課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第29頁(yè)共29頁(yè)目錄TOC\o"1-3"\h\u55241前言 172302零件圖分析 2176152.1斜盤(pán)簡(jiǎn)圖 2312002.2技術(shù)要求 2248462.3服役條件分析 282743材料選擇 2113443.1初步選材 2292853.2材料確定 4193714加工工藝路線 5164454.1工藝流程 562814.2各步驟作用 620575熱處理方法選擇 6166525.1預(yù)備熱處理工藝的選擇 6280135.2滲氮工藝的選擇 7225946制定熱處理工藝制度 795446.1退火 7157006.2淬火 9165836.3高溫回火 12145506.4離子滲氮 14230056.5總熱處理工藝路線及工藝曲線圖 16271017熱處理設(shè)備及工裝設(shè)計(jì)選擇 17298417.1退火 17103787.2淬火 18173587.3高溫回火 18292267.4離子滲氮 19137128熱處理工藝的檢驗(yàn) 19212778.1表面硬度的檢驗(yàn) 1924728.2心部硬度的檢驗(yàn) 2095018.3滲氮層疏松檢驗(yàn) 2039498.4滲氮擴(kuò)散層中氮化物檢驗(yàn) 20278099熱處理工序中材料的組織、性能 20189569.1完全退火后的組織及性能 20139309.1.1正常加熱冷卻的組織及性能 20308149.1.2加熱溫度不足時(shí)的組織及性能 2078179.1.3加熱溫度過(guò)高時(shí)的組織及性能 2093229.1.4冷卻速度過(guò)大時(shí)的組織及性能 20133889.1.5冷卻速度不足時(shí)的組織及性能 21163869.1.6保溫過(guò)程中零件的組織轉(zhuǎn)變 21192029.2淬火后的組織、性能 21161419.2.1正常加熱冷卻的組織及性能 2113999.2.2加熱溫度不足時(shí)的組織及性能 21259969.2.3加熱溫度過(guò)高時(shí)的組織及性能 2167919.2.4冷卻速度過(guò)大時(shí)的組織及性能 21282489.2.5冷卻速度不足時(shí)的組織及性能 218459.2.6保溫過(guò)程中零件的組織轉(zhuǎn)變 2164359.3回火后的組織、性能 2119679.3.1正常加熱冷卻的組織及性能 21249119.3.2加熱溫度不足時(shí)的組織及性能 2211089.3.3加熱溫度過(guò)高時(shí)的組織及性能 22277859.3.4冷卻速度過(guò)大時(shí)的組織及性能 22238829.3.5冷卻速度不足時(shí)的組織及性能 22305539.3.6保溫過(guò)程中零件的組織轉(zhuǎn)變 22273689.4滲氮后的組織、性能 22304599.4.1正常加熱冷卻的組織及性能 22232139.4.2加熱溫度不足時(shí)的組織及性能 2290279.4.3加熱溫度過(guò)高時(shí)的組織及性能 2231179.4.4滲氮保溫過(guò)程中零件的組織轉(zhuǎn)變 22287619.4.5滲氮層深度金相測(cè)定 23292589.4.6金相組織檢查 233264910常見(jiàn)缺陷及防止方法 2384011小結(jié) 251927參考文獻(xiàn) 261前言課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。熱處理工藝是金屬材料工程的重要組成部分。熱處理工藝是整個(gè)機(jī)械加工過(guò)程種的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它與工件設(shè)計(jì)及其它加工工藝之間存在密切關(guān)系。如何實(shí)現(xiàn)工件設(shè)計(jì)時(shí)提出的幾何形狀和加工精度，滿足設(shè)計(jì)時(shí)所要求的多種性能指標(biāo)，熱處理工藝制定的合理與否，有著至關(guān)重要的作用。現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)機(jī)械零部件﹑工模具等提出的要求愈來(lái)愈高。熱處理不僅對(duì)鍛造機(jī)械加工的順利進(jìn)行和保證加工效果起著重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用壽命等方面起著重要作用。為獲得理想的組織與性能，保證零件在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量穩(wěn)定性和使用壽命，就必須從工件的特點(diǎn)﹑要求和技術(shù)條件，認(rèn)真分析產(chǎn)品在使用過(guò)程中的受力狀況和可能失效形式，正確選擇材料；再根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模﹑現(xiàn)場(chǎng)條件﹑熱處理設(shè)備提出幾種可行的熱處理方案，最后根據(jù)其經(jīng)濟(jì)性﹑方便性﹑質(zhì)量穩(wěn)定性和便于管理﹑降低成本通過(guò)熱處理可以改變材料的加工工藝性能，充分發(fā)揮材料的潛力，提高工件的使用壽命。本次課程設(shè)計(jì)的目的是：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的熱處理課程的知識(shí)去解決工程問(wèn)題的能力，并使其所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展。