热处理工艺课程设计

钢的热处理工艺设计

说明书

学生姓名

设计题目加工中心主轴

指导教师

系主任

完成日期年月日

前言

热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命。本课程设计是在《材料科学基础》﹑《金属热处理工艺学》﹑《失效分析》﹑《金属力学性能》等课程学习的基础上开设的，是理论与实践相结合的重要教学环节。通过该课程设计，可使学生在综合运用所学专业基础理论和专业知识能力方面得到训练，学会独立分析问题和解决问题的方法，提高工程意识和工程设计能力。

热处理工艺是整个机械加工过程种的一个重要环节，它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所要求的多种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。

目录

前言

一．热处理工艺课程设计的目的 (5)

二．热处理工艺课程设计的任务 (5)

三．热处理工艺课程设计设计内容和步骤 (5)

3.1零部件简图，钢种和技术要求 (5)

3.2零部件的工作条件、破坏方式和性能要求的分析 (6)

3.3零部件用钢的分析 (6)

3.3.1 相关钢种化学成分的作用 (6)

3.3.2.相关钢种的热处理工艺性能分析 (7)

3.3.3钢材的组织性能与各种热处理工艺的关系 (8)

3.4热处理工艺方案及工艺参数的论述 (11)

3.4.1零件的加工工艺路线及其简单论证 (11)

3.4.2锻造工艺曲线 (11)

3.4.3预备热处理工艺方案、工艺参数及其论证 (12)

3.4.4最终热处理工艺方案，工艺参数及论证 (12)

3.4.4.1 20CrMnMo的正火工艺 (12)

3.4.4.2 20CrMnMo的渗碳工艺 (14)

3.4.4.3 20CrMnMo的淬火工艺 (17)

3.4.4.4 20CrMnMo的回火工艺 (19)

3.4.4.5 总的热处理工艺曲线 (22)

3.4.5 辅助工序方案 (22)

四．选择加热设备 (22)

4.1 中温井式电阻炉 (22)

4.2 井式渗碳炉 (23)

五．工装图 (25)

六．工序质量检验项目、标准方法 (27)

七．热处理工艺过程中缺陷分析 (28)

7.1常见的渗碳缺陷 (28)

7.2常见的淬火缺陷 (29)

7.3常见的回火缺陷 (29)

八．心得体会 (30)

九．参考文献 (31)

一、热处理工艺课程设计的目的

1. 深入了解热处理课程的基本理论

2. 初步学会制定零部件的热处理工艺

3. 了解与本设计有关的新技术,新工艺

4. 设计尽量采用最新技术成就,并注意和具体实践相结合,是设计具有一定的先进性和实践性.

二、热处理工艺课程设计的设计任务

1. 编写设计说明书

2. 编制工序施工卡片

3. 绘制必要的工装图

三、热处理工艺课程设计内容和步骤

3.1零部件简图、钢种和技术要求

1.简图

2.钢种: 20CrMnMo

3.技术要求：

1.要求主轴头部144.4mm及尾部30mm处渗碳淬火，渗碳层深度

1.3~1.5mm；

2.硬度为60~65HRC.

3.2零部件的工作条件、破坏方式和性能要求的分析

1.零部件的工作条件

作为机床的传动件，主轴是传递动力的零件，传递着动力和各种负荷，它的前后端由于承受一定的扭转和摩擦力，它的合理选材直接影响整台车床的精度和使用寿命。

2.零部件的主要破坏方式

(1)受横向力并传递扭矩，承受交变弯曲应力和扭应力，常常发生疲劳断裂。

(2)承受一定的过载和冲击和载荷，产生过量弯曲变形，甚至发生折断或扭断。

(3)轴颈和花键等部位发生相对运动，承受较大的摩擦，轴颈表面产生过量的磨损。

3.零部件性能要求

主轴是机床上的传动力的零件，由于负荷不同，受力大小也不同，常承受弯曲，扭矩，冲击，同时受到在滑移和转动部位的摩擦作用。因此主轴的性能要求是高硬度，足够的韧性及疲劳强度，强度和形状畸变要求。

3.3零部件用钢的分析

3.3.1 相关钢种化学成分的作用

（1）20CrMnMo

表1. 20CrMnMo的化学成分

化学成分作用：

A. 碳（C）的影响

从铁碳平衡图中，我们能清楚的看到，钢随着含碳量的增加，钢的基本组织不同，而且在加热与冷却时，组织转变的温度也不相同。纯铁在加热与冷却过程中，仅发生晶格的变化（同素异形转变）。所以热处理时其机械性能几乎不发生影响。但是随着含碳量的增加，热处理将发生显著地作用。如亚共析钢随着含金量的增高，淬火后强度、硬度都有显著提高；同时含碳量的多少也确定了钢的热处理工艺。

B. 铬（Cr）的影响

铬为碳化物形成元素。它能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性；阻止晶粒长大，增加钢的淬透性，降低钢的临界冷却速度。因而，使钢在热处理时，退火、正火、淬火的加热温度有所提高。并使它在油中便能淬硬。但它降低了钢的马氏体点，因而增加了钢残余奥氏体量。使钢的奥氏体不稳定区域变为700-500℃和400-250℃。提高了钢的硬度和强度，增加了钢在高温回火时强度降低的抗力。

C. 钼（Mo）的影响

提高钢的淬透性，热强性，有二次硬化的作用，能降低回火脆性。

D. 硅（Si）的影响

Si能升高Ac1和Ac3点，从而使热处理时的退火、正火、淬火的加热温度增高。能增加奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，增加钢的淬透性很多，故能使Si合金钢在油中淬硬。

E. 锰（Mn）的影响

Mn为碳化物形成元素。他降低钢的Ac1和Ac3而使钢在热处理时的温度有所降低。增加奥氏体的稳定性，降低钢的临界冷却速度，同时增加钢的淬透性，但它使残余奥氏体量增加。可以减少钢在淬火时的变形和增加钢的强度和硬度。使钢的回火脆性与晶粒长大的作用增大。

F. 硫（S）的影响

硫在通常情况下也是有害元素。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。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

G. 铜(Cu)和镍(Ni)的影响

铜在合金钢中，使钢的Ac3下降。Ni能强化铁素体，降低钢的Ac1和Ac3点，从而使热处理时的退火、正火、淬火的加热温度有所降低。增加了奥氏体的稳定性，降低了钢的临界冷却速度，对钢的淬透性略有增加；但它降低了钢的马氏体点，增加了钢的残余奥氏体量。对钢的强度和硬度有所提高，但阻止晶粒长大的作用不明显。

3.3.2.相关钢种的热处理工艺性能分析

（1）20CrMnMo 热处理基本参数

A.淬透性：淬透性随淬火温度的提高而增加，因为温度升高，奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高。但是如果温度过高，奥氏体晶粒过于粗大淬火后会产生开裂或变形。

B.淬硬性：淬硬性表示钢淬火时的硬化能力。它主要与钢的含碳量有关，更确切的是说是它取决于淬火后马氏体中的含碳量，马氏体中的含碳量越高钢的淬硬性越高。

C.变形倾向：淬火后变形分两种：翘曲变形和体积变形，翘曲变形主要是加热时工件在炉内放置不当或搓火前后没有定型处理货冷却不均匀做造成的，另一方面淬火前后组织不一样引起体积变形，淬火前一般为珠光体组织，淬火后为马氏体组织，由于两种组织的比容不同，淬火前后讲引起体积变化，从而产生变形，但这种变形只按比例使工件胀缩而不改变形状。

