热处理工艺设计课程设计

北华航天工业学院《热处理工艺设计》课程设计报告报告题目：CA8480轧辊车床主轴和淬火量块热处理工艺的设计作者所在系部：材料工程系作者所在专业：金属材料工程作者所在班级：B10821作者学号：20104082104作者姓名：倪新光指导教师姓名：翟红雁完成时间：2013.06.27课程设计任务书课题名称 CA8480轧辊车床主轴和淬火量块热处理工艺的设计完成时间06.27指导教师翟红雁职称教授学生姓名倪新光班级B10821总体设计要求一、设计要求1.要求学生在教师指导下独立完成零件的选材；2.要求学生弄清零件的工作环境。

3.要求学生通过对比、讨论选择出最合理的预先热处理工艺和最终热处理工艺方法；4.要求学生分别制定出预先热处理和最终热处理工艺的正确工艺参数，包括加热方式、加热温度、保温时间以及冷却方式；5.要求学生写出热处理目的、热处理后组织以及性能。

工作内容及时间进度安排内容要求时间备注讲解并自学《金属热处理工艺》课本第六章；收集资料, 分析所给零件的工作环境、性能要求,了解热处理工艺设计的方法、内容和步骤；通过对零件的分析，选择合适的材料以及技术要求0.5天热处理工艺方法选择和工艺路线的制定确定出几种（两种以上）工艺 线及热处理方案，然后进行讨论对比优缺点, 确定最佳工艺路线及热处理工艺方案1.5天热处理工艺参数的确定及热处理后组织、性能查阅资料，确定出每种热处理工艺的参数,包括加热方式、温度和时间，冷却方式等，并绘出相应的热处理工艺曲线1.5天编写设计说明书按所提供的模板0.5天答辩1天课程设计说明书内容要求一. 分析零件的工作环境，确定出该零件的性能要求，结合技术要求，选出合适的材料，并阐述原因。

二. 工艺路线和热处理方案的讨论。

要求两种以上方案进行讨论，条理清晰，优缺点明确。

三. 每种热处理工艺参数的确定（工序中涉及到的所有热处理工艺）。

写出确定参数的理由和根据，（尽可能写出所使用的设备）要求每一种热处理工艺都要画出热处理工艺曲线;四. 写出每个工序的目的以及该零件热处理后常见缺陷。

内容摘要CA8480轧辊车床主轴和淬火量块热处理工艺的设计关键词CA8480轧辊车床主轴、淬火量块、热处理、45钢、GCr15、工艺设计目录一、CA8480轧辊车床主轴热处理工艺的设计 (5)1.工作环境 (5)2.性能要求 (5)3.选材 (5)4.工艺方法选择和工艺路线的确定 (5)5.工艺参数 (6)6.工序说明 (6)7.常见热处理缺陷 (7)二、淬火量块热处理工艺的设计 (8)1.工作环境 (8)2.性能要求 (8)3.选材 (8)4.工艺方法选择和工艺路线的确定 (9)5.工艺参数 (9)6.工序说明 (10)7.常见热处理缺陷 (11)参考文献 (12)总结 (13)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上传动力的重零件，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，同时受到在滑移和转动部位的摩擦作用。

因此主轴的性能要求它具有足够的刚度、强度、耐疲劳、耐磨损以及精度稳定。

3. 选材依据主轴的工作条件应选用调质钢。

调质钢具有良好的综合力学性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。

因而被广泛用于制造各种机械零件，如轴类、轴承和高强度结构。

与合金调质钢相比，碳素结构钢价格便宜，来源广，综合考虑，在满足零件要求的前提下，应该选择材料为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—调质—中频感应加热淬火—低温回火—精加工方案二：毛胚—锻造—正火—粗加工—中频感应加热淬火—低温回火—精加工45钢调制处理后强度和韧性提高，具有良好的综合力学性能，正火后性能和调质接近，满足使用要求，但是正火更经济，所以从各方面考虑，应选着方案二。

5. 工艺参数1)正火：锻后840~860°C×2~4h,空冷2)表面淬火（中频感应加热淬火）：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160°C×4h，空冷热处理工艺曲线如图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)表面淬火（中频感应淬火）：轴颈处进行感应淬火，以获得表面层硬而耐磨，心部能保持原来的显微组织和性能不变，具有有足够塑性和韧性。

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，，稳定组织，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。

