热处理工艺设计.docx

目录1热处理工艺课程设计的目的 12热处理工艺设计的内容及步骤 12.1 38CrMoAlA 斜盘简图 12.2本设计对斜盘的技术要求 12.3材料的选择 22.3.1 38CrMoAlA 钢的性能 22.4 38CrMoAlA化学成分及合金元素作用 22.4.1 38CrMoAlA 化学成分 22.4.2 38CrMoAlA合金元素作用 22.5 38CrMoAlA热处理临界温度 32.6 制定热处理工艺方案原则 33 38CrMoAlA斜盘热处理工艺流程 43.1 工艺流程 43.2热处理工艺设计 43.2.1 退火 43.2.2 淬火 63.2.3 高温回火 93.2.4 离子渗氮 103.2.5总热处理工艺路线及工艺曲线图 133.3热处理工艺的检验 143.3.1 表面硬度的检验 143.3.2 心部硬度的检验 143.3.3 渗氮层疏松检验 153.3.4渗氮扩散层中氮化物检验 154热处理工序中材料的组织、性能 154.1完全退火后的组织及性能 154.1.1正常加热冷却的组织及性能 154.1.2加热温度不足时的组织及性能 154.1.3加热温度过高时的组织及性能 154.1.4冷却速度过大时的组织及性能 154.1.5冷却速度不足时的组织及性能 164.1.6保温过程中零件的组织转变 164.2淬火后的组织、性能 164.2.1正常加热冷却的组织及性能 164.2.2加热温度不足时的组织及性能 164.2.3加热温度过高时的组织及性能 164.2.4冷却速度过大时的组织及性能 164.2.5冷却速度不足时的组织及性能 164.2.6保温过程中零件的组织转变 174.3 回火后的组织、性能 174.3.1正常加热冷却的组织及性能 174.3.2加热温度不足时的组织及性能 174.3.3加热温度过高时的组织及性能 174.3.4冷却速度过大时的组织及性能 174.3.5冷却速度不足时的组织及性能 174.3.6保温过程中零件的组织转变 174.4渗氮后的组织、性能 184.4.1正常加热冷却的组织及性能 184.4.2加热温度不足时的组织及性能 184.4.3加热温度过高时的组织及性能 184.4.4渗氮保温过程中零件的组织转变 184.4.5渗氮层深度金相测定 184.4.6 金相组织检查 185常见缺陷及防止方法 19参考文献 2138CrMoAlA斜盘热处理工艺设计1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2热处理工艺设计的内容及步骤2.1 38CrMoAlA斜盘简图38CrMoAlA斜盘简图如图2.1所示图2.1 38CrMoAlA斜盘简图2.2本设计对斜盘的技术要求1.调质后心部硬度为250〜280HBS,表层硬度为800〜850HV；2.渗氮层深度为0.3〜0.5mm2.3材料的选择2.3.1 38CrMoAlA 钢的性能38CrMoAlA是应用最广的咼级氮化钢，有咼的强度、硬度和疲劳极限，该钢经 渗氮处理后，可获得很高的硬度，耐磨性好，具有良好的淬透性，加入Mo后，抑制 了材料的第二类回火脆性，心部具有一定的强韧性，因而广泛用于制造主轴、螺杆、 非重载齿轮、气缸套、座套等需高硬度、高耐磨而又冲击不大的零件但由于Al的 加入，在冶炼过程中易形成非金属夹杂物，有过热敏感性，渗氮层表面脆性倾向增大, 故在热处理工艺设计时需注意。

2.4 38CrMoAlA化学成分及合金元素作用2.4.1 38CrMoAlA 化学成分38CrMoAlA化学成分如表2.1所示表2.1 38CrMoAlA化学成分⑴（质量分数wt） （%）CMnSiMoCrAl0.35 〜0.420.30 〜0.600.2 0 〜0.400.15 〜0.251.35 〜1.650.70 〜1.102.4.2 38CrMoAlA合金元素作用① 碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当 碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般 不超过0.20%碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀； 此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性② 铬（Cr）:在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降 低塑性和韧性铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要 合金元素③ 钼（Mo）：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强 度和抗蠕变能力（长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变）结构钢中加入钼，能 提高机械性能还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。

在工具钢中可提高红性④ 铝（Al）：铝是钢中常用的脱氧剂钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧 性，如作深冲薄板的08A1钢铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力铝的缺点是影响钢的热加工性 能、焊接性能和切削加工性能，38CrMoAlA钢中由于Al的加入，在冶炼过程中易形 成非金属夹杂物，有过热敏感性，渗氮层表面脆性倾向会增大⑤硅（Si）、锰（Mn）：提高淬透性，并保证机械零件整体具有良好的综合力学性 能2.538CrMoAlA热处理临界温度热处理临界温度、线膨胀系数、热导率分别如表2.2、2.3、2.4所示表2.2 38CrMoAlA热处理临界温度⑵AciAc3Ar Ar1 3Ms760 °C900 C675C 740C360 C表2.3线膨胀系数[2]温度C25 〜10025〜200 25〜300 25〜400 25〜50025 〜60025 〜700线膨胀系数必10-6C10.412 11.06 12.27 12.5313.3513.58表2.4热导率[2]温度C99.4398.2479.4568673.4热导率VW ( m・K) -131.830.931.831.831.82.6制定热处理工艺方案原则热处理工艺的最佳方案是在能够保证达到根据零件使用性能和由产品设计者提出的 热处理技术要求的基础上，设计的一种高质量、低成本、低能耗、清洁、高效、精确 的热处理工艺方法。