3.3.3钢材的组织性能（硬度、强度、耐磨性、塑韧性等）与各种热处理工艺的关系

从铁碳合金相图来看, 20CrMnMo钢属于亚共析钢, 缓慢冷却到室温后的组织为铁素体+ 珠光体;从钢的分类来看, 20CrMnMo 钢属于高级渗碳结构钢, 可加工和热加工性能良好，强度,塑性和韧性都较高，过热倾向小，无回火脆性，既可作为渗碳钢使用，也可作为调质钢使用，渗碳加淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性，但是磨削时容易产生裂纹，淬火及低温回火具有良好的综合力学性能和低温冲击韧性。20CrMnMo钢采用渗碳+淬火+低温回火，表面可以获得60~65HRC 的高硬度，因淬透性较高，心部具有较高的强度和韧性

20CrMnMo的含碳量为0.20％属于低碳钢,渗碳时保证了碳元素的正常渗入。钢中合金元素为Cr<1.4％、Mn<1.2％、Mo<0.3％。Cr、Mn合金元素能提高钢铁索体的强度,同时提高钢的淬透性。Mo元素提高钢的淬透性，热强性。加工中心主轴根据使用性能要求表面耐磨,所以要对20CrMnMo钢进行表面渗碳处理,渗碳淬火后表面得到高碳马氏体, 具有较高的硬度和耐磨性。

续表2

图3-3 20CrMnMo钢淬透性曲线

图3-5 渗碳后力学性能

表3-6 渗碳热处理工艺规范

图3-7 钢的等温转变图和连续冷却转变图

3.4热处理工艺方案及工艺参数的论述

3.4.1零件的加工工艺路线及其简单论证

论证：首先正火可以细化晶粒，使组织均匀化，消除切削加工后的组织硬化现象和去除内应力，提高低碳钢零件的硬度，提高切削性能。接着需要表面硬度，发挥结构钢优越的机械性能，常将结构钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC58~62），芯部硬度低，耐冲击。

3.4.2锻造工艺曲线

查阅《热处理工艺规范数据手册》可以找出20CrMnMo钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式，如下表所示：

表3-8 20CrMnMo钢的锻造工艺图表

项目Ac1(Ar1) Ac3(Ar3) 加热温度/℃始锻温度终锻温度钢坯710℃(620℃) 830℃(740℃) 920~940℃1200℃850℃

3.4.3预备热处理工艺方案、工艺参数及其论证

20CrMnMo 正火870±10℃0.5h 空冷渗碳925±10℃6h 坑冷重新加热淬火840±10℃0.5h 油冷低温回火160±10℃ 1.5h 空冷

论证：20CrMnMo钢经热加工后，必须经过预备热处理来降低硬度，消除热加工时造成的组织缺陷，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做好准备。对于20CrMnMo钢而言，正火可以细化晶粒，使组织均匀化，消除切削加工后的组织硬化现象和去除内应力。接着进行渗碳淬火，得到高强度，高硬度，高抗弯强度和耐磨性，满足加工中心主轴的使用要求。

钢经渗碳后，仅使其表面层的含碳量提高到0.70%～1.05%，仍达不到表层高硬度和耐磨的要求，因此，渗碳后还需淬火和低温回火，使工件表层具有高的硬变和耐磨性。渗碳目的是提高工件表面碳浓度,以便淬火后达到提高表面硬度和耐磨性的目的。渗碳后淬火加低温回火是达到表层高硬度的热处理方式,淬火后低温回火,表层得到回火马氏体组织,耐磨性达到较高水平. 淬火的目的是提高硬度，淬火是得到尽量多的马氏体组织，得到高硬度，回火是为了马氏体二次分解形成索氏体，以便得到良好的机械性能。

3.4.4最终热处理工艺方案，工艺参数及论证

3. 4. 4.1 正火

1.正火的目的

1)正火可以细化晶粒，使组织均匀化。

2)消除切削加工后的组织硬化现象和去除内应力。

3)消除共析钢中的网状硬化物，为热处理做好组织准备。

2．加热温度

加热温度：870±10℃。

因为20CrMnMo是亚共析钢，钢中含有碳化物形成元素。为使合金中难溶的

特殊碳化物溶入奥氏体中，使奥氏体合金化程度增高，正火的加热温度为Ac3以上30～50℃，20CrMnMo 的含碳量为0.20%，Ac3为830摄氏度，所以将钢件的加热温度确定为870摄氏度。 3． 加热方法

采用到温加热的方法，是指当炉温加热到指定的温度时，再将工件装进热处理炉进行加热。原因是加热速度快，节约时间，便于批量生产 4． 加热介质

加热介质为空气 5． 保温时间

保温时间=保温时间系数×有效尺寸，保温时间用τ 表示. 合金钢保温时间系数α（mm/min ）

保温时间=保温时间系数×装炉修正系数×工件厚度。工件加热保温时间与加热介质，材料成分，炉温，工件的形状和大小，装炉量和装炉量等因素有关。一般用经验公式来计算保温时间：保温时间=保温时间系数×装炉系数×工件的有效厚度。合金结构钢选择750~900℃井式电阻炉加热的保温时间系数α选为1.5，装炉系数K 一般选择1.4。工件的有效厚度为D=(60-36)／2=12mm 。

所以τ=α×K ×D=1.5×1.4×12=25.2min 取30min 6 正火工艺曲线

根据以上热处理参数的确定工件的正火工艺曲线见图3-9 根据计算结果绘制出工件的正火曲线横轴为时间，纵轴为温度。

时间/分钟 图3-9 正火处理工艺曲线

温度

\℃

7 冷却方式

冷却方式采用出炉空冷。

8 冷却介质

冷却介质：空气。

9 正火组织

细珠光体＋铁素体。

3.4.4.2 20CrMnMo的渗碳工艺

1．渗碳的目的

渗碳是将钢件置于足够的碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使其形成一个富碳层的热处理工艺。具体是将含碳(0.1~0.25)的钢放到碳势高的环境介质中，通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火和回火，使工件的表面层得到碳含量高的M，而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量较低的M，提高表面层的耐磨性(碳含量高的M)，同时保持心部有高的耐冲击能力，即强韧性。采用甲醇-煤油滴注式气体渗碳。高温下甲醇的裂解产物H2O、CO2等将CH4和[C]氧化。可使炉气成分和碳势保持在一定范围内。

渗碳可以再多方面提高钢件的机械性能，可以提高钢件的硬度和耐磨性，降低冲击韧性和断裂韧性（冲击韧性和断裂韧性随着表面碳含量的越高、碳层越深，降低的越多），同时可以提高疲劳强度（碳层的高强度有助于疲劳强度的提高）。

2 渗碳温度

目前在生产上广泛使用的温度是920℃~940℃。对于薄层渗碳，温度可以降到880℃ ~900℃，而对于深层渗碳（大于5mm）温度往往提高到980℃ ~1000 ℃ （主要是缩短渗碳时间）。温度越高渗速越快，但是温度过高会引起奥氏体晶粒长大，降低零件的力学性能，增加零件的畸变，降低使用寿命。通常渗碳的温度选择要根据渗层的深度确定。渗层深度与温度的关系见表3-10

