1、鋼的熱處理工藝設計說明書學生姓名 設計題目 加工中心主軸 指導教師 系 主 任 完成日期 年 月 日前 言熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分。通過熱處理可以改變材料的加工工藝性能，充分發揮材料的潛力，提高工件的使用壽命。本課程設計是在材料科學基礎金屬熱處理工藝學失效分析金屬力學性能等課程學習的基礎上開設的，是理論與實踐相結合的重要教學環節。通過該課程設計，可使學生在綜合運用所學專業基礎理論和專業知識能力方面得到訓練，學會獨立分析問題和解決問題的方法，提高工程意識和工程設計能力。熱處理工藝是整個機械加工過程種的一個重要環節，它與工件設計及其它加工工藝之間存在密切關系。如何實現工件設計時提出的

2、幾何形狀和加工精度，滿足設計時所要求的多種性能指標，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關重要的作用。目 錄前言 一熱處理工藝課程設計的目的5二熱處理工藝課程設計的任務5三熱處理工藝課程設計設計內容和步驟5 3.1零部件簡圖，鋼種和技術要求5 3.2零部件的工作條件、破壞方式和性能要求的分析6 3.3零部件用鋼的分析 6 3.3.1 相關鋼種化學成分的作用 6 3.3.2.相關鋼種的熱處理工藝性能分析 7 3.3.3鋼材的組織性能與各種熱處理工藝的關系 83.4熱處理工藝方案及工藝參數的論述113.4.1零件的加工工藝路線及其簡單論證113.4.2鍛造工藝曲線113.4.3預備熱處理工藝方案、工藝

3、參數及其論證123.4.4最終熱處理工藝方案，工藝參數及論證123.4.4.1 20CrMnMo的正火工藝123.4.4.2 20CrMnMo的滲碳工藝143.4.4.3 20CrMnMo的淬火工藝173.4.4.4 20CrMnMo的回火工藝193.4.4.5 總的熱處理工藝曲線223.4.5 輔助工序方案 22四選擇加熱設備224.1 中溫井式電阻爐22 4.2 井式滲碳爐23五工裝圖 25六工序質量檢驗項目、標準方法27七熱處理工藝過程中缺陷分析 28 7.1常見的滲碳缺陷 28 7.2常見的淬火缺陷 29 7.3常見的回火缺陷 29八心得體會30九參考文獻31一、熱處理工藝課程設計的目

4、的1. 深入了解熱處理課程的基本理論2. 初步學會制定零部件的熱處理工藝3. 了解與本設計有關的新技術,新工藝4. 設計盡量采用最新技術成就,并注意和具體實踐相結合,是設計具有一定的先進性和實踐性.二、熱處理工藝課程設計的設計任務1. 編寫設計說明書2. 編制工序施工卡片3. 繪制必要的工裝圖三、熱處理工藝課程設計內容和步驟3.1零部件簡圖、鋼種和技術要求1.簡圖2.鋼種: 20CrMnMo3.技術要求： 1.要求主軸頭部144.4mm及尾部30mm處滲碳淬火，滲碳層深度1.31.5mm； 2.硬度為6065HRC.3.2零部件的工作條件、破壞方式和性能要求的分析 1.零部件的工作條件作為機床

5、的傳動件，主軸是傳遞動力的零件，傳遞著動力和各種負荷，它的前后端由于承受一定的扭轉和摩擦力，它的合理選材直接影響整臺車床的精度和使用壽命。 2.零部件的主要破壞方式 (1)受橫向力并傳遞扭矩，承受交變彎曲應力和扭應力，常常發生疲勞斷裂。 (2)承受一定的過載和沖擊和載荷，產生過量彎曲變形，甚至發生折斷或扭斷。 (3)軸頸和花鍵等部位發生相對運動，承受較大的摩擦，軸頸表面產生過量的磨損。3.零部件性能要求 主軸是機床上的傳動力的零件，由于負荷不同，受力大小也不同，常承受彎曲，扭矩，沖擊，同時受到在滑移和轉動部位的摩擦作用。因此主軸的性能要求是高硬度，足夠的韌性及疲勞強度，強度和形狀畸變要求。3.

