常用齿轮材料及热处理

第一篇：常用齿轮材料及热处理

常用齿轮材料及热处理：

为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。

对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。

常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。

钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种：

1．表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为40～55HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好。由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。

2．渗碳淬火常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。

3．渗氮渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700～900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAlA。

4．调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为220～280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。

5．正火正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。

一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30-50HBS。对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。

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第二篇：齿轮所有热处理总结-

--齿轮热处理

例如：30CrMnTi

调质275~310HB，齿轮表面淬火58~63HRC，淬火深度1~2mm

一、工作条件以及材料与热处理要求 1.条件: 低速、轻载又不受冲击

要求: HT200 HT250 HT300 去应力退火

2.条件: 低速(＜1m/s)、轻载,如车床溜板齿轮等 要求: 45 调质,HB200-250 3.条件: 低速、中载,如标准系列减速器齿轮--要求: 45 40Cr 40MnB(5042MnVB)调质,HB220-250 4.条件: 低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮 要求: 40Cr(42MnVB)淬火 中温回火 HRC40-45 5.条件: 中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮

要求: 40Cr、40MnB、42MnVB 调质或正火,感应加热表面淬火,低温回火,时效,HRC50-55 6.条件: 中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮

要求: 45 高频淬火,350-370℃回火,HRC40-45(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火)7.条件: 中速、重载

要求: 40Cr、40MnB(40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA)淬火,中温回火,HRC45-50.8.条件: 高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮

要求: 15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62.38CrAl 38CrMoAl 渗氮,渗氮深度0.5mm,HV900 9.条件: 高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴轮.要求: 40Cr、40MnB、(40MnVB)高频淬火,HRC50-55.10.条件: 高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮,如汽车变速箱齿 轮(20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳 后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧性也较好)要求: 20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳,淬火,低温回火或渗碳后高频 淬火,HRC56-62.18CrMnTi、20CrMnTi(锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸)渗碳层深度1.2-1.6mm,齿轮硬度 HRC58-60,心部硬度HRC25-35.表面:回火马氏体+残余奥氏体+碳化物.中心:索氏体+细珠光体

11.条件: 高速、重载、有冲击、模数＜5 要求: 20Cr、20Mn2B 渗碳、淬火、低温回火,HRG56-62.12.条件: 高速、重载、或中载、模数＞6,要求高强度、高耐磨性,如立车重要螺旋锥齿轮 要求: 18CrMnTi、20SiMnVB 渗碳、淬火、低温回火,HRC56-62 13.条件: 高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如高速柴油机、重型载重汽车,航空发动机等设备上的齿轮.要求: 12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20CrMnMoVBA(锻造→ 退火→粗加工→去应力→半精加工→渗碳→退火软化→淬火→冷处理 →低温回火→精磨)渗碳层深度1.2-1.5mm,HRC59-62.14.条件: 载荷不高的大齿轮,如大型龙门刨齿轮 要求: 50Mn2、50、65Mn 淬火,空冷,HB≤ 241 15.条件: 低速、载荷不大,精密传动齿轮.要求: 35CrMO 淬火,低温回火,HRC45-50 16.条件: 精密传动、有一定耐磨性大齿轮.要求: 35CrMo 调质,HB255-302.17.条件: 要求抗磨蚀性的计量泵齿轮.要求: 9Cr16Mo3VRE 沉淀硬化 18.条件: 要求高耐磨性的鼓风机齿轮.要求: 45 调质,尿素盐浴软氮化.19.条件: 要求耐、保持间隙精度的25L油泵齿轮。要求: 粉末治金(生产批量要大).20.条件: 拖拉机后桥齿轮(小模数)、内燃机车变速箱齿轮(m6-m8).要求: 55DTi或60D(均为低淬透性中碳结构钢)中频淬火,回火, HRC50-55,或中频加热全部淬火.可获得渗碳合金钢的质量,而工艺简 化,材料便宜.二、备注: 1.机床齿轮按工作条件可分三组:(1).低速:转速2m/s,单位压力350-600N/mm^2.(2).中速:转速2-6m/s, 单位压力100-1000N/mm^2,冲击负荷不大.(3).高速:转速4-12m/s,弯曲力矩大,单位压力200-700N/mm^2.2.机床常用齿轮材料及热处理:(1).45 淬火,高温回火,HB200-250,用于圆周速度＜1m/s中等压力,高频 淬火,表面硬度HRC52-58,用于表面硬度要求高、变形小的齿轮.(2).20Cr渗碳、淬火、低温回火

