目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"熱處理工藝課程設計的目的 1\o"CurrentDocument"課程設計的任務 1\o"CurrentDocument"熱處理工藝設計的方法 1\o"CurrentDocument"20Cr2Ni4A汽車方向盤軸承外套的技術要求 24.1零件圖 2\o"CurrentDocument"4.2技術要求 2\o"CurrentDocument"4.3工藝流程 2\o"CurrentDocument"五?低溫退火的熱處理工藝 2\o"CurrentDocument"5.1工藝制定 25.1.1退火溫度 25.1.2加熱方法 25.1.3加熱介質 35.1.4加熱時間 35.1.5冷卻方法 35.1.6熱處理后檢驗方法 35.1.8工藝曲線 4\o"CurrentDocument"5.2低溫退火各熱處理工序中材料的組織、性能⑷ 45.2.1低溫退火加熱到690°C后的組織及性能 45.2.2分析退火保溫時零件的組織轉變 45.2.3分析退火冷卻到室溫后的組織及性能⑸ 45.2.4采用退火處理的零件可能產生的缺陷及原因，防止和消除些缺陷的方法..5\o"CurrentDocument"5.3選擇熱處理的設備 55.3.1熱處理爐 5\o"CurrentDocument"夾具 6\o"CurrentDocument"六.20Cr2Ni4A的滲碳工藝 7\o"CurrentDocument"6.1滲碳化學熱處理的工藝參數 7\o"CurrentDocument"6.1.1加熱溫度 76.1.2加熱方法 7滲碳介質 7\o"CurrentDocument"6.1.4保溫時間 7\o"CurrentDocument"6.1.5冷卻方法 7\o"CurrentDocument"6.1.6冷卻介質 76.1.7滲碳化學處理及一次淬火的工藝曲線圖 7\o"CurrentDocument"6.2滲碳化學熱處理中材料的組織、性能 86.2.1滲碳化學熱處理加熱到920°C后的組織及性能⑻ 86.2.2滲碳保溫時零件的組織轉變 86.2.3預冷到880C后的組織及性能 86.2.4滲碳化學熱處理常見缺陷及防治措施 9\o"CurrentDocument"6.3滲碳爐 9\o"CurrentDocument"6.4滲碳化學熱處理中的裝具 9\o"CurrentDocument"七?調質（淬火加高溫回火）的熱處理工藝 10\o"CurrentDocument"7.1淬火工藝 10\o"CurrentDocument"7.1.2加熱溫度 10加熱方法 10加熱介質 117.1.4保溫時間 11冷卻方法 11冷卻介質 11\o"CurrentDocument"7.2回火工藝參數 11加熱溫度 11加熱方法 11加熱介質 12保溫時間 12冷卻方法 12冷卻介質 12\o"CurrentDocument"7.3調質處理后檢驗方法 12\o"CurrentDocument"7.4工藝曲線圖 13\o"CurrentDocument"7.5材料的組織、性能 137.5.1加熱溫度后的組織及性能 137.5.2保溫時零件的組織轉變 14\o"CurrentDocument"7.5.3冷卻到室溫后的組織及性能 147.5.4產生缺陷預測及防護[10] 14\o"CurrentDocument"7.6熱處理設備 14\o"CurrentDocument"二次淬火的熱處理工藝 158.1 加熱溫度 15\o"CurrentDocument"8.2加熱方式 