6、3零部件用鋼的分析3.3.1 相關鋼種化學成分的作用（1）20CrMnMo表1. 20CrMnMo的化學成分C Si Mn Cr Mo P,SNi Cu 0.170.23 0.170.37 0.901.20 1.101.40 0.200.30 0.035 0.30 0.30 化學成分作用：A. 碳（C）的影響從鐵碳平衡圖中，我們能清楚的看到，鋼隨著含碳量的增加，鋼的基本組織不同，而且在加熱與冷卻時，組織轉變的溫度也不相同。純鐵在加熱與冷卻過程中，僅發生晶格的變化（同素異形轉變）。所以熱處理時其機械性能幾乎不發生影響。但是隨著含碳量的增加，熱處理將發生顯著地作用。如亞共析鋼隨著含金量的增高，淬火

7、后強度、硬度都有顯著提高；同時含碳量的多少也確定了鋼的熱處理工藝。B. 鉻（Cr）的影響 鉻為碳化物形成元素。它能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性；阻止晶粒長大，增加鋼的淬透性，降低鋼的臨界冷卻速度。因而，使鋼在熱處理時，退火、正火、淬火的加熱溫度有所提高。并使它在油中便能淬硬。但它降低了鋼的馬氏體點，因而增加了鋼殘余奧氏體量。使鋼的奧氏體不穩定區域變為700-500和400-250。提高了鋼的硬度和強度，增加了鋼在高溫回火時強度降低的抗力。C. 鉬（Mo）的影響 提高鋼的淬透性，熱強性，有二次硬化的作用，能降低回火脆性。D. 硅（Si）的影響 Si能升高Ac1和Ac3點，從而

8、使熱處理時的退火、正火、淬火的加熱溫度增高。能增加奧氏體的穩定性，降低臨界冷卻速度，增加鋼的淬透性很多，故能使Si合金鋼在油中淬硬。E. 錳（Mn）的影響 Mn為碳化物形成元素。他降低鋼的Ac1和Ac3而使鋼在熱處理時的溫度有所降低。增加奧氏體的穩定性，降低鋼的臨界冷卻速度，同時增加鋼的淬透性，但它使殘余奧氏體量增加?？梢詼p少鋼在淬火時的變形和增加鋼的強度和硬度。使鋼的回火脆性與晶粒長大的作用增大。F. 硫（S）的影響硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優質鋼要求小于0.

9、040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。G. 銅(Cu)和鎳(Ni)的影響銅在合金鋼中，使鋼的Ac3下降。Ni能強化鐵素體，降低鋼的Ac1和Ac3點，從而使熱處理時的退火、正火、淬火的加熱溫度有所降低。增加了奧氏體的穩定性，降低了鋼的臨界冷卻速度，對鋼的淬透性略有增加；但它降低了鋼的馬氏體點，增加了鋼的殘余奧氏體量。對鋼的強度和硬度有所提高，但阻止晶粒長大的作用不明顯。3.3.2.相關鋼種的熱處理工藝性能分析（1）20CrMnMo 熱處理基本參數表3-1臨界溫度Ac1Ac3Ar1Ar3Ms溫度/710830620740-A.淬透性：淬透性隨淬火溫度的提

10、高而增加，因為溫度升高，奧氏體晶粒尺寸增大，淬透性提高。但是如果溫度過高，奧氏體晶粒過于粗大淬火后會產生開裂或變形。B.淬硬性：淬硬性表示鋼淬火時的硬化能力。它主要與鋼的含碳量有關，更確切的是說是它取決于淬火后馬氏體中的含碳量，馬氏體中的含碳量越高鋼的淬硬性越高。C.變形傾向：淬火后變形分兩種：翹曲變形和體積變形，翹曲變形主要是加熱時工件在爐內放置不當或搓火前后沒有定型處理貨冷卻不均勻做造成的，另一方面淬火前后組織不一樣引起體積變形，淬火前一般為珠光體組織，淬火后為馬氏體組織，由于兩種組織的比容不同，淬火前后講引起體積變化，從而產生變形，但這種變形只按比例使工件脹縮而不改變形狀。3.3.3鋼材

11、的組織性能（硬度、強度、耐磨性、塑韌性等）與各種熱處理工藝的關系 從鐵碳合金相圖來看, 20CrMnMo鋼屬于亞共析鋼, 緩慢冷卻到室溫后的組織為鐵素體+ 珠光體;從鋼的分類來看, 20CrMnMo 鋼屬于高級滲碳結構鋼, 可加工和熱加工性能良好，強度,塑性和韌性都較高，過熱傾向小，無回火脆性，既可作為滲碳鋼使用，也可作為調質鋼使用，滲碳加淬火后具有較高的抗彎強度和耐磨性，但是磨削時容易產生裂紋，淬火及低溫回火具有良好的綜合力學性能和低溫沖擊韌性。20CrMnMo鋼采用滲碳+淬火+低溫回火，表面可以獲得6065HRC的高硬度，因淬透性較高，心部具有較高的強度和韌性20CrMnMo的含碳量為0.