HRC56-62,用于高速、压力、中等、并有冲击的齿轮.(3).40Cr 调质,HB220-250,用于圆周速度不大,中等单位压力的齿轮, 淬火,回火,HRC40-50,用于中等圆周速度、冲击负荷不大的齿轮.(4)除上述条件外，如尚要求热处理时变形小,则用高频淬火、硬度HRC52-58.3.汽车、拖拉机齿轮的工作条件比机床齿轮要繁重得多,要求耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面比机床齿轮高.因此,一般是载 荷重、冲击大,多采用低碳合金钢(除左行列出的牌号以外, 尚有20MnMoB、20SiMnVB、30CrMnTi、30MnTiB、20MnTiB等), 经渗碳、淬火、低温回火处理.拖拉机最终传动齿轮的传动扭矩较大, 齿面单位压较高,密封性不好,砂土、灰土容易钻入,工作条件比较差,常 采用20CrNi3A等渗碳。

4.一般机械齿轮最常用的材料是45和40Cr，其热处理方法选择如下:(1).整体淬火;强度、硬度(HRC50-55)提高,承载能力增大,但

韧性减小,变形较大,淬火后须磨齿或研齿,只适用于载荷较大、无冲 击的齿轮.应用较少.(2).调质:由于硬度低,韧性也好不太高,不能用于大冲击载荷下工作, 只适用于低速、中载的齿轮,一对调质齿轮的小齿轮面硬度要比大齿 面硬度高出HB25-40.(3).正火:受条件限制不适合淬火和调质的大直径齿轮用.(4).表面淬火:

45、40Cr高频淬火机床齿轮广泛采用,直径较大用火 焰表面淬火.但对受较大冲击载荷的齿轮因其韧性不够,须用低碳钢(有冲击、中小载荷)或低碳合金钢(有冲击、大载)渗碳.

第三篇：20CrMnMo齿轮热处理工艺设计课程设计

20CrMnMo齿轮热处理 目 录 1 绪 论 1 1.1 热处理工艺课程设计的目的 1 1.2 课程设计的任务 1 1.3 热处理工艺设计的方法 1 2 热处理工艺课程设计内容和步骤 1 2.1 课题工件简图 1 2.2 技术要求： 2.3 特点 2 2.4 适用范围 2 2.5 齿轮的性能要求及为何选用20CrMnMo 2 2.6 化学成分作用 3 2.7 20CrMnMo钢的淬透性曲线 4 2.8 淬透性 5 2.9 渗碳热处理工艺规范 5 2.10 钢的等温转变和连续冷却转变 5 3 热处理工艺方案以及参数论述 6 3.1 热处理工艺流程 6 3.2 热处理工艺方案论证 6 3.2.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式 6 3.2.2 热处理方案制定 6 3.3 热处理方案 6 3.3.1 正火 7 3.3.2 正火工艺曲线 7 3.3.3 正火冷却 8 3.4 20CrMnMo的渗碳工艺 8 3.4.1 渗碳的目的 8 3.4.2 渗碳过程 8 3.5 20CrMnMo的淬火工艺 9 3.5.1 渗碳后一次重新加热淬火的目的 9 3.5.2 淬火事项 9 3.6 低温回火工艺 10 3.6.1 回火的目的 10 3.6.2 回火温度 11 3.6.3 加热介质 11 3.6.4 保温时间 11 3.6.5 回火工艺曲线 11 3.6.6 冷却方式 12 4 总的热处理工艺曲线 12 4.1 热处理总工艺曲线 12 4.2 选择加热设备 12 4.2.1 装置选择：井式电阻炉 12 4.2.2井式炉示意图 13 4.3.1 井式气体渗碳炉型号规格及技术数据 13 5 工装图 14 5.1 工装图及装件 14 6 工序质量检验 15 7 热处理工艺过程中常见缺陷分析 15 7.1 常见的淬火及防护措施 15 7.2 常见的渗碳缺陷及防护措施 16 8 心得体会 17 9 参考文献 17 20CrMnMo齿轮热处理工艺设计 1 绪 论 1.1 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业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的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。

（2）学习热处理工艺设计的一般方法、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。

因此，本课程设计要求我们综合运用所学来的知识 解决生产实践中的热处理文艺，包括工艺设计中的细节问题，如设备的选用，为何选用该设备温度调节。要求我们设计工艺流程，并且需要我们翻阅大量文献。灵活运用书籍中的资料，精简知识，精要描绘并且完整体现出来，不能一蹴而就。

