第六章 热处理工艺设计(13修)
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。
目录前言一．热处理工艺课程设计的目的 (4)1.热处理零件结构形状设计 (4)2. 热处理零件的选材原则 (5)3 热处理工艺设计 (6)三．热处理工艺课程设计的任务 (7)1. 零件的服役条件和可能的失效形式 (7)2. 材料的选择 (8)3. 相变点的确定 (9)4. 热处理设备的选择 (10)5. 夹具的设计或选用 (13)四．零件的技术要求及选材…………………………………………………………151. 技术要求 (15)2. 零件图 (15)3. 化学成分及合金元素的作用 (15)4. 所选材料的相变临界点 (16)五．热处理工艺 (17)1. 所选工艺的目的 (17)2. 热处理工艺 (18)⑴正火 (18)⑵渗碳 (18)⑶淬火 (25)⑷回火 (28)⑸喷丸处理 (30)六．热处理工艺过程中缺陷分析 (30)1. 常见的渗碳缺陷 (30)2. 常见的淬火缺陷 (31)3. 常见的回火缺陷 (32)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。
第六章 热处理简答题
第六章钢的热处理1、什么是钢的热处理？钢的热处理的特点和目的是什么？答：钢的热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却,以获得所需的组织结构和性能的工艺。
钢的热处理的特点是在固态下，通过加热、保温和冷却，来改变零件或毛坯的内部组织,而不改变其形状和尺寸的热加工工艺.钢的热处理的目的是改善零件或毛坯的使用性能及工艺性能.2、从相图上看，怎样的合金才能通过热处理强化?答：通过热处理能强化的材料必须是加热和冷却过程中组织结构能够发生变化的材料，通常是指:（1)有固态相变的材料;(2）经受冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态的材料；(3）表面能被活性介质的原子渗入.从而改变表面化学成分的材料.3、什么是退火？其目的是什么？答：退火是将金属或合金加热到适当温度,保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
其目的可概括为“四化”,即软化(降低硬度适应切削加工和冷冲压要求）；均匀化(消除偏析使成分和组织均匀化)；稳定化（消除内应力、稳定组织保证零件的形状和尺寸）；细化（细化晶粒、提高力学性能）。
4、亚共析钢热处理时,快速加热可显著提高屈服强度和冲击韧性，为什么？答:快速加热可获得较大的过热度，使奥氏体形核率增加,得到细小的奥氏体晶粒，冷却后的组织晶粒也细小。
细晶粒组织可显著提高钢的屈服强度和韧性。
5、热轧空冷的45钢在正常加热超过临界点A c3后再冷却下来,组织为什么能细化？答:热轧空冷的45钢室温组织为F+P，碳化物弥散度较大,重新加热超过临界点A c3后,奥氏体形核率大,起始晶粒细小，冷却后的组织可获得细化。
7、确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织。
（1）经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度；(2）ZG35的铸造齿轮；（3)改善T12钢的切削加工性能; (4）锻造过热的60钢坯.答:（1)再结晶退火,消除加工硬化及内应力，退火组织为P+F.（2)去应力退火，消除铸造内应力，组织为P+F。
热处理工艺设计步骤
热处理工艺课程设计任务书一热处理工艺课程设计的作用和目的热处理工艺课程设计是材料专业学生学完相关热处理课程后运用理论知识指导生产实践的一个必经环节，培养学生综合运用所学知识制定生产实践中的热处理工艺的能力，包括工艺设计中的细节问题，设备选用，夹具设计，工艺流程，资料、手册的查用，规范、标准、工艺卡的书写等二热处理工艺课程设计的任务（65Mn犁铧片）1.相变点的确定（《热处理工程师指南》P244）2.热处理工艺参数的制定（《热处理工程师指南》P244和P246）3.热处理设备的选择(《现代热处理手册》P546)4.组织特点和性能的分析(《热处理工程师指南》P246）5.夹具的设计或选用6.工艺卡片填写零部件编号零部件名称（犁铧片）材料牌号（65Mn）、重量零件制造加工流程技术要求（包括组织、性能、变形量）（52~60HRC,淬火区20~25mm，820正负10度淬火，380正负10度回火)零件简图装炉量、零件的摆布加热参数冷却条件介质种类、温度要求、冷却停留时间、作业时间（《现代热处理手册》P547）三零件的技术要求及选材（由零件的服役条件而定）1.技术要求x～y HRC2.材料的选择（根据具体要求确定）用途→工作条件→性能要求→选材3.化学成分及合金元素的作用（《热处理技术手册》P591、P590）4.所选材料的相变临界点（《热处理工程师指南》P244）5.