表3-10 渗层深度与温度的关系表

加工中心主轴的渗层深度为1.3～1.5mm 所以选渗层深度的温度应为

925±10℃。

3 渗碳介质

渗碳介质：煤油

渗碳煤油在925℃的分解产物及含量见表3-11，井式炉煤油滴量表 3-12

表3-11 渗碳煤油在925℃的分解产物及含量

CO 2 CO H 2 CH 4 CmHn O 2＋N 2 0.2

32.4

66.2

0.6

0.6 --

4 渗碳保温时间

保温时间6小时

依据：渗碳时间的确定：根据公式：t K =δ

其中δ(mm)为渗碳层深度；K为常数；t(h)为渗碳保温时间。

925℃渗碳时取K为0.63

故t=（1.50/0.63）×（1.50/0.63）=5.66h

故选渗碳时间为6小时

5冷却方法：

冷却方式：随炉缓慢冷却至850℃后出炉，组织的偏析基本消除，比较均匀。对于重新加热淬火的工件，为了减少表面的氧化，脱碳及变形，应该炉冷至

850~860摄氏度出炉空冷。最好是将坑冷。

6 渗碳后的组织

表面：碳化物+珠光体＋铁素体

心部：珠光体＋铁素体

7 渗碳工艺曲图

图为RQ3-75-9井式渗碳炉的工艺图

8 渗碳过程中注意的问题

（1）渗碳过程中，通常可借助观察排出废气的火苗，判断炉内的气氛。正常

火苗呈现浅黄色，无黑烟和白亮的火束或火星。火苗长100~200mm，炉内压力为200~300pa。非正常的火苗有：火苗中有火星，表示炉内炭黑过多，火苗过长而且尖端外缘出现亮白色，表示渗碳剂供给量过多，火苗短而且外呈浅蓝色，有透明感，表示渗剂供给量不足。

（2）由于中段，内里部分和端面不做渗碳要求，应该涂上防渗碳涂料。

（3）对于重新加热淬火的工件，为了减少表面的氧化，脱碳及变形，应该炉冷至850~860摄氏度出炉空冷，最好是坑冷（冷却坑内应先加入一些甲醇，乙醇，以产生保护气氛）。

3.4.4.3 20CrMnMo的淬火工艺

1 渗碳后一次重新加热淬火的目的

提高硬度和耐磨性，如刃具、量具、模具等；

提高强韧性，如各种机器零件；

提高耐腐蚀性和耐热性，如不锈钢和耐热钢。

2 淬火温度

淬火温度：840±10℃

依据：亚共析钢淬火加热温度选用AC3+（30～50℃），这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。

3 保温时间

淬火加热时间包括升温和保温时间两段时间，升温时间包括相变重结晶时间，保温时间实际上只考虑碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间。

在具体的生产条件下，淬火加热时间常用经验公式计算，通过实验最终确定。常用的经验公式为：

τ= a?K?D

式中τ加热时间，min；

a 加热系数，min/mm；

K 装炉修正系数；

D 工件有效厚度，mm。

加热系数a表示工件单位厚度需要的加热时间，其大小与工件尺寸、加热介质和钢的化学成分有关，下表是常用钢的加热系数。

表3-13 常用钢的加热系数

根据设计的加工中心主轴，加热系数a 的大小取1.5。

装炉量修正系数K 是考虑装炉的多少和方式来确定的。工件在炉内的排布方式直接影响热量传递的通道，轴在炉中的摆布如下图：

修正系数K 的值取1.3 所以，淬火加热时间 τ=a ?K ?D

≈23.4min

同时，工件在渗碳炉中保温的时间已经足够长无需再加热很长时间。 所以得到保温时间是0.5h 。 4 淬火工艺曲线见图3-14

5 冷却介质

温

度/℃

L-AN15(10号机械油)的冷却能力见表3-15

表3-15 10号机械油的冷却能力

特性温度/℃特性时间/s 800～400℃冷却/s

460 4.8 5.05

依据：该冷却介质冷却能力适中适合20CrMnMo小件零件的淬火工艺处理。淬火点已经进入对流阶段，低温区冷却能力远小于水，可以减少工件应力过程中M

s

的产生，减少由于内应力产生的变形和开裂。

6 淬火后组织组成

表面：高碳马氏体＋碳化物＋残余奥氏体

心部：低碳马氏体＋残余奥氏体

依据20CrMnMo的C曲线。由于表面渗碳含碳量较高在淬火后表面为马氏体和网状碳化物额和残余奥氏体，心部由于含碳量相对低所以其组成为低碳马氏体和残余奥氏体。

3.4.4.4 20CrMnMo的回火工艺

1 回火目的

提高淬火钢的塑性和韧性，降低其脆性，但却往往不可避免地要降低其强度和硬度，回火的另一个目的是降低或消除淬火引起的残余应力，这对于稳定工具钢制品的尺寸特别重要。一般来说，淬火零件不经回火就投入使用时危险地，也是不允许的。

回火可以在A1下很宽的温度范围内进行，钢的性能也可以在很宽的范围内变化，因此，回火是调整钢制零件的性能以满足使用要求的有效手段。

2回火温度

回火加热温度选为160±10℃

依据：低温回火时，马氏体发生分解，析出ε碳化物而成为马氏体，淬火内应力得到部分消除，淬火时产的微纹也大部分得到愈合，因此低温回火也可以在很

少降低硬度的同时使钢的韧性明显提高。渗碳和碳氮共渗零件，不仅要求表面硬而耐磨，同时也要求心部有较好的塑性和韧性。但因其实质上相当于表层高碳钢与心部低碳钢的一种复合材料，因此用低温回火可以满足两部分要求。通常渗碳和渗氮零件的回火温度是＜180℃。

表 3-16 常用钢回火温度与硬度的关系

3 加热介质

加热介质：空气

4 保温时间

保温时间：1.5h

确定回火保温时间一般的做法是根据工件的截面厚度而定，一般每25mm厚度保温1~2h，温度高可酌情缩短。

回火的保温时间回火时间一般为1～3小时

表3-17 在空气炉中保温时间

合金钢的保温时间按上述表格中所列出的时间增加20%～30%，空气炉低温

热处理工艺课程设计

热处理工艺课程设计 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】

热处理工艺课程设计高速高载齿轮的热处理工艺 姓名：成** 学号：******* 学院：扬州大学机械工程学院 专业：材料成型及控制工程 设计指导老师：黄新

前言 热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命。本课程设计是在《材料科学基础》﹑《金属热处理工艺学》﹑《失效分析》﹑《金属力学性能》等课程学习的基础上开设的，是理论与实践相结合的重要教学环节。通过该课程设计，可使学生在综合运用所学专业基础理论和专业知识能力方面得到训练，学会独立分析问题和解决问题的方法，提高工程意识和工程设计能力。 热处理工艺是整个机械加工过程种的一个重要环节，它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所要求的多种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。 现代工业的飞速发展对机械零部件﹑工模具等提出的要求愈来愈高。热处理不仅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，最后根据其经济性﹑方便性﹑质量稳定性和便于管理﹑降低成本等因素，确定出一种最佳方案。

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摘要 退火炉是金属热处理中的重要设备，它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。温度是退火炉的主要被控变量，是保证其产品质量的一个重要因素。退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。 本文以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，包括硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括温度检测模块，按键模块，执行模块，LED显示模块，单片机最小系统。本设计要求采用电热丝加热，通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中，与系统给定值比较，从而对退火炉的温度进行控制，通过按键输入控制信号，三位LED显示炉温。最后设计出最少拍无纹波控制器，通过MATLAB仿真检验是否有纹波。