（2）學(xué)習(xí)熱處理工藝設(shè)計(jì)的一般方法，熱處理設(shè)備選用和裝夾具設(shè)計(jì)等。（3）進(jìn)行熱處理設(shè)計(jì)的基本技能訓(xùn)練，如計(jì)算、工藝圖繪制和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。（4）初步掌握典型零部件生產(chǎn)工藝過(guò)程。（5）理論聯(lián)系實(shí)際，綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課及專(zhuān)業(yè)課程多方面的知識(shí)去認(rèn)識(shí)和分析零部件熱處理生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力。2零件圖分析2.1斜盤(pán)簡(jiǎn)圖圖1斜盤(pán)2.2技術(shù)要求滲氮層深度為0.3～0.5mm表層硬度為≥800HV心部硬度為250～280HBS2.3服役條件分析斜盤(pán)是轉(zhuǎn)動(dòng)部件中不可缺少的零件，它高速運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，還承受高而集中的交變載荷。接觸應(yīng)力大，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦現(xiàn)象。它的轉(zhuǎn)速可控制活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率，由斜盤(pán)的傾斜角控制活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程的大小。斜盤(pán)的性能直接決定機(jī)器的壽命。斜盤(pán)要求表面高硬度及耐磨，耐腐蝕，對(duì)精度要求很高，要求熱處理后變形小，受中度沖擊載荷作用，主要失效形式是磨損。3材料選擇3.1初步選材斜盤(pán)的材料要求具有高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度和相當(dāng)大的強(qiáng)度，熱處理后尺寸精確。具有以上特點(diǎn)的典型材料主要有：40Cr、20Cr、38CrMoAl、9Mn2V等。其化學(xué)成分及性能比較如下：1）40Cr中碳調(diào)質(zhì)鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價(jià)格適中，加工容易，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進(jìn)組織球化，改進(jìn)硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在溫度550~570℃進(jìn)行回火，該鋼具有最佳的綜合力學(xué)性能。該鋼的淬透性高于45鋼，適合于高頻淬火，火焰淬火等表面硬化處理等。40Cr屬于可氮化鋼，其所含元素有利于氮化。40Cr經(jīng)氮化處理后可獲得較高的表面硬度，40Cr調(diào)質(zhì)后氮化處理硬度最高能達(dá)到HRA72~78，即HRC43~55。表1化學(xué)成份CSiMnSPCrNiCu0.37～0.440.17～0.370.50～0.80允許殘余含量≤0.035允許殘余含量≤0.0350.80～1.10允許殘余含量≤0.030允許殘余含量≤0.030表2力學(xué)性能σb(MPa)σs(MPa)δ5(%)ψ(%)Akv(J)αkv(J/cm2)HB試樣尺寸≥980(100)≥785(80)≥9≥45≥47≥59(6)≤20725m2)20Cr有較高的強(qiáng)度及淬透性，在油中臨界淬透直徑達(dá)4～22mm，在水中臨界淬透直徑達(dá)11～40mm，但韌性較差，此鋼滲碳時(shí)仍有晶粒長(zhǎng)大傾向，降溫直接淬火對(duì)沖擊韌性影響較大，所以滲碳后需二次淬火以提高零件心部韌性，無(wú)回火脆性；鋼的冷應(yīng)變塑性高，可在冷狀態(tài)下拉絲；可切削性在高溫正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下良好，但退火后較差；20Cr為珠光體，焊接性較好，焊后一般不需熱處理，但厚度大于15mm的零件在焊前需預(yù)熱到100～150℃，焊后也可不進(jìn)行回火熱處理。表3化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%））CSiMnNiSPCrCu0.18～0.240.17～0.370.50～0.8允許殘余含量≤0.030允許殘余含量≤0.035允許殘余含量≤0.0350.70～1.00允許殘余含量≤0.030表4力學(xué)性能（σb/MPa）σs/MPa）δ5/%）ψ/%）Aku2/J）布氏硬度試樣毛坯尺寸（mm）≥835≥540≥10≥40≥47≤179153)38CrMoAl有高的表面硬度38CrMoAl圓鋼，38CrMoAl合金鋼，38CrMoAl鋼材，耐磨性及疲勞強(qiáng)度，并具有良好的耐熱性及腐蝕性，淬透性不高。用于制作高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度和相當(dāng)大的強(qiáng)度、處理后尺寸精度高的氮化零件，如仿模、氣缸套、齒輪、高壓閥門(mén)、鏜桿、蝸桿、磨床主軸等。