热处理工艺的总体制定（如淬火温度及介质，回火温度；化学热处理工艺；感应淬火工艺；真空热处理等）(《现代热处理手册》P546)四制定热处理工艺依据及具体参数的确定 1.所选工艺的目的（由技术要求或服役条件而定）2.淬火工艺（1）目的（2）温度（3）设备（4）加热方法到温加热、随炉加热(5) 加热介质（6）保温时间 t t=a×K×D K-装炉修正系数，D-工件有效厚度（mm），a-由钢种决定的加热系数（min/mm）（7）冷却介质及方法五写说明书 (打印)课程设计的意义所有上述内容设计的体会、见解、工艺卡及主要参考书主要参考书(具体去图书馆借)1《热处理工程师手册》，樊东黎主编，机械工业出版社；2《热处理技师手册》，张玉庭主编，机械工业出版社；3《热处理手册（共4卷）》，中国机械工程学会热处理学会，机械工业出版社；4《热处理实用数据速查手册》，叶卫平主编，机械工业出版社；5《金属热处理工艺学》，夏立芳，哈尔滨工业大学出版社；6《热处理常见缺陷分析与对策》，王忠诚主编，化学工业出版社。
热处理工艺制定
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1）性能要求不高的一般金属零件选材的工艺路线 毛坯→正火或退火→切削加工→零件。 （2）性能要求较高的金属零件选材的工艺路线 毛坯→预先热处理(正火、退火)→粗加工→最终热处理 (淬火、回火，固溶时效或渗碳处理等)→精加工→零件 （3）性能要求较高的精密金属零件选材的工艺路线 3 毛坯→预先热处理(正火、退火)→粗加工→最终热处理 (淬火、低温回火、固溶、时效或渗碳)→半精加工→稳定 化处理或氮化→精加工→稳定化处理→零件。 这类零件除了要求有较高的使用性能外，还要有很高的 尺寸精度和表面光洁度。
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3.零件根据使用性能选材的步骤 通过对零件工作条件和失效形式的全面分析， 确定零件对使用性能的要求；利用使用性能与实 验室性能的相应关系，将使用性能具体转化为实 验室机械性能指标；根据零件的几何形状、尺寸 及工作中所承受的载荷，计算出零件中的应力分 布；由工作应力、使用寿命或安全性与实验室性 能指标的关系，确定对实验室性能指标要求的具 体数值；利用手册根据使用性能选材。
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2.零件使用时的工作条件 （1） 受力状况，主要是载荷的类型(例如动载、 静载、循环载荷或单调载荷等)和大小；载荷的形 式；载荷的特点等。 （2） 环境状况，主要是温度特性、介质情况 等。 （3）特殊要求，如对导电性、磁性、热膨胀、比 重、外观等的要求。
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由于零件所要求的机械性能数据，不能简单地同手册、书本中所给出的完全 等同相待，还必须注意以下情况： 材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理后的状态有关。 材料的性能与加工处理时试样的尺寸有关，必须考虑零件尺寸与手册中试 样尺寸的差别，进行适当的修正。 材料的化学成分、加工处理的工艺参数本身都有一定波动范围。
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2.三爪卡盘∮160mm 三爪卡盘是装夹工件的机床附件，其卡爪要求有高 的硬度，耐磨性。 材料；45钢 热处理要求：牙部表面≧52HRC，两侧和牙根硬度 为30~~40HRC。
热处理工艺设计
50CrVA钢调速弹簧的热处理工艺设计1 热处理工艺课程设计的意义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，是热处理原理和工艺课程的最终一个教学环节。
其目的是：（1）培育学生综合运用所学的热处理课程的学问去解决工程问题的实力，并使其所学学问得到巩固和发展。
（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、工艺图绘制和学习运用设计资料、手册、标准和规范。
2热处理课程设计的任务①一般热处理工艺设计②特别热处理工艺设计③制定热处理工艺参数④选择热处理设备⑤设计热处理工艺所需的挂具、装具或夹具⑥分析热处理工序中材料的组织和性能⑦填写工艺卡片350CrVA调速弹簧的技术要求及选材3.1 技术要求50CrVA钢喷油泵调速弹簧技术要求如下：硬度：HRC46～513.2 零件图喷油泵调速弹簧的零件如图3.1所示。
图3.1 喷油泵调速弹簧3.3 材料的选择零件用途喷油泵调速弹簧，利用弹簧的受力形变和复原来调整气门的开合，从而调整喷油泵的喷油速度和喷油量。
工作条件（1）喷油泵调速弹簧工作时，要承受高应力。
（2）喷油泵调速弹簧要承受高频率往复运动。
（3）喷油泵调速弹簧要在较高的温度下工作。
性能要求弹簧的性能要求为如下几个方面：力学性能：由于弹簧是在弹性范围内工作，不允许有永久变形。