目录 第1章绪论 (3) 1.1设计背景与算法 (3) 第2章课程设计的方案 (5) 2.1概述 (5) 2.2系统组成总体结构 (5) 第3章程序设计与程序清单 (7) 3.1单片机最小系统设计 (7) 3.1.1单片机选择 (7) 3.1.2时钟电路设计 (8) 3.1.3复位电路设计 (9) 3.2程序清单与电路图 (11) 3.3温度控制电路 (17) 第4章控制算法 (18) 4.1程序框图 (18) 4.2算法设计 (19) 第5章课程设计总结................................................ - 22 -

汽车半轴热处理工艺

40Cr钢汽车半轴的热处理工艺 *** （中国矿业大学材料科学与工程学院江苏徐州 221116） 摘要:制定40Cr 钢退火、正火、淬火、回火、调质热处理工 艺, 测定在各种热处理情况下试样的硬度和冲击韧性, 并进 行材料的金相组织分析, 得出了40Cr 钢调质处理具有良好综 合性能的结论。 关键词：汽车半轴；热处理工艺；金相组织；性能 1引言 汽车半轴是汽车的重要部件之一, 要求具有合理的最佳的静 扭强度和抗扭转疲劳性能. 是在汽车运行中承受自重和货物重量, 并传递扭矩的重要零件,常采用40Cr 钢制造, 其产品质量直接影 响着整车的性能。 40Cr 钢属于亚共析钢, 缓冷至室温后的显微组织为铁素体 加珠光体, 含有较少的合金元素, 属于低淬透性合金调质钢, 经 适当热处理后具有较高的强度、良好的塑性和韧性, 即具有良好 的综合力学性能, 常用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床 主轴等机械零件。 2分析 汽车半轴的加工工艺流程如下：半轴材料采购→下料→花键 加热→锻造镦花键成形→另一端加热→锻造预镦制坯→加热→半 轴盘端摆辗成形→淬火→回火→校直→抛丸→铣端面钻中心孔→ 校正→粗车半轴法兰盘外端面和花键外圆→粗车法兰盘内端面和 外圆→精车法兰端和花键外圆→铣花键→清洗→中频淬火→回火 →校正→无损检测→钻半轴法兰盘孔→磨半轴法兰轴颈→精车半 轴法兰内端面→抛光→清洗→打标→包装。 对于40Cr的热处理，采用预备热处理和最终热处理。调质钢经热加工后, 必须经过预备热处理来降低硬度, 便于切削加工, 消除热加工时造成的组织缺陷,细化晶粒, 改善组织, 为最终热

处理做好准备。对于40Cr 钢而言, 可进行正火或退火处理。调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。一般可以采用较慢的冷却速度淬火, 可以用油淬以避免热处理缺陷。当强度较高时, 采用较低的回火温度, 反之选用较高的回火温度。 铁碳合金相图 40Cr的化学成分及临界温度见表1 从铁碳合金相图可以看出：40Cr钢属于亚共析钢, 在缓慢冷却到室温后的组织为铁素体和珠光体。从钢的分类来看, 40Cr钢属于调质钢, 具有很高的强度及良好的塑性和韧性,也就是有良 好的机械性能。40Cr钢主要应用于制造业，特别是机械类制造的材料。表1所示的是40Cr 的化学成分及临界温度。40Cr钢的热处理，各种参数都有规定，在实际操作中应注意： （1）40Cr 工件淬火后应采用油冷，40Cr 钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小，操作者要凭

金属学与热处理教学大纲

《金属学与热处理》课程教学大纲 课程名称：金属学与热处理课程代码: 05224040 课程类型：专业必修课程 学分：3 总学时：48 理论学时：32 实验学时：16 先修课程：高等数学材料力学适用专业：材料成型与控制技术、模具设计与制造 一、课程性质、目的和任务 本课程是“材料成型与控制技术、模具设计与制造”专业的专业必修课，是学习材料专业课的技术基础课。它在基础课和专业课之间起桥梁作用。只有在修完本课程之后，才能进入其他专业课的学习。开设该课程的目的主要是向学生阐述金属学与热处理的基础知识，任务是使学生通过该课程的学习，掌握金属材料的成份、组织结构、热处理工艺与性能之间的相互关系及其变化规律，熟悉热处理基本工艺和常用工程材料的种类、成份、组织、性能特点，为后续专业课的学习奠定基础。 二、教学基本要求 1、知识、能力、素质的基本要求 通过本课程的学习，应使学生掌握金属学与热处理的基础知识，即金属及合金的成分、组织、结构与性能之间的相互关系及其变化规律；初步学会使用金相显微镜对金属及合金的组织进行观察及相应的实验能力；具备能用所学理论对金属材料热处理的一些实际工程问题进行分析的素质。 2、教学模式基本要求（课程主要教学环节要求，教学方法及手段要求） 本课程的特点是理论抽象，空间结构多且复杂，理论性叙述多，计算内容少。针对这些特点，在教学时应尽量结合工程实例来加深对基础理论的理解；有关金属组织的认识和识别对初学者来说是难度很大的内容，必须配合实验来加深认识。 三、教学内容及要求 第一章金属的晶体结构 要求学生掌握三种常见金属的晶体结构、晶体学基本概念、实际金属中三类晶体缺陷、合金中的两类基本相。 第二章纯金属金属的结晶 要求学生掌握结晶的规律，结晶基本过程以及结晶后获得细晶粒的方法，了解晶核长大机理、铸锭组织形成过程、铸锭组织结构与性能特点。 第三章二元合金相图 要求学生掌握二元合金相图的建立方法，熟悉匀晶相图．共晶相图、包晶相图的结构，正确地分析相应合金的结晶过程，画出示意图，并能熟练地运用杠杆定律计算相组成物的相

16Mn钢(热处理课程设计)

目录 第一章金属热处理课程设计简介 (1) 一、课程设计的任务与性质 (1) 二、课程设计的目的 (1) 三、设计内容与基本要求 (1) 四、设计步骤 (2) 第二章材料16Mn基本参数 (2) 一、16Mn材料简介 (2) 二、16Mn材料的性能及用途 (3) 三、16Mn材料化学成分 (3) 四、16Mn物理力学性能 (3) 第三章热处理工艺设计 (4) 一、16Mn热处理概述 (4) 二、16Mn热处理 (4) 三、基本参数确定 (9) 第四章 16Mn钢热处理分析 (10) 一、16Mn钢热处理后组织分析 (10) 二、16Mn钢热处理后材料性能检测 (13) 第五章设计与心得体会 (17) 参考文献 (19)

第一章金属热处理课程设计简介 一、课程设计的任务与性质 《金属热处理原理与工艺》课程是一门重要的专业课程，金属材料热处理工艺设计及实验操作是一种重要的教学环节，通过金属材料热处理工艺金相组织分析、性能检测等实验，可以培养学生掌握热处理实验方法、原理及相关设备，运用热处理的基本原理和一般规律对实验结果进行分析讨论，有助于强化学生解决问题、分析问题的能力。 二、课程设计的目的 1、课程设计属于《金属热处理原理与工艺》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握金属热处理工艺设计的一般规律和方法。 2、培养综合运用金属学、材料性能学、金属工艺学、金属材料热处理及结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力。 3.培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 4.提高技术总结及编制技术文件的能力。 5.是金属材料工程专业毕业设计教学环节实施的技术准备。 三、设计内容与基本要求 设计内容：完成合金结构钢（16Mn）的热处理工艺设计，包括工艺方法、路线、参数的确定，热处理设备及操作，金相组织分析，材料性能检测等。 基本要求： 1.课程设计必须独立的进行，每人必须完成不同的某一种钢材热处理工艺设计，能够较清楚地表达所采用热处理工艺的基本原理和一般规律。 2.合理地确定工艺方法、路线、参数，合理选择热处理设备并正确操作。 3.正确利用TTT、CCT图等设计工具，认真进行方案分析。 4.正确运用现代材料性能检测手段，进行金相组织分析和材料性能检测等。 5.课程设计说明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整，图表清晰。 四、设计步骤 方案确定： 1.根据零件服役条件合理选择材料及提出技术要求。