1.2 课程设计的任务 进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。

1.3 热处理工艺设计的方法 热处理工艺的最佳方案是在能够保证达到根据零件使用性能和由产品设计者提出的热处理技术要求的基础上，设计的一种高质量、低成本、低能耗、清洁、高效、精确的热处理工艺方法，通过综合经济技术分析，确定最佳热处理工艺方案。最后，编写主要热处理工序的操作守则。热处理工艺课程设计内容和步骤 2.1 课题工件简图 课题工件简图如图2.1 图2.1 工件示意图（单位：mm）材料：20CrMnMo 2.2 技术要求：

1.由于齿面硬度很高，具有很强的抗点蚀和耐磨损性能；

心部具有很好的韧性，表面经硬化后产生的残余应力，大大提高了齿根强度；

一半齿面硬度范围56～63HRC。

2.简要流程：下料-锻造-正火-粗加工-渗碳-淬火-低温回火-精磨-成品。

2.3 特点 1.加工性能好。

2.热处理畸变较大，热处理后应磨齿，可以获得高的精度。

2.4 适用范围 广泛用于要求承载能力高，抗冲击性能好，精度高，体积小的中型一下齿轮，多出应用于汽车变速器，分动箱，起动机及驱动桥的各类齿轮以及拖拉机的动力传送装置的各类齿轮，20CrMnMo的性能要比20CrMnTi的性能相对较硬。

2.5 齿轮的性能要求及为何选用20CrMnMo 为保证齿轮的正常工作,齿轮应具备以下主要性能: 1.高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强。除材料本身性能外，还可以依靠齿轮的表面强化处理来实现。

2.齿面具有高的硬度和耐磨性，以防止黏着磨损和应力磨损。耐磨性的提高，主要依靠提高表面硬度和降低摩擦因数来实现。

3.齿轮心部具有足够的强度和韧性，以提高承载能力。

常用的渗碳钢有20CrMnMo，20CrMnTi。本次设计我用的是20CrMnMo。20CrMnMo淬火温度850℃，只需要一次，冷却方式与20CrMnTi一样，都采用油冷，一般可制造小雨300mm的高速，中载，受冲击和磨损的重要零件，适用于拖拉机变速箱齿轮，离合器轴和车辆上的主动轴，但某些方面优于20CrMnTi。

表2.1 20CrMnMo的化学成分[1] C Si Mn Cr Mo P,S Ni C 0.17～0.23 0.17～0.37 0.90～1.20 1.10～1.40 0.20～0.30 ≤0.0.35 ≤0.30 ≤0.30 2.6 化学成分作用 铬（Cr的影响）铬为碳化物形成元素。它能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性；

阻止晶粒长大，增加钢的淬透性，降低钢的临界冷却速度。因而，使钢在热处理时，退火、正火、淬火的加热温度有所提高。并使它在油中便能淬硬。但它降低了钢的马氏体点，因而增加了钢残余奥氏体量。使钢的奥氏体不稳定区域变为700-500℃和400-250℃。提高了钢的硬度和强度，增加了钢在高温回火时强度降低的抗力。

钼（Mo的影响）提高钢的淬透性，热强性，有二次硬化的作用，能降低回火脆性。

锰（Mn）降低钢的Ac1和Ac3而使钢在热处理时的温度有所降低。增加奥氏体的稳定性，降低钢的临界冷却速度，但它使参与奥氏体量增加。可以减少钢在淬火时的变形和增加钢的强度和硬度。使钢的回火脆性与晶粒长大的作用增大。

表2.2 20CrMnMo的热处理基本参数[2] 临界温度 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms 温度/℃ 710 830 620 740--20CrMnMo属于亚共析钢，缓慢冷却到室温后的组织为铁素体+珠光体，从钢的分类来看，20CrMnMo钢属于高级渗碳结构钢，以加工和加热并且性能良好，强度，塑性和韧性都比较高，过热倾向小，无回火脆性，即可做渗碳钢使用，也可作为调质钢使用，渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性，但是磨削时容易产生裂纹，淬火以及低温挥霍具有良好的综合力学性能和低温冲击任性。20CrMnMo钢采用低温回火，表面可获得60-65HRC的高硬度。

20CrMnMo的含碳量为0.2%属于低碳钢，渗碳时保证了碳元素的正常渗入。钢中合金元素为Cr小于1.4%，Mn小于1.2%,Mo小于0.3%。加工时要对20CrMnMo进行表面渗碳处理，渗碳淬火后表面得到高谈马氏体，具有较高的耐磨性。

2.7 20CrMnMo钢的淬透性曲线 如图2.2 20CrMnMo钢淬透性曲线 图2.2 钢淬透性曲线[3] 2.8 淬透性 淬透性：淬透性随着淬火温度提高而增加，因为温度升高，奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高。但是如果温度过高，奥氏体晶粒过于粗大淬火后会产生开裂或者变形。

