工艺第6章 热处理工艺设计.ppt

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1、p出发点：合理应用热处理新工艺、新技术，并做到技术与出发点：合理应用热处理新工艺、新技术，并做到技术与经济的统一经济的统一p 目标：用最廉价的材料并规定合理的组织性能要求，以目标：用最廉价的材料并规定合理的组织性能要求，以最低的能源消耗、最高的劳动生产率生产出质量可靠、性最低的能源消耗、最高的劳动生产率生产出质量可靠、性能稳定的工件，满足整机及零部件提出的一定要求，同时能稳定的工件，满足整机及零部件提出的一定要求，同时无公害。无公害。p 发展方向：优质、高效、节能、无公害发展方向：优质、高效、节能、无公害6.1 热处理工艺与机械零件设计的关系热处理工艺与机械零件设计的关系p1.根据零件服役条件

2、合理选择材料及提出技术要求根据零件服役条件合理选择材料及提出技术要求p（1）根据零件服役条件合理选择材料）根据零件服役条件合理选择材料p淬透性淬透性p淬硬层深度淬硬层深度p调质件对淬硬层深度要求：调质件对淬硬层深度要求：p（1）整个截面均匀承载零件，要求心部至少有）整个截面均匀承载零件，要求心部至少有50%Mp（2）轴类零件，）轴类零件，3/4，半径或，半径或1/2半径半径p（3）尺寸较大的碳素钢和低合金钢调质件，正火）尺寸较大的碳素钢和低合金钢调质件，正火+高温高温回火回火（2）合理确定热处理技术条件）合理确定热处理技术条件p根据零服役条件，恰当提出技术要求根据零服役条件，恰当提出技术要求p

3、热处理要求只能定在所选钢号淬透性和淬硬性范围内热处理要求只能定在所选钢号淬透性和淬硬性范围内p热处理要求应该允许有一定的热处理变形热处理要求应该允许有一定的热处理变形p经济效果经济效果2 零件结构设计与热处理工艺性的关系零件结构设计与热处理工艺性的关系p（1）零件热处理加热和冷却时要便于装卡，吊挂。）零件热处理加热和冷却时要便于装卡，吊挂。p（2）有利于热处理时均匀加热和冷却）有利于热处理时均匀加热和冷却p（3）避免尖角、棱角）避免尖角、棱角p（4）采用封闭对称结构）采用封闭对称结构p（5）对形状复杂或截面尺寸变化较大的零件，尽可能采）对形状复杂或截面尺寸变化较大的零件，尽可能采用组合结构或镶

4、拼结构用组合结构或镶拼结构（3）避免尖角、棱角）避免尖角、棱角（4）采用封闭对称结构）采用封闭对称结构（5）对形状复杂或截面尺寸变化较大的零件，尽可能采用）对形状复杂或截面尺寸变化较大的零件，尽可能采用组合结构或镶拼结构组合结构或镶拼结构6.2 热处理工艺与其他冷、热加工工艺的关系热处理工艺与其他冷、热加工工艺的关系p1.锻造工艺对热处理质量的影响锻造工艺对热处理质量的影响p(1)锻造加热对热处理质量的影响锻造加热对热处理质量的影响p过热缺陷过热缺陷晶粒粗大，冲击韧性降低晶粒粗大，冲击韧性降低p消除：高温正火、多次正火消除：高温正火、多次正火p（2）锻造比不足或锻打方法不当对热处理质量的影响）

5、锻造比不足或锻打方法不当对热处理质量的影响p共晶碳化物分布不均匀共晶碳化物分布不均匀p消除：锻打消除：锻打p带状组织带状组织p消除：高温正火或扩散退火消除：高温正火或扩散退火p（3）锻造变形不均匀性对热处理的影响）锻造变形不均匀性对热处理的影响p组织和应力分布不均匀组织和应力分布不均匀p消除：退火或正火消除：退火或正火2.切削加工与热处理的关系切削加工与热处理的关系p理想硬度：HB180-220p切削应力p去应力退火p3.工艺路线二、热处理工序的位置二、热处理工序的位置（一）预备热处理（一）预备热处理退火和正火退火和正火调质处理调质处理毛坯毛坯退火或正火退火或正火机械加工机械加工下料下料锻造锻

6、造正火或退火正火或退火机械粗加工机械粗加工调质调质调质调质机械精加工机械精加工目的是消除毛坯中的内应力，细目的是消除毛坯中的内应力，细目的是消除毛坯中的内应力，细目的是消除毛坯中的内应力，细化晶粒，均匀组织；改善切削加化晶粒，均匀组织；改善切削加化晶粒，均匀组织；改善切削加化晶粒，均匀组织；改善切削加工性；或为最终热处理做组织准备工性；或为最终热处理做组织准备工性；或为最终热处理做组织准备工性；或为最终热处理做组织准备主要是提高零件的综合力学性能，主要是提高零件的综合力学性能，主要是提高零件的综合力学性能，主要是提高零件的综合力学性能，或为以后表面淬火和为易变形的或为以后表面淬火和为易变形的或