箱式电阻炉课程设计

一、设计任务书 题目：设计一台中温箱式热处理电阻炉； 生产能力：160 kg/h ； 生产要求：无定型产品，小批量多品种，周期式成批装料，长时间连续生产； 要求：完整的设计计算书一份和炉子总图一张。 二、炉型的选择 根据生产特点，拟选用中温箱式热处理电阻炉，最高使用温度650℃，不通保护气氛。 三、确定炉体结构及尺寸 1.炉底面积的确定 因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。已知生产率p 为160 kg/h ，按照教材表5-1选择箱式炉用于退火和回火时的单位面积生产率p 0为 100 kg/(m 2﹒h )，故可求得炉底有效面积： F 1=P P 0=160100 =1.6m 2 由于有效面积与炉底总面积存在关系式F 1F ?=0.60~0.85，取系数上限，得炉底实际面积： F = F 10.85=1.6 0.85 =1.88m 2 2.炉底长度和宽度的确定 由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便，取L B ?=2，因此，可求得： L =√F 0.5?=√1.880.5?=1.94m B =L 2?=1.942?=0.97 m 根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L =1.970 m ，B =0.978 m ，如总图所示。 3.炉膛高度的确定 按照统计资料，炉膛高度H 与宽度B 之比H B ?通常在0.5~0.9之间，根据炉子工作条件，取H B ?=0.654m 。 因此，确定炉膛尺寸如下： 长 L =(230+2)×8+(230×1 2+2)=1970 m 宽 B =(120+2)×4+(65+2)×2+(40+2)×3+(113+2)×2=978mm 高 H =(65+2)×9+37=640 mm 为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间，确定工作室有效尺寸为： L 效=1700 mm B 效=700 mm H 效=500 mm 4.炉衬材料及厚度的确定 由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即113mm QN ?0.8轻质粘土砖，+80 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝纤维毡，+113mm B 级硅藻土砖。 炉顶采用113 mmQN ?1.0轻质粘土砖，+80 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝纤维毡，+115 mm 膨胀珍珠岩 。 炉底采用三层QN ?1.0轻质粘土砖(67×3)mm ，+50 mm 密度为250 kg m 3?的普通硅酸铝

金属学课程设计——45号钢车床主轴热处理工艺设计

金属学课程设计——45号钢车床主轴热处理工艺设计《金属学与热处理》课程设计 45号钢车床主轴热处理工艺设计 学生姓名:X X X 学生学号:xxxxxxxxxxxxx 院(系):xxxxxxxx学院年级专业:xxxxxxxxxxxxxxx 指导教师:xxxxxxxxxxx 二〇一一年十二月 课程设计任务书 题目 45号钢车床主轴热处理工艺设计 1、课程设计的目的 使学生了解、设计45号钢车床主轴热处理生产工艺，主要目的:(1)培养学生 综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。(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。 2、课程设计的内容和要求(包括原始数据、技术要求、工作要求等) (1)零件使用工况及对零件性能的要求分析; (2)45号钢材料成分特点及性能特点分析; (3)车床主轴热处理工艺参数; (4)表面淬火方式确定; (5)设计说明书撰写，不低于3000字。 3、主要参考文献

[1] 崔明择主编.工程材料及其热处理[M]. 北京:机械工业出版社，2009.7. [2]崔忠析主编.金属学与热处理(第二版)[M]. 北京:机械工业出版社，2007.5 [3]王建安. 金属学与热处理[M]. 北京:机械工业出版社，1980 [4] 中国机械工程学会.热处理手册[M]. 北京:机械工业出版社，2006.7 [5] 范逸明.简明金属热处理工手册[M].北京:国防工业出版社，2006.3 4、课程设计工作进度计划 第18周:对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。 第19周:撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师 日期年月日 (签字) 教研室意见: 年月日学生(签字): 接受任务时间: 年月日 课程设计(论文)指导教师成绩评定表题目名称 45号钢车床主轴热处理工艺设计 分得评分项目评价内涵值分 遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学01 学习态度 6 工作态度。 工作 表现通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠02 科学实践、调研 7 道获取与课程设计有关的材料。 20% 03 课题工作量 7 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题， 04 综合运用知识的能力 10 能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析， 得出有价值的结论。

滚动轴承的热处理工艺设计

攀枝花学院 学生课程设计（论文） 题目：滚动轴承的热处理工艺设计 学生姓名： 学号： 所在院(系)：材料工程学院 专业：级材料成型及控制工程 班级：材料成型及控制工程一班 指导教师：职称：讲师 2013年12月15日 攀枝花学院教务处制

攀枝花学院本科学生课程设计任务书 题目滚动轴承的热处理工艺设计 1、课程设计的目的 使学生了解、设计滚动轴承的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能力。 2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等） 内容： （1）明确设计任务（包括设计的技术要求） （2）绘出热处理件零件图 （3）给出设计方案 （4）写出设计说明 （5）设计质量检验项目 （6）设计热处理工艺卡片 （7）滚动轴承的热处理缺陷及预防或补救措施 要求： （1）通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。 （2）分析热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。 （3）提交设计说明书（报告），2千字以上。报告格式请参照“毕业论文（设计）”格式。 3、主要参考文献 [1] 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2005 [2] 中国机械工程学会热处理分会．热处理工程师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2003．第一版. [3] 张玉庭主编．热处理技师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2006．第一版 [4] 中国机械工程学会热处理学会．热处理手册［Ｍ］．机械工业出版社．2003．第三版. 4、课程设计工作进度计划 第十六周：对给定的题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。 第十七周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。 指导教师（签字）日期年月日 教研室意见： 年月日 学生（签字）： 接受任务时间：年月日 注：任务书由指导教师填写。

热处理原理与工艺课程设计

* * 大学 热处理原理与工艺课程设计 题目： 50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺设计 院（系）：机械工程学院 专业班级：** 学号：******* 学生姓名：** 指导教师：** 起止时间：2014-12-15至2014-12-19

课程设计任务及评语 院（系）：机械工程学院教研室：材料教研室 学号******* 学生姓名** 专业班级*** 课程设计题目50Si 2 Mn弹簧钢的热处理工艺设计 课程设计要求与任务一、课设要求 熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述50Si 2 Mn弹簧钢的热处理工艺，制 定出热处理工艺路线，完成工艺设计；分析50Si 2 Mn弹簧钢的成分特性；阐述 50Si 2 Mn弹簧钢淬火、回火热处理工艺理论基础；阐述各热处理工序中材料的组织和性能；阐明弹簧钢的热处理处理常见缺陷的预防及补救方法；选择设备；给出所用参考文献。 二、课设任务 1.选定相应的热处理方法； 2.制定热处理工艺参数； 3.画出热处理工艺曲线图； 4分析各热处理工序中材料的组织和性能； 5.选择热处理设备 三、设计说明书要求 设计说明书包括三部分：1）概述；2）设计内容；3）参考文献。 工作计划 集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论0.5天，设计6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1.5天，8）工艺的理论基础、原则0.5天， 09）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，10）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：学生签字：指导教师签字： 年月日