12、20屬于低碳鋼,滲碳時保證了碳元素的正常滲入。鋼中合金元素為Cr<1.4、Mn<1.2、Mo<0.3。Cr、Mn合金元素能提高鋼鐵索體的強度,同時提高鋼的淬透性。Mo元素提高鋼的淬透性，熱強性。加工中心主軸根據使用性能要求表面耐磨,所以要對20CrMnMo鋼進行表面滲碳處理,滲碳淬火后表面得到高碳馬氏體, 具有較高的硬度和耐磨性。表3-2 20CrMnMo的臨界溫度及常規熱處理工藝參數 牌 號 臨界溫度/退火正 火Ac1Ac3Ms溫度/冷卻/硬度HBW溫度/冷卻/硬度HBWAr1Ar3Mf20CrMnMo710830-850870爐冷217 880930空冷190228620

13、740-續表2淬 火回 火溫度/淬火介質硬度HRC不同溫度回火后的硬度值HRC150200300400500550600650350油4645444335-圖3-3 20CrMnMo鋼淬透性曲線 表3-4 熱處理工藝規范工藝名稱退火正火高溫回火淬火回火加熱溫度()850870870900680700850860按需要定冷卻方式爐冷空冷空冷油冷水，空冷硬度18HRC-23HRC4146HRC見表3-2 圖3-5 滲碳后力學性能表3-6 滲碳熱處理工藝規范滲碳滲碳淬火溫度淬火冷卻回火溫度回火冷卻920940爐內降溫至830850 油冷180200空冷圖3-7 鋼的等溫轉變圖和連續冷卻轉變圖3.4熱

14、處理工藝方案及工藝參數的論述3.4.1零件的加工工藝路線及其簡單論證淬火滲碳機加工正火鍛造下料成品檢驗精加校直噴丸回火論證：首先正火可以細化晶粒，使組織均勻化，消除切削加工后的組織硬化現象和去除內應力，提高低碳鋼零件的硬度，提高切削性能。接著需要表面硬度，發揮結構鋼優越的機械性能，常將結構鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。滲碳處理一般用于表面耐磨、芯部耐沖擊的重載零件，其耐磨性比調質表面淬火高。經熱處理后，表面可以獲得很高的硬度（HRC5862），芯部硬度低，耐沖擊。鍛造工藝曲線查閱熱處理工藝規范數據手冊可以找出20CrMnMo鋼的鍛造工藝的加熱溫度、始鍛溫度冷卻方式，如下表所示：

15、表3-8 20CrMnMo鋼的鍛造工藝圖表項目Ac1(Ar1)Ac3(Ar3)加熱溫度/始鍛溫度終鍛溫度鋼坯710(620)830(740)92094012008503.4.3預備熱處理工藝方案、工藝參數及其論證20CrMnMo正火 870±10 0.5h 空冷滲碳 925±10 6h 坑冷重新加熱淬火 840±10 0.5h 油冷低溫回火 160±10 1.5h 空冷論證：20CrMnMo鋼經熱加工后，必須經過預備熱處理來降低硬度，消除熱加工時造成的組織缺陷，細化晶粒，改善組織，為最終熱處理做好準備。對于20CrMnMo鋼而言，正火可以細化晶粒，使組織

16、均勻化，消除切削加工后的組織硬化現象和去除內應力。接著進行滲碳淬火，得到高強度，高硬度，高抗彎強度和耐磨性，滿足加工中心主軸的使用要求。鋼經滲碳后，僅使其表面層的含碳量提高到0.70%1.05%，仍達不到表層高硬度和耐磨的要求，因此，滲碳后還需淬火和低溫回火，使工件表層具有高的硬變和耐磨性。滲碳目的是提高工件表面碳濃度,以便淬火后達到提高表面硬度和耐磨性的目的。 滲碳后淬火加低溫回火是達到表層高硬度的熱處理方式,淬火后低溫回火,表層得到回火馬氏體組織,耐磨性達到較高水平. 淬火的目的是提高硬度，淬火是得到盡量多的馬氏體組織，得到高硬度，回火是為了馬氏體二次分解形成索氏體，以便得到良好的機械性能