2.9 渗碳热处理工艺规范 表2.3 渗碳热处理工艺规范[3] 渗碳/℃ 淬火温度/℃ 淬火冷却/℃ 回火温度/℃ 回火冷却 920～940 炉内降温至830～850 油冷 180～200 空冷 2.10 钢的等温转变和连续冷却转变 如图2.3 钢的等温转变图和连续冷却转变 图2.3 钢的等温转变和连续冷却转变[3] 3 热处理工艺方案以及参数论述 3.1 热处理工艺流程 简要流程：下料-锻造-正火-粗加工-渗碳-淬火-低温回火-精磨-成品。

3.2 热处理工艺方案论证 3.2.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式 表3.1 20CrMnMo处理温度以及冷却方式[4] 正火 渗碳 870±10℃ 925±10℃ 35min 2.5h 空冷 空冷 低温回火 160±10℃ 0.5h 空冷 3.2.2 热处理方案制定 20CrMnMo钢经热加工后,必须经过预备热处理来降低硬度,消除热加工时造成的组织缺陷,细化晶粒,改善组织,为最终热处理做好准备,对于20CrMnMo钢而言,正火可以细化晶粒,是组织均匀化,消除切削加工后的组织樱花现象和去除内应力.接着进行渗碳淬火,得到高强度,高硬度,高抗弯强度和耐磨性,满足加工齿轮的使用要求。

经过渗碳后,仅使表面层的含碳量提高0.7%～1.05%,仍达不到表层高硬度和耐磨的要求.因此,渗碳后还需要淬火和低温回火,使工件表层具有高的硬变和耐磨性.渗碳的目的是提高工件表面碳浓度,以便淬火后达到提高表面硬度和耐磨性的目的.渗碳后淬火加低温回火是达到表层高硬度的热处理方式,淬火后低温回火,表层得到回火马氏体组织,耐磨性达到较高水平,淬火的目的是提高硬度,淬火使得到尽量多的马氏体组织,得到高硬度,回火是为了马氏体二次分解形成索氏体,以便得到良好的机械性能。

3.3 热处理方案 3.3.1 正火 1.正火的目的 ①正火可以细化晶粒,使组织均匀化。

②消除切削加工后的组织硬化现象和去除内应力。

③消除共析钢中的网状硬化物,为热处理做好组织准备。

2.加热温度 加热温度:870±10℃ 因为20CrMnMo是亚共析钢，钢中含有碳化物形成元素。为使合金中难溶的特殊碳化物溶入奥氏体中，使奥氏体合金化程度增高，正火的加热温度为Ac3以上30～50℃，20CrMnMo的含碳量为0.20%，Ac3为830℃，所以将钢件的加热温度确定为870℃。

3.加热方式 采用到温加热的方法,是指当炉温加热到指定的温度时,再将工件装进热处理炉进行加热,原因是加热速度过快,节约时间。

保温时间=保温时间系数×有效尺寸，保温时间用τ表示。合金钢保温时间系数α（mm/min）保温时间=保温时间系数×装炉修正系数×工件厚度。工件加热保温时间与加热介质，材料成分，炉温，工件的形状和大小，装炉量和装炉量等因素有关。一般用经验公式来计算保温时间：保温时间=保温时间系数×装炉系数×工件的有效厚度。合金结构钢选择750~900℃井式电阻炉加热的保温时间系数α选为1.5，装炉系数K一般选择1.4。工件的有效厚度为D=(10*3)／2=15mm 所以τ=α×K×D=1.5×1.4×15=31.5min取35min。

3.3.2 正火工艺曲线 如图3.1 正火工艺曲线 图3.1 正火工艺曲线 3.3.3 正火冷却 ⑴冷却方式采用出炉空冷⑵冷却介质是空气⑶正火组织产生细珠光体。

3.4 20CrMnMo的渗碳工艺 3.4.1 渗碳的目的 渗碳的具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900--950℃的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。

相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。

渗碳可以在多方面提高钢件的机械性能,可以提高钢件的硬度和耐磨性,降低冲击任性和断裂韧性(冲击韧性和断裂任性随着表面碳含量的越高,碳层越深,降低的越多),同事可以提高疲劳强度.采用炉内滴注式气体渗碳，高温下甲醇的裂解产物H2O,CO2等将CH4和[C]氧化。可使炉气成分和碳势保持在一定范围内 渗碳温度:目前在生产上广泛使用的温度920-940℃.通常渗碳的温度选择要根据渗层的深度确定。根据本次材料以及用途决定渗层深度为0.9-1.2，渗碳温度为925±10℃。