15\o"CurrentDocument"加熱介質 158.4保溫時間 15冷卻方法 15冷卻介質 16第二次淬火工藝圖 16\o"CurrentDocument"淬火熱處理爐 16\o"CurrentDocument"淬火后組織組成 16\o"CurrentDocument"低溫回火熱處理工藝 179.1加熱溫度 17\o"CurrentDocument"9.2加熱時間 17\o"CurrentDocument"9.3加熱方式 17\o"CurrentDocument"加熱介質 17\o"CurrentDocument"冷卻方式 17\o"CurrentDocument"冷卻介質 18\o"CurrentDocument".低溫回火工藝曲線圖 18.回火冷卻到室溫后的組織及性能 18\o"CurrentDocument".設計的熱處理處理可能產生的缺陷預測及原因，消除缺陷的方法 18\o"CurrentDocument".熱處理后檢驗方法 19\o"CurrentDocument".低溫回火熱處理設備 19\o"CurrentDocument"十.完整的工藝曲線圖及工藝路線 20\o"CurrentDocument"十■一.熱處理工藝課程設計的體會與見解 20\o"CurrentDocument"十二?參考文件 2120Cr2Ni4A方向盤軸承外套熱處理設計熱處理工藝課程設計的目的熱處理工藝課程設計是高等工業學校金屬材料工程專業一次專業課設計練習，是熱處理原理與工藝課程的最后一個教學環節。其目的是：培養學生綜合運用所學的熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學知識得到鞏固和發展。學習熱處理工藝設計的一般方法、熱處理設備選用和裝夾具設計等。進行熱處理設計的基本技能訓練，如計算、工藝圖繪制和學習使用設計資料、手冊、標準和規范。課程設計的任務進行零件的加工路線中有關熱處理工序和熱處理輔助工序的設計。根據零件的技術要求，選定能實現技術要求的熱處理方法，制定工藝參數，畫出熱處理工藝曲線圖，選擇熱處理設備，設計或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫出設計說明書，說明書中要求對各熱處理工序的工藝參數的選擇依據和各熱處理后的顯微組織作出說明。熱處理工藝設計的方法熱處理工藝的最佳方案是在能夠保證達到根據零件使用性能和由產品設計者提出的熱處理技術要求的基礎上，設計的一種高質量、低成本、低能耗、清潔、高效、精確的熱處理工藝方法。根據零件使用性能及技術要求，提出所可能實施的幾種熱處理工藝方案，通過綜合經濟技術分析，確定最佳熱處理工藝方案。確定熱處理工藝方案后，首先應根據零件的材料特性及技術要求，選擇熱處理加熱設備、加熱、保溫時間與冷卻方式。在此基礎上，制定編制熱處理工藝規范，設計零件在有關熱處理工序使用的裝夾具及校直裝置等。最后，編寫主要熱處理工序的操作守則。涉及新材料、新技術等特殊零件的熱處理工藝，可遵循實驗室試驗、小批量生產試驗、生產驗證等程序進行確定。四.20Cr2Ni4A汽車方向盤軸承外套的技術要求4.1零件圖1204 尸2O22 504.1零件圖（單位mm）4.2技術要求1） 滲碳層深度：1.2-1.5mm2） 滲碳層硬度：表面硬度56-60HRC，心部硬度28-45HRC4.3工藝流程鍛造f低溫退火f機械加工f滲碳f一次淬火f高溫回火f二次淬火f低溫回火一檢驗注：20Cr24Ni4A的Ac1為720°C,Ac3為780°C,Arl為575°C。五.