17、。3.4.4最終熱處理工藝方案，工藝參數及論證3. 4. 4.1 正火 1.正火的目的1) 正火可以細化晶粒，使組織均勻化。2) 消除切削加工后的組織硬化現象和去除內應力。3) 消除共析鋼中的網狀硬化物，為熱處理做好組織準備。2加熱溫度加熱溫度：870±10。因為20CrMnMo是亞共析鋼，鋼中含有碳化物形成元素。為使合金中難溶的特殊碳化物溶入奧氏體中，使奧氏體合金化程度增高，正火的加熱溫度為Ac3以上3050，20CrMnMo的含碳量為0.20%，Ac3為830攝氏度，所以將鋼件的加熱溫度確定為870攝氏度。3 加熱方法采用到溫加熱的方法，是指當爐溫加熱到指定的溫度時，再將工件裝進

18、熱處理爐進行加熱。原因是加熱速度快，節約時間，便于批量生產4 加熱介質 加熱介質為空氣5 保溫時間 保溫時間=保溫時間系數×有效尺寸，保溫時間用 表示. 合金鋼保溫時間系數（mm/min）保溫時間=保溫時間系數×裝爐修正系數×工件厚度。工件加熱保溫時間與加熱介質，材料成分，爐溫，工件的形狀和大小，裝爐量和裝爐量等因素有關。一般用經驗公式來計算保溫時間：保溫時間=保溫時間系數×裝爐系數×工件的有效厚度。合金結構鋼選擇750900井式電阻爐加熱的保溫時間系數選為1.5，裝爐系數K一般選擇1.4。工件的有效厚度為D=(60-36)2=12mm。所以=

19、×K×D=1.5×1.4×12=25.2min取30min6 正火工藝曲線根據以上熱處理參數的確定工件的正火工藝曲線見圖3-9根據計算結果繪制出工件的正火曲線橫軸為時間，縱軸為溫度。溫度 870±10 30min 空冷 時間/分鐘 圖3-9 正火處理工藝曲線7 冷卻方式冷卻方式采用出爐空冷。8 冷卻介質 冷卻介質：空氣。9 正火組織細珠光體鐵素體。3.4.4.2 20CrMnMo的滲碳工藝1 滲碳的目的滲碳是將鋼件置于足夠的碳勢的介質中加熱到奧氏體狀態并保溫，使其形成一個富碳層的熱處理工藝。具體是將含碳(0.10.25)的鋼放到碳勢高的環境介質

20、中，通過讓活性高的碳原子擴散到鋼的內部,形成一定厚度的碳含量較高的滲碳層,再經過淬火和回火，使工件的表面層得到碳含量高的M，而心部因碳含量保持原始濃度而得到碳含量較低的M，提高表面層的耐磨性(碳含量高的M)，同時保持心部有高的耐沖擊能力，即強韌性。采用甲醇-煤油滴注式氣體滲碳。高溫下甲醇的裂解產物H2O、CO2等將CH4和C氧化。可使爐氣成分和碳勢保持在一定范圍內。 滲碳可以再多方面提高鋼件的機械性能，可以提高鋼件的硬度和耐磨性，降低沖擊韌性和斷裂韌性（沖擊韌性和斷裂韌性隨著表面碳含量的越高、碳層越深，降低的越多），同時可以提高疲勞強度（碳層的高強度有助于疲勞強度的提高）。2 滲碳溫度 目前在

21、生產上廣泛使用的溫度是920940。對于薄層滲碳，溫度可以降到880 900，而對于深層滲碳（大于5mm）溫度往往提高到980 1000 （主要是縮短滲碳時間）。 溫度越高滲速越快，但是溫度過高會引起奧氏體晶粒長大，降低零件的力學性能，增加零件的畸變，降低使用壽命。通常滲碳的溫度選擇要根據滲層的深度確定。滲層深度與溫度的關系見表3-10表3-10 滲層深度與溫度的關系表加工中心主軸的滲層深度為1.31.5mm所以選滲層深度的溫度應為92510。3 滲碳介質滲碳介質：煤油滲碳煤油在925的分解產物及含量見表3-11，井式爐煤油滴量表 3-12表3-11 滲碳煤油在925的分解產物及含量CO2CO

