热处理课程设计

1 前言

本次课程设计主要是制定典型零件的生产工艺，是以《金属热处理原理》、《金属热处理工艺学》和《金属材料学》为基础的一门综合课程设计。从本次课程设计中，我们可以获得综合运用所学的基本理论、基本知识、基本技能，独立分析和解决实际问题的能力；培养严肃、认真、科学的工作作风和勇于进取开拓的创新精神。通过本次课程设计，可以使我们初步掌握典型零部件生产工艺过程；掌握典型零件的选材、热处理原则和工艺制定原理；理论联系实际，综合运用基础课及专业课程多方面的知识去认识和分析零部件热处理生产过程的实际问题，培养解决问题的能力。

热处理工艺是整个机器零件和工模具制造的一部分，热处理是通过改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。合理的热处理工艺方案，不但可以满足设计及使用性能的要求，而且具有最高的劳动生产率，最少的工序周转和最佳的经济效果。

通过课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才是真正的知识，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

2 零件图分析

万能分度头是通用设备的必备设备，它可以辅助机床完成被加工零件在圆周任意度上的分度工作。如对零件分度钻孔，铣槽，铣削圆弧和零件划线工作。其主轴的回转现可在0°-90°之间任意调整。分度主轴可配备各种类型的卡盘及夹具。

技术要求：硬度45-50HRC

A,B段硬度＜30HRC

2.1受力分析及性能要求

主轴是机床上传动力的零件，由于负荷不同，受力大小也不同，常承受弯曲、扭矩、冲击、同时受到在滑移和转动部位受摩擦作用。因此主轴的性能要求是高硬度、足够的韧性及疲劳强度、强度、形状畸变要求。

上述万能分度头主轴，从工件整体来说作为机床传动件，必须具备一定的强韧性，同时后端直径48.2及A、B两部位受击段，由于承受一定的扭转、摩擦力，因此要求具备较高的强度、硬度。

3 材料的选择

依据主轴的工作条件，与滑动轴承相配合，主轴承受的载荷较小，主轴的转速也较小，工作表面精度要求不高的特点，可以选用调质钢或渗碳钢。渗碳钢表面有高的弯曲、接触、疲劳强度及高的耐磨性，心部有良好的塑性和韧性，但是从所给的零件图要求来看，此空心主轴要求内表面也有一定的耐磨性和抗疲劳性，而且渗碳钢热处理变形较大，工艺性能较差，因此渗碳钢不适合做此类轴，因而选用调质钢。

3．1调质钢简介

（1）组织特点：结构钢淬火得到的马氏体组织经高温回火后，得到在α相基体上分布有极细小的颗粒状碳化物。它的显微组织根据含有不同合金元素而引起的回火稳定性的差别和回火温度，可得到回火屈氏体或索氏体组织。

（2）成分特点：①低碳：含碳量一般为0.3-0.5%，以保证心部有足够的塑性和韧性，含碳量低时淬硬性不够，含碳量高时心部韧性下降。②合金元素：主加元素为Cr、Mn、Ni、Si等，它们的主要作用是提高钢的淬透性，从而提高心部的强度和韧性；辅加元素为W、Mo、V、Ti等强碳化物形成元素，这些元素通过形成稳定的碳化物来细化奥氏体晶粒。

(3)性能及应用: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。

3．2调质钢的选择

常用做轴类的调质钢有：45钢，40Cr,40MnVB等，参数见表1。

表1 机床主轴材料

钢号45钢40Cr 40MnVB

成分W(C)=0.45% W(C)=0.45%,W(Cr)<1.5% W(C)=0.40%,W(Mn)<1.5, W(V)<1.5%, W(B)<1.5%

临界硬度（HRC）42 41 44

临界直径/mm

（20-48 ℃）水

13-16.5 30-38 60-67

（1）45钢是普通的中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它用做截面尺寸较小或不要求完全淬透的零件，经过调质处理后，硬度可达到220-250HBS，表面淬火之后硬度为48-52HRC。

（2）40Cr一般用做淬透性较高的零件，合金元素Cr可阻碍碳化物在高温回火时聚集长大，保证钢的高强度，铬还阻碍α相的再结晶，能保持细小的晶块结构，具有优良的机械性使α相也能保持高的强度，40Cr经调质处理后，硬度可达到

220-250HBS，表面淬火后的硬度为52-61HRC。

（3）40MnVB为要求淬透性更高一级的钢种，常用做大截面零件，合金元素Mn 的加入对钢的冲击韧性有所改善，能使钢的韧-脆转化温度下降，V可以细化奥氏体晶粒，微量的B可以显著提高钢的淬透性，经调质处理后，硬度可达到220-250HBS，表面淬火后的硬度为52-61HRC。

由上可以看出合金钢有较高的淬透性，适用于大截面零件，而且还有高的冲击韧性和低的韧-脆转化温度。但是合金钢经常遇到的一个特殊问题就是高温回火脆性，高温回火后的冷却速度是影响钢韧性的主要因素，冷却速度越慢，室温冲击韧性愈低，韧-脆转化温度愈高，因而合金调质钢的热处理过程不易把握。与合金调质钢相比，碳素结构钢的淬透性较低，尽管如此，由于碳素调质钢价格便宜，来源广，综合考虑：在满足零件要求（调制硬度235HBS，表面淬火硬度为48HRC）的前提下，应该选择45钢。

4 确定加工路线

工艺路线：锻造→机加工（粗车留精车量4mm）→调质→机加工（精车磨量0.5-0.6mm）→直径48.2mm局部淬火、回火→机加工（粗磨留精磨量0.15-0.25mm）→A、B中间段淬火、回火→机加工（精磨或精磨后超精加工）→成品

5 热处理工艺方法选择

5.1 调质

调质，即淬火加高温回火，以获得回火索氏体组织，主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢以获得良好的综合机械性能。

5.1.1 淬火方法的选择

常用的淬火方法有单液淬火法、中断淬火法（双淬火介质淬火法）、分级淬火法、等温淬火法。

（1）单液淬火法，把已加热到淬火温度的工件淬入一种淬火介质，使其完全冷却。它是最简单的淬火方法，常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。