7、为以后表面淬火和为易变形的或为以后表面淬火和为易变形的精密零件淬火作组织准备精密零件淬火作组织准备精密零件淬火作组织准备精密零件淬火作组织准备返返 回回上一页上一页下一页下一页回主页回主页（二）最终热处理的工序位置（二）最终热处理的工序位置（二）最终热处理的工序位置（二）最终热处理的工序位置淬火、回火淬火、回火淬火、回火淬火、回火渗碳渗碳渗碳渗碳感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火整体淬火、回火整体淬火、回火整体淬火、回火整体淬火、回火二、热处理工序的位置二、热处理工序的位置上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页渗氮渗氮渗氮渗氮整体淬火、回火整体淬火、回火

8、整体淬火、回火整体淬火、回火下料下料下料下料锻造锻造锻造锻造正火或退火正火或退火正火或退火正火或退火机械粗加工、半精加工机械粗加工、半精加工机械粗加工、半精加工机械粗加工、半精加工淬火、低温回火（中温回火）淬火、低温回火（中温回火）淬火、低温回火（中温回火）淬火、低温回火（中温回火）磨削磨削磨削磨削二、热处理工序的位置二、热处理工序的位置返返返返 回回回回上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页回主页回主页回主页回主页下料下料下料下料锻造锻造锻造锻造正火或退火正火或退火正火或退火正火或退火机械粗加工机械粗加工机械粗加工机械粗加工调质调质调质调质磨削磨削磨削磨削半精加工半精加工半精加工半

9、精加工感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火下料下料下料下料锻造锻造锻造锻造正火或退火正火或退火正火或退火正火或退火机械粗加工机械粗加工机械粗加工机械粗加工调质调质调质调质机械半精加工机械半精加工机械半精加工机械半精加工感应加热表面淬火、感应加热表面淬火、感应加热表面淬火、感应加热表面淬火、低温回火低温回火低温回火低温回火磨削磨削磨削磨削二、热处理工序的位置二、热处理工序的位置返返返返 回回回回上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页回主页回主页回主页回主页渗碳的工序位置渗碳的工序位置下料下料锻造锻造正火正火机械粗加工、半精加工机械粗加工、半精加工磨削磨削渗碳

10、渗碳淬火、低温回火淬火、低温回火去除不渗碳部分去除不渗碳部分局部镀铜局部镀铜二、热处理工序的位置二、热处理工序的位置返返 回回上一页上一页下一页下一页回主页回主页渗氮的工序位置渗氮的工序位置下料下料下料下料锻造锻造锻造锻造退火退火退火退火机械粗加工机械粗加工机械粗加工机械粗加工调质调质调质调质机械精加工机械精加工机械精加工机械精加工去应力退火去应力退火去应力退火去应力退火渗氮渗氮渗氮渗氮二、热处理工序的位置二、热处理工序的位置上一页上一页下一页下一页粗磨粗磨粗磨粗磨精磨或研磨精磨或研磨精磨或研磨精磨或研磨不需渗氮部位镀锡保护，渗氮后磨去。不需渗氮部位镀锡保护，渗氮后磨去。不需渗氮部位镀锡保护，

11、渗氮后磨去。不需渗氮部位镀锡保护，渗氮后磨去。典型零件热处理典型零件热处理p齿轮热处理实例齿轮热处理实例:齿轮类零件的选材齿轮类零件的选材齿轮材料一般选用低、中碳钢或其合金钢，经表面强化处理后，表面强度和硬度高，心部韧性好，工艺性能好，经济上也较合理。p1.机床齿轮p机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强裂冲击。因此，一般可选中碳钢(45钢)制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢(40Cr钢)。p工艺路线为：下料-锻造-正火-粗加工-调质-精加工-轮齿高频淬火及回火-精磨。p冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT

12、500-5、QT600-2等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮外,有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛(或单体浇铸尼龙)齿轮,工作时传动平稳,噪声减少,长期使用无损坏,且磨损很小。p2.汽车齿轮p汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。一般用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi制造。p渗碳齿轮的工艺路线为：下料-锻造-正火-切削加工-渗碳、淬火及低温回火-喷丸-磨削加工p轴类零件材料及选材方法轴类零件材料及选材方法材料：经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造（兼顾强度和韧性，同时考虑疲劳抗力）；一般轴类零件使用碳

13、钢（便宜，有一定综合机械性能、对应力集中敏感性较小），如35、40、45、50钢，经正火、调质或表面淬火热处理改善性能；载荷较大并要限制轴的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，如20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB等；采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作曲轴的材料。选材原则：根据载荷大小、类型等决定：主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透性。(一一)工作条件工作条件1.承受交变的弯曲应力和扭转应力，有时承受交变的弯曲应力和扭转应力，有时承受交变的弯曲应力和扭转应力，有时承受交变的弯曲应力和扭转应力，有时受到冲