表5化學(xué)成份CSPCrAlMoCuMnSiNi0.35～0.42允許殘余含量≤0.035允許殘余含量≤0.0351.35～1.650.70～1.100.15～0.25允許殘余含量≤0.300.30～0.600.20～0.45允許殘余含量≤0.30表6力學(xué)性能σb(MPa)σs(MPa)δ5(%)ψ(%)Akv(J)αkv(J/cm2)硬度試樣尺寸≥980(100)≥835(85)≥14≥50≥71≥88(9)≤229HB30mm4)9Mn2V9Mn2V鋼材是一種綜合力學(xué)性能比碳素工具鋼好的低合金工具鋼，它具有較高的硬度和耐磨性。淬火時(shí)變形較小，淬透性很好。由于鋼中含有一定量的釩，細(xì)化了晶粒，減小了鋼的過(guò)熱敏感性。同時(shí)碳化物較細(xì)小和分布均勻表7化學(xué)成份CSiMnSPCo0.85～0.95≤0.401.70～2.00≤0.030≤0.030≤1.003.2材料確定綜合分析以上幾種材料的淬透性，硬度，沖擊功等性能。得出38CrMoAl是更適合斜盤(pán)的材料。故選其為該零件的材料。（1）38CrMoAlA合金元素作用①碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過(guò)時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過(guò)0.20%。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。②鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。③鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長(zhǎng)期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱(chēng)蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅硬性。④鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能，38CrMoAlA鋼中由于Al的加入，在冶煉過(guò)程中易形成非金屬夾雜物，有過(guò)熱敏感性，滲氮層表面脆性傾向會(huì)增大。硅（Si）、錳（Mn）：提高淬透性，并保證機(jī)械零件整體具有良好綜合力學(xué)性能。（2）38CrMoAlA熱處理臨界溫度熱處理臨界溫度、線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率分別如表8、9、10所示。表838CrMoAlA熱處理臨界溫度Ac1Ac3Ar1Ar3Ms800940730370表9線膨脹系數(shù)溫度∕℃25～10025～20025～30025～40025～50025～60025～700線膨脹系數(shù)α∕×10-610.41211.0612.2712.5313.3513.58表10熱導(dǎo)率溫度∕℃99.4398.2479.4568673.4熱導(dǎo)率λ∕W·﹙m·K﹚-131.830.931.831.831.84加工工藝路線4.1工藝流程下料→鍛造→退火→機(jī)械加工→調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）→機(jī)械加工→離子滲氮→檢驗(yàn)→成品4.2各步驟作用下料：提供原料。鍛造：獲得原料。退火：消除其鍛件常存在晶粒粗大或晶粒大小不均勻等組織缺陷及內(nèi)應(yīng)力，使鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性達(dá)到技術(shù)要求即均勻組織、細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能等，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。機(jī)械加工：獲得粗糙零件。熱處理（調(diào)質(zhì)）：獲得良好的綜合力學(xué)性能；良好的機(jī)械加工性能，穩(wěn)定工尺寸，使鋼的組織在使用過(guò)程中不發(fā)生變化。機(jī)械加工：對(duì)零件進(jìn)行精細(xì)加工。離子滲氮：滲入鋼中的氮一方面由表及里與鐵形成不同含氮量的氮化鐵，一方面與鋼中的合金元素結(jié)合形成各種合金氮化物，特別是氮化鋁、氮化鉻。這些氮化物具有很高的硬度、熱穩(wěn)定性和很高的彌散度，因而可使?jié)B氮后的鋼件得到高的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗咬合性、抗大氣和過(guò)熱蒸汽腐蝕能力、抗回火軟化能力，并降低缺口敏感性。檢驗(yàn)：檢驗(yàn)零件是否合格5熱處理方法選擇5.1預(yù)備熱處理工藝的選擇一般預(yù)備熱處理有這幾種：1、調(diào)質(zhì)處理：一般后面要進(jìn)行表面淬火處理，目的是使得工件表面淬火前得到強(qiáng)韌性結(jié)合優(yōu)良的心部性能，能降使用過(guò)程中的信不疲勞開(kāi)裂。2、正火處理：一般后面進(jìn)行的是化學(xué)熱處理（滲碳+淬火）或者調(diào)質(zhì)熱處理，目的在于細(xì)化晶粒、消除機(jī)加應(yīng)力、組織不平衡等，為后面的最終熱處理奠定良好的組織基礎(chǔ)。3、退火處理：處理后面最終熱處理一般都是調(diào)質(zhì)處理，其目的是消除應(yīng)力以及表面硬度。正火與退火工藝相比，其主要區(qū)別就是正火的冷卻速度稍快，所以正火熱處理的生產(chǎn)周期短。