20CrMnMo齿轮热处理.docx

目录1 绪 论 1..1.1 热处理工艺课程设计的目的 1.1.2 课程设计的任务 1.1.3 热处理工艺设计的方法 1.2 热处理工艺课程设计内容和步骤 1.2.1 课题工件简图 1.2.2 技术要求： 2..2.3 特点 2.2.4 适用范围 2.2.5齿轮的性能要求及为何选用20CrMnMo 32.6 化学成分作用 3.2.7 20CrMnMo钢的淬透性曲线 42.8 淬透性 5.2.9 渗碳热处理工艺规范 5.2.10 钢的等温转变和连续冷却转变 5.3 热处理工艺方案以及参数论述 6.3.1 热处理工艺流程 6.3.2 热处理工艺方案论证 6.3.2.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式 63.2.2 热处理方案制定 6.3.3 热处理方案 7..3.3.1 正火 7.3.3.2 正火工艺曲线 8.3.3.3 正火冷却 8..3.4 20CrMnMo的渗碳工艺 83.4.1 渗碳的目的 8.3.4.2 渗碳过程 9..3.5 20CrMnMo的淬火工艺 103.5.1 渗碳后一次重新加热淬火的目的 103.5.2 淬火事项 103.6 低温回火工艺 113.6.1 回火的目的 113.6.2 回火温度 123.6.3 加热介质 123.6.4 保温时间 123.6.5 回火工艺曲线 123.6.6 冷却方式 124 总的热处理工艺曲线 134.1 热处理总工艺曲线 134.2 选择加热设备 134.2.1 装置选择：井式电阻炉 134.2.2井式炉示意图 144.3.1 井式气体渗碳炉型号规格及技术数据 145 工装图 155.1 工装图及装件 156 工序质量检验 167 热处理工艺过程中常见缺陷分析 167.1 常见的淬火及防护措施 167.2 常见的渗碳缺陷及防护措施 178 心得体会 189 参考文献 1820CrMnMo 齿轮热处理工艺设计1 绪 论1.1 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、标准和规范因此，本课程设计要求我们综合运用所学来的知识 解决生产实践中的热处 理文艺，包括工艺设计中的细节问题，如设备的选用，为何选用该设备温度调节， 要求我们设计工艺流程，并且需要我们翻阅大量文献灵活运用书籍中的资料， 精简知识，精要描绘并且完整体现出来，不能一蹴而就1.2 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1.3 热处理工艺设计的方法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，通过综合经济技术分析，确定最佳热处理工艺方 案。

最后，编写主要热处理工序的操作守则2 热处理工艺课程设计内容和步骤2.1 课题工件简图课题工件简图如图 2.1mz: :数数数 -1 T_ 参模齿 舟图2.1工件示意图（单位:mm）材料：20CrMnMo2.2 技术要求：1. 由于齿面硬度很高，具有很强的抗点蚀和耐磨损性能；心部具有很好的韧性， 表面经硬化后产生的残余应力，大大提高了齿根强度；一半齿面硬度范围56~ 63HRC2. 简要流程：下料-锻造-正火-粗加工-渗碳-淬火-低温回火-精磨-成品2.3 特点1. 加工性能好2. 热处理畸变较大，热处理后应磨齿，可以获得高的精度2.4 适用范围广泛用于要求承载能力高，抗冲击性能好，精度高，体积小的中型一下齿轮 多出应用于汽车变速器，分动箱，起动机及驱动桥的各类齿轮以及拖拉机的动力传送装置的各类齿轮，20CrMnMo的性能要比20CrMnTi的性能相对较硬2.5 齿轮的性能要求及为何选用 20CrMnMo为保证齿轮的正常工作,齿轮应具备以下主要性能:1. 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强除材料本身性能外，还可以依靠齿轮的 表面强化处理来实现2. 齿面具有高的硬度和耐磨性，以防止黏着磨损和应力磨损。

耐磨性的提高， 主要依靠提高表面硬度和降低摩擦因数来实现3. 齿轮心部具有足够的强度和韧性，以提高承载能力常用的渗碳钢有 20CrMnMo ，20CrMnTi 本次设计我用的是 20CrMnMo 20CrMnMo淬火温度850C，只需要一次，冷却方式与20CrMnTi —样，都采用 油冷，一般可制造小雨 300mm 的高速，中载，受冲击和磨损的重要零件，适用 于拖拉机变速箱齿轮，离合器轴和车辆上的主动轴，但某些方面优于20CrMnTi表 2.1 20CrMnMo 的化学成分[1]CSiMnCrMoP,SNiC0.17 —-0.17 —-0.90 —_ 1.10 -_ 0.20 —_ <0.0.35 <0.30<0.300.230.371.201.400.302.6 化学成分作用铬（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 C和400-250C。

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，能降低回火脆性锰（Mn ）降低钢的Aci« 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，但它使参与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表2.2 20CrMnMo的热处理基本参数[2]临界温度Ac1AC3A"A「3Ms温度/C710830620740--20CrMnMo 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，以加工和加热并且性能良 好，强度，塑性和韧性都比较高，过热倾向小，无回火脆性，即可做渗碳钢使用， 也可作为调质钢使用，渗碳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，淬火以及低温挥霍具有良好的综合力学性能和低温冲击任性 20CrMnMo钢采用低温回火，表面可获得60-65HRC的高硬度20CrMnMo的含碳量为0.2%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小于1.4%，Mn小于1.2%,Mo小于0.3%。

加工时要对20CrMnMo 进行表面渗碳处理，渗碳淬火后表面得到高谈马氏体，具有较高的耐磨性2.7 20CrMnMo钢的淬透性曲线如图2.2 20CrMnMo 钢淬透性曲线--1耗南" 6 汕 42 4^3 b 9 (2 J± tS 21 出即 3Q JJ3 牡术俺酬的曲声/rrnnX 弭冉 QT I22H7T7II _ 「可~0口『可可飞T ®亟九心去水畑.'

经过渗碳后，仅使表面层的含碳量提高0.7% ~ 1.05%，仍达不到表层高硬度和 耐磨的要求.因此,渗碳后还需要淬火和低温回火 ,使工件表层具有高的硬变和耐 磨性.渗碳的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,淬火使 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3.3 热处理方案3.3.1 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±10C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Ac以上30 ~ 50C, 20CrMnMo的含碳量为0.20%, Ac为830C, 33 所以将钢件的加热温度确定为 870C3. 加热方式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,原因是加热速度过快,节约时间。

保温时间二保温时间系数X有。