3.4.2 渗碳过程 1.保温时间;采用的渗碳介质是煤油,并且渗碳保温时间是2.5小时。

公式为：  δ(mm)：渗碳层深度；

K：与渗碳温度有关的系数925℃时K=0.633；

t(min)：渗碳保温时间。经计算选渗碳时间t=（0.9/0.63）×（0.9/0.63）=2.01h≈2.5h。

2.冷却方法 空冷。

3.渗碳后的组织 表面为碳化物+珠光体，心部为珠光体;4.20CrMnMo钢渗碳工艺曲线 如图3.2 20CrMnMo钢渗工艺曲线 温度 925℃ 30min 1h 2h 850℃ 排气 强渗 降温 保温 图3.2 钢渗碳工艺曲线 5.渗碳后的组织性能分析 降低渗碳温度,具有节能降耗、减小工件变形、减小材料晶粒粗化倾向、细化组织等优点渗碳层硬度梯度趋于平缓。

3.5 20CrMnMo的淬火工艺 3.5.1 渗碳后一次重新加热淬火的目的 提高硬度和耐磨性，如刃具，量具，模具等；

提高强韧性，提高耐腐蚀性和耐热性。

3.5.2 淬火事项 1.淬火温度 840±10℃，依据亚共析钢加热温度选用AC3+（30-50℃），这样既能保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒细小。

2.保温时间 淬火加热时间包括升温和保温时间两个时间段，升温时间包括想变重结晶时间，保温时间实际上只考虑碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间。

公式：t=×K×D t:保温时间（min），a：钢在不同介质中加热时的保温系数（min／mm）(这里取1.2)，k：零件装炉调整系数（1.3），D：零件有效厚度（15mm），因此此次保温时间为 t=23.4min，所以时间为0.5h。

3.淬火后组织 表面是高碳马氏体+碳化物+残余奥氏体；

心部是低碳马氏体+残余奥氏体。

4.淬火工艺曲线 如图3.3淬火工艺曲线 图3.3 淬火工艺曲线 5.淬火过程中组织转变分析 正常加热冷却：工件加热到860℃后珠光体转变为奥氏体，保温时组织不变，晶粒细化，出炉油冷到室温可以获得马氏体和少量残余奥氏体，具有很高的耐磨性和硬度。

3.6 低温回火工艺 3.6.1 回火的目的 回火是将淬火后的零件加热到A1一下的某一温度，保温一定时间后，以适当的形式冷却到室温的热处理工艺。

回火的主要目的是使零件有高的硬度和耐磨性,消除了淬火应力与脆性，改善了零件淬火后的韧性及组织稳定性。并且，降低或消除淬火引起的残余应力。由于淬火马氏体和残余奥氏体都是不稳定组织，在工件中会发生分解，从而导致工件的尺寸不精确。某些碳含量较高的钢制大型零件或复杂零件甚至淬火后在等待回火的期间就发生突然爆裂。所以说，淬火零件不经回火就投入使用时危险地，也是不允许的。

渗碳和碳氮共渗淬火后的零件，一般要进行低温回火处理。低温回火时，马氏体发生分解，得到回火马氏体，淬火内应力得到部分消除，淬火时产的微纹也大部分得到愈合，因此低温回火也可以在很少降低硬度的同时使钢的韧性明显提高。

3.6.2 回火温度 回火加热温度选择160±10℃。

依据：在低温回火时马氏体发生分解，析出碳化物成为马氏体，淬火内应力得到部分消除，淬火时产生的微纹也大部分也得到愈合，因此低温回火也可以在很少降低硬度的同时使钢的韧性明显提高。通常渗碳和渗氮零件的回火温度是﹤180℃。

3.6.3 加热介质 加热介质：空气。

3.6.4 保温时间 保温时间为1.5h 确定回火保温时间一般的做法是根据工件的截面厚度而定，一般每25mm厚度保温1-2h，温度高可酌情缩短。

回火的保温时间一般为1-3小时。

3.6.5 回火工艺曲线 回火工艺曲线 如图3.4所示 图3.4 回火工艺曲线 3.6.6 冷却方式 冷却方式：出炉空冷。

总的热处理工艺曲线 4.1 热处理总工艺曲线 如图4.1 热处理总工艺曲线 图4.1 热处理总工艺曲线 4.2 选择加热设备 4.2.1 装置选择：井式电阻炉 表4.1 RJ3-75-9井式电阻炉产品规格及技术参数[5] 型号 功率/kw 电压/V 相数 额定温度/℃ 炉膛尺寸（直径深度）/mmmm 炉温850℃时的指标 空炉损耗功率/kw 空炉升温时间/h 最大装载量/kg RJ2-40-9 40 380 3 950 600×800 9 2.5 350 材料是20CrMnMo，它的正火温度在870℃左右。考虑到中温炉在中温测量时比较准确，因而选用中温井式炉。