低溫退火的熱處理工藝5.1工藝制定低溫退火是鋼件的加熱溫度低于Fe—C合金加熱時共析轉變溫度（Acl）的退火。低溫退火的目的是使鋼件軟化，以便于切削加工或隨后進行的冷變形。低溫退火不發生組織轉變，常用于合金鋼坯消除內應力，降低硬度。低溫退火有利于表面缺陷清理。5.1.1退火溫度選擇：690C理由：20Cr2Ni4A是高合金鋼，低溫退火溫度在再結晶溫度以上，Ac以下，在680C?1700C之間，使形變晶粒重新轉變為均勻的等軸晶粒⑴。5.1.2加熱方法選擇：隨爐溫加熱理由：簡單易控制，且是預備熱處理，對性能要求不高5.1.3加熱介質選擇：氮氣理由：由于加熱溫度過高，零件容易氧化脫碳，氮氣可以很好的防護，使金屬燒損、性能降低。5.1.4加熱時間選擇：3h原因：保溫時間不超過10h,3h均勻合理⑵。5.1.5冷卻方法選擇：隨爐冷卻理由：表面與心部溫度差距小，不易產生應力，防止其開裂。5.1.6熱處理后檢驗方法表5.1退火的工藝規范項目要求加熱溫度690°C加熱速度應該控制在100?200°C/h加熱時間3h冷卻速度隨爐冷卻表5.2質量檢驗方法(GB/T16923——1999)⑶項目要求硬度硬度按GB/T230、GB/T4340GB/T4341進行。硬度檢驗設備可用硬度試驗機，如洛氏硬度計，維氏硬度計，布氏硬度計。探傷可米用肉眼或著色鑒定裂紋及傷痕。必要時按有關標準進行超聲或磁粉檢驗。探傷設備：磁粉探傷機，染色探傷機。金相其他金相組織的評定按GB/T224進行。金相檢驗設備：金相顯微鏡畸變可使用相應的儀器和量具測量5.1.8工藝曲線圖5.3低溫退火的工藝曲線圖 時間注意事項：①低溫退火時間略長，要防止晶粒粗大。②加熱介質為氮氣，可防止表面氧化。5.2低溫退火各熱處理工序中材料的組織、性能⑷5.2.1低溫退火加熱到690°C后的組織及性能包括：①正常溫度的組織及性能：正火加熱到690°C后的組織沒有變化，為鐵素體+珠光體加熱溫度不足的組織及性能：加熱溫度不足時，成分不均勻，晶粒較大,沒有得到細化加熱溫度過高所產生的組織及性能：加熱溫度高時，可能出現奧氏體。加熱溫度過高時，出現過燒現象，晶界局部熔化，零件報廢。5.2.2分析退火保溫時零件的組織轉變原子充分擴散，細化晶粒，均勻組織。5.2.3分析退火冷卻到室溫后的組織及性能⑸包括：①正常冷卻后的組織及性能：片狀珠光體+鐵素體，硬度為156?207HBW。②冷卻速度不足的組織及性能：晶粒較細，但塑性韌性較低。可能形成帶狀組織（原因：鍛壓時枝晶偏析沿變形方向呈條狀或帶狀分布，退火冷卻過程中，由于冷卻速度較慢，現在這些部位形成鐵素體，碳被排列到枝干形成珠光體，形成了亞共析鋼中的鐵素體和珠光體呈帶狀交替分布）。③冷卻速度過大的組織及性能：脫碳嚴重，晶粒很大，晶界出現熔化現象,并伴有非金屬夾雜物集聚。5.2.4采用退火處理的零件可能產生的缺陷及原因，防止和消除些缺陷的方法表5.3結構鋼常見缺陷⑹缺陷特征產生原因解決辦法合晶粒較細，但塑性、韌性加熱不足在正常溫度下重新處低理金表面有脫碳，晶粒較大，加熱溫度較過熱程度小時，在正塑性、韌性低。咼，時間較長常溫度下重新處理12結次；過熱程度較大時，第一次在Ac以上3構100~150°C，第二次在正常溫度下處理鋼脫碳嚴重，晶粒很大，有加熱溫度過輕度的可在大量魏氏體組織出現，晶界高，時間過長1100~1200°C長時間均出現熔化現象，并伴有非金勻化后再進行處理。較屬夾雜物集聚，斷口呈石板嚴重的需要重新鍛造，裝。嚴重的只能報廢5.3選擇熱處理的設備5.3.1熱處理爐退火的設備選用臺式爐。