要求弹簧材料有良好的微塑性变形实力，即弹性极限、屈服极限和屈强比要高。
理化性能方面：喷油泵调速弹簧的工况很困难，要在较高的温度下长期工作，因此要求弹簧材料有良好的耐热性，即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。
工艺性能方面：尺寸较小的弹簧热处理时变形大、难以校正和保证弹簧产品质量，宜选用已强化的弹簧材料，冷成型后不经淬火、回火，只须进行低温退火。
这样更能保证大批量小弹簧的产品质量和成本低廉。
材料选择选用50CrVA钢热轧弹簧钢丝卷制。
由于50CrVA钢中含有铬能够提高淬透性并且可降低锰引起过热的敏感性，铬熔于铁素体中使弹性极限提高。
热处理工艺设计
1 5CrNiMo热作模具钢热处理工艺概述模具是机械、冶金、电子、轻工、国防等部门的重要工艺设备，是保证高效率生产、高产品质量和降低生产成本的重要手段。
随着工业技术的迅速发展，各部门都广泛的采用新的高精度、高效率的模具成型工艺代替传统的切削加工工艺。
目前，机械工业大约70%的零件采用模具成型。
模具根据工作条件可分为冷作模具和热做模具。
热作模具在工作时，承受着巨大的冲击力、压应力、张应力、弯曲应力，模具型腔与高温（有时可达1150~1200℃）金属接触后，本身温度可达300~400℃，局部高达500~600℃。
还经受着空气、油、水等的反复冷却。
在时冷时热的苛刻条件下工作的模具，其型腔表面极易产生热疲劳裂纹。
由此，对热模具钢提出了第一个基本使用性能要求．即具有高的热疲劳抗力。
一般说来，影响钢的热疲劳抗力的因素之一是钢的导热性。
钢的导热性高，可使模具表层金属受热程度降低，从而减小钢的热疲劳倾向性。
一般认为钢的导热性与合碳量有关，含碳量高时导热性低，所以热作模具钢不宜采用高碳钢。
在生产中通常采用中碳钢（C0.5%～0.6%）含碳量过低．会导致钢的硬度和强度下降，也是不利的。
另外一个因素是钢的临界点影响。
通常钢的临界点越高，钢的热疲劳倾向性越低。
因此．一般通过加入合金元素Cr、W、Si、引来提高钢的临界点。
从而提高钢的热疲劳抗力。
此外，炽热金属在模具型腔中变形所产生的强烈摩擦、容易因磨损而降低精度。
为此，对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。
由此便可以找到热模具钢合金化的第二种途径，即加入Cr、W、Si．等合金元素可以提高钢的回火稳定性。
根据热作模具钢的工作条件，失效形式及性能要求，本设计选择的模具钢材料为5CrNiMo钢；在设计退火--淬火加高温回火热处理工艺中，本设计借鉴了《热处理工程师手册》，《钢的热处理》等。
根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的5CrNiMo钢满足热作模具钢的质量要求。
热处理工艺
使二次渗碳体或珠光体中的渗碳体球化，以降低硬度，改善切削加工性能。
蔓延退火
熔点以下100~200℃
减少化学成份和组织的不匀称
去应力退火
Ac1线以下(普通为500~600℃)
消除工件中残留内应力
正火（空冷）
加热温度
组织
目的
亚共析钢
Ac3+30~50℃
F+S
（1）作为总算热处理：细化晶粒、匀称组织
（2）作为预先热处理：对结构较大的合金结构钢前，淬火或调质前常举行正火，消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而匀称的组织。
（3）改善切削加工性能：调节硬度
过共析钢
Accm+30~50℃
S+ Fe3CⅡ
热处理工艺
组织
目的
彻低退火
(重结晶退火)
亚共析钢：Ac3+20 Nhomakorabea30℃F+P
组织匀称化和细化，得到临近平衡状态的组织，以降低硬度，改善切削加工性能。因为冷却速度缓慢，还可消除内应力。
等温退火
亚共析钢：高于Ac3
过共析钢：高于Ac1
快冷到A1~550℃之间，保温，然后再缓慢冷却。
同上
球化退火
过共析钢：高于Ac1
热处理工艺设计课程设计
一、CA8480轧辊车床主轴热处理工艺的设计1. 工作环境1)与滑动轴承配合2)中轻载荷3)精度不高4)低冲击、低疲劳2. 性能要求主轴是机床的重要零件之一，切削加工时，高速旋转的主轴承受弯曲、扭转和冲击等多种载荷，要求它具有足够的刚度、强度、耐疲劳、耐磨损以及精度稳定等性能。
3. 选材主轴依用材和热处理方式可分为四种类型，即局部淬火主轴，渗碳主轴，渗氮主轴和调质（正火）主轴。
根据主轴的工作条件，选择材料为45钢。
4. 工艺方法选择和工艺路线的确定方案一：毛胚—锻造—正火—粗加工—中频感应加热淬火—中温回火—精加工方案二：毛胚—锻造—粗加工—调质—中频感应加热淬火—精加工45钢正火后性能和调质接近，满足使用要求，但是正火更经济，所以选着方案一。
5. 工艺参数1)正火：锻后840~860°C×2~4h,空冷2)感应淬火：粗车后使用208 中频发电机和φ1000mm×5000mm 卧式淬火机。
淬后表面硬度48 ~52HRC3)回火：井式炉340°C×4h，空冷热处理工艺曲线如图1.5.1。
