热处理工艺

要求以综合机械性能为主的一类结构零件的选材，还 需根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透性和抗疲劳 性能。实践证明，受交变应力的轴类零件、连杆螺栓等结 构件，其损环形式不少是由于疲劳裂纹引起的。
齿面磨损 ： 由于齿面接触区摩擦，
使齿厚变小。
1.2齿轮的失
3
齿面接触疲劳破坏： 在交变接触应力作用下，齿面产生 微裂纹，微裂纹的发展，引起点状 剥落。
过载断裂： 主要是冲击载荷过大造成的断齿
4
1.3 齿轮的性能要求
1) 高的弯曲疲劳强度; 2) 高的接触疲劳强度和耐磨性; 3) 较高的强度和冲击韧性。 此外，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。
①用钢成分（%）:0.38C,0.30OSi,0.66Mn,0.95Cr,0.18Ni,0.016P,0.028S10; ②用钢成分（%）:0.42C,0.29OSi,0.69Mn,0.87Cr,0.14Ni,0.010P,0.013S;
2）调质处理
淬火85工0℃艺；：保加温热时温间度：为8A0cm3+in(；30冷~5却0)方℃式，：由油此冷确。定加热温度为 高温回火：温度为500C～650 ℃，可选用加热温度为620 ℃；
13
二
在机床、汽车等制造工业中，轴类零件是另一类用量 很大，且占有相当重要地位的结构件。
轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力， 它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材 料应有较高的综合机械性能，局部承受摩擦的部位如车床 主轴的花键、曲轴轴颈等处，要求有一定的硬度，以提高 其抗磨损能力。
6
1.5热处理
调质 正火 表面淬火 渗碳淬火 渗氮
软齿面。改善机械性能，增大强度和韧性 齿面硬度HBS≤350
硬齿面。接触强度高、耐磨性好、可抗冲击 齿面硬度HBS350
配对齿轮均采用软齿面时：
小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度 稍高于大齿轮（约30~40HBS）
7
齿轮热处理生产线
8
• 1.6.1机床齿轮材料
1）正火处理 加热温度：Ac3+(30～50)℃，由此确定加热温度为850℃；保温时间： 120min；冷却方式：空冷。 正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序，它可以使同批坯料具 有相同的硬度，便于切削加工，并使组织均匀，消除锻造应力。对于 一般齿轮，正火处理也可作为高频淬火前的最后处理工序。
表1.40Cr钢的临界温度
内容提要：
主要介绍了工业上应用最广泛的四大类典型工件(齿轮、轴 类零件、弹簧和刃具)中前两类的工作条件、失效形式、 性能要求、选材及工艺分析，举例说明了典型工件的选材 及工艺分析。
• 学习目标：
要求掌握：机床齿轮、轴类零件的工作条件、失效形式、 性能要求及选材，进行工艺分析。
1
一. 齿轮类
1. 齿轮的工作条件、失效形式、材料性能要求、 选材及工艺分析
保温时间为60min；油冷。 可以使齿轮具有较高的综合机械性能，提高齿轮心部的
强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力，调质 后的齿轮由于组织为回火索氏体，在淬火时变形更小。
11
3）高频淬火及低温回火 亚共析钢的低温回火温度为150~300℃，但钢材的第一
类回火脆性温度在250～400℃，由于40Cr中含有硅、锰、 铬等，合金元素，第一类回火脆性温度将有所增高，所以 选用低温回火温度为240 ℃；保温时间为60min；采用空 冷。
高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序， 通过高频淬火提高了齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表 面有压应力存在而增强了抗疲劳破坏的能力。为了消除淬 火应力，高频淬火后应进行低温回火（或自行回火），这 对防止研磨裂纹的产生和提高抗冲击能力极为有利。
12
1.6.4齿轮高频淬火后的变形
齿轮高频淬火后，其变形一般表现为内孔缩小，外径不变或 减小。齿轮外径与内径之比小于1.5时，内径略胀大；当齿轮 有键槽时，内径向键槽方向胀大，形成椭圆形，齿间椭圆形， 齿间亦稍有变形，齿形变化较小，一般表现为中间凹0.002～ 0.005㎜。这些微小的变形对生产影响不大，因为一般机床用 的7级精度齿轮，淬火回火后，均要经过滚光和推孔才成为成 品。
齿轮材料一般选用低、中碳钢或其合金钢。 • 1.6.2工艺路线
以40Cr钢为例。根据对机床齿轮的性能要求，40Cr钢经热处理后 ，表面强度和硬度高，心部韧性好，工艺性能好，经济上也较合理。
其工艺路线如下：
下料 → 锻造 → 正火 → 粗加工→ 调质→ 精加工 → 高频淬火及回火 → 精磨。
9
1.6.3热处理工序的
机床、汽车中速度的调节和功率的传递主要靠齿轮，齿轮在机 床、汽车中是一种十分重要、使用量很大的零件。
1.1齿轮的工作条件
1) 由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力； 2) 换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷； 3) 齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作 用。
2
疲劳断裂：零件在交变载荷下 经过较长时间的工作而发生 断裂的现象，主要从根部发生
高频淬火齿轮通常用含碳量为0.40～0.50%的碳钢或低合金 钢（40、45、40Cr、45Mn2、405MnB等）制造。批量生产时， 一般要求精选含碳量以保证质量。40Cr钢限制在0.37～0.42%C 。经高频淬火交低温回火后，淬硬层应为中碳回火马氏体，而 心部则为毛坯热处理（正火或调质）后的组织。
5
1.4齿轮材料
金属材料
45号钢 中碳合金钢 低碳合金钢 铸钢 铸铁
最常用，经济、货源充足 35SiMn、40MnB、40Cr等 20Cr、20CrMnTi等 ZG310-570、ZG340-640等 HT350、QT600-3等
非金属材料 尼龙、夹木胶布等
选材时考虑：工作条件、载荷性质、经济性、制造方法等
1.6 源自文库型齿轮举例--机床
机床中的齿轮担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的任务。 一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度（GB179-83规定，精度分12 级，用1、2、3、……12表示，数字愈大者，精度愈低）。
机床齿轮的工作条件比起矿山机械、动力机械中的齿轮来说还属于 运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。实践证明，一般机床齿轮选 用中碳钢制造，并经高频感应热处理，所得到的硬度、耐磨性、强度 及韧性能满足要求，而高频淬火具有变形小、生产率高等优点。