大部分中、低碳鋼的坯料都選用正火熱處理。一般合金鋼坯料選用退火，若用正火，由于冷卻速度快，使其正火后硬度較高，不利于切削加工。所以在鍛后選用完全退火對(duì)鋼進(jìn)行預(yù)備熱處理，粗機(jī)械加工后調(diào)制處理。5.2滲氮工藝的選擇斜盤(pán)要求表面高硬度及耐磨，耐腐蝕，對(duì)精度要求很高，要求熱處理后變形小，受中度沖擊載荷作用，主要失效形式是磨損。滲入鋼中的氮一方面由表及里與鐵形成不同含氮量的氮化鐵，一方面與鋼中的合金元素結(jié)合形成各種合金氮化物，特別是氮化鋁、氮化鉻。這些氮化物具有很高硬度、熱穩(wěn)定性和很高的彌散度，因而可使?jié)B氮后的鋼件得到高的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗咬合性、抗大氣和過(guò)熱蒸汽腐蝕能力、抗回火軟化能力，并降低缺口敏感性。6制定熱處理工藝制度6.1退火①概念：完全退火是將鋼加熱到Ac3以上30～50℃，保溫后隨爐冷卻的一種熱處理工藝。因?yàn)橥耆嘶鹬饕糜诤剂抠|(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%~0.6%的中碳鋼鑄、鍛件，因?yàn)?8CrMnAl含碳量為0.38%，且是鍛件，故選用完全退火。②目的：消除其鍛件常存在晶粒粗大或晶粒大小不均勻等組織缺陷及內(nèi)應(yīng)力，使鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性達(dá)到技術(shù)要求即均勻組織、細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能等，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。③加熱溫度：980±10確定依據(jù)：38CrMnAlA鋼是亞共析鋼，其完全退火溫度為Ac3+30～50℃確定方法：940℃+（30～50℃④加熱方法：隨爐溫加熱選擇依據(jù)：簡(jiǎn)單易控制，且是預(yù)備熱處理，對(duì)性能要求不高。⑤加熱介質(zhì)：空氣。保溫時(shí)間：2.5h選定的依據(jù)：加熱時(shí)間可按下列公式進(jìn)行計(jì)算：t=α×K×D，式中t為加熱時(shí)間（min）；α為加熱系數(shù)min/mm，加熱系數(shù)α可根據(jù)鋼種與加熱介質(zhì)、加熱溫度，參數(shù)按照表11選取；K為反映裝爐時(shí)的修正系數(shù)，可根據(jù)表12選取，根據(jù)工件裝爐位置，K取2.2；D為工件有效厚度（mm），近似取D=38mm。可得t=α×K×D=(1.5～1.8)×2.2×46=151.8～182.1min。由于38CrMnAlA鋼合金量較高且工件厚度不均勻，故取t=3h。表11加熱系數(shù)碳鋼0.8～1.2min·mm-1合金鋼1.5～1.8min·mm-1表12工件裝爐修正系數(shù)K⑦冷卻方法：隨爐冷卻。⑧冷卻介質(zhì)：空氣。熱處理設(shè)備規(guī)格及技術(shù)參數(shù)如表13所示。選擇箱式電阻爐，型號(hào)為RX-45-12。表13RX-45-12規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)功率/kw電壓/V相數(shù)最高工作溫度/℃爐膛尺寸(長(zhǎng)×寬×高)/mm×mm×mmRX-45-124038031200950×450×350⑩裝爐方式，如圖2所示。根據(jù)爐型選取退火架尺寸，由表13所示工件裝爐位置可知，橫向可放置工件5排，縱向可放置工件2列，即每層可放置工件10件，而退火架有2層，故每爐可處理20件零件。圖2退火架示意圖﹙尺寸：850mm×350mm×200mm，掛繩為軟線﹚?退火工藝曲線，如圖3所示。980980±103h隨爐冷卻溫度/℃0時(shí)間/h圖3完全退火工藝曲線6.2淬火①概念：淬火是將鋼加熱到Ac1或Ac3以上某一溫度，保溫后適當(dāng)冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。②目的:使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體(或貝氏體)轉(zhuǎn)變，得到馬氏體（或貝氏體）組織，在經(jīng)后續(xù)的回火處理，塑造鋼的顯微組織與力學(xué)性能，提高零件的耐磨性和抗疲勞性能，確保零件在工況下的可靠性和使用壽命。③淬火溫度：980±10確定依據(jù)：亞共析鋼加熱到Ac3以上30～50℃確定方法：940℃+（30～50℃④加熱方法：采用直接到溫加入爐加熱的方法。選擇依據(jù)：由于38CrMoAlA為中碳調(diào)質(zhì)鋼、中等淬透性材料，且此工件形狀簡(jiǎn)單，故采用采用直接到溫加入爐加熱的方法。此方法加熱速度快，節(jié)約時(shí)間，節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品成本，便于批量生產(chǎn)⑤加熱介質(zhì)：氮?dú)狻Ｄ康模菏褂玫鶜夥毡Ｗo(hù)，可以實(shí)現(xiàn)少、無(wú)氧化處理，避免零件加熱時(shí)的氧化脫碳，使金屬燒損、性能降低⑥保溫時(shí)間：2.5h選定的依據(jù)：由于淬火時(shí)只是需要工件完全奧氏體化，不需要奧氏體長(zhǎng)大，故淬火時(shí)間較退火時(shí)間稍微短一點(diǎn)，由前面計(jì)算可得，加熱時(shí)間為3h，在此取淬火時(shí)間為2.5h。