图1.5.1 CA8480轧辊车床主轴热处理工艺曲线6. 工序说明1)正火：目的在于获得一定的硬度，细化晶粒，并获得比较均匀的组织和性能。
正火后其硬度接近于最佳切削加工的硬度。
正火后获得珠光体组织。
珠光体的片间距及团直径较小，而且可以抑制先共析网状渗碳体的析出。
2)感应淬火：轴颈处进行感应淬火，以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性、韧性的工件。
表面为M，往里为M+F,再往里为M+F+P，中心为P+F。
3)回火：减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。
回火后得到回火屈氏体组织，有较高的弹性极限，又有较高的塑性和韧性。
7. 常见热处理缺陷1)变形开裂壁厚不均匀和有尖角的工件，淬火时易变形开裂，45钢的易裂尺寸范围为5~11mm。
热处理工艺设计
目录1 设计任务 (3)1.1设计任务 (3)1.1.1 课设要求 (3)1.1.2 设计说明书要求 (3)1.2设计的技术要求 (3)2 热处理零件图 (4)3 设计方案 (5)3.138C R M O A L A钢发动机活塞杆热处理工艺概述 (5)3.238C R M O A L A钢活塞杆服役条件、失效形式 (5)3.2.1 服役条件 (5)3.2.2 失效形式 (5)4 设计说明 (7)4.138C R M O A L A钢活塞杆材料选择 (7)4.238C R M O A L A钢活塞杆C曲线 (8)4.338C R M O A L A钢活塞杆加工工艺流程图 (9)4.438C R M O A L A钢活塞杆正火、调质、渗氮、低温回火工艺 (9)4.4.1 锻造工艺曲线 (10)4.4.2 预备热处理：正火工艺 (10)4.4.3 调质处理工艺 (10)4.4.4 渗氮工艺 (11)4.4.5 最终热处理：低温回火 (12)4.538C R M O A L A钢活塞杆热处理工艺理论 (12)4.5.1 正火工艺原理 (12)4.5.2 渗氮工艺原理 (13)4.5.3 回火工艺原理 (14)5 质量检验 (16)5.1质量检验流程 (16)5.238C R M O A L A钢活塞杆热处理常见缺陷预防及补救 (16)5.2.1 加热时常见的缺陷的预防及补救方法 (16)5.2.2 渗氮时常见的缺陷的预防及补救方法 (17)6 热处理工艺卡片 (19)致谢................................................................................................................ 错误!未定义书签。
参考文献 (20)1设计任务1.1设计任务1.1.1课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述38CrMoAlA钢活塞杆的热处理工艺，进行零件的服役条件与失效形式分析，提出硬度、耐磨性、强度、耐蚀性等要求。
热处理工艺设计(修改版)
加热温度，T
加热速度，V加热
保温时间，t 冷却速度，V冷却
T
加 热
保温
T，t
冷 却
热处理周期 针对具体热处理规程，还会有 其它工艺参数，如分级 加热或 冷却温度，转移时间等。
对于不同的热处理也会有各自 影响较大工艺参数，如变形程 度与速度，化学气氛参量等
V加热
V冷却
热处理周期
t
一、实验目的
培养学生对机械零件合理选材和制定热处 理工艺的能力：
设计题二 . 某拖拉机齿轮，使用中受一定冲 击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为 56～62HRC，心部具有良好的塑性和韧性。 (1) 选择制造该齿轮的合适钢种，并阐述选 材的依据。 (2) 编写简明的加工工艺路线。 (3) 分析每步热处理工艺的组织及目的。
注意事项
• 使用红色物理实验报告纸写此作业。 • 要求字迹清晰，纸面干净整洁。 • 要写上姓名和学号。
金属材料的生产过程及热处理的作用
实质：
合金设计
形变热处理
材料制备
热处理
（满足生产和应用）
成分———加工———材料———组织⇋性能——目的
对于结构材料，从机械性能考虑，
固溶、细晶、弥散、加工硬化机制
金属材料的生产过程及热处理的作用
任何一种热处理都是由加热、保温、冷却等三个阶段组成。
主要工艺参数：
840～860oC
温 度
淬火
400～460oC 回火 水 冷
保温50～ 55min
保温120～ 150min
时间
作 业
设计题一. 某机床变速箱齿轮（该齿轮尺寸不 大，厚度仅为 15mm ）工作时转速较高。性 能要求如下，要求表面硬度为50～56HRC ， 心部具有良好的综合力学性能。试从材料 35 、 45 、 T12 、 20CrMnTi 、 38CrMoAl 中进行 合理选用，说明选材依据，制定其工艺流 程，并写出工序中各热处理方法以及它们 的作用。
热处理工艺方案设计#精选.
