《热处理零件设计》PPT课件.ppt

热处理零件设计热处理零件设计谭旭明谭旭明2010-12-302010-12-30案例案例案例一：185-18-00029齿圈试制：采用不同材料，不同热处理工艺方法方法1，S48C沿齿沟扫描淬火效率低，齿沟底易裂纹方法2，20CrMo渗碳淬火操作复杂，变形大，成本高方法3，S48C内齿整体感应淬火效率高，操作简单方法3变形测量：内齿顶和M值变形在0.4-0.5mm.满足要求，结果较好案例案例案例二：16Y-16-00015横轴花键部小端面感应淬火裂纹 16Y-16-00015横轴感应淬火裂纹 改进：距端部留58mm不淬硬区裂纹裂纹裂纹裂纹案例案例案例三：185-82-05014 托架调质淬火时，厚薄相差悬殊处易裂纹内容内容一、热处理零件的材料选择二、热处理方法分类及应用三、热处理零件结构设计工艺性热处理零件的材料选择热处理零件的材料选择热处理零件的材料选择热处理零件的材料选择 选择用钢的目的 选择用钢的目的是为了用最低的成本获得满足使用要求的零件。选择用钢的一般原则 1）满足零件服役条件；2）具有较好的加工工艺性能；3）有较好的经济性，即总成本（材料费、加工费、管 理费等）最低，而寿命最长（能达到寿命要求）。热处理零件选材步骤热处理零件选材步骤 1）分析零件服役条件，提出关键性能要求；2）同类产品的用材情况比较，进行调查研究；3）确定零件应具有的力学性能指标；4）初步选出所用材料的牌号，确定热处理方法，进行强化；1.5）对关键性零件投产前应先在实验室试验，是否达到各2.项指标；必要时，还进行破坏性试验，检验材料性能。齿轮零件的材料选择齿轮零件的材料选择 常用钢种热处理要求主要用途备注20CrMnTi20CrMnMo20CrNiMo渗碳淬火回火表面硬度 5863HRC心部硬度 248352HB 277381HB传动力较大齿轮、终传动主动齿轮20CrNi2MoNbH(SNCM420H-K)渗碳淬火回火表面硬度 6065HRC心部硬度 277381HB大马力推土机终传动主动齿轮45调质 229277HB 248293HB齿部淬火 5260HRC一般要求齿轮S48C调质 229277HB 248293HB齿部淬火 5562HRC终传动从动齿轮42CrMo调质 248293HB渗氮表面硬度 500HV表面耐磨、心部强度高齿轮轴类零件的材料选择轴类零件的材料选择 常用钢种热处理要求主要用途备注35调质 201255HB 229277HB淬火回火 2632HRC 3238HRC 3642HRC表面淬火回火 5058HRC适用于制造负荷不大，截面尺寸较小的各种零件，如轴，轴销、螺栓等45调质 201255HB 229277HB 248293HB淬火回火 2632HRC 3036HRC 3238HRC 3642HRC表面淬火回火 5260HRC应用最广泛，用于制造一般要求的轴、平行销等50Mn调质 229277HB 248293HB淬火回火 3036HRC 3642HRC表面淬火回火 5260HRC 5562HRC 制造耐磨性和强度要求较高、冲击负荷不大的零件，支重轮轴、引导轮轴等轴类零件的材料选择轴类零件的材料选择 常用钢种热处理要求主要用途备注40Cr调质 201255HB 229277HB 248293HB淬火回火 3036HRC 3238HRC 3642HRC表面淬火回火 5260HRC用于制造较45钢重要的零件，调质后具有优良的综合机械性能，低温冲击性能和淬透性良好，如轴、蜗杆、花键轴等35CrMo调质 229277HB 248293HB淬火回火 3036HRC 3238HRC 3642HRC表面淬火回火 5055HRC 适用于高强度、高韧性的零件,如轴、高强度螺栓等42CrMo40MnVB调质 229277HB 248293HB 277331HB淬火回火 3036HRC 3642HRC表面淬火回火 5260HRC综合机械性能和淬透性比40Cr高，适用于比45、40Cr强度高，截面尺寸较大的轴类等零件轴类零件的材料选择轴类零件的材料选择 常用钢种热处理要求主要用途备注40CrMn 43MnCrH调质 229277HB 248293HB淬火回火 3036HRC 