齿轮传动轴的热处理工艺

渤海船舶职业学院 毕业设计（论文）题目：42CrMo齿轮传动轴的热处理工艺 系：材料工程系专业：金属材料与热处理姓名：吴超指导教师：王学武 班级：11G541 评阅教师： 学号：17 完成日期：

42CrMo齿轮传动轴的热处理工艺 摘要：本文阐明42CrMo齿轮传动轴热处理工艺路线的选用及工艺参数的确定，具体包括，材料的选择、正火、调制处理、低温回火及齿轮的感应淬火等工艺内容。满足轧机齿轮传动轴的基本技术要求。热处理工艺的制定有利于提高传动轴的质量及加工效率。 关键词：42CrMo齿轮传动轴；调制处理；感应淬火

目录 2 42CrMo齿轮传动轴热处理工艺设计 (5) 2.1 齿轮传动轴的服役条件、失效形式及性能要求 (5) 2.1.1 服役条件、失效形式 (5) 2.1.2 性能要求 (5) 2.2 齿轮轴材料的选择 (5) 2.3 42CrMo齿轮传动轴的热处理工艺设计 (6) 2.3.1 42CrMo的工艺流程 (6) 2.3.2 42CrMo钢的热处理工艺设计 (7) （1）预备热处理工序--正火 (7) 感应加热淬火工艺原理 (9) 2.4选择设备 (10) 2.6 42CrMo齿轮传动轴热处理质量检验项目、内容及要求 (12) 2.8 42CrMo齿轮传动轴热处理常见缺陷的预防和补救方法 (13) 2.8.1加热时常见的缺陷的预防及补救方法 (13) （1）过热现象及其预防、补救 (13) 2.8.2调质时常见的缺陷的预防及补救方法 (14) 2.8.3感应加热淬火缺陷与预防、补救 (15) 3.结论 (16) 4.致谢 (17) 5.参考文献 (19)

课程设计论文热处理工艺设计

目录 第一章 热处理工设计目的 (1) 第二章 课程设计任务 (1) 第三章 热处理工艺设计方法 (1) 3.1 设计任务 (1) 3.2 设计方案 (2) 3.2.1 12CrNi3叶片泵轴的设计的分析 (2) 3.2.2 钢种材料 (2) 3.3设计说明 (3) 3.3.1 加工工艺流程 (3)

3.3.2 具体热处理工艺 (4) 3.4分析讨论 (11) 第四章 结束语 (13) 参考文献 (14)

12CrNi3叶片泵轴的热处理工艺设计 一. 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺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热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。 （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。 二. 课程设计的任务 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热处理方法，制定工艺参数，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，作出热处理工艺卡。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。 三. 热处理工艺设计的方法 1. 设计任务 12CrNi3叶片泵轴零件图如图3.1

图3.1 12CrNi3叶片泵轴 2、设计方案 2.1.工作条件 叶片泵是由转子、定子、叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。叶片泵的结构紧凑，零件加工精度要求高。叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油与排油。泵轴在工作时承受扭转和弯曲疲劳，在花键和颈轴处收磨损。因此，要求轴有高的强度，良好的韧性及耐磨性。 2.1.1失效形式 叶片泵轴的主要失效形式是疲劳断裂，在花键和轴颈处可能发生工作面的磨损、咬伤，甚至是咬裂。 2.1.2性能要求 根据泵轴的受力情况和失效分析可知 ,叶片泵轴主要是要求轴具有高的强度，良好的韧性及耐磨性，以保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。 2.2钢种材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢，比12CrNi2A钢有更高的淬透性，因此，可以用于制造比12CrNi2A钢截面稍大的零件。该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能，钢的低温韧性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好，当硬度为HB260～320时，相对切削加工性为60%～70%。另外，钢退火后硬度低、塑性好，因此，既可以采用切削加工方法制造模具，也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性，该钢适宜制造大、中型塑料模具。12CrNi3高级渗碳钢的淬透性较高 ,退火困难。由于不渗碳表面未经镀铜防渗 ,因此渗碳后进行低温回火 , 降低硬度 , 便于切去不渗碳表

热处理箱式电阻炉课程设计

热处理箱式电阻炉课程设计 一、设计任务 1、炉型：箱式炉 2、设计要求：（1）生产率或一次装炉量：100kg/h （2）零件尺寸：长、宽、高尺寸最大不超过150mm （3）零件材料：中、低碳钢、低合金钢及工具钢 （4）零件热处理工艺：淬火加热 3、任务分析： （1）生产率或一次装炉量为100kg/h ，属小型炉； （2）生产长、宽、高尺寸最大不超过150mm 的零件，选择箱式炉合理； （3）淬火加热工艺表明所设计的箱式炉属于中温范畴。 二、电阻炉的炉体结构设计 1、炉型选择：由于所生产的零件尺寸较小，都不大于150mm ，且品种较多，热处理 工艺为淬火加热，具体品种的淬透性不同，工艺有所差别，故采用周期作业中温箱式热处理炉进行设计。（额定温度为950℃） 2、炉膛设计 （1）典型零件的选定 参照设计任务的要求，选用40Cr 钢齿轮模拟设计 ①齿轮参数：分度圆mm d 128= 齿顶圆mm d a 136= 齿数32=z 模数 4=m 齿宽mm b 70= 全齿高mm h 9= 齿根圆mm d f 118= 齿轮孔径mm d 40=孔 ②设定工艺曲线： 加热时间 t=a ×k ×D （a ：加热系数，k ：工件装炉条件修正系数，D ：工件 《热处理手册》第四版第二卷，机械工业出版p55 工艺周期为5h 《热处理设备》p117表5-4

有效厚度） 查表得：a 为1.2-1.5min/mm 取1.3 min/mm k 取1.8 故时间 t=1.3×1.8×70=163.8min 取加热时间3h ，保温时间2h 工艺周期为5h （2）确定炉膛尺寸 一次装炉量=生产率×周期=100kg/h ×5h=500kg 单位重量 kg kg d d 337.6108.7b ])2 ( )2[(m 322 =???-=孔π 零件个数 809.78337 .6500 ≈== n 个 查表可知，炉底单位面积生产率 h m kg P ?=20100 有效面积 22 01100 100m m P P F === 有效 由于工件之间距离为工件高度的0.3-0.5，故取工件之间距离为30mm 设计每次装炉80个零件，分两层分布，每层40个,纵向8个,横向5个 实际炉底面积 224.125.18 .01 m m K F F ≈== = 有效实 （K 为炉底利用系数，通常为0.8-0.85） 取 长 L=1.4m ， 宽 B=1.0m 炉子高度一般为（0.52-0.90）B ，取0.6B ，故H=0.6m 3、炉体各部分结构 （1）炉衬：分为内层耐火层和外层保温层 内层：用QN —1.0的轻质耐火粘土砖 外层：B 级硅藻土砖，热导率为t 1023.0131.03 -?+，最高使用温度为900℃ （2）炉墙： 耐火层：QN —1.0轻质耐火粘土砖，规格为230×113×65mm ，热导率为 t 3110256.029.0-?+=λ，厚度 mm 1131=δ 保温层：B 级硅藻土砖，规格为230×113×65mm ，热导率为 t 1023.0131.03 -2?+=λ，厚度 mm 2302=δ 炉膛尺寸： L=1.4m B=1.0m H=0.6m 《热处理设备课程设计指导书》附表2