22、H2CH4CmHnO2N20.232.466.20.60.6- 表 3-12 井式爐煤油滴量設備型號RQ3-35-9DRQ3-60-9DRQ3-75-9DRQ3-90-9D煤油滴量（mlmin）排氣期2.02.43.03.2強滲期2.43.04.246擴散期1.21.62.02.24 滲碳保溫時間保溫時間6小時依據：滲碳時間的確定：根據公式：其中(mm)為滲碳層深度；K為常數；t(h)為滲碳保溫時間。925滲碳時取K為0.63故t=（1.50/0.63）×（1.50/0.63）=5.66h故選滲碳時間為6小時5冷卻方法：冷卻方式：隨爐緩慢冷卻至850后出爐，組織的偏析基本消除，比較均

23、勻。對于重新加熱淬火的工件，為了減少表面的氧化，脫碳及變形，應該爐冷至850860攝氏度出爐空冷。最好是將坑冷。 6 滲碳后的組織 表面：碳化物+珠光體鐵素體心部：珠光體鐵素體7 滲碳工藝曲圖圖為RQ3-75-9井式滲碳爐的工藝圖8 滲碳過程中注意的問題 （1）滲碳過程中，通?？山柚^察排出廢氣的火苗，判斷爐內的氣氛。正?；鹈绯尸F淺黃色，無黑煙和白亮的火束或火星?；鹈玳L100200mm，爐內壓力為200300pa。非正常的火苗有：火苗中有火星，表示爐內炭黑過多，火苗過長而且尖端外緣出現亮白色，表示滲碳劑供給量過多，火苗短而且外呈淺藍色，有透明感，表示滲劑供給量不足。（2）由于中段，內里部分和端

24、面不做滲碳要求，應該涂上防滲碳涂料。（3）對于重新加熱淬火的工件，為了減少表面的氧化，脫碳及變形，應該爐冷至850860攝氏度出爐空冷，最好是坑冷（冷卻坑內應先加入一些甲醇，乙醇，以產生保護氣氛）。3.4.4.3 20CrMnMo的淬火工藝1 滲碳后一次重新加熱淬火的目的提高硬度和耐磨性，如刃具、量具、模具等；提高強韌性，如各種機器零件；提高耐腐蝕性和耐熱性，如不銹鋼和耐熱鋼。2 淬火溫度淬火溫度：840±10依據：亞共析鋼淬火加熱溫度選用AC3+（3050），這樣既保證充分奧氏體化，又保持奧氏體晶粒的細小。3 保溫時間淬火加熱時間包括升溫和保溫時間兩段時間，升溫時間包括相變重結晶時

25、間，保溫時間實際上只考慮碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所需要的時間。 在具體的生產條件下，淬火加熱時間常用經驗公式計算，通過實驗最終確定。常用的經驗公式為： = aKD 式中 加熱時間，min； a 加熱系數，min/mm； K 裝爐修正系數； D 工件有效厚度，mm。 加熱系數a表示工件單位厚度需要的加熱時間，其大小與工件尺寸、加熱介質和鋼的化學成分有關，下表是常用鋼的加熱系數。表3-13 常用鋼的加熱系數工件材料工件直徑/mm600箱式爐中加熱750850鹽爐中加熱或預熱800900箱式爐或井式爐中加熱10001300高溫鹽爐中加熱碳鋼500.30.41.01.2500.40.51.21.5

26、合金鋼500.450.501.21.5500.500.551.51.8高合金鋼0.300.400.300.350.170.2高速鋼0.300.350.160.180.650.850.160.18 根據設計的加工中心主軸，加熱系數a的大小取1.5。 裝爐量修正系數K是考慮裝爐的多少和方式來確定的。工件在爐內的排布方式直接影響熱量傳遞的通道，軸在爐中的擺布如下圖： 修正系數K的值取1.3所以，淬火加熱時間 =aKD 23.4min同時，工件在滲碳爐中保溫的時間已經足夠長無需再加熱很長時間。所以得到保溫時間是0.5h。4 淬火工藝曲線見圖3-14840±10淬火溫度/單液油淬30min時間

27、/h圖3-14 淬火工藝曲線5 冷卻介質 L-AN15(10號機械油)的冷卻能力見表3-15 表3-15 10號機械油的冷卻能力特性溫度/特性時間/s800400冷卻/s4604.85.05依據：該冷卻介質冷卻能力適中適合20CrMnMo小件零件的淬火工藝處理。淬火過程中Ms點已經進入對流階段，低溫區冷卻能力遠小于水，可以減少工件應力的產生，減少由于內應力產生的變形和開裂。6 淬火后組織組成表面：高碳馬氏體碳化物殘余奧氏體 心部：低碳馬氏體殘余奧氏體依據 20CrMnMo的C曲線。由于表面滲碳含碳量較高在淬火后表面為馬氏體和網狀碳化物額和殘余奧氏體，心部由于含碳量相對低所以其組成為低碳馬氏體和