3642HRC表面淬火回火 5260HRC适用于大件轴或重复应力轴，如横轴、半轴等20CrMo渗碳淬火回火表面硬度 5662HRC心部硬度 248352HB适用于截面尺寸不大，对心部强度、韧性要求较高的轴类，如花键轴、衬套、销套等20CrMnTi20CrMnMo20CrNiMo渗碳淬火回火表面硬度 5863HRC心部硬度 248352HB传动力较大的轴类，如大型花键轴等铸钢类零件的材料选择铸钢类零件的材料选择 常用钢种热处理要求主要用途备注SCSiMn1H 调质 201255HB 229277HB 淬火回火 2632HRC 3036HRC 表面淬火回火 5055HRC 小型惰轮等SCSiMn2H 调质 201255HB 229277HB 248293HB淬火回火 3036HRC表面淬火回火 5260HRC 引导轮体、联轴节、轮壳、叉杆等 ZG42SiMn 调质 201255HB 229277HB 248293HB淬火回火 3036HRC3642HRC4248HRC表面淬火回火 5260HRC 座等热处理方法分类及应用热处理方法分类及应用零件零件热处热处理理 零件热处理是将零件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。热处理一般不改变零件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变零件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能和工艺性能。为使零件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。热处热处理方法的分理方法的分类类 整体热处理：退火、正火、淬火和回火等 表面热处理：火焰淬火、感应加热热处理、激光热处理等化学热处理：渗碳、渗氮、渗金属 等热处理分类及应用热处理分类及应用热处理类别目的应用范围退火 降低零件的硬度，提高塑性，改善切削性能和压力加工性能；消除铸、锻、焊、轧、冷加工所产生的内应力；使钢的成分均匀化，细化钢的组织，并为下一步工序做准备。铸钢件、焊接件、锻轧件、冲压件、冷变形钢材和零件等。正火 调整零件的硬度，细化晶粒及消除网状碳化物，为淬火作好准备。性能要求一般时，也可作为最终热处理。提高低碳钢硬度，改善切削性能；消除高碳钢中的网状碳化物，为球化退火做准备；作为中碳钢、合金钢淬火前的预备热处理，以减少淬火缺陷；对于形状复杂零件或性能要求不高的普通结构零件作为最终热处理，以提高力学性能。淬火 得到获得较高的强度和硬度适用于需要高强度、高耐磨条件下工作的碳钢和合金钢零件热处理分类及应用热处理分类及应用热处理类别目的应用范围回火 低温回火：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低应力,减少钢的脆性。中温回火：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。高温回火：获得良好的综合力学性能。又称调质处理。低温回火：刃具、量具、模具、渗碳淬火件和表面淬火件。中温回火：弹性零件及热锻模具等。高温回火：各种重要结构零件如半轴、螺栓、齿轮及轴承。表面淬火 使表层具有较高的耐磨性和抗疲劳强度，心部仍保持淬火前的良好塑性和韧性。适用于含碳 0.35%0.5%的中碳钢和中碳合金钢，也可用于高碳工具钢和低合金工具钢。如齿轮、半轴、横轴等。化学热处理 渗碳：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度和良好的韧性配合。渗氮（氮化）：提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。渗碳：同时受严重磨损和较大冲击载荷的零件，如齿轮、花键轴、销套等。渗氮：耐磨性和精度都要求较高的零件，或要求抗热、抗蚀的耐磨件，如 齿轮、花键轴、模具等。