轴类零件的材料与热处理

轴类零件的材料与热处理 一般轴类零件常用中碳钢，如45钢，经正火、调质及部分表面淬火等热处理，得到所要求的强度、韧性和硬度。 对中等精度而转速较高的轴类零件，一般选用合金钢（如40Cr等），经过调质和表面淬火处理，使其具有较高的综合力学性能。对在高转速、重载荷等条件下工作的轴类零件，可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢，经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度，心部则获得较高的强度和韧性。对高精度和高转速的轴，可选用38CrMoAl 钢，其热处理变形较小，经调质和表面渗氮处理，达到很高的心部强度和表面硬度，从而获得优良的耐磨性和耐疲劳性。 附：钢的淬火与回火是热处理工艺中很重要的、应用非常广泛的工序。淬火能显著提高2钢的强度和硬度。如果再配以不同温度的回火，即可消除（或减轻）淬火内应力，又能得到强度、硬度和韧性的配合，满足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的两道热处理工艺。

车床主轴加工工艺过程分析 ⑴ 主轴毛坯的制造方法 锻件，还可获得较高的抗拉、抗弯和抗扭强度。 ⑵ 主轴的材料和热处理 45钢，普通机床主轴的常用材料，淬透性比合金钢差，淬火后变形较大，加工后尺寸稳定性也较差，要求较高的主轴则采用合金钢材料为宜。 ①毛坯热处理 采用正火，消除锻造应力，细化晶粒，并使金属组织均匀。 ②预备热处理 粗加工之后半精加工之前，安排调质处理，提高其综合力学性能 ③最终热处理 主轴的某些重要表面需经高频淬火。 最终热处理一般安排在半精加工之后，精加工之前，局部淬火产生的变形在最终精加工时得以纠正。 加工阶段的划分 ①粗加工阶段

用大的切削用量切除大部分余量，及时发现锻件裂纹等缺陷。 ②半精加工阶段 为精加工作好准备 ③精加工阶段 把各表面都加工到图样规定的要求。 粗加工、半精加工、精加工阶段的划分大体以热处理为界。 工序顺序的安排 毛坯制造——正火——车端面钻中心孔——粗车——调质——半精车表面淬火——粗、精磨外圆——粗、精磨圆锥面——磨锥孔。 在安排工序顺序时，还应注意下面几点：①外圆加工顺序安排要照顾主轴本身的刚度，应先加工大直径后加工小直径，以免一开始就降低主轴钢度。 ②就基准统一而言，希望始终以顶尖孔定位，避免使用锥堵，则深孔加工应安排在最后。但深孔加工是粗加工工序，要切除大量金属，加工过程中会引起主轴变形，所以最

热处理工艺设计课程设计

北华航天工业学院 《热处理工艺设计》 课程设计报告 报告题目：CA8480轧辊车床主轴 和淬火量块 热处理工艺的设计 作者所在系部：材料工程系 作者所在专业：金属材料工程 作者所在班级：B10821 作者学号：20104082104 作者姓名：倪新光 指导教师姓名：翟红雁 完成时间：2013.06.27

课程设计任务书 课题名称 CA8480轧辊车床主轴和淬火量块 热处理工艺的设计 完成时间06.27 指导教师翟红雁职称教授学生姓名倪新光班级B10821 总体设计要求 一、设计要求 1.要求学生在教师指导下独立完成零件的选材； 2.要求学生弄清零件的工作环境。 3.要求学生通过对比、讨论选择出最合理的预先热处理工艺和最终热处理工艺方法； 4.要求学生分别制定出预先热处理和最终热处理工艺的正确工艺参数，包括加热方式、加热温度、保温时间以及冷却方式； 5.要求学生写出热处理目的、热处理后组织以及性能。 工作内容及时间进度安排 内容要求时间备注 讲解并自学《金属热处理工艺》课本第六章；收集资料, 分析所给零件的工作环境、性能要求, 了解热处理工艺设计的方法、内容和步骤； 通过对零件的分析，选择合适的材料以及技术要 求 0.5天 热处理工艺方法选择和工艺路线的制定 确定出几种（两种以上）工艺 线及热处理 方案，然后进行讨论对比优缺点, 确定最佳工艺 路线及热处理工艺方案 1.5天 热处理工艺参数的确定及热处理后组织、性能 查阅资料，确定出每种热处理工艺的参数, 包括加热方式、温度和时间，冷却方式等，并绘 出相应的热处理工艺曲线 1.5天 编写设计说明书按所提供的模板 0.5天 答辩1天 课程设计说明书内容要求 一. 分析零件的工作环境，确定出该零件的性能要求，结合技术要求，选出合适的材料，并阐述原因。 二. 工艺路线和热处理方案的讨论。要求两种以上方案进行讨论，条理清晰，优缺点明确。 三. 每种热处理工艺参数的确定（工序中涉及到的所有热处理工艺）。写出确定参数的理由和根据，（尽可能写出所使用的设备）要求每一种热处理工艺都要画出热处理工艺曲线; 四. 写出每个工序的目的以及该零件热处理后常见缺陷。

曲轴的热处理工艺

曲轴的热处理工艺 曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下（往复）运动变成循环（旋转）运动。是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的。曲轴的性能在很大程度上影响着汽车发动机的可靠性与寿命。曲轴在发动机中承担着最大的负荷和全部的功率，承担着强大的方向不断变化的弯矩和扭矩，同时承受着长时间的高速运转的磨损，圆角过渡处处于薄弱环节，主轴颈与圆角的过渡处更为严重。因而，需要合适的热处理工艺，以保证其达到所要求的各项性能指标。 在曲轴工作的过程中，往复的惯性力和离心力使之承受很大的弯曲---扭转应力，轴颈表面容易磨损，且轴颈与曲臂的过渡圆角处最为薄弱。除曲轴的材质，加工因素外，曲轴的工作条件（温度、环境介质、负荷特性）等都是影响曲轴服役的。 曲轴的主要失效形式有（1）疲劳断裂：多数断裂时曲柄与轴颈的圆角处产生疲劳裂纹，随后向曲柄深处发展，造成曲柄的断裂，其次是曲柄中部的油道内壁产生裂纹，发展为曲柄处的断裂。（2）轴颈表面的严重磨损。 因此，曲轴的选材十分重要，既需要满足曲轴的力学性能，也需要考虑强度和耐磨性。由于曲轴需要承受交变的弯曲---扭转载荷以及发动机的大的功率，因此，要求其具有高的强度，良好的耐磨、耐疲劳性以及循环韧性等。因而，根据曲轴材料的要求，各项技术要求，及材料的成分，机械性能，淬透性，同时需考虑成本的经济性，最终可以选择40Cr作为汽车发动机的材料。 所以曲轴的大致加工路线是，锻造→正火→机械加工→去应力退火→调质处理→表面热处理（高频淬火+低温回火），其中预备热处理为正火，然后可能有必要进行去应力退火，最终热处理为调质处理和表面热处理的高频淬火和低温回火。 40Cr的显微组织不均匀，且晶粒粗大，需要进行预备热处理来细化晶粒和改善其内部组织。翻阅书籍后我决定采用正火的方法来作为预备热处理。正火温度为Ac3或Acm以上40到60℃，故取正火温度为880℃，来改善晶粒大小，使晶粒细化，可以获得更好的切削加工性能，并为后续热处理工艺打好基础。 正火后组织变成了片状P和片状渗碳体，此时的钢的切削性能较好，硬度较低，便于切削加工。在进行粗加工后组织内部可能会产生一些残余应力，影响后续热处理工艺，于是需要用去应力退火来消除组织应力。一般去应力退火加热温度低于回火温度，故取540℃，再保温2小时，以防止产生新的残余应力。 完成上述工序后40Cr的性能任未满足曲轴的要求，需要进行更进一步的操作，即最终热处理，在这里选择的是调质处理以及表面高频淬火。 对于调质处理，40Cr是亚共析钢，淬火温度为Ac3+30到50℃，所以取淬火温度为830℃，而40Cr淬透性较好，为了避免40Cr钢在淬火时出现淬裂现象，因此选择淬火介质——油，保温10分钟。淬透之后采用高温回火，加热温度在560℃左右，保温两个小时空冷。 实现淬火的必要条件是加热温度必须高于临界点温度以上，以获得奥氏体组织，其冷却速度必须大于临界冷却速度，而淬火得到的组织是马氏体或下贝氏体。对40Cr进行淬火前，其组织状态为珠光体，而淬火后组织为马氏体。马氏体具有很高的硬度，但很脆，所以需要高温回火来提高韧性适当降低硬度。回火后40Cr的组织为回火索氏体，保留了淬火效应，索氏体均匀细密，晶粒细小，具