28、殘余奧氏體。3.4.4.4 20CrMnMo的回火工藝1 回火目的提高淬火鋼的塑性和韌性，降低其脆性，但卻往往不可避免地要降低其強度和硬度，回火的另一個目的是降低或消除淬火引起的殘余應力，這對于穩定工具鋼制品的尺寸特別重要。一般來說，淬火零件不經回火就投入使用時危險地，也是不允許的。回火可以在A1下很寬的溫度范圍內進行，鋼的性能也可以在很寬的范圍內變化，因此，回火是調整鋼制零件的性能以滿足使用要求的有效手段。2回火溫度回火加熱溫度選為160±10 依據：低溫回火時，馬氏體發生分解，析出碳化物而成為馬氏體，淬火內應力得到部分消除，淬火時產的微紋也大部分得到愈合，因此低溫回火也可以在很少

29、降低硬度的同時使鋼的韌性明顯提高。滲碳和碳氮共滲零件，不僅要求表面硬而耐磨，同時也要求心部有較好的塑性和韌性。但因其實質上相當于表層高碳鋼與心部低碳鋼的一種復合材料，因此用低溫回火可以滿足兩部分要求。通常滲碳和滲氮零件的回火溫度是 180 。表 3-16 常用鋼回火溫度與硬度的關系3 加熱介質加熱介質：空氣4 保溫時間保溫時間：1.5h確定回火保溫時間一般的做法是根據工件的截面厚度而定，一般每25mm厚度保溫12h，溫度高可酌情縮短。回火的保溫時間 回火時間一般為13小時表3-17 在空氣爐中保溫時間有效厚度/mm2020404060608080100保溫時間/min3045456060909

30、0120120150 合金鋼的保溫時間按上述表格中所列出的時間增加20%30%，空氣爐低溫回火的保溫時間不得低于120min；裝爐量大時，保溫時間應適當延長。所以軸的保溫時間確定為1.5h。5 回火工藝曲線見圖3-18溫度/160±10回火空冷1.5h時間/h圖3-18回火工藝曲線6 冷卻方式出爐空冷7 硬度表面硬度： 60HRC 3.4.4.5 總的熱處理工藝曲線熱處理總工藝曲線見圖3-19溫度/1.5h925±10870±106h840±10160±1030min空冷30min正火時間/t回火淬火滲碳坑冷空冷油淬圖 3-19 熱處理總工藝曲

31、線3.4.5 輔助工序方案 （1）噴砂：運用噴砂機，將砂流沖到工件表面，利用高速砂流的沖擊作用清理和粗化機體表面的過程，由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件表面的機械性能得到改善，提高工件的抗疲勞性，使工件顯得更加美觀，精細。 （2）表面防銹處理：利用拋光，刷防銹漆等方法進行表面防銹處理。（四）選擇加熱設備4.1 中溫井式電阻爐國產電阻爐的編號采用漢語拼音+阿拉伯數字來表示，編號的一般格式為前有三個漢語拼音字母，后面為兩組數字。第一個字母R代表電阻爐，第二個字母表示設備的特點（J加熱，Y鹽浴，Q氣體滲或保護氣等），第三個字母表示爐膛的形式（X箱式，J井式，D電極式，M埋入式等），第一組數

32、代表設備的功率，第二組數代表使用的溫度。例如RJJ-75-6、RYD-100-13、RJX-75-9等，通過設備的型號可以看出類型、加熱特點、爐膛大小以及使用溫度等，便于正確選用設備。我的加工中心主軸，它大端的直徑是80mm，小端直徑為60mm，長度是300mm.材料是低碳合金鋼20CrMnMo。它的正火溫度在870左右?？紤]到中溫爐在中溫測量時比較準確，因而選用中溫井式爐。結構圖4-1如下圖4-1 中溫井式爐結構圖1-爐蓋機構口;2-爐蓋;3-保溫材料;4-熱電偶孔;5-電熱元件;6-耐火材料 根據我設計的加工中心主軸大小，正火，淬火選用的電阻爐為RJ2-40-9。回火選用RJ2-55-6低