热处理工艺方案设计导语：热处理生产前要根据工件的大小和形状选择合适的电炉，大型工件优先选用大型电炉，小型工件优先选用小型电炉，淬油工件优先选用离油槽较近的电炉。
以下本人为大家介绍热处理工艺方案设计文章，欢迎大家阅读参考!热处理工艺方案设计Deform HT是一套专业处理金属热处理工艺仿真的软件，是一套基于有限元分析方法的专业工艺仿真系统，用于分析金属热处理工艺。
二十多年来的工业实践证明了基于有限元法的Deform HT有着卓越的准确性和稳定性，模拟引擎在结构、温度和微观组织及产品缺陷预测等方面同实际生产相符，保持着令人叹为观止的精度，被国际模拟领域公认为处于同类型模拟软件的领先地位。
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另外，Deform HT 针对典型的工艺提供了分析模板，采用向导式操作步骤，引导技术人员完成工艺过程分析。
图形界面Deform HT是一个高度模块化、集成化的热处理专业有限元模拟系统，它主要包括前处理器、求解器、后处理器三大模块。
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Deform HT 允许用户对其数据库进行操作，对系统设置进行修改，并且支持自定义材料模型等。
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Deform HT采用独特的密度控制网格划分方法，方便地得到合理的网格分布，表面结构化网格计算技术更适合热传输计算。
《热处理工艺学》课程教学大纲
热处理工艺学课程代码:1013009总学时：42先修课程：高等数学、线性代数、金属学及热处理开课对象：金属材料工程专业一、课程的性质、目的与任务：1、性质：本课程为金属材料工程专业的专业必修课。
2、目的与任务：通过介绍金属在加热和冷却过程中固态相变的规律性，金属或合金热处理组织与性能之间的关系，使学生掌握各种热处理工艺的基本原理及其对金属或合金组织和性能的影响，熟悉主要的热处理工艺过程，了解我国发展热处理技术的方向、任务和当代热处理工艺科学的最新成就，为分析、制定热处理工艺和探索发展新的工艺奠定理论基础。
二、教学基本内容与基本要求：绪言了£本课程的目的、任务和要求，掌握热处理工艺和热处理炉的分类方法、发展趋势。
第一章金属的加热1、金属加热及其影响因素，了解金属加热的综合传热特点，掌握金属加热的影响因素。
2、热处理加热时间的确定，掌握确定加热时间的经验计算，了解理论计算方法。
3、金属加热中的氧化及脱碳，掌握氧化与脱碳的机理、特征规律和影响因素，正确选用加热介质。
第二章退火和正火1、退火、正火的定义、目的和分类，掌握各种退火和正火的定义、目的和分类方法。
2、常用退火工艺方法，掌握扩散退火、完全退火、不完全退火的工艺方法、参数确定原则及组织、性能特点。
3、钢的正火，掌握正火工艺的参数确定、组织、性能和应用。
4、退火、正火缺陷，掌握退火与正火缺陷的产生原因、组织性能特点、预防及挽救手段。
第三章钢的淬火及回火1、淬火及淬火介质，掌握淬火的定义、目的、淬火的必要求解、理解淬火冷却机制、了解常用淬火介质的冷却特性。
2、钢的淬透性，掌握淬透性的基本概念和影响因素、钢淬透性的测定方法和计算方法。
3、淬火应力、变形及开裂，掌握淬火应力的类型、分布特点、淬火变形和开裂的原因、规律、影响因素、预防及补救措施。
4、淬火工艺方法及其应用，理解确定淬火工艺规范的原则，掌握常用淬火方法及其应用。
5、钢的回火，了解钢的回火特性，掌握回火工艺的制定（回火温度、回火时间、回火冷却）6、淬火新工艺的发展与应用，了解循环快速加热淬火、高温淬火、高碳钢低温快速、短时加热淬火、亚温淬火等温淬火等淬火新工艺的原理及应用。
第六章 热处理工艺设计(13修)
▲出发点：合理利用热处理新技术、新工艺并做到技术与经 济统一。 ▲热处理工艺优化设计的总目标：如何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、性能稳定的工件，满足整机对 零部件提出的要求。同时这种工艺流程和方法应当没有公 害。 一个好的热处理工艺就是要充分利用有利因素，抑制不利 因素，预防早期失效。 ▲利用系统工程学原理：建立材料－热处理工艺参数－性能 的数学模型
杨凯军
§6.1 热处理工艺与机械设计关系
▲正确选择材料
▲结构工艺性良好 ▲合理制定热处理技术条件
杨凯军
§6.1 热处理工艺与机械设计关系 1、正确选择材料
