40Cr车床主轴热处理工艺设计

攀枝花学院

学生课程设计（论文）

题目40Cr车床主轴热处理工艺设计

学生姓名： X X X 学号： 201111102XXX 所在院(系)：材料工程学院

专业： 20XX级材料成型及控制工程

班级：材料成型及控制工程

指导教师： X X X 职称：讲师

2013年12月15日

攀枝花学院教务处制

攀枝花学院本科学生课程设计任务书

课程设计（论文）指导教师成绩评定表

目录

1.摘要 (1)

2 设计分析

2.1车床的使用工况及性能要求析 (6)

2.2 40Cr钢的成分及性能点 (6)

2.2.1 40Cr钢的元素成分及其作用 (6)

2.2.2 40Cr钢的性能 (6)

2.3 热处理技术条件 (7)

3 热处理工艺分析

3.1 锻坯正火 (7)

3.1.1锻坯正火的作用 (8)

3.1.2 热处理工艺 (8)

3.1.3 操作技巧 (9)

3.2调质 (9)

3.2.1 调质目的 (9)

3.2.2 热处理工艺 (10)

3.2.3 操作技巧 (10)

3.3 锥孔及外锥体的局部淬火 (10)

3.3.1 局部淬火方式 (10)

3.3.2 热处理工艺 (10)

3.3.3 操作技巧 (10)

3.4 花键高频淬火 (11)

3.4.1 淬火方式 (11)

3.4.2 花键高频淬火工艺参数 (11)

3.4.3 花键回火工艺参数 (11)

3.4.4 操作技巧 (11)

4 结语 (12)

参考文献 (12)

摘要

主轴是机床上传递动力的零件，常需承受弯曲、扭转、疲劳、冲击载荷的作用，同时在滑动与转动部位还受到摩擦力的作用。因此，要求主轴具有高强度、硬度、足够的韧性及疲劳强度、变形小等性能。40Cr是我国GB的标准钢号，40Cr 钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，水淬时可淬透到Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm。这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。切削性能较好，当硬度为HB174～229时，相对切削加工性为60%。该钢适于制作中型塑料模具。

关键词：40Cr，车床主轴，热处理工艺。

2 设计分析

2.1车床的使用工况及性能要求分析

图1为C6132卧式车床主轴零件简图。该轴承受交变弯曲应力与扭应力，但由于承受的载荷与转速均不高，冲击作用也不大，故具有一般综合力学性能即可。但在主轴大端的内锥孔和外锥体，因常与卡盘、顶尖有相对摩擦；花键部位与齿轮有相对滑动，故这些部位要求较高的硬度与耐磨性；主轴在滚动轴承中运转，工作时因轴颈与轴承不发生摩擦，故轴颈无耐磨性要求。

图1 C6132卧式车床主轴零件

图

2.2 40Cr钢的成分及性能特点

2.2.1 40Cr钢的元素成分及其作用

40Cr钢的元素成分及作用如下表：

表2.1 40Cr钢的元素成分及作用[1]

元素 C Si Mn Cr

含量0.37~0.440.17~0.37:0.50~0.800.80~1.10

作用固溶强化提高淬透性提高回火稳定性2.2.2 40Cr钢的性能

为了了解40Cr钢的性能我们查热处理手册得到的标准性能如下：

中碳调质钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS 毛坯的切削性能。在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。

2.3 热处理技术条件

车床主轴适合一般力学性能，根据对该轴工作条件的分析，以及结合选材情况，热处理技术条件如下：

1)整体调质后硬度为220～250 HBW；

2)内锥孔和外锥体硬度为45～5O HRC；

3)花键部分硬度为48～53 HRC[3]。

在进行热处理前，我们结合车床主轴的力学性能以及40Cr钢的特点，我们做出了热处理技术的条件，所以在热处理中，我们必须根据条件选择适合的热处理方式来达到车床主轴的性能要求。

3 热处理工艺分析

3．1 锻坯正火

3.1.1 锻坯正火的作用

在进行热处理过程中，锻坯正火可以消除毛坯的锻造应力，降低材料的硬度以改善切削加工性能，同时也均匀组织、细化晶粒，以利于切削加工，并为下一步的热处理作组织准备。这一步是热处理的前奏，所以在热处理工艺中有着至关重要的作用。

3.1.2 热处理工艺

经过锻坯正火后，材料的组织达到了良好的热处理效果，所以需要我们再做出适当的热处理来达到材料需要的硬度，热处理工艺如下：

1）锻坯正火的温度应该保持在850±10℃。

2）在锻坯正火过程中应该保温1．5 h，空冷。

3）使用的设备为井式炉或箱式炉(额定温度950℃)。

4）检测时的硬度应小于或者等于217 HBW[3]。

/t

空冷

去应力退火工艺曲线

3.1.3 操作技巧

在这个过程中，材料可能会受到很多原因而不能满足我们的要求，所以需要我们有很好的操作技巧来克服这些困难。在锻坯正火的热处理工艺中我们多采用多件集中装炉，出炉时工件必须相互间隔20 mm 以上空冷，也可用风扇强制冷却，以确保冷却速度≥100℃／h。

3.2 调质

3.2.1 调质目的

在进行调质过程中我们的目的是获得均匀细密的回火索氏体组织，细密的索氏体金相组织有利于零件精加工后获得光洁的表面。同时，也使主轴具有良好的