加熱時(shí)間可按下列公式進(jìn)行計(jì)算：t=α×K×D，式中t為加熱時(shí)間（min）；α為加熱系數(shù)min/mm，加熱系數(shù)α可根據(jù)鋼種與加熱介質(zhì)、加熱溫度，參數(shù)按照表11選取；K為反映裝爐時(shí)的修正系數(shù)，可根據(jù)表12選取，根據(jù)工件裝爐位置，K取2.2；D為工件有效厚度（mm），近似取D=38mm。可得t=α×K×D=(1.5～1.8)×2.2×38=125.4～150.48min。由于38CrMnAlA鋼合金量較高且工件厚度不均勻，故取t=2.5h。冷卻方式：油冷，選擇為20號(hào)機(jī)油。選擇依據(jù)為：對(duì)于形狀不對(duì)稱(chēng)或截面相差懸殊的，則要選擇冷卻相對(duì)緩慢的淬火介質(zhì)。故冷卻介質(zhì)選擇油，根據(jù)斜盤(pán)的直徑且考慮到其尺寸的不均勻性，采用礦物質(zhì)油（礦物油）。為了能提高油的冷卻能力，可配制混合油，即將粘度和冷卻能力不同的兩種油予以混合，可以得到介于兩種油之間的性能。由于工件淬火加熱溫度高，淬火介質(zhì)選用油質(zhì)淬火劑，不會(huì)由于工件與油的接觸導(dǎo)熱提高油溫而降低冷卻能力。使工件既能淬成馬氏體，又不致引起太大的淬火應(yīng)力。表1438CrMoAlA的臨界直徑鋼號(hào)半馬氏體硬度HRC20～40℃礦物油中冷卻的臨界直徑d/mm38CrMoAlA4310080淬火方法：?jiǎn)我捍慊稹Ｒ罁?jù)：大多數(shù)合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼工件均采用油冷淬火。而38CrMoAlA鋼屬于高合金鋼結(jié)構(gòu)鋼，故選擇單液淬火。淬透性曲線如圖4所示。圖438CrMoAlA淬透性曲線⑨熱處理設(shè)備規(guī)格及技術(shù)參數(shù)，如表15所示。此次所選的是1200℃箱式電阻爐，其型號(hào)為表15RX3-45-12Q規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率/kw額定電壓/V相數(shù)額定溫度/℃爐膛尺寸(長(zhǎng)×寬×高)/mm×mm×mm最大加載量/KgRX3-45-12Q4538031200950×450×350≤100⑩裝爐方式，如圖15所示。根據(jù)爐型選取退火架尺寸，由表13所示工件裝爐位置可知，橫向可放置工件5排，縱向可放置工件2列，故每爐可處理10件零件。圖3-4淬火筐示意圖﹙尺寸：850mm×350mm×200mm，掛繩為軟線﹚?淬火工藝曲線，如圖5所示。980980±102.5h油冷溫度/℃0時(shí)間/h圖5淬火工藝曲線圖6.3高溫回火①概念：將淬火鋼加熱到Ac1以下某一溫度、保溫，并以適當(dāng)速度冷卻的工藝過(guò)程稱(chēng)為回火。②目的：提高淬火鋼的塑形和韌性，降低其脆性，消除淬火引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，獲得良好的綜合力學(xué)性能；穩(wěn)定工件尺寸，使鋼的組織在工件使用過(guò)程中不發(fā)生變化。回火溫度：因?yàn)槭钦{(diào)質(zhì)，所以選擇高溫回火，并且根據(jù)調(diào)質(zhì)后的硬度250～280HBS，查閱手冊(cè)(圖6)得：38CrMoAlA調(diào)質(zhì)中高溫回火溫度為620～650℃故取回火溫度選擇是630±10圖6回火溫度與硬度（含碳量）關(guān)系曲線圖④回火方法：用空氣電阻爐采取到溫加熱方式，可以減少工件加熱時(shí)間，回火后硬度下降較小。回火介質(zhì)：空氣。回火時(shí)間：90min，零件有效厚度為46mm，根據(jù)表16選取t=90min。表16回火時(shí)間參考表（單位：min）零件有效厚度/mm＜2525～5050～7575～100100～125125～150低溫回火150~25030～6060～120120～180180～240240～270270～300中溫回火350~450鹽爐20～4040～7070～100100～130130～160160～180空氣爐50～9090～140140～190190～220220～260260～300高溫回火450~650鹽爐10～3030～4545～7575～9090～120120～150空氣爐40～7070～100100～140140～180180～210210～240冷卻方法：空氣冷卻。冷卻介質(zhì)：空氣。熱處理設(shè)備規(guī)格及技術(shù)參數(shù)，如表17所示。選擇箱式電阻爐，型號(hào)為RX3-30-9。表17RX3-30-9規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)功率/kw電壓/V相數(shù)最高工作溫度/℃爐膛尺寸(長(zhǎng)×寬×高)/mm×mm×mm最大加載量/KgRX3-30-9303803950950×450×350200裝爐方式，如圖15所示。每爐熱處理10件零件。?回火工藝曲線，如圖7所示00630±1090min空冷時(shí)間/min溫度/℃圖7回火工藝曲線6.4離子滲氮①概念：在低真空（<2000Pa）含氮?dú)夥罩校霉ぜ?陰極)和陽(yáng)極之間產(chǎn)生的輝光放電在一定溫度下進(jìn)行滲氮的工藝。②目的：滲入鋼中的氮一方面由表及里與鐵形成不同含氮量的氮化鐵，一方面與鋼中的合金元素結(jié)合形成各種合金氮化物，特別是氮化鋁、氮化鉻。