根据零件使用性能及技术要求，提出所可能实施的几种热处理工 艺方案，通过综合经济技术分析，确定最佳热处理工艺方案确定热处理工艺方案后， 首先应根据零件的材料特性及技术要求，选择热处理加热设备、加热、保温时间与冷 却方式在此基础上，制定编制热处理工艺规范，设计零件在有关热处理工序使用的 装夹具及校直装置等最后，编写主要热处理工序的操作守则涉及新材料、新技术等特殊零件的热处理工艺，可遵循实验室试验、小批量生产试验、 生产验证等程序进行确定3 38CrMoAlA斜盘热处理工艺流程3.1工艺流程下料一锻造一退火一机械加工一调质（淬火+高温回火）一机械加工一离子渗氮一检 验〜成品3.2热处理工艺设计3.2.1退火① 概念：完全退火是将钢加热到Ac3以上30〜50°C，保温后随炉冷却的一种热处 理工艺因为完全退火主要用于含碳量质量分数为0.3%〜0.6%的中碳钢铸、锻件，因 为38CrMnAl含碳量为0.38%，且是锻件，故选用完全退火② 目的：消除其锻件常存在晶粒粗大或晶粒大小不均匀等组织缺陷及内应力，使钢 的强度、塑性和韧性达到技术要求即均匀组织、细化晶粒、消除内应力、改善切削加 工性能等，为最终热处理做好组织准备。

③ 加热温度：940±10°C确定依据：38CrMnAlA钢是亚共析钢，其完全退火温度为Ac3+30〜50°C确定方法：900C+ （30〜50°C）④ 加热方法：随炉温加热选择依据：简单易控制，且是预备热处理，对性能要求不高⑤ 加热介质：空气⑥ 保温时间：2.5h选定的依据：加热时间可按下列公式进行计算：t=a xKxD[i]，式中t为加热时间 （min）； a为加热系数min/mm,加热系数a可根据钢种与加热介质、加热温度，参 数按照表3.1选取；K为反映装炉时的修正系数，可根据表3.2选取，根据工件装炉 位置，K取2.2； D为工件有效厚度（mm），近似取D=38mm可得t= a xKxD=（1.5〜 1.8）x2.2x46=125.4〜150.48min由于38CrMnAlA钢合金量较高且工件厚度不均匀，故取 t=2.5h表3.1加热系数⑵碳卡钢 0.8 〜1.2 min・mm-i合金钢 1.5〜1.8 min・mm-1表3.2工件装炉修正系数K[3]工#a⑦ 冷却方法：随炉冷却⑧ 冷却介质：空气⑨ 热处理设备规格及技术参数如表3.3所示选择箱式电阻炉，型号为RX-45-12表3.3 RX-45-12规格及技术参数⑷型号功率/kw电压/V相数最咼丄作温度/ °C炉膛尺寸（长X宽X高）/mm X mm X mmRX-45-124038031200950X450X350⑩ 装炉方式，如图3.1所示。

根据炉型选取退火架尺寸，由表3.2所示工件装炉位 置可知，横向可放置工件5 排,纵向可放置工件2列，即每层可放置工件10件，而 退火架有2层，故每炉可处理20件零件图3.2完全退火工艺曲线322淬火① 概念：淬火是将钢加热到Ac1或Ac3以上某一温度，保温后适当冷却，获得马氏 体或贝氏体组织的热处理工艺② 目的：使过冷奥氏体进行马氏体（或贝氏体）转变，得到马氏体（或贝氏体）组织， 在经后续的回火处理，塑造钢的显微组织与力学性能，提高零件的耐磨性和抗疲劳性 能，确保零件在工况下的可靠性和使用寿命③ 淬火温度：940±10°C确定依据：亚共析钢加热到Ac3以上30〜50C确定方法：900C+ （30〜50C）④ 加热方法：采用直接到温加入炉加热的方法选择依据：由于38CrMoAlA为中碳调质钢、中等淬透性材料，且此工件形状简 单，故采用采用直接到温加入炉加热的方法此方法加热速度快，节约时间，节约能源，提高生产效率，降低产品成本,便于批量生产⑤ 加热介质：氮气目的：使用氮基气氛保护，可以实现少、无氧化处理，避免零件加热时的氧化脱 碳，使金属烧损、性能降低⑥ 保温时间：2h选定的依据：由于淬火时只是需要工件完全奥氏体化，不需要奥氏体长大，故 淬火时间较退火时间稍微短一点，由前面计算可得，加热时间为2.5h，在此取淬火 时间为2h。

⑦ 冷却方式：油冷，选择为20号机油选择依据为：对于形状不对称或截面相差悬殊的，则要选择冷却相对缓慢的淬火 介质［5］故冷却介质选择油，根据斜盘的直径且考虑到其尺寸的不均匀性，由表3.3 采用矿物质油（矿物油）为了能提高油的冷却能力，可配制混合油，即将粘度和冷 却能力不同的两种。