4.2.2 井式炉示意图 如图4.2 井式炉示意图 如图4.2 井式炉示意图[6] 4.3 井式渗碳炉 渗碳炉是新型节能周期作业式热处理电炉，主要供钢制零件进行气体渗碳。由于选用超轻质节能卢琛材料和先进的一体化水冷炉用密封风机，渗碳炉炉温均匀，升温快，保温好，工件渗碳速度加快，渗碳气氛均匀，渗层均匀，在炉压提高时，无任何泄漏。提高了生产效率和渗碳质量。

4.3.1 井式气体渗碳炉型号规格及技术数据 表4.2 RQ3-75-9 950℃井式气体渗碳炉的型号规格及技术数据[7] 额定功率KW 额定电压V 额定温度℃ 加热区数 电热原件接法 工作空间尺寸（直径×深）空炉升温时间h 空炉损耗功率KW 最大装载量 75 380 950 1 Y 450×900 ≦2.5 ≦14 ≦220 4.4 井式气体渗碳炉 如图4.3 井式气体渗碳炉 如图 4.3井式气体渗碳炉[8] 1—渗碳工件 2—耐热罐 3—加热元件 4—风扇 5—液体渗碳剂 6—废气 7—沙封。

工装图 5.1 工装图及装件 如图5.1工装图 如图5.1 工装图 5.2 装件 底面一圆盘中，中间两个圆盘通孔若干，整个工装筐由底盘，中间支撑轴以及工件固定杆组成，使用时将工装筐置于平地，将每个齿轮水平套进工件固定杆，每个工件固定杆之间距离固定，防止工件与工件之间相互接触，磨损，导致淬火不均匀，每个工件之间摆放位置井然有序，节省空间，大量提升了空间利用率。中间轴设计为弯钩，方便勾吊。

装炉量：16*6=96.6 工序质量检验 检查主轴的外观表面，渗层深度，硬度，金相组织是否达到设计的要求 1.外观：表面无损伤，烧伤，眼中腐蚀等缺陷；

使用测量工具测量，用显微镜看表面是否有裂纹。

2.渗层深度的检测。打断试样，磨光，腐蚀。

3.硬度的检测。60-65HRC，洛氏硬度计打硬度 4.金相组织：马氏体，残余奥氏体以及少量条状碳化物采用《重载齿轮渗碳金相检验》评定。

5.工件变形检验：根据图样技术检验工件挠曲变形，尺寸及几何形状的变化。

热处理工艺过程中常见缺陷分析 7.1 常见的淬火及防护措施 表7.1 淬火缺陷及其产生的原因及预防措施[9] 缺陷 产生原因 预防措施 硬度不 足 ①亚共析刚加热不足，有未溶铁素体 ②冷却速度不够 ③在淬火介质中停留时间不够 ④氧化和脱碳导致淬火后的硬度降低 ①正确选择并严格控制加热温度，保留时间和炉温的均匀性 ②合理选择淬火介质；

控制淬火介质的温度不超过最高使用温度；

定期检查或更换淬火介质 ③正确控制在淬火介质中的停留时间 ④采取防氧化脱碳措施；

采用下线加热温度；

在600℃左右预热，然后再加热到淬火温度，缩短高温加热时间 7.2 常见的渗碳缺陷及防护措施 表7.2 常见渗碳缺陷原因以及防止措施[10] 常见缺陷 产生原因 防止方法 表面碳质量分数低 1.炉温低 2.渗剂滴量少 3.炉子漏气 4.工件表面不干净 1.校检仪表，调整温度 2.按工艺规范调整滴量 3.检查炉子密封性 4.清理工件表面，补渗 渗层深度不够 1.保温时间不够 2.表面碳质量分数低 1.适当延长保温时间 2.按正常渗剂滴量补渗 渗层不均匀 1.炉温不均匀 2.零件表面不清洁，有锈点、油污 1.合理装炉，尽量使工件之间间隙均匀 2.装炉前严格清洗零件表面 碳化物出现网状分布 1.淬火温度低或保温时间不够 2.淬火冷却过程慢.渗层表面浓度过高 1.适当提高淬火温度，采用两次淬火 2.冷却操作要迅速，正确 3.降低渗剂活性，严格控制碳势 淬火后变形 1.淬火方式错误 2.淬火冷却速度过大 3淬火加热温度过高 1.制定正确的淬火方式，严格按照操作流程进行 2.选择合适的淬火介质，3.选择正确的淬火加热温度 表面贫碳或脱碳 1.炉内气氛碳势过低 2.高温出炉后在空气中缓冷时氧化脱碳 1.在碳势较高的渗碳介质中进行补碳 2.脱碳层小于0.02mm下采用磨去或喷丸等方法补救 8 心得体会 通过3周的课程设计，让我学到了很多。在这3周之中不仅让我见识到了热处理这项工艺的严谨性。也检验我所学的知识，还培养了我如何从不同角度思考一件事情，然后动脑去完成这件事情。我十分享受这个过程，什么都靠自己动手，还可以和同学互相探讨，相互学习。