這些氮化物具有很高的硬度、熱穩(wěn)定性和很高的彌散度，因而可使?jié)B氮后的鋼件得到高的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗咬合性、抗大氣和過(guò)熱蒸汽腐蝕能力、抗回火軟化能力，并降低缺口敏感性。滲氮溫度：520～580℃[7]，取550滲氮時(shí)間：8～12h[7]，取12h。選取依據(jù)如圖8、9、10圖8離子滲氮溫度對(duì)滲層深度的影響圖9離子滲層深度分布與滲氮時(shí)間的關(guān)系圖1038CrMoAlA離子滲氮溫度對(duì)滲層硬度的影響氣體成分及氣體總壓力液氨過(guò)濾脫水，經(jīng)預(yù)熱氣化后通入爐內(nèi)。氮、氫比為9：1。氣體壓力常用130～670Pa，低氣壓、強(qiáng)濺射，使化合物層減薄，擴(kuò)散層中脈狀氮化物減少。電壓和電流：常用550～650V，加熱電壓550～750V；輝光電流密度2.5～5mA/cm2，升溫階段電流密度大些。陰陽(yáng)極間距離：常用60mm。熱處理設(shè)備規(guī)格及技術(shù)參數(shù)，如表18所示。表18LD2-25B規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電流/V額定電壓/V相數(shù)最高工作最高溫度/℃爐腔尺寸爐腔/mm×mm外形尺寸外形尺寸/mm×mm電爐重量/kg備注LD2-25B253803650Φ810×800Φ1240×20001600堆放半自動(dòng)型裝爐方式，如圖11所示。根據(jù)爐型選取退火架尺寸，由表3.2所示工件裝爐位置可知，橫向可放置工件3排，縱向可放置工件3列，即每層可放置工件9件，而退火架有5層，故每爐可處理45件零件。圖11滲氮筐示意圖﹙尺寸：550mm×550mm×600mm，掛繩為軟線﹚⑩離子滲氮工藝曲線，如圖12所示。爐冷爐冷550爐內(nèi)氣壓600Pa12h0時(shí)間/h溫度/℃圖12離子滲氮工藝曲線6.5總熱處理工藝路線及工藝曲線圖退火工藝：原工件在箱式爐中平裝940±10℃×3h，隨爐冷卻；調(diào)質(zhì)工藝：淬火940±10℃×2.5h，淬油冷透；高溫回火630±10℃×1.5h，空冷；離子滲氮工藝：滲氮溫度：520～580℃，滲氮時(shí)間：8～12h，氣體壓力常用130～670Pa，加熱電壓550～750V。總熱處理工藝曲線圖，如圖13所示。爐冷爐冷油淬爐冷退火940±10℃淬火940±10℃高溫回火630±10℃離子滲550℃空冷2h1.5h時(shí)間（h）溫度（℃）12h2.5h圖13總熱處理工藝曲線7熱處理設(shè)備及工裝設(shè)計(jì)選擇7.1退火熱處理設(shè)備規(guī)格及技術(shù)參數(shù)如表19所示。選擇箱式電阻爐，型號(hào)為RX-45-12。表19RX-45-12規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)功率/kw電壓/V相數(shù)最高工作溫度/℃爐膛尺寸(長(zhǎng)×寬×高)/mm×mm×mmRX-45-124038031200950×450×350裝爐方式，如圖14所示。根據(jù)爐型選取退火架尺寸，由表2所示工件裝爐位置可知，橫向可放置工件5排，縱向可放置工件2列，即每層可放置工件10件，而退火架有2層，故每爐可處理20件零件。圖14退火架示意圖﹙尺寸：850mm×350mm×200mm，掛繩為軟線﹚7.2淬火熱處理設(shè)備規(guī)格及技術(shù)參數(shù)，如表20所示。此次所選的是1200℃箱式電阻爐，其型號(hào)為表20RX3-45-12Q規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定功率/kw額定電壓/V相數(shù)額定溫度/℃爐膛尺寸(長(zhǎng)×寬×高)/mm×mm×mm最大加載量/KgRX3-45-12Q4538031200950×450×350≤100⑩裝爐方式，如圖15所示。根據(jù)爐型選取退火架尺寸，由表6.2.1所示工件裝爐位置可知，橫向可放置工件5排，縱向可放置工件2列，故每爐可處理10件零件。圖15淬火筐示意圖﹙尺寸：850mm×350mm×200mm，掛繩為軟線﹚7.3高溫回火熱處理設(shè)備規(guī)格及技術(shù)參數(shù)，如表21所示。選擇箱式電阻爐，型號(hào)為RX3-30-9。表21RX3-30-9規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)功率/kw電壓/V相數(shù)最高工作溫度/℃爐膛尺寸(長(zhǎng)×寬×高)/mm×mm×mm最大加載量/KgRX3-30-9303803950950×450×350200裝爐方式，如上圖所示。每爐熱處理10件零件。7.4離子滲氮熱處理設(shè)備規(guī)格及技術(shù)參數(shù)，如表22所示。表22LD2-25B規(guī)格及技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電流/V額定電壓/V相數(shù)最高工作最高溫度/℃爐腔尺寸爐腔或空閥尺寸/mm×mm外形尺寸外形尺寸/mm×mm電爐重量/kg備注LD2-25B253803650Φ810×800Φ1240×20001600堆放半自動(dòng)型裝爐方式，如圖16所示。根據(jù)爐型選取退火架尺寸，由表3.2所示工件裝爐位置可知，橫向可放置工件3排，縱向可放置工件3列，即每層可放置工件9件，而退火架有5層，故每爐可處理45件零件。圖16滲氮筐示意圖﹙尺寸：550mm×550mm×600mm，掛繩為軟線8熱處理工藝的檢驗(yàn)8.1表面硬度的檢驗(yàn)零件滲氮層極薄，所以采用維氏硬度表示。維氏硬度的壓頭采用錐角面為136o金剛石四方角錐體。