▲选材时，要考虑实际淬火效果，不能仅凭手册上 简单数据（P156书中两个例子） ▲要求工件整体性能均一时，要考虑与钢淬透性有 关的材料的“质量效应”。 ▲表面强化与心部强韧化匹配。
▲锻造加热温度对热处理质量的影响
▲锻造比不足获锻打方法不当对热处理质量
的影响
▲锻造变形不均匀对热处理质量的影响
2、切削加工与热处理关系
杨凯军
6.3 热处理工艺流程及规范的设计
1、工艺流程设计的基本要求
▲工艺流程必须保证热处理后组织和性能要求 ▲尽量采用高效率低能耗的热处理工艺流程
▲减少热处理工艺中的公害
◎根据零件服役条件，恰当的提出性能要求。P159 ◎热处理要求只能在所选的钢号淬透性和可硬性允 许范围。 ◎热处理要求应允许有一定的热处理变形。 ◎经济效果 （2）技术条件制定要努力挖掘材料性能潜力，不断 地提高材料强度使用水平
杨凯军
§6.2 热处理工艺与其它冷热加工工艺的关系
1、锻造工艺对热处理质量的影响
热处理工艺课程设计
热处理工艺课程设计热处理工艺课程设计学院：机械工程学院班级：材料0903一．温度控制系统1.设计要求1）系统应能满足生产要求除了应达到所给定的要求外，还应符合生产过程的各种工艺要求。
2）可靠性高过程控制计算机的工作环境比较恶劣，各种干扰严重。
为此，在设计时必须必须选用高性能，高可靠性的计算机，把安全可靠放在首位。
可靠性高是计算机最重要的一个基本要求。
因为计算机一旦出现故障，将造成整个生产的混乱，引起严重后果，特别是对CPU的要求更为严格。
为保证可靠性可采用多CPU组成的多微机控制系统来提高可靠性，目前一般采用双机系统和集散控制系统。
集散控制系统是分级分布式控制，它是多台以微处理器为核心的基本控制器分别控制各个被控制对象，由上一级计算机进行监督处理，这种分散控制系统可使故障对整个系统的影响减至最少。
3）操作性能好操作性能好表现在两个方面：一是使用方便，二是容易维修。
4）实时性强过程计算机的实时性表现在对内部和外部事件能够及时地做出响应，不丢失信息，不延误操作。
5）通用性能好为了适应生产工艺的变更和控制规模，控制功能的扩充，在设计系统的时候必须考虑它能与上，下机通信以及与后援装置模拟仪表控制台，系统的控制与连接，以便在构成集散控制系统和分级控制系统时，能方便地进行系统扩充。
6）技术先进，经济效益高系统设计时既要考虑其先进性，又要考虑其性能价格比，要有市场意识。
随着计算机技术的迅速发展，应尽量缩短设计周期，并有一定预见性，以保持其先进性，提高社会效益，经济效益，应从提高产品的数量和质量，消耗成本，消除污染环境，改善劳动条件等方面综合考虑。
7）确定系统的整体控制方案在对生产过程控制进行详细调研的基础上，应充分了解控制要求，控制规模，各种工艺参数，限制条件，操作系统及其他控制要求。
在工程人员和现场控制人员的密切配合下，研究和确定控制系统的初步方案：是集中型控制还是分散型控制，是闭环控制还是开环控制，是数据处理类还是控制调节类。
工艺第6章 热处理工艺设计
2.切削加工与热处理的关系
理想硬度：HB180-220 切削应力 去应力退火 3.工艺路线
二、热处理工序的位置
（一）预备热处理
退火和正火
毛坯 机械加工 退火或正火 主要是提高零件的综合力学性能， 目的是消除毛坯中的内应力，细 或为以后表面淬火和为易变形的 化晶粒，均匀组织；改善切削加 正火或退火 机械粗加工 精密零件淬火作组织准备 工性；或为最终热处理做组织准备 机械精加工 锻造 调质
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二、热处理工序的位置
感应加热表面淬火 下料 调质 锻造 正火或退火 机械粗加工
机械半精加工 磨削
感应加热表面淬火、 低温回火
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二、热处理工序的位置
渗碳的工序位置
下料
锻造
正火
机械粗加工、半精加工
局部镀铜 渗碳 淬火、低温回火 去除不渗碳部分 磨削
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某型号柴油机的凸轮轴，要求凸轮表面有高的硬 度（HRC>50），而心部具有良好的韧性 （Ak>40J），原采用45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 存的45钢已用完，只剩15钢，拟用15钢代替。 试说明： （1）原45钢各热处理工序的作用； （2）改用15钢后，应按原热处理工序进行能否 满足性能要求？为什么？ （3）改用15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？