回火后得到回火马氏体组织，硬度大于60HRC，有较高硬度和强度以及耐磨性。

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。

同时，钢的化学成分也影响开裂。

生产实践证明，当45钢工件处于易裂尺寸范围，且C、Cr、Mn等含量在规定含量的上限时，就更容易开裂。

2)过烧由于加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。

3)粗大魏氏组织退火或正火钢中出现粗大魏氏组织的主要原因是由于加热温度过高所造成的。

为了消除魏氏组织，可以采用稍高于Ac3的加热温度，即使先共析相完全溶解，又不使奥氏体晶粒粗大，而根据钢的化学成分采用较快或较慢的冷却速度冷却。

4)淬火裂缝a)纵向裂缝：沿着工件轴向方向由表面裂向心部的深度较大的裂缝。

b)横向裂缝：常发生于大型轴类零件上。

c)表面裂缝：这是分布在工件表面的深度较小的裂缝。

二、淬火量块热处理工艺的设计1. 工作环境量具工作时受外加应力小，工作环境一般都较好。

2. 性能要求硬度64~66HRC，60×30×9mm量具工作面都要求高度光洁，因此量具用钢对于钢材的原始组织往往有一定要求。

3. 选材选择量具用钢应着重考虑对量具耐磨性、尺寸稳定性、切削加工性和抗蚀性等方面的影响。

1)耐磨性量具工作面必需有高度耐磨性才能在长期使用中保待精度，为此淬火硬度高、耐磨性好的过共析钢常在入选之列。

2)尺寸稳定性量具在使用和存放过程中应能保待最小的尺寸变化，因此最具中应尽量减少残留奥民体量和残留应力值。

一般认为含Cr 、W 、Mn 等合金元素的钢对减小时效变形有良好作用.3)切削加工性良好的切削加工性可保证批量生产中热处理的高生产率；减少热处理后磨削加工时受损伤的可能性。

为此应选用切削加工性好、材质均匀、组织良好及退火硬度适当的钢材。

4)抗蚀性为提高量具对大气、手汗等的抗腐蚀能力，许多量具采用镀铬等表面处理方法或采用马氏体不锈钢。

在量具生产中，为保证抗蚀性已越来越多地采用可淬硬的不锈钢。

GCrl5的特点：1)碳化物颗粒均匀细小，退火及淬火硬度均匀2)含硫量低，夹杂物少3)经适当热处理后尺寸稳定性好4)GCrl5 淬透性较好GCr15 用于各种量规、量块及其他高精度量具零件。

结合淬火量块工作环境和使用要求，选择材料为GCrl5。

4. 工艺方法选择和工艺路线的确定方案一：锻造—球化退火—切削加工—火淬—热矫直—冷处理—三次低温回火—人工时效—精磨—人工时效—研磨方案二：锻造—球化退火—切削加工—淬火—热矫直—冷处理—两次低温回火—冷处理—低温回火—冷处理—人工时效—精磨—人工时效—研磨方案二采用冷处理和回火多次交替的工艺以求得到最佳的尺寸稳定性。

加热时的回复过程使显微组织中位错聚集密度减少，过应力减小以及位错和点缺陷的重新分布提高了残留奥氏体和马氏体的稳定性。

尽管多次交替反复冷处理和回火的循环的热理效应递减，但总的效果却提高了。

不过反复循环却增加了工序，导致成本增加。

方案一采用三次回火有利于保持高硬度且效率比用一次低温回火高，因此综合各方面考虑，选择方案一更加合理。

5. 工艺参数1)球化退火：780~800°C×2~6h，以＜30°C/h炉冷至500~600°C出炉空冷。

2)淬火：830~860°C，取850℃，油冷3)回火：150~170°C×1h，三次4)冷处理：-70~-80°C×0.5~1h。

5)人工时效：120°C×48h / 120°C×10h热处理工艺曲线如图2.5.1。

图2.5.1 淬火量块热处理工艺曲线6.工序说明1)退火：目的在于均匀化学成分，达到改善机械性能及工艺性能，消除或减少内应力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。

2)淬火：根据产品技术要求或加工制作的需要，量规和量具零件可以选用盐浴炉、真空炉、可控气氛炉、流态化炉或感应加热设备进行加热。

对于量块，为减少尺寸不稳定因素，一般不选用分级或等温淬火，如用油淬火，油温也以保持在室温为宜。

3)冷处理：对尺寸稳定性要求高的工件，淬火至室温后应立即(最好在半小时以内)进行冷处理，使残余留奥氏体尽可能多地转变为马氏体，工件硬度会相应地有所提高。

随后进行的回火(或人工时效处理)则促使合金元素从新分配，降低应力，使组织结构趋于稳定。

冷处理完毕后待工件温度升至室温立即进行回火或人工时效。

操作时应带手套等防护用品以防止冻伤。

冷处理前应擦干工件上的水分及杂物。

4)回火：以在热浴（硝盐或热油）中回火为宜。

热浴回火保温时间应不少于1h，截面尺寸在50mm 以上者需2~4h。

5)人工时效：人工时效宜在热浴中进行。

工件在精磨后宜在120°C时效10h ，以消除磨削应力，稳定零件尺寸，改善抗蚀性。

量块热处理工艺的要点在于：尽量减少残余奥氏体量，增加马氏体的正方性以及减小残余应力。

7. 常见热处理缺陷过烧由于加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。

1)粗大魏氏组织退火或正火钢中出现粗大魏氏组织的主要原因是由于加热温度过高所造成的。

为了消除魏氏组织，可以采用稍高于Ac3的加热温度，即使先共析相完全溶解，又不使奥氏体晶粒粗大，而根据钢的化学成分采用较快或较慢的冷却速度冷却。

2)裂纹淬火温度过高，回火不足可造成工件残余应力大，即使在合理的磨削条件下也可能产生磨削裂纹，这种裂纹相对于纯粹的磨削裂纹来说一般较稀疏，也较宽而深。

较严重的网状碳化物和材料导热性差都能促进磨削裂纹的产生。

钢中残余奥氏体在磨削时可能转变成淬火马氏休，较脆。

所以残余奥氏体量多的工件在磨削时容易发生磨削裂纹。