33、溫井式電阻爐。 表4-2 標準系列中溫井式電阻爐技術數據型 號功率/kw電壓/v相數最高工作溫度/爐膛尺寸（直徑×深度 ）/mm爐溫890時的指標空爐損耗功率/kw空爐升溫時間/h最大裝載量/kgRJ2(RJ2-)RJ2-40-9403803950 600×80092.5350RJ2-55-6553803650700×900 - 4.2 井式滲碳爐滲碳爐是新型節能周期作業式熱處理電爐，主要供鋼制零件進行氣體滲碳。由于選用超輕質節能爐襯材料和先進的一體化水冷爐用密封風機，滲碳爐爐溫均勻、升溫快、保溫好 ，工件滲碳速度加快，碳勢氣氛均勻，滲層均勻，在爐壓提高時，亦無任

34、何泄漏，提高了生產效率和滲碳質量。RQ系列井式氣體滲碳爐系周期作業式電爐，主要供碳鋼機件的氣體滲碳等用。與電爐控制柜配合使用可自動控制及自動記錄電爐的溫度其結構主要由爐體、加熱元件和溫控系統組成。爐體外殼由型鋼及鋼板焊接而成，內用超輕質高鋁泡沫磚砌筑成爐膛。保溫層采用硅酸鋁耐火纖維、硅藻土（或蛭石粉）散料結構，以提高爐體保溫性能。加熱元件安放在擱絲磚上，并有電阻絲小鉤使其定位。爐膛內有一耐熱板焊接成爐罐及料筐，被處理工件安放在料筐內。為使被處理工件均勻的與滲碳氣體接觸，在爐殼上裝有通風機，用來強制氣流循環，以使爐內溫度和氣體均勻。在風機軸套上有一防止漏氣的密封裝置，并采用冷卻水冷卻。爐蓋的升降

35、均有液壓升降機構來完成。當需將爐蓋升起時，只要開動液壓裝置，爐蓋即徐徐上升；如需爐蓋下降，只要旋松液壓裝置中內螺紋截止閥，爐蓋即緩緩下降。在升降軸處，有兩限位開關，當升降軸上升時，下面一個限位開關自動切斷電動風機電源，以免操作發生危險；當爐蓋升足時，上面一個限位自動切斷液壓裝置的電源，以防升降軸頂出油缸發生意外。RQ系列電爐的液體滴入系統備有可進行三種液體同時滴入的滴量器，并可通過流量計及針形閥控制其流量。在爐蓋上方設有水冷卻的試樣管、取氣孔、排氣孔，如與紅外線CO2分析儀配合及改裝，則可進行碳勢自動控制的工藝操作。表4-3 RQ系列滲碳井式爐的型號 型號額定功率/kW額定電壓/V相數額定溫度

36、/爐膛尺寸（直徑×深度）/mm在950時有關指標空爐損耗功率/kW空爐損耗升溫時間/h最大裝載量/kWRQ3-25-9253803950300×45072.550RQ3-35-9353803950300×60092.570RQ3-60-9603803950450×600122.5150RQ3-75-9753803950450×900142.5220RQ3-90-9903803950600×900163.0400RQ3-105-91053803950600×1200183.0500根據我設計加工中心主軸的大小，選擇型號為RQ3

37、-75-9系列的井式滲碳爐比較合適。 圖4-4 RQ3-75-9井式滲碳爐結構圖 圖4-5 RQ3-75-9井式滲碳爐實圖（五）工裝圖 RQ3-75-9井式滲碳爐的爐膛尺寸（直徑×深度）為450×900，中溫井式電阻爐為RJ2-40-9爐膛尺寸（直徑×深度）為600×900。以滲碳爐的尺寸為設計原則。如圖4-6 尺寸：450×900×2 （直徑×深度×層數），每個孔的直徑為60mm。圖4-6 圖4-7底面一圓實盤，中間兩個圓盤帶通孔若干，中間用軸，根據工件大小，爐子條件，可以做2層，增大裝爐量。材質：Cr-Mn-N

38、、Ni7N、2520等零件的有效厚度為12mm，滲碳時零件之間的間隔為：0.5×12=6mm綜合考慮零件的間距和數學，幾何計算得出下表4-7： 所以可在井式爐內一次放:(6+12+18)×2=72個。表4-7R066132198X061218注R:距離圓心的距離；X:以R作圓后，可沿著周長作小圓的個數；小圓與小圓的間距為6mm。（六）工序質量檢驗項目、標準方法檢查主軸的外觀表面、滲層深度、硬度、金相組織等是否達到設計的要求。a. 外觀：表面無損傷、燒傷、嚴重腐蝕等缺陷；使用測量工具測量，用顯微鏡看表面是否有裂紋。b. 主軸頭部144.4mm及尾部30mm滲層深度：1.31.

