力，降低 一e… 200~275 57~591020~1040 硬度m去除應(yīng)力，降低 一400~425 55~57硬度W土士 510?520C多次回火去除應(yīng)力及形 ?八V— 60~61成二次硬化:二r次硬化/-78C冷處理加510?520C-去除應(yīng)力及形次回火 — 60~61w成二次硬化1115~1130:二次硬化 -78C冷處理加一次去除應(yīng)力及形510~520C回火，再-78C冷一 61~62成二次硬化 處理3.2.4噴丸噴丸處理不僅是一個(gè)清潔工序，而且對(duì)齒輪的使用性能也有較大影響，但只有當(dāng)噴丸時(shí)間足夠長(zhǎng)的情況下，噴丸對(duì)齒面抗麻點(diǎn)剝落性能才會(huì)得到有利的影響，如噴丸時(shí)間較短，則由于齒面光潔度差反而使壽命降低，噴丸對(duì)齒面彎曲強(qiáng)度性能有利，但應(yīng)該注意使丸粒直射齒根。4分析與討論20CrMnTi汽車(chē)齒輪熱加工工藝已經(jīng)呈上，具體的工藝流程圖如上，其處理難度不大，但是要我們親手動(dòng)手去做那就非常難，今后的生活我們得多把理論聯(lián)系到實(shí)際中，多去實(shí)踐才行。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這次20CrMnTi汽車(chē)齒輪熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的，我熟悉了熱處理工藝的制定過(guò)程：通過(guò)對(duì)零件工作條件、失效形式、性能分析來(lái)選擇合適的材料，從而制定出正確的工藝流程，工藝過(guò)程中要準(zhǔn)確掌握各種零件熱處理加熱溫度、時(shí)間和保溫時(shí)間及冷卻方式等；不同材料經(jīng)過(guò)同一熱處理工藝及同種材料經(jīng)過(guò)不同的熱處理工藝會(huì)得到不同組織和性能。也讓我知道了自己是不足。同時(shí)，通過(guò)查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)，提高了查閱資料的技巧和綜合分析能力。通過(guò)對(duì)20CrMnTi汽車(chē)齒輪熱處理工藝設(shè)計(jì)，以及綜合了《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《金屬熱處理工藝學(xué)》、《失效分析》、《金屬力學(xué)性能》等知識(shí)，使我懂得了運(yùn)用知識(shí)的重要性和理論聯(lián)系實(shí)際的好處，也為以后工作打好基礎(chǔ)。

6熱處理工藝卡片零件名稱(chēng)：汽車(chē)齒輪熱處理工藝卡處理要求：下料、鍛造、等溫正火、機(jī)械加工、淬火+低溫回火、噴丸、磨削+檢驗(yàn)-熱處理技術(shù)要求