用45钢制造一根Φ10的轴和一根Φ100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 层深度是否相同？ 甲、乙两厂生产同一种零件，均选用45钢，硬度要求 220—250HB，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
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: 20CrMnMo3.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。
热处理工艺设计规范方案
热处理工艺规范一、淬火、回火工艺规范1．淬火、回火准备工作：1）检查设备，仪表是否正常；2）正确选择夹具；3）检查零件表面是否有碰伤、裂纹、锈斑等缺陷；4）确认零件要求的淬火部位硬度、变形等的技术要求，核对零件的形状、材料的加工状态是否与图样及工艺文件相符合；5）表面不允许氧化、脱碳的零件，当在空气炉加热时，应采取防氧化脱碳剂装箱保护或采用真空炉加热；6）易开裂的部位如尖角靠边的孔，应采取预防措施，如塞石棉、耐火泥等。
2．常见材料淬火、回火工艺规范1）加热温度表1 常用材料的常规淬火、回火规范注：Cr12Mo1V1 即D2（美国）、1.2379（德国）、SLD（日立）、SKD11（日本）、K110（奥地利）；9CrWMn 即O1（美国）、1.2510（德国）、K460（奥地利）；4Cr5MoSiV1 即H13（美国）、1.2344（德国）、8407/8402（一胜百）、W302（奥地利）；7Cr7Mo3V2Si 即LD1；HS-1是高级火焰淬火，多用模具钢；除45号钢或特别说明均采用回火两次的工艺。
2）淬火保温时间t =8～10 min+kαDk——装炉系数（1～1.5）；α——保温系数（见表2）；D——零件有效厚度。
表2 淬火保温系数3）回火保温时间①工件有效厚度d<=50mm，保温2小时；②工件有效厚度d>50mm，按照保温时间t=d/25（小时）计算；③每次回火后空冷至室温，再进行下次回火。
4）去应力（入炉时效）①高合金钢550~650℃，热透后，保温时间>3小时；3．淬火和回火设备1）淬火设备——真空淬火炉、中温箱式炉、高温箱式炉。
2）回火设备——真空回火炉、中温箱式炉。
3）冷却设备——水槽、油槽、风箱。
4．操作方法1）零件应均匀摆放于炉内有效加热区，在箱式炉中一般为单层排列加热，工件间适当间隙。
小件可适当堆放，但要酌情增加保温时间。
2）细长零件加热要考虑装炉方法，以减少工件变形，如垂直吊挂，侧立放平支稳等。
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●例：45钢水淬
直径25mm以下（完全淬透） ＞58HRC 直径50mm 41HRC
直径125mm
24HRC
杨凯军
例：淬透性影响的“质量效应”
1、调质处理对整个截面均匀承载零件，要求心部 至少有50%M，对重要零件例如连杆及连杆螺栓，要 求达到95%M以上。 2、对工、模具，一般要求完全淬透 3、对某些轴类零件承受弯曲、扭转等复合作用， 一般只要求自表面四分之三或一半半径处淬硬即可。 4、对尺寸较大的碳素钢和低合金钢调质件，一般 用正火和“高温回火”代替。
▲对拟采用的各种热处理工艺方案进行综合的技术、
经济分析。
2、热处理工艺参数优化
杨凯军
3、热处理工艺复合原则及方法
▲功能继承原则 ▲优质原则
▲节能和经济原则
▲复合热处理工艺在实施时工艺易于控制、组织和
性能稳定可靠，才能用于生产。
杨凯军
衡量热处理工艺性能的主要指标
指标名称
淬硬性
含义
评定方法
一般用HRC硬度值表示所得到的马 氏体组织数量
第六章 热处理工艺设计
▲出发点：合理利用热处理新技术、新工艺并做到技术与经 济统一。 ▲热处理工艺优化设计的总目标：如何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、性能稳定的工件，满足整机对 零部件提出的要求。同时这种工艺流程和方法应当没有公 害。 一个好的热处理工艺就是要充分利用有利因素，抑制不利 因素，预防早期失效。 ▲利用系统工程学原理：建立材料－热处理工艺参数－性能 的数学模型
杨凯军
§6.1 热处理工艺与机械设计关系
▲正确选择材料
▲结构工艺性良好 ▲合理制定热处理技术条件
杨凯军
§6.1 热处理工艺与机械设计关系 1、正确选择材料