通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高，无论是课程上的理论知识还是实际操作本领，掌握了许多以前不懂得计算机知识，绘图能力，熟悉了规范和标准，同事也了解各科相关的知识，也让我认清自己，认识到自己的不足。我发现了以前很多搞不懂的更加清晰的呈现在我眼前，让我学习更加有动力，也让我今后在我从事的岗位更有信心。热处理是一门很有技术含量，很有发展潜力的技术，在这门技术发展这么多年来，依然有这么高的魅力，由于自己的设计能力有限，在设计中也难免出现错误，恳请老师们多多指点。

最后谢谢老师给我这次机会来锻炼我们，辛苦为我们选课。参考文献 [1]杨满.实用热处理技术手册.机械工业出版社.2010：100—110 [2]胡光立.钢铁热处理实用技术.化学工业大学出版社，2008年：155—200 [3]任颂赞，张静江，陈质如.钢铁的金相图谱.上海科技文献出版社.2003年6 [4]《热处理工艺手册》编写组，热处理手册1-4，机械工业出版社，1982年12 [5]叶宏.金属热处理原理与工艺[M].北京：化学工业出版社.2011.6：137-138 [6]《齿轮热处理手册》陈保华，热处理，机械工业出版社 [7]范逸明。简明金属热处理手册。国防工业出版社，2006年3月 [8]樊东黎，徐跃明，杨满.热处理技术数据手册.机械工业出版社，2006：158—187 [9]叶宏.金属热处理原理与工艺[M].北京：化学工业出版社.2011.6：137-138 [10]李国斌.热处理工艺规范与数据手册.北京：化学工业出版社.2012.9:85-85

第四篇：热处理

1．退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有：再结晶退火、去应力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组 织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。

2．正火：指将钢材或钢件加热到或（钢的上临界点温度）以上，30～50℃保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。

3．淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一 定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬 火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组 织准备等。

4．回火：指钢件经淬硬后，再加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷 却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。

回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韧性等。

5．调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。

6．渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

3.固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺

4.时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。

5.固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型

6.时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度

9.钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。

11.钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺

第五篇：热处理

1、马氏体的组织形态主要有两种类型,即板条状马氏体和片状马氏体.淬火钢中形成的马氏体形态主要与钢的含碳量有关.板条状马氏体是低碳钢,马氏体时效钢,不锈钢等铁系合金形成的一种典型的马氏体组织,因其单元立体形状为板条状,故称板条状马氏体.由于它的亚结构主要是由高密度的位错组成,所以又称位错马氏体;片状马氏体则常见于高,中碳钢,每个马氏体晶体的厚度与径向尺寸相比很小其断面形状呈针片状,故称片状马氏体或针状马氏体.由于其亚结构主要为细小孪晶,所以又称为孪晶马氏体.一般当Wc<0.3%时,钢在马氏体形态同乎全为板条马氏体;当Wc>1.0%时,则几乎全为片状马氏体;当Wc=0.3%-1.0%时,为板条马氏体和片状马氏体的混合物,随含碳量的升高,淬火钢中板条马氏体的量下降,片状马氏体的量上升.高碳钢在正常温度淬火时,细小的奥氏体晶粒和碳化物都能使其获得细针状马氏体组织,这种组织在光学显微镜下无法分辨称为隐针马氏体.2、（一）马氏体的分解

从室温到200℃左右范围内回火时，马氏体中一部分过饱和的碳以及细小的ε-碳化物（FexC或Fe2.4C）形式析出，并分布在马氏体基体上，使马氏体中的含碳量下降，体心正方的正方度c/a减小（即国饱和程度降低），使马氏体热处理的脆性下降，硬度稍降。此时组织为过饱和程度稍低的马氏体和极细小的ε-碳化物组成的混合组织，称为“回火马氏体组织”，M回。

ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C转变的过渡相。

（二）残余奥氏体的转变

约在200-300℃，马氏体继续分解的同时，残余奥氏体也发生转变，变成了下贝氏体组织。此时主要组织仍是回火马氏体，但由于加热温度较高，马氏体的过饱和程度进一步降低，组织的硬度降低，塑性提高。由于残余奥氏体转变为硬度较高的下贝氏体，因此钢的硬度下降不大。此时组织为“回火马氏体+下贝氏体”

（三）渗碳体形成和铁素体恢复

约在300-400℃之间，α固溶体中过饱和的热处理碳逐渐析出，ε-碳化物转变为稳定的较小的Fe3C颗粒，α固溶体中的含碳量几乎达到平衡成分，故马氏体变成铁素体（c/a≈1），体心正方晶格变成体心立方晶格，此时组织为“铁素体与弥散在其中的细粒状渗碳体的混合物”,称为“回火屈氏体”，T回。

（四）渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶

约在400-650℃之间，渗碳体不断聚集长大，内应力与晶格歪扭完全消除，组织是由铁素体和球化的渗碳体所组成的混合物，称为“回火索氏体”，S回。此时，碳固溶强化作用消失，强度取决于Fe3C质点的尺寸和弥散度。回火温度越高，渗碳体质点越大，弥散读越低，强度越低。

3、一、过热现象

我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。

1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。

2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶界面，而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出，受冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。

3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。

二、过烧现象

加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。

三、脱碳和氧化

钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。

加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。

为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性）

四、氢脆现象

高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。

4、混合物的组分在浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度的方向转移的过程叫做传质。在含有两种或两种以上组分的流体内部，如果有组分的浓度梯度存在，则每一种组分都有向其低浓度方向转移，已减弱这种浓度不均匀的趋势。

A传质方式及历程，物质首先从一相主体扩散至两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最后通过此相的界面向主体扩散；传质过程的方向及极限，一定条件下，非平衡态的两相体系进行趋于平衡态的传递；两相体系必存在着平衡关系，条件的改变可破坏原有的平衡态；传质过程推动力和速率，平衡是传质过程的极限，组分在两相分配偏离平衡状态的程度为传质推动力。

A、传质方式及历程

 物质首先从一相主体扩散至两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最后通过此相的界面向主体扩散。

B、传质过程的方向及极限

 一定条件下，非平衡态的两相体系进行趋于平衡态的传递；两相体系必存在着平衡关系。 条件的改变可、B、传质过程推动力和速率

平衡是传质过程的极限，组分在两相分配偏离平衡状态的程度为传质推动力。单位时间，单位相接触面上传递的物质的量，mol/(㎡.s). 传质速率等于传质系数乘以传质推动力。 破坏原有的平衡态。

相变的类型可以从三个不同的角度（即按热力学关系、按结构变化和按动力学关系）来进行讨论。

 相变的热力学规律是非常清楚的，在按热力学关系讨论相变问题时，系统的吉布斯自由能起了热力学势的作用。一级相变的自由能的一阶导数在相变点是不连续的，因而熵和体积的变化不连续，说明它有相变潜热。而二级相变中，熵和体积在相变点是连续的，而自由能的二阶导数所确定的一些响应函数，如比热容、压缩率和膨胀率则有不连续的变化。在自然界中观察到的相变多数是一级相变，合金和金属中的相变也是如此。

从晶体学的观点，阐明母相与新相在晶体结构上的差异，即按结构变化对相变进行分类，是对用热力学关系进行分类的一个重要补充。

结构相变可以分重构型、位移型和有序无序型三种基本类型。重构型相变中，大量化学键被破坏，在重新组合后，新相和母相之间在晶体学上没有明确的位向关系，而且原子的近邻的拓扑关系也产生显著的变化。这类相变经历了很高的势垒，相变潜热很大，过程缓慢。这类相变属于强一级相变。当然，液-固相变和气-固相变也必然是重构型的。另外，还有位移型相变，在相变前后原子的近邻的拓扑关系仍保持不变，相变过程不涉及化学键的破坏，新相与母相之间存在明确的晶体学位向关系，它经历的势垒很小，相变潜热也很小甚至完全消失。因此位移型相变可能是二级相变或弱一级相变。还有一种位移相变，它以晶格切变为主，也可能涉及晶胞内原子的相对位移，这就是人们通常说的马氏体相变，也是强一级相变。有序-无序相变在结构上往往涉及多组元固溶体中两种或多种原子在晶格点阵上排列的有序化。这可以是二级相变或弱一级相变。

相变动力学的任务在于具体地描述相变的微观机制，转变途径，转变速率及一些物理参量对它们的影响。由于在相变的进程中，系统要经历一系列非平衡态，所以要依靠物理动力学的理论和方法。