42CrMo齿轮轴的热处理工艺(修改版)

辽宁工业大学工艺课程设计（论文）

题目：42CrMo轧机齿轮轴热处理工艺设计

院（系）：材料科学与工程学院

专业班级：材料083

学号：*********

学生姓名：***

指导教师：***

起止时间：2011-7-4~2011-7-15

课程设计（论文）任务及评语

目录

1 齿轮轴热处理概述 (1)

2 42CrMo齿轮轴热处理工艺设计 (2)

2.1 齿轮轴的服役条件、失效形式及性能要求 (2)

2.1.1 服役条件、失效形式 (2)

2.1.2 性能要求 (2)

2.2 齿轮轴材料的选择 (2)

2.3 42CrMo钢的C曲线 (3)

2.4 42CrMo齿轮轴的热处理工艺设计 (3)

2.4.142CrMo的工艺流程 (3)

2.4.2 42CrMo钢的热处理工艺设计 (4)

2.5 42CrMo钢的热处理工艺理论基础、原则 (7)

2.5.1 42CrMo的正火工艺理论基础、原则 (7)

2.5.2 42CrMo调质工艺理论基础、原则 (8)

2.5.3 42CrMo感应加热淬火工艺原理 (10)

2.5.4 42CrMo回火工艺理论基础、原则 (12)

2.6选择设备、仪表和工夹具 (13)

2.6.1设备 (13)

2.6.2仪表 (16)

2.6.3设计工夹具 (16)

2.7 42CrMo齿轴热处理质量检验项目、内容及要求 (17)

2.8 42CrMo齿轮轴热处理常见缺陷的预防和补救方法 (18)

2.8.1加热时常见的缺陷的预防及补救方法 (18)

2.8.2调质时常见的缺陷的预防及补救方法 (19)

2.8.3感应加热淬火缺陷与预防、补救 (21)

2.9热处理工艺卡 (21)

2.9.1 42CrMo正火工艺卡 (22)

2.9.2 42CrMo调质工艺卡 (23)

2.9.3 42CrMo感应淬火工艺卡 (24)

2.9.4 42CrMo低温回火工艺卡 (25)

3.参考文献 (26)

1 齿轮轴热处理概述

轧机是现代工业生产的重要机械，而轧机的齿轮轴是轧机中重要的传动部分,主要承受交变载荷，冲击载荷，剪切应力和接触应力大。轴部易产生裂纹，齿部易磨损。因此对齿轮轴的心部要求有一定的强度和韧性，有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力。表面还应具有一定的硬度和耐磨性。为了满足这些性能要求，材料要有很好的力学性能，常采用42CrMo钢经正火，调质，感应加热淬火加低温回火已达到所要求的性能。

42CrMo为中碳合金钢，预备热处理是正火，主要目的是为了获得一定的硬度，便于钢坯的切削加工，为调质做好组织准备。调质的目的是为了提高轧机齿轮轴的综合力学性能。中频感应加热表面淬火是使零件表面得到高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度及较高的塑性、韧性。

通过对42CrMo钢热处理工艺的分析，明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。能够正确确定加热温度、时间，保温时间，冷却方式，其目的就是通过正确的热处理工艺，达到所需要的性能，保证质量。

根据齿轮轴的工作条件，失效形式及性能要求，大部分材料选择为合金中碳钢，在设计正火-调质-中频感应加热淬火加低温回火热处理工艺中，本设计借鉴了《热处理工程师手册》，《热处理实用数据速查手册》，《钢的热处理》，《机床零件用钢》，《金属工艺学》等。根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程，使热处理的42CrMo 中碳合金结构钢表面除具有高硬度，高耐磨性外，高的疲劳强度，在高温下的强度，还要使心部具有高的的强度和韧性，从而满足齿轮轴的质量要求。

2 42CrMo齿轮轴热处理工艺设计

2.1 齿轮轴的服役条件、失效形式及性能要求

2.1.1 服役条件、失效形式

齿轮轴在转动时主要承受剪切应力，交变弯曲应力，传递动载荷等工作，受到多次冲击应力。在工作过程中，由于不同的应力作用，导致不同的失效形式，主要有疲劳磨损，裂纹，表面点蚀，弯曲疲劳折断，冲击折断等。

2.1.2 性能要求

1.具有高的疲劳极限；

2.具有高的抗弯强度；

3.具有较高的韧性；

4.具有高的耐磨性；

5.具有抗多次冲击能力；

6.具有高温下的高强度；

7.具有一定的精度。

2.2 齿轮轴材料的选择

齿轮轴材料的选用根据齿轮轴的工作条件，要求以及性能来确定。主要是工作时载荷的大小,转速的高低及齿轮的精度要求来确定的。载荷大小主要是指齿轮传递转矩的大小,通常以齿面上单位压应力作为衡量标志。一般分为:轻载荷、中载荷、重载荷和超重载荷。

根据要求42CrMo钢的性能符合度非常好，其经过正火，调质，感应加热淬火加低温回火后表面硬度可达HRC50的高硬度，表面耐磨性好，心部硬度可达HRC35~45。42CrMo钢属于超高强钢，具有高强度和高韧性，淬透性好，调质后有较高的疲劳极限和抗多次冲击的能力。淬火时变形小，高温时具有高的蠕变强度和持久强度，且无明显的回火脆性。

42CrMo钢中含有的合金元素Cr，Mo。其中铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧

化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要

合金元素。铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的

综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。而

钼在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性，在调质钢中，钼能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性。所以在生产中常常选用42CrMo作为轧机齿轮轴的材料。其综合力学性能优良符合质量要求。

2.3 42CrMo钢的C曲线

通过查找《热处理手册》获得42CrMo钢的C曲线如下图所示，成分如表1。

图1. 42CrMo钢连续转变C曲线

表1 42CrMo钢的化学成分

C Si Mn P S Cr Ni Cu Mo 化学成分(质量

分数）%

42CrMo 0.42 0.27 0.65 0.005 0.005 1.10 0.005 0.005 0.20 2.4 42CrMo齿轮轴的热处理工艺设计

2.4.142CrMo的工艺流程