HT250机床齿轮的热处理工艺设计

攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：HT250机床齿轮的热处理工艺设计学生姓名：学号：所在院(系)：材料工程学院专业：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：职称：讲师2013年12月18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注：任务书由指导教师填写。

课程设计（论文）指导教师成绩评定表摘要本课设计了HT250机床齿轮的热处理工艺设计。

主要的工艺过程包括粗车、精车、插齿、滚齿倒棱、清洗、渗碳淬火、磨内空端面、磨齿、清洗、强化喷丸、清洗等过程。

通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。

HT250强度、耐磨性、耐热性均较好，减震性良好，铸造性能较优，但需要进行人工时效处理提高其力学性能。

可用于要求强度和一定耐腐蚀能力壳、容器、塔器、法兰、填箱料本体及压盖、碳化塔、硝化塔等；还可以制作机床床身、立柱、气缸、齿轮以及需要经表面淬火的零件。

因其受热变形量较小，常用于高温场合。

机床齿轮是连续啮合传递运动和动力的机械元件。

其作用是能将一输出轴的转动传递给另一根轴可以实现减速、增速、变向和换向等作用，从而使机床能够按指定要求工作。

关键词：HT250 灰口铸铁；退火或正火工艺；中或高频淬火；力学性能目录摘要 (Ⅰ)1、设计任务 (3)1.1设计任务 (3)1.2设计的技术要求 (3)2、设计方案 (4)2.1 机床齿轮设计的分析 (4)2.1.1工作条件 (4)2.1.2失效形式 (4)2.1.3性能要求 (4)2.2钢种材料 (5)3、设计说明 (6)3.1加工工艺流程 (7)3.2具体热处理工艺 (8)3.2.1预备热处理工艺 (9)3.2.2渗碳工艺 (9)3.2.3淬火回火热处理工艺 (10)4、分析与讨论 (11)5、结束语 (12)6、热处理工艺卡片 (13)参考文献 (14)1 设计任务1.1设计任务HT250机床齿轮的热处理工艺设计1.2设计的技术要求HT250是一种灰铸铁材料，它的强度、耐磨性、耐热性铸造性能都是比较好的，它的含碳量低(在3.16-3.30%之间)所以，硬度不高。

因此，为满足其在制造机床齿轮上的寿命要求，应提高其工作环境。

它的主要失效形式为齿面点蚀和轮齿的弯曲疲劳折断。

当采用软齿面（齿面硬度≤350HB S）时，其齿面接触疲劳强度相对较低。

因此，一般应首先按齿面接触疲劳强度条件，计算齿轮的分度圆直径及其主要几何参数（如中心距、齿宽等），然后再对其轮齿的抗弯曲疲劳强度进行校核。

当采用硬齿面（齿面硬度＞350HBS）时，则一般应首先按齿轮的抗弯曲疲劳强度条件，确定齿轮的模数及其主要几何参数，然后再校核其齿面接触疲劳强度。

在对HT250进行热处理时，即去应力退火，淬火和低温回火时应严格按照卡片所列出的时间进行保温以及其它操作的要求。

2 设计方案2.1机床齿轮设计的分析2.1.1工作条件由于是制造机床齿轮，因此其工作环境较为恶劣，首先为密闭状态；其次为齿轮啮合，并且周围环境中充满这润滑液体。

为了提高齿轮的硬度，虽然通过热处理改善其性能，但终究是有限的，因此在使用中需注意不要超过最大荷载，以免损伤齿轮。

2.1.2失效形式主要失效形式为齿面点蚀和轮齿折断。

齿面点蚀。

齿轮传动过程中，齿轮接触面上各点的接触应力呈脉动循环变化，经过一段时间后，会由于接触面上金属的疲劳而形成细小的疲劳裂纹，裂纹的扩展造成金属剥落，形成点蚀。

轮齿折断。

最常见的是弯曲疲劳折断、过载折断。

轮齿受力后,在齿根部产生的弯曲应力最大,且在齿根过渡圆角处有应力集中。

如果轮齿的交变应力超过了材料的疲劳极限,在齿根圆角处将产生疲劳裂纹,随着裂纹不断扩展。

2.1.3性能要求A 具有高的疲劳强度；B 具有高的抗弯强度；C 具有较高的韧性；D 具有高的耐磨性；E 具有抗多次冲击能力；F 具有高温下的高强度；G 具有一定的精度。

HT250强度、耐磨性、耐热性均较好，减震性良好，铸造性能较优，但需要进行人工时效处理。

可用于要求强度和一定耐腐蚀能力壳、容器、塔器、法兰、填箱料本体及压盖、碳化塔、硝化塔等；还可以制作机床床身、立柱、气缸、齿轮以及需要经表面淬火的零件。

因其受热变形量较小，常用于高温场合。

HT250力学性能：抗拉强度σb ≥250MPa，硬度>150HBS.2.2钢种材料HT250的S，P杂质含量低，一般在0.125%和0.170%（质量分数）以下。

按强度可分为普通灰铸铁和孕育铸铁，普通灰铸铁又壳分为HT100、HT150、HT200；孕育铸铁分为HT250、HT300、HT350。

HT250强度、耐磨性、耐热性均较好，减震性良好，铸造性能较优。

它的含碳量(在3.16～3.30%之间)所以，硬度比较高。

HT250淬火可达HRC60，但是灰口铸铁(HT200、HT250等)一般都是在退火或正火状态下使用,不进行淬火处理.如果是局部需要硬度的话,可进行高、中频淬火既可。