測(cè)試維氏硬度時(shí)，施加載荷的時(shí)間為2~8s，載荷保持時(shí)間：對(duì)鋼鐵一般為10~15s，對(duì)非鐵金屬一般為30±2s。相鄰兩壓痕中心間距離或任一壓痕中心距試件邊緣距離：對(duì)鋼鐵為≥2.5d，對(duì)非鐵金屬為≥5d。壓痕兩對(duì)角線之差不應(yīng)超過(guò)對(duì)角線長(zhǎng)度的2%。如果測(cè)的表面硬度在800~1000HV之間，表示零件表面硬度符合規(guī)格。8.2心部硬度的檢驗(yàn)心部采用布氏硬度表示。布氏硬度采用鋼球壓頭，加載后壓入試樣表面，根據(jù)單位表面積上所受載荷大小確定布氏硬度值。布氏硬度的硬度值代表性全面，數(shù)據(jù)確定，測(cè)量精度較高。如果測(cè)的表面硬度在250~280HBS之間，表示零件心面硬度符合規(guī)格。8.3滲氮層疏松檢驗(yàn)疏松等級(jí)適用于低溫氮碳共滲零件。標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖及相關(guān)說(shuō)明，按化合物層內(nèi)微孔形狀、數(shù)量及密集程度分為5級(jí)。“化合物層微孔密集成點(diǎn)狀孔隙，由表及里逐漸減少，3級(jí)以下為合格，微孔占化合物層2/3的厚度或部分微孔聚集分布者為不合格。8.4滲氮擴(kuò)散層中氮化物檢驗(yàn)按擴(kuò)散層中脈狀氮化物的分布情況、形態(tài)、數(shù)量，評(píng)級(jí)圖分為5級(jí)。一般零件上允許有少量脈狀分布氮化物(2級(jí)）或較多脈狀分布氮化物(3級(jí)）。9熱處理工序中材料的組織、性能9.1完全退火后的組織及性能9.1.1正常加熱冷卻的組織及性能工件加熱到940℃后珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，保溫時(shí)奧氏體晶粒均勻化，隨爐冷卻至室溫后為粒狀珠光體，退火可以細(xì)化晶粒，改善組織，消除內(nèi)應(yīng)力，具有良好的切削加工性。9.1.2加熱溫度不足時(shí)的組織及性能片狀珠光體，大量鐵素體，具有較高的硬度和強(qiáng)度，工件有較差的韌性和塑性，且易開(kāi)裂。9.1.3加熱溫度過(guò)高時(shí)的組織及性能粗大的珠光體，具有較差的強(qiáng)度和硬度，但韌性和塑性高，溫度嚴(yán)重過(guò)高時(shí)，容易氧化脫碳。9.1.4冷卻速度過(guò)大時(shí)的組織及性能細(xì)小的珠光體和鐵素體，硬度和強(qiáng)度增大，塑性變小，不易于機(jī)加。9.1.5冷卻速度不足時(shí)的組織及性能珠光體+大塊狀鐵素體，并伴隨粗大顆粒碳化物，熱處理后硬度偏低，并且晶粒不均勻，脆性較大，不易切削，加工時(shí)易產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象。9.1.6保溫過(guò)程中零件的組織轉(zhuǎn)變正常時(shí)間保溫時(shí)，零件會(huì)形成成分和組織比較均勻的奧氏體；當(dāng)保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使碳化物得以較充分的聚集長(zhǎng)大，致使碳化物粗大，使零件的脆性增加；當(dāng)保溫時(shí)間不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生欠熱現(xiàn)象，致使原材料的組織不均勻。9.2淬火后的組織、性能9.2.1正常加熱冷卻的組織及性能工件加熱到980℃后珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，保溫時(shí)組織不變，晶粒細(xì)化，出爐油冷至室溫時(shí)得到馬氏體+殘余奧氏體+碳化物（少量），具有很高的硬度和耐磨性。9.2.2加熱溫度不足時(shí)的組織及性能加熱后組織為奧氏體+珠光體+鐵素體，室溫后組織為馬氏體+珠光體+鐵素體，硬度不足，塑性增大。9.2.3加熱溫度過(guò)高時(shí)的組織及性能加熱后組織為粗大奧氏體，室溫后組織為粗大馬氏體，但脆性太大，易斷裂。加熱溫度過(guò)高，使鋼氧化、脫碳加劇，也使淬火變形和開(kāi)裂傾向增大。9.2.4冷卻速度過(guò)大時(shí)的組織及性能組織為馬氏體，由于冷速過(guò)快，致使熱應(yīng)力和組織應(yīng)力較大，容易開(kāi)裂和變形。9.2.5冷卻速度不足時(shí)的組織及性能組織為馬氏體+貝氏體。硬度和強(qiáng)度不高，塑性較大。9.2.6保溫過(guò)程中零件的組織轉(zhuǎn)變正常時(shí)間保溫時(shí)，零件會(huì)形成成分和組織比較均勻的奧氏體；當(dāng)保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使碳化物得以較充分的聚集長(zhǎng)大，致使碳化物粗大，使零件的脆性增加；當(dāng)保溫時(shí)間不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生欠熱現(xiàn)象，致使原材料的組織不均勻。9.3回火后的組織、性能9.3.1正常加熱冷卻的組織及性能工件加熱到630℃9.3.2加熱溫度不足時(shí)的組織及性能加熱后組織為馬氏體+碳化物（大量），室溫后組織為回火馬氏體+碳化物。硬度高，塑性太低。9.3.3加熱溫度過(guò)高時(shí)的組織及性能加熱后組織為馬氏體，室溫后組織為回火屈氏體，彈性性能很大提高，但硬度降低。9.3.4冷卻速度過(guò)大時(shí)的組織及性能組織為回火馬氏體+碳化物，塑性幾乎不提高，硬度增加。