39、5mm；金相法：步驟為打斷試樣、磨光、腐蝕，然后用放大鏡測出整個成烏黑色外層的厚度即為全滲層厚度?；蛴捕确?，它是目前采用最廣泛的方法，便捷、精確、設備簡單，零件或式樣經滲碳淬火后切取下來（切取時避免受熱回火）用砂紙磨光，然后垂直于滲碳表面（或呈一定角度）測維氏硬度（載荷9.8N），根據所測得硬度與至表面距離的關系曲線，以硬度大于HV550（相當于HRC50）的層深作為優先滲碳層深度。c. 硬度： 6065HRC；洛氏硬度計打硬度。d. 金相組織：馬氏體、殘余奧氏體及少量小條狀碳化物。參照JB/T6141.3-1992重載齒輪滲碳金相檢驗評定，馬氏體及殘余奧氏體均為4級，碳化物為1級。用金相顯微

40、鏡看金相組織。f工件變形檢查：根據圖樣技術要求檢查工件的撓曲變形、尺寸及幾何形狀的變化。（七）熱處理工藝過程中缺陷分析 7.1常見的滲碳缺陷缺陷名稱產生原因預防措施表面碳質量分數低1. 爐溫低2. 滲劑滴量少3. 爐子漏氣4. 工件表面不干凈1. 校檢儀表，調整溫度2. 按工藝規范調整滴量3. 檢查爐子密封性4. 清理工件表面、補滲殘留奧氏體過多1. 爐氣碳勢過高2. 滲碳溫度過高3. 奧氏體中碳和合金元素含量過多1. 按工藝規范調整滲劑滴量2. 降低滲碳溫度3. 冷處理或高溫回火后重新加入淬火滲層深度不夠1. 保溫時間不夠2. 表面碳質量分數低1. 適當延長保溫時間2. 按正常滲劑滴量補滲滲

41、層深度不均勻1. 爐溫不均勻2. 爐氣循環不良3. 工件表面沉積炭黑1. 正確擺放工件2. 檢查風扇3. 滲劑量不要過多表面硬度低1. 表面碳質量分數低2. 殘留奧氏體多3. 形成托氏體組織1. 按正常滲劑滴量滲碳2. 形成托氏體組織是表面碳濃度低，淬火時冷速不夠3. 表面有托氏體可重新加入淬火表面有粗大的網狀碳化物1. 爐氣碳勢過高，滲碳劑濃度太高或活性太大2. 預冷溫度過低3. 滲碳溫度高或保溫時間長4. 冷卻太慢1. 嚴格控制表面碳質量分數，或當滲碳層要求較深時，保溫后期適當降低滲劑滴量2. 提高預冷溫度，適當加快出爐的冷卻速度3. 提高淬火加熱溫度，延長保溫時間重新淬火4. 滲碳后通過

42、正火處理，予以消除畸變1. 夾具選擇方式不當，因工件自重而產生變形2. 工件本身截面不均，在加熱和冷卻過程中因熱應力和組織應力而變形3. 冷速過快1. 合理裝夾工件對應變形工件采用壓床淬火并在淬火時趁熱矯正2. 采用熱油淬火7.2 常見的淬火缺陷 缺陷產生原因預防措施硬度不夠亞共析鋼加熱不足，有未溶鐵素體正確選擇并嚴格控制加熱溫度、保溫時間和爐溫的均勻性控溫儀表故障定期檢查控溫儀表預冷時間過長正確控制預冷時間冷卻速度不夠1. 合理選擇淬火介質2. 控制淬火介質的溫度不超過最高使用溫度3. 定期檢查或更換淬火介質在淬火介質中停留時間不夠正確控制在淬火介質中停留的時間鋼的淬透性差更換淬透性高的鋼或提高冷卻速度氧化和脫碳導致淬火后的硬度降低1. 采取防氧化脫碳措施2. 采取下線加熱溫度3. 在600左右預熱，然后再加熱到淬火溫度，縮短高溫加熱時間過熱和過燒1. 加熱溫度過高，或在高溫下加熱時間過長2. 儀