14、击受到冲击受到冲击受到冲击 载荷作用。载荷作用。载荷作用。载荷作用。2.主轴大端内锥孔和锥度外圆经常与卡盘、主轴大端内锥孔和锥度外圆经常与卡盘、主轴大端内锥孔和锥度外圆经常与卡盘、主轴大端内锥孔和锥度外圆经常与卡盘、顶尖有顶尖有顶尖有顶尖有 相对摩擦。相对摩擦。相对摩擦。相对摩擦。3.3.花键部分与齿轮有相对滑动。花键部分与齿轮有相对滑动。花键部分与齿轮有相对滑动。花键部分与齿轮有相对滑动。返返 回回上一页上一页下一页下一页回主页回主页52HRC48HRC（二）性能要求（二）性能要求1.整体调质后硬度应为整体调质后硬度应为200230HBS，组织为回组织为回 火索氏体。火索氏体。2.内锥孔（莫

15、氏内锥孔（莫氏6号锥度）硬度为号锥度）硬度为48HRC，表面表面 层层35mm为回火屈氏体和少量回火马氏体组织。为回火屈氏体和少量回火马氏体组织。3.外圆锥面及花键部分硬度为外圆锥面及花键部分硬度为52HRC，组织为回火组织为回火屈氏体和较多回火马氏体。屈氏体和较多回火马氏体。根据工作条件和性能要求，选用根据工作条件和性能要求，选用45钢的锻件。钢的锻件。返返 回回上一页上一页下一页下一页回主页回主页（三）工艺路线（三）工艺路线下料下料锻造锻造正火正火机械粗加工机械粗加工调质调质半精加工（除花键外）半精加工（除花键外）局部淬火、回火局部淬火、回火粗磨（外圆、外圆锥体粗磨（外圆、外圆锥体及圆锥孔

16、）及圆锥孔）（圆锥孔及外圆锥体）（圆锥孔及外圆锥体）铣花键铣花键花键高频淬火、回火花键高频淬火、回火精磨精磨正火可消除锻造内应力，同时获得硬度正火可消除锻造内应力，同时获得硬度为为180180230HBS230HBS，便于机械加工，为调质，便于机械加工，为调质作好组织准备。作好组织准备。调质的目的是为了提高主轴的综合力学性能。调质的目的是为了提高主轴的综合力学性能。内圆锥孔和外圆锥面部分可采用盐浴局部淬火内圆锥孔和外圆锥面部分可采用盐浴局部淬火和低温回火，得到所需硬度，提高耐磨度。和低温回火，得到所需硬度，提高耐磨度。花键可用高频感应加热表面淬火和花键可用高频感应加热表面淬火和22022024

17、0240回火，以保证装配精度、不易磨损及消除内应回火，以保证装配精度、不易磨损及消除内应力力 。返返 回回上一页上一页下一页下一页回主页回主页复习题复习题p下列零件应选用何种热处理工艺：下列零件应选用何种热处理工艺：nWc=0.2%，要求适当提高硬度，改善切削加工性，要求适当提高硬度，改善切削加工性能。能。nWc=1.2%，要求降低硬度，改善切削加工性能。，要求降低硬度，改善切削加工性能。nWc=1.2%，要求提高硬度和耐磨性。，要求提高硬度和耐磨性。nWc=0.45%，要求具有好的综合力学性能。，要求具有好的综合力学性能。nWc=0.6%，要求具有好的弹性。，要求具有好的弹性。n钢丝冷拉后硬

18、度高，要求降低硬度，消除内应力。钢丝冷拉后硬度高，要求降低硬度，消除内应力。p用用45钢制造一根钢制造一根10的轴和一根的轴和一根100的轴，用相同的轴，用相同淬火工艺淬火，试问两根轴的表面硬度是否相同？淬透淬火工艺淬火，试问两根轴的表面硬度是否相同？淬透层深度是否相同？层深度是否相同？p甲、乙两厂生产同一种零件，均选用甲、乙两厂生产同一种零件，均选用45钢，硬度要求钢，硬度要求220250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。能差别。p两根两根45钢制造的轴

19、，直径分别为钢制造的轴，直径分别为10mm和和100mm，在水中淬火后，横截面上的组织和硬度是如何分布的？在水中淬火后，横截面上的组织和硬度是如何分布的？p某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬度（度（HRC50），而心部具有良好的韧性），而心部具有良好的韧性（Ak40J），原采用），原采用45钢调质处理再在凸轮钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库表面进行高频淬火，最后低温回火，现因工厂库存的存的45钢已用完，只剩钢已用完，只剩15钢，拟用钢，拟用15钢代替。钢代替。试说明：试说明：p（1）原）原45钢各热处理工序的作用；钢各热处理工序的作用；p（2）改用）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否钢后，应按原热处理工序进行能否满足性能要求？为什么？满足性能要求？为什么？p（3）改用）改用15钢后，为达到所要求的性能，在心钢后，为达到所要求的性能，在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？部强度足够的前提下采用何种热处理工艺？图是过共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。图是过共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。分析过共析分析过共析钢在冷却温度钢在冷却温度ab点之间的组织，及四种不同点之间的组织，及四种不同 冷却速度冷却冷却速度冷却后的组织后的组织