整体整体热处热处理使用理使用设备设备热处理方法使用设备最大有效空间、承重退火、正火、淬火箱式加热炉2200（长）1200（宽）850（高）2000Kg 台车加热炉2400（长）1200（宽）1000（高）回火台车回火炉2400（长）1200（宽）1000（高）井式回火炉950（直径）1800（深）感感应热处应热处理使用理使用设备设备热处理方法使用设备工件最大值轴类感应加热淬火通用轴类淬火机床淬火直径：600mm 淬火长度：2000mm夹持长度：2100mm重量：300Kg盘类感应淬火盘类感应淬火机床淬火直径：1500mm 淬火高度：500mm重量：800Kg齿圈类感应淬火齿圈类感应淬火机床淬火直径：850mm 淬火高度：200mm重量：300Kg渗碳渗碳热处热处理使用理使用设备设备热处理方法使用设备最大有效空间、承重渗碳热处理多用炉2200（长）1200（宽）850（高）重量：2500Kg井式渗碳炉1000（直径）1220（深）重量：500Kg在零件图样上应标明的热处理要求在零件图样上应标明的热处理要求 根据零件的性能要求，在图纸上标明材料的牌号和相应的热处理条件，作为热处理操作及检验的依据。一般来讲，在图纸上应标明相应的调质、淬火、感应淬火等热处理方法和硬度值范围；渗碳零件还应标明渗碳层深度、渗碳淬火回火的硬度和渗碳部位等；表面淬火应标明淬硬部位。在零件图样上应标明的热处理要求在零件图样上应标明的热处理要求方 法一 般 零 件重 要 零 件普通热处理1）热处理方法2）硬度1）热处理方法2）零件不同部位的硬度3）必要时提出零件不同部位的金相组织表面淬火1）热处理方法2）硬度3）淬火区域1）热处理方法，必要时提出预先热处理要求2）表面淬火硬度、心部硬度3）淬硬层深度4）表面淬火区域5）必要时提出变性要求渗碳1）热处理方法2）硬度3）渗层深度4）渗碳区域1）热处理方法2）淬火回火后表面硬度、心部硬度3）渗碳层深度4）渗碳区域5）必要时提出渗碳表面含碳量、浓度梯度6）必要时提出心部金相组织要求氮化1）热处理方法2）表面和心部硬度3）氮化层深度4）氮化区域1）热处理方法2）除一般零件几项要求外，还需提出心部力学性能3）必要时，还要提出金相组织及对渗氮层脆性要求热处热处理零件理零件结结构构设计设计工工艺艺性性热处热处理零件理零件结结构构设计设计工工艺艺性性 热处理零件的结构设计工艺性，是指在设计需要进行热处理零件时，既要考虑保证零件的使用性能要求，又要考虑热处理工艺对零件结构的要求，达到预期目的的难易程度，消耗成本的多少和生产周期长短等性能。正确的设计热处理零件的结构，对于提高热处理工艺的生产效率、保证热处理质量和降低生产成本具有重大的意义。影响影响热处热处理零件理零件结结构构设计设计工工艺艺性的因素性的因素1)零件材料的热处理性能 淬硬性 淬透性 变形开裂倾向性 2）零件的几何形状和刚度热处热处理零件理零件结结构构设计设计的注意事的注意事项项 如果零件结构工艺性不合理，则可能造成淬火变形、开裂等热处理缺陷，从而使零件 报废，造成不必要的损失。一般应注意以下几点：1）防止热处理零件开裂 2）防止热处理零件变形3）防止热处理零件硬度不均防止防止热处热处理零件开裂理零件开裂避免尖角、棱角改进前改进后改进前改进后防止防止热处热处理零件开裂理零件开裂 避免断面突变 避免孔距离边缘太近改进前改进后改进前改进后整体淬火方头表面淬火防止防止热处热处理零件开裂理零件开裂 避免结构尺寸厚薄相差悬殊 形状复杂的零件，避免选用水淬的钢 改进前改进后改进前改进后形状不改变，全部淬火改为齿部感应淬火或盲孔改通孔45钢水淬40Cr油淬防止防止热处热处理零件理零件变变形形 采用封闭对称结构 细长轴类、长坂类零件应避免水淬 改进前改进后改进前改进后45钢水淬40Cr钢油淬防止防止热处热处理零件理零件变变形形 选择适当的材料和热处理方法 增加零件刚性改进前改进后改进前改进后要求：V型面要耐磨20Cr钢渗碳，渗碳后去掉A、B面渗层，然后淬火T10A或20Cr渗碳后感应淬火采用组合结构防止防止热处热处理零件硬度不均理零件硬度不均 避免盲孔和死角 两个感应淬火部位不应相距太近改进前改进后改进前改进后防止防止热处热处理零件硬度不均理零件硬度不均 选择适当的材料和热处理方法 齿条避免采用感应淬火改进前改进后改进前改进后40Cr钢齿部淬火20Cr钢渗碳淬火或40Cr钢渗氮45钢感应淬火20Cr渗碳淬火或40Cr渗氮感应淬火渗氮处理