▲选材时，要考虑实际淬火效果，不能仅凭手册上 简单数据（P156书中两个例子） ▲要求工件整体性能均一时，要考虑与钢淬透性有 关的材料的“质量效应”。 ▲表面强化与心部强韧化匹配。
淬透性
淬火变形或开裂趋势 内应力超过钢的屈服强度或达到和超 过钢的断裂抗力时发生变形和断裂 变形程度常采用特制的环形试样或 圆柱型试样来测量或比较 钢件的裂纹分布及深度，一般采用 特制的仪器（如磁粉探伤仪或超声 波探伤仪）来测量和判断
氧化及脱碳
钢件表面氧化层的评定，尚无具体 规定；而脱碳层的深度一般都采用 金相法，按GB/T224-87规定执行
高温加热时，引起奥氏体晶粒粗大的 现象称之。同样，不仅奥氏体晶粒粗 大，而且晶粒间界因氧化而出现氧化 物或局部熔化现象称为过烧 过烧无需评定 过热趋势用奥氏体晶粒度的大小来 评定，粗于1号以上晶粒度的钢属 于过热钢
过热及过烧敏感趋势
杨凯军
衡量热处理工艺性能的主要指标(续)
回火稳定性 淬火钢进行回火时，合金钢与碳钢相 比，随着回火温度的升高，硬度值下 降缓慢，这种现象称之 回火脆性 淬火钢在某一温度区域回火时，其冲 击韧性会比其在较低温度回火时反而 下降的现象，称为回火脆性 在250~400℃回火时出现第一类回火 脆性；出现在所有钢种中，且在重复 回火时不再出现。又称为不可逆回火 脆性。 在450~570℃回火时出现第二类回火 脆性；对于某些合金钢，回火后缓慢 冷却时出现，快冷则不出现。又称为 可逆回火脆性 可用不同回火温度的硬度值， 即回火曲线来加以比较、评定 一般用淬火钢回火后，快冷与 缓冷以后进行常温冲击试验的 冲击值之比来表示。当此比值 大于1，则该钢种具有回火脆 性，其值愈大则回火脆性倾向 愈大
▲锻造加热温度对热处理质量的影响
▲锻造比不足获锻打方法不当对热处理质量
的影响
▲锻造变形不均匀对热处理质量的影响
2、切削加工与热处理关系
杨凯军
6.3 热处理工艺流程及规范的设计
1、工艺流程设计的基本要求
▲工艺流程必须保证热处理后组织和性能要求 ▲尽量采用高效率低能耗的热处理工艺流程
▲减少热处理工艺中的公害
杨凯军
2、结构工艺性良好
（1）在零件热处理加热和冷却时要便于装卡、吊挂 （2）有利于热处理时均匀加热和冷却
（3）避免尖角、棱角
（4）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，应尽 可能的采用组合结构或镶拼结构
杨凯军
3、合理制定热处理技术条件
（1）热处理技术条件提出要适度、技术上要合理
时效趋势
一般用力学性能或硬度在室温 或低温下随着时间的延长而变 化的曲线来表示
杨凯军
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杨凯军
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真空渗碳炉生产现场
氮化后零件
杨凯军
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上贝氏体
透镜下贝氏体形态
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板条马氏体形态
杨凯军
针状/孪晶马氏体形态
杨凯军
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杨凯军
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◎根据零件服役条件，恰当的提出性能要求。P159 ◎热处理要求只能在所选的钢号淬透性和可硬性允 许范围。 ◎热处理要求应允许有一定的热处理变形。 ◎经济效果 （2）技术条件制定要努力挖掘材料性能潜力，不断 地提高材料强度使用水平
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§6.2 热处理工艺与其它冷热加工工艺的关系
1、锻造工艺对热处理质量的影响
杨凯军
45钢850度油淬
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35钢亚温淬火组织
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共析钢淬火组织M+A M+A+渗碳体颗粒
杨凯军
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Hale Waihona Puke 杨凯军杨凯军杨凯军
杨凯军