热处理课程设计

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课程设计(说明书) 38CrMoALA锥齿轮热处理工艺设计

学院：机械工程学院

专业：材料成型及控制工程

姓名：郭素墨

学号：1012012120

指导教师：姜英老师

2013年7月

目录

一.热理处工艺课程设计的目的 (3)

二.热处理工艺课程设计的任务 (4)

三.材料论证 (4)

四.正火 (6)

五.调质 (13)

六.去应力退火 (22)

七.渗氮 (24)

八.设计说明书的内容 (31)

九.心得体会 (33)

十.主要参考书 (33)

一、热处理工艺课程设计任务书（09）

学院机械工程学院专业材料成型及控制工程学生姓名郭素墨

班级学号

1012012120

设计题目38CrMoALA 锥齿轮热处理工艺设计

设计任务：

技术要求材料：

齿轮模数：2

齿数：18

1、材料调质230—260HBS；

2、渗氮层深0.2mm,表面硬度：950—1200HV。

指导教师（签字）

年月日

主管院长（签字）

年月日

二、热处理工艺课程设计的目的

热处理工艺课程设计是材控专业热处理方向学生的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，其目的是：

1、培养学生综合运用所学热处理知识去解决工程问题的能力，并使所学知识得到巩固和发展。

2、学习热处理工艺课程设计的一般方法，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、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。

三、选材论证

牌号：38CrMoAl

表138CrMoAl的元素含量及临界温度

元素含量%临界温度℃

C：0.38，Si：0.42，Mn:0.46，Cr：1.38，Mo：0.23，Al：0.28Ar1：675；Ac1：760，Ac3：885，Ms：360

据美国相关资料对931个齿轮失效方式及原因统计结果表明，疲劳断裂占此轮总数的36.8%,约1/3以上，据首位，过载断裂约占24.4%，次之，这两项加起来断裂失效总计占61.2%，是齿轮失效的主要形式；其次是表面疲劳破坏，占总数的20.3%，而齿面磨损占总数的13.2%。

38CrMoAl是合结钢的其中一种,国内执行标准GB/T3077-1999。38CrMoAl 是一种专用氮化钢,经过热处理和精加工后的38CrMoAl圆钢具有很高的表面硬度、耐磨性及疲劳强度,并具有良好的耐热性及腐蚀性38CrMoAl是钢中应用最广泛的钢，该钢经渗氮处理后，可获得恒的硬度，耐磨性好，具有良好的淬透性。加入Mo后，抑制了材料的第二类回火脆性，心部具有一定的强韧性。处理后尺寸精度高,通常38CrMoAl氮化后的表面硬度在920HV以上,预处理为调质(通常调质硬度要求≥260HB,262~302HB)。38CrMoAl氮化速度较快,可以得到较深的氮化层深度,但氮化层的脆性相对较大,淬透性不高,因而不太适合制

作承受冲击很大的零件。

表2齿轮选材

序

号

齿轮种类性能要求钢材

1低速低载：变速器齿轮

挂轮架齿轮

车溜板齿轮耐磨性为主，强度

要求不高

45、50、55

2中、高速，中载：

车床变速器齿轮

钻床变速器齿轮

磨床齿轮、变速器齿轮

高速机床进给箱变速器齿轮较高的耐磨性和强

度

40Cr、42CrMo

42SiMn

38CrMnAl

38CrMoAl

25Cr2MoV

3高速，中、重载，有冲击载荷：机床变速器齿轮

龙门铣电动机齿轮

立车齿轮高强度、耐磨及良

好的韧性

20Cr

20CrMo

20CrMnTi

20CrNi2Mo

12CrNi3

4大断面齿轮高的淬透性35CrMo

42CrMo

50Mn2

60Mn2

钢的缺陷：钢的低倍缺陷及其对性能的影响，钢的低倍缺陷有很多，常见的有以下几种：

（1）疏松

钢锭在凝固的过程中，由于枝晶之间区域内的熔体最后凝固收缩，以及放出气体导致产生许多细小孔隙和气体而造成的不致密性，称为“疏松”。严重的疏松会使钢在锻造、轧制或热处理时产生破裂，降低刚的塑形与韧性，对零件的粗加工也有影响。

（2）偏析

合金金属中各个区域化学成分的不均匀发布，称为“偏析”。在化学成分上偏析带上杂质的含量较基体偏高，其中中碳钢最为明显。一般来说，合金钢比较容易产生偏析，且比较严重。合金钢中，由于合金的加入，使钢的流动性降低，气体析出更加困难，所以更易出现点状偏析。

（3）白点

白点是钢中的内裂，白点主要出现在含有Cr、Ni、Mo、Mn等合金元素的钢中。为此，在实际生产中，可在两方面采取工艺措施：一是在炼钢或浇注时，将钢中的氢少至最低限度；二是在固态下利用热处理方法减少钢中的氢气。如采取等温退火或正火或高温回火的方法去氢处理。

（4）裂纹（内裂）

金属局部破裂，称为裂纹。它是在应力作用下某些薄弱部分发生局部破裂而形成的一种极不稳定的缺陷。裂纹两侧凸凹不平，而且多数尾部是尖锐的。发纹是钢中夹杂和气孔等缺陷在加工时延伸留下来的，表现为沿钢材的加工方向类似为头发丝般粗细的裂纹。

四．确定工艺路线、正火

工艺流程：

锻造→正火→粗机械加工→调质→半精机加工→去应力退火→精加工→渗氮→成品。

选用正火的原因：消除锻造应力，均匀组织、细化晶粒，改善。因为正火主要用于碳钢铸、锻件，因为38CrMnAl含碳量为0.38%，且是锻件，故选用正火。正火的目的：在于消除其锻件常存在晶粒粗大或晶粒大小不均匀等组织缺陷及内应力，使钢的强度、塑性和韧性达到技术要求即均匀组织、细化晶粒、消除内应力、改善切削加工工艺和表面加工质量等，为最终热处理做好组织准备。经过锻打，材料其存储了大量变形能，增加了其内部组织的不稳定性，有向低能量状态转化的趋势；并且38CrMoAl中含有大量Cr、Mo、Al等使C曲线右移的元素，材料在淬火的过程中有往往会形成贝氏体，为了减少或抑制贝氏体的形成，在淬火之前先采用正火做预处理。目前，防止白点的方法，主要是减少钢中的氢气，为此，在实际生产中，可在两方面采取工艺措施：一是在炼钢或浇注时，将钢中氢