中频淬火：淬硬层3~ 5毫米，硬度HRC50，工件变形较小。

高频淬火：淬硬层1~2毫米，淬火温度850℃，表面硬度HRC50以上；淬火温度900~1000℃，表面硬度可达HRC60。

3 设计说明3.1加工工艺流程HT250机床齿轮的热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程:齿轮毛抷加工、插齿、滚齿倒棱、清洗、热处理、磨内空端面、磨齿、清洗、强化喷丸、清洗等，其成分如下表3.1.表3.1 A钢的化学成分（质量分数，%）`成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。

它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。

Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。

Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。

硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb),以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等。

硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。

P降低铸铁的凝固温度和粘度，提高了流动性。

但P的增加会使铸铁变脆。

S会产生夹杂物使粘度增大且易形成氧化膜使铁液流动性降低。

3.2具体热处理1、灰口铸铁HT250热处理金相组织片状石墨+珠光体时效、石墨化退火、表面淬火、正火、淬火回火、等温淬火、化学热处理。

HT250淬火可达HRC60，但是灰口铸铁(HT200、HT250等)一般都是在退火或正火状态下使用,不进行淬火处理.如果是局部需要硬度的话,可进行高、中频淬火既可。

中频淬火：淬硬层3~5毫米，硬度HRC50，工件变形较小。

高频淬火：淬硬层1~2毫米，淬火温度850，表面硬度HRC50以上；淬火温度900~ 1000度，表面硬度可达HRC60。

HT520的热处理工艺分析：①HT520齿轮的刚强度和高耐磨的特性都较高，但硬度不高。

②通过锻造和随后的退火，形成硬度较低的原始坯料，为后续的切削加工提供有利的方便和减少对于车床的磨损。

3为了碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度。

退火的目的是：a消除铸件的成分偏析，使成分均匀化。

b消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷。

c降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。

d细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做组织准备。

e消除钢中的内应力，以防止变形与开裂。

3.2.1预备热处理工艺退火是将偏离平衡状态的金属坯料或零件加热至较高温度，保持一定的时间后通常以相当缓慢的速度冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法。

3.2.2淬火+低温回火热处理工艺①淬火淬火是将钢加热至临界温度点Ac3或Ac1以上一定的度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。

其目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能。

理想淬火冷却曲线如图3.4所示②低温回火回火是将淬火钢加热到以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理操作。

其目的在于：a.降低脆性，消除内应力。

工件淬火后存在着很大的内应力和脆性，若不及时回火，零件会产生变形或开裂。

b.得到对工件所要求的力学性能。

工件淬火后，硬度高，脆性大，为了了获得对工件要求的性能，可以用回火温度调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性、强度和硬度。

c.稳定工件尺寸。

淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，这两种组织都是不稳定的，会自发地逐渐地发生组织转变，因而引起工件尺寸和形状的改变。

通过回火，可以促使这些组织转变。

达到较稳定状态，以便在以后的使用过程中不发生变形[8]。

表3.53.2.3物理性能经过上述各种热处理后HT250的韧性、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提升。

4 分析与讨论HT250机床齿轮热处理工艺设计已经在前面展示，单就其性能以及热处理的过程想必是没多大问题，若放入实际生产中有很多不可预知的问题，因此，不能纸上谈兵须得到工厂或者实验室中反复的通过实验数据进行分析，然后在得出最重要的结论用于实践中，从而在生产中减低成本、提高效率并且减少工时，降低能源消耗。

齿轮表层过度渗碳，表层将会出现块状、网状碳化物，使用时齿轮塑性变形能力降低，耐热性减弱，齿根部弯曲疲劳性能下降，齿尖角变脆，易于崩裂，淬火后渗碳齿轮在磨削加工时易于开裂。

预防措施(1)固体渗碳时,为了防止碳势过高造成过度渗碳,可以采用较低的渗碳温度或使用较弱的渗碳剂。

(2)气体渗碳时,为了防止表层过度渗碳,在渗碳后期安排扩散阶段,强渗和扩散阶段的时间可按热处理工艺操作。

(3)对已经产生表层过度渗碳的齿轮,应在低碳势渗碳炉中进行扩散处理,或在碳化物球化退火处理后再进行淬火。

渗碳齿轮表面层硬度浅，在导致表面硬化层抗剥落性降低的同时，也导致使用寿命。

预防措施(1)选用淬透性合适的钢材作渗碳齿轮材料,严格控制齿轮钢质量,入厂前必须对钢材进行质量标准检查。

(2)严格控制渗碳前齿轮表面质量、装炉量、炉内温度、炉内碳势气氛、强渗和扩散时间、渗碳后淬火温度、冷却介质等。

(3)对出现渗碳不足的齿轮要进行补渗碳。

渗碳层深度不均匀齿轮表面渗碳层深度不均匀,造成不同部位性能不连续,薄弱区域首先破坏,继而整个齿轮损坏,严重影响齿轮使用寿命。

预防措施(1)批量生产的齿轮应尽量避免采用固体渗碳,必须进行固体渗碳时,应严格执行操作工艺,装炉量适当,催渗剂、木炭要混合均匀。

渗碳箱放在炉内温度均匀的中间位置,渗碳过程中间适当调换渗碳箱位置。

(2)气体渗碳时,要注意炉内气氛充分循环,炉温要均匀,清除齿面油污,装炉量不宜过多,渗碳炉密封性能要好,漏气的马弗罐及时更换,定期检修渗碳炉。

淬火后表面硬度偏低渗碳齿轮表面硬度偏低将会导致齿轮耐磨性和抗疲劳性能降低,对齿面抗摩擦、磨损性能都有不利影响预防措施( 1)对已造成齿轮表面含碳量低的齿轮采取适当增碳处理。