沈阳理工大学-大创版-热处理工艺课程设计教学大纲

《热处理工艺课程设计》教学大纲 （Design of Heat Treating Processes） 课程编号：050251002 学时/学分：3周/6学分 一、大纲说明 本大纲根据金属材料工程专业2012年教学计划制订 （一）适用专业：金属材料工程 （二）课程设计性质：金属材料工程专业必修课、考查课。 （三）主要先修课程和后续课程 1、先修课程：材料的力学性能，材料工程基础，材料的现代检测方法，材料科学基础 2、后续课程：工程材料学，热处理设备设计，材料的表面处理 二、课程设计目的及基本要求 1. 课程设计目的 （1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其受到卓越工程师基本的训练。 （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。 2. 基本要求 在指导教师的指导下，独立完成2个典型零件的热处理工艺设计，写出设计说明书。 两个热处理工艺的类型为：（1）设计典型零件的一个普通热处理工艺；（2）钢的化学热处理工艺设计、表面热处理工艺设计、特种热处理工艺设计、铸铁热处理工艺设计和有色金属材料热处理工艺设计，任选其一。 热处理工艺制定以学生生产实习的企业为设计依据，包括零件图纸、材料种类、设备条件、管理规程等。 三、课程设计内容及安排 第一周钢的普通热处理工艺设计 第二周钢的化学热处理工艺设计、表面热处理工艺设计、特种热处理工艺设计、铸铁热处理工艺设计和有色金属材料热处理工艺设计，任选其一。 第三周周一~周三撰写设计说明书 周四~周五答辩 四、指导方式 教师面对面指导设计工作，解答疑难问题。

课程设计论文--热处理工艺设计(精选.)

沈阳理工大学热处理工艺课程设计 目录 第一章 热处理工设计目的 (1) 第二章 课程设计任务 (1) 第三章 热处理工艺设计方法 (1) 3.1 设计任务 (1) 3.2 设计方案 (2) 3.2.1 12CrNi3叶片泵轴的设计的分析 (2) 3.2.2 钢种材料 (2) 3.3设计说明 (3) 3.3.1 加工工艺流程 (3) 3.3.2 具体热处理工艺 (4) 3.4分析讨论 (11) 第四章 结束语 (13) 参考文献 (14)

沈阳理工大学热处理工艺课程设计 12CrNi3叶片泵轴的热处理工艺设计 一. 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺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热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。 （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。 二. 课程设计的任务 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热处理方法，制定工艺参数，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，作出热处理工艺卡。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。 三. 热处理工艺设计的方法 1. 设计任务 12CrNi3叶片泵轴零件图如图3.1 图3.1 12CrNi3叶片泵轴

2、设计方案 2.1.工作条件 叶片泵是由转子、定子、叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。叶片泵的结构紧凑，零件加工精度要求高。叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油与排油。泵轴在工作时承受扭转和弯曲疲劳，在花键和颈轴处收磨损。因此，要求轴有高的强度，良好的韧性及耐磨性。 2.1.1失效形式 叶片泵轴的主要失效形式是疲劳断裂，在花键和轴颈处可能发生工作面的磨损、咬伤，甚至是咬裂。 2.1.2性能要求 根据泵轴的受力情况和失效分析可知 ,叶片泵轴主要是要求轴具有高的强度，良好的韧性及耐磨性，以保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。 2.2钢种材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢，比12CrNi2A钢有更高的淬透性，因此，可以用于制造比12CrNi2A钢截面稍大的零件。该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能，钢的低温韧性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好，当硬度为HB260～320时，相对切削加工性为60%～70%。另外，钢退火后硬度低、塑性好，因此，既可以采用切削加工方法制造模具，也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性，该钢适宜制造大、中型塑料模具。12CrNi3高级渗碳钢的淬透性较高 ,退火困难。由于不渗碳表面未经镀铜防渗 ,因此渗碳后进行低温回火 , 降低硬度 , 便于切去不渗碳表面的渗碳层。材料加工成叶片泵轴需进行复杂的化学热处理，使心部硬度为 HRC31～HRC41，表面硬度不低于HRC60，从而使泵轴表面有较高硬度，心部呈现

轴用材料及其热处理

45号钢为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理。1. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。 2. 45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。其表面含碳量0.8－－1.2％，芯部一般在0.1－－0.25％（特殊情况下采用0.35％）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC58－－62），芯部硬度低，耐冲击。如果用45号钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。现在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到0.30％芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见。0.35％从来没见过实例，只在教科书里有介绍。可以采用调质＋高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差。GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850℃正火、840℃淬火、600℃回火，达到的性能为屈服强度≥355MPa GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J 一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求 果是卡车传动轴，首先要确定用钢，建议：细一些轴选用40Cr，40Cr、40MnB、40MnVB、 粗一些轴选用40CrNiMo、42CrMo等中碳低合金钢； 传动轴一般由两部分组成：一是实芯轴或空心厚壁管；二是与万向节连接的花键轴。实芯轴与花键轴一般为一根钢料加工而成，也有将其焊接而成。 轴的热处理为：整根轴轧为棒料后进行退火或正火处理（含Mo、V、Ti的钢一般退火：840-860度加热一定时间后炉冷，得到铁素体+珠光体组织；低合金含量的钢一般正火：840-860度加热一定时间后空冷，得到铁素体+珠光体组织），获得较好的切削加工性能，加工后整体进行调质热处理（一般为：840-860度加热一定时间后油淬，再进行550-650度的高温回火，得到回火索氏体组织），获得强度、韧性、塑性都较好的综合力学性能（抗扭、抗弯、无脆性断裂），然后对其花键进行精加工，此时的花键硬度较低（约HRC35-40）不耐磨，还需要对花键进行二次热处理强化，目前多为高频感应热处理，获得隐晶马氏体，花键表面硬度可达到HRC58-62，具有较高的抗磨寿命。 表l一31钢铁材料的力学性能 名称量的符号单位符号含义 强度指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力 1强度 1)抗拉强度ób 金属试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷与试样原横截面面积之比称为抗拉强度 ób=Pb/Fo 式中Pb——试样拉断前的最大负荷(N) Fo——试样原横截面积(mm2) 2)抗弯强度óbb MPa 试样在位于两支承中间的集中负荷作用下，使其折断时，折断截面所 承受的最大正压力 对圆试样：óbb=8PL/Лd³; 对矩形试样：óbb=3PL/2bh² 式中 P——试样所受最大集中载荷(N) L——两支承点间的跨距(mm)