9.3.5冷卻速度不足時(shí)的組織及性能組織為回火索氏體，晶粒粗化，硬度和強(qiáng)度偏低，塑性過(guò)大。9.3.6保溫過(guò)程中零件的組織轉(zhuǎn)變正常時(shí)間保溫時(shí)，零件會(huì)形成成分和組織比較均勻的奧氏體；當(dāng)保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使碳化物得以較充分的聚集長(zhǎng)大，致使碳化物粗大，回火后零件的脆性增加；當(dāng)保溫時(shí)間不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生欠熱現(xiàn)象，致使原材料的組織不均勻，回火后硬度分布不均勻。9.4滲氮后的組織、性能9.4.1正常加熱冷卻的組織及性能表層為白色氮化物層(ε相)，次表層侵蝕后變黑，是氮化擴(kuò)散層，主要由緩冷γ相分解的α+γ′細(xì)小顆粒分布在回火索氏體的α相上和AIN，CrN等合金索氏體組成。在ε相和擴(kuò)散層之間常有白色的脈狀分布的氮化物組織，由于氮濃度的增加，脈狀組織可以變粗，甚至形成網(wǎng)狀。9.4.2加熱溫度不足時(shí)的組織及性能組織不變，滲氮厚度不足，影響表面硬度。9.4.3加熱溫度過(guò)高時(shí)的組織及性能滲氮溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，越易促進(jìn)脈狀組織的形成，如工件的棱角處，因滲氮溫度相對(duì)較高，脈狀組織比其它部位嚴(yán)重得多。9.4.4滲氮保溫過(guò)程中零件的組織轉(zhuǎn)變滲氮保溫時(shí)間主要決定滲氮層深度，對(duì)表面硬度也有不同程度的影響。滲氮層深度隨滲氮保溫時(shí)間延長(zhǎng)而增厚，即滲氮初期增長(zhǎng)率較大，隨后增幅趨緩。滲氮層表面硬度隨著時(shí)間延長(zhǎng)而下降，同樣與合金氮化物聚集長(zhǎng)大有關(guān)。9.4.5滲氮層深度金相測(cè)定工件經(jīng)滲氮處理后，一般以硬度梯度法測(cè)出零件的硬化層深度，并作為仲裁方法，一般檢驗(yàn)時(shí)，可用金相法。根據(jù)《滲層深度金相法評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)一覽表》可知，對(duì)于鋼鐵零件滲氮處理來(lái)說(shuō)，采用標(biāo)準(zhǔn)為GB/T11354《鋼鐵零件滲氮層深度測(cè)定和金相組織檢驗(yàn)》，其滲層深度測(cè)定方法為從表面垂直測(cè)至基體組織有明顯的分界處。9.4.6金相組織檢查滲氮件金相組織的檢查包括滲氮層組織檢查及心部組織檢查兩部分。合格的滲氮層組織中不應(yīng)有脈狀、波紋狀、網(wǎng)狀以及骨狀氮化物，這些粗大的氮化物會(huì)使?jié)B層變脆、剝落。合格的心部組織是回火索氏體組織（調(diào)質(zhì)預(yù)處理），不允許大量游離鐵素體存在。10常見(jiàn)缺陷及防止方法表2338CrMoAlA斜盤(pán)熱處理常見(jiàn)缺陷及防止方法缺陷特征產(chǎn)生原因防治方法退火脫碳1．在空氣爐中加熱，無(wú)保護(hù)氣體；2．鹽爐中加熱，鹽爐未脫氧或脫氧不徹底；3．退火溫度過(guò)高，保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)裝爐量太多；4．原材料脫碳嚴(yán)重；5．鍛造時(shí)加熱溫度高，保溫吧時(shí)間長(zhǎng)。1．通保護(hù)氣體；2．鹽浴應(yīng)徹底脫氧；3．爐子升到退火溫度后，工件入爐，選退火溫度范圍下限值；4．控制裝爐量，縮短保溫時(shí)間；5．加強(qiáng)原材料檢驗(yàn)，將原材料脫碳層深度嚴(yán)控在國(guó)家規(guī)定范圍內(nèi)；6．鍛造溫度不高于1100℃淬火裂紋1.組織過(guò)熱，淬火溫度過(guò)高或在淬火溫度上限保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；

2.冷卻太快，油溫低，淬火油中含水分超過(guò)0.25%；

3.應(yīng)力集中，如圓錐內(nèi)套油溝呈尖角.車(chē)加工套圈表面留有粗而深的刀痕；

4.表面脫碳；

5.返修中間未經(jīng)退火；

6.淬火后未及時(shí)回火電廠。1.降低淬火溫度；2.提高零件出油溫度或提高淬火油的溫度；3.降低車(chē)加工表面粗糙度，增加去應(yīng)力工序；4.減少表面的脫碳，貧碳以及從設(shè)計(jì)和加工中避免零件產(chǎn)生應(yīng)力集中。滲氮硬度低溫度過(guò)高或過(guò)低；時(shí)間太短，滲層薄；真空度低，漏氣造成氧化；氮?jiǎng)莶蛔悖牧襄e(cuò)。嚴(yán)格工藝紀(jì)律，按工藝操作；檢查漏氣原因，供氣適當(dāng)；滲氮溫度高造成的硬度低應(yīng)在脫氮后重新滲氮。滲氮硬度滲層不均勻爐氣循環(huán)不好，裝爐不當(dāng)；溫度不均，氣體流速過(guò)大；狹縫小孔沒(méi)有屏蔽好。正確裝爐，正確設(shè)置輔組陰陽(yáng)及；調(diào)節(jié)壓力，加強(qiáng)爐氣循環(huán)；屏蔽狹縫小孔。滲氮表面發(fā)亮由于溫度過(guò)低，保溫時(shí)間短，造成滲氮不足；未按工藝生產(chǎn)。按工藝生產(chǎn)；控溫準(zhǔn)確，時(shí)間充足。滲氮表面發(fā)蘭爐子漏氣；爐氣含水分太多。檢查漏氣原因；液氨應(yīng)干燥脫水。滲氮表面發(fā)黑爐氣含