⑺型號：RT2-45-9型額定功率：45KW電源電壓：380V相數：三額定溫度：950°C1200X600X500空爐耗損功率：V50KW爐膛尺寸：長：450mm；寬：350mm；深：700mm外形尺寸：長：1400mm；寬：1050mm；高：950mm自重：1930Kg 最大載重：800Kg配套變壓器：ZUSG3—100—35.3.2夾具圖5.4墊板注：D]=70mm,D2=180mm,D3=300mm,D4=500mm工件直徑120mm,厚20mm,重0.4kg，綜合考慮工件尺寸和爐膛大小等因素，同時最大程度的提高生產效益和產品質量的平衡，固正常疊放，每層7個，疊18層,每爐生產126個零件毛坯。六.20Cr2Ni4A的滲碳工藝6.1滲碳化學熱處理的工藝參數6.1.1加熱溫度包括：加熱溫度：920°C加熱溫度的確定依據：由于20Cr2Ni4A鋼的上臨界點Ac3溫度為780C,滲碳時必須全部轉變為奧氏體。而Y—Fe的溶碳能力遠在a—Fe之上，因此20Cr2NiA鋼得滲碳溫度應高于780C，但綜合考慮滲碳速度、裝爐量及滲碳過程中軸承的變形問題等，實際選用920C左右為最佳滲碳溫度。6.1.2加熱方法選擇：隨爐溫加熱理由：變形量少，加熱組織均勻6.1.3滲碳介質選擇：煤油和甲醇理由：苯和酒精提供C,其中酒精還有調節C濃度的作用6.1.4保溫時間選擇：保溫時間約為8h理由：該鋼件的滲碳層深度技術要求為1.2?1.5mm,參照試棒送檢，一般強滲時間約為5h,擴散時間約為3h[3]6.1.5冷卻方法選擇：隨爐預冷到880C6.1.6冷卻介質選擇：煤油和甲醇6.1.7滲碳化學處理及一次淬火的工藝曲線圖

溫度佗溫度佗時間h/圖時間h/②裝蓋應蓋緊，減少漏氣，爐內保持正壓，廢氣應點燃。③嚴禁在750°C以下向爐內滴注任何有機溶液。每次滲碳完畢后，應檢查滴注器閥門是否關緊，防止低溫下有機溶液滴入爐內造成爆炸。6.2滲碳化學熱處理中材料的組織、性能6.2.1滲碳化學熱處理加熱到920°C后的組織及性能⑻包括：①正常溫度的組織及性能：全部轉變為奧氏體加熱溫度不足的組織及性能：有鐵素體殘余，塑性韌性較低加熱溫度過高所產生的組織及性能:奧氏體晶粒粗大，加熱溫度過高時,出現過燒現象，晶界局部熔化，零件報廢。6.2.2滲碳保溫時零件的組織轉變原子充分擴散，奧氏體成分均勻化6.2.3預冷到880C后的組織及性能包括：①正常預冷到880C的組織及性能：奧氏體的碳含量降低，Ms點提高，熱應力減小。②預冷溫度過低的組織及性能：溫度過低，零件表面會出現屈氏體，心部將析出較多鐵素體。6.2.4滲碳化學熱處理常見缺陷及防治措施表6.2滲碳件常見缺陷及防止措施[9]缺陷形式形成原因及防止措施返修方法表層粗滲碳劑活性太咼或滲碳保溫時間過長在低碳式氣氛下延大塊狀或網長保溫時，重新淬火.狀碳化物高溫加熱擴散后再淬火冷處理表層大淬火溫度過高，奧氏體中碳及合金元素高溫回火后，重新量殘留奧氏含量較高；降低滲碳活性，降低直接淬火加熱淬火體或重新加熱淬火的溫度采用合適的加熱溫度，重新淬火6.3滲碳爐井式氣體滲碳電阻爐設備型號：RJJ—35—9T額定功率：35KW額定電壓：380V相數：3額定溫度:950°C工作空間尺寸（直徑X深度）/mmXmm：300X600在950C時的有關指標：空爐損耗功率/KW：W9；空爐升間/h：W2.5；最大裝載量/Kg：1006.4滲碳化學熱處理中的裝具注：裝爐量為200個，共疊50層，每層4個，爐子最大載荷為100kg,工件單量0.4kg。七?調質（淬火加高溫回火）的熱處理工藝調質可以使鋼的性能，材質得到很大程度的調整，其強度、塑性和韌性都較好,具有良好的綜合機械性能。調質處理后得到回火索氏體。7.1淬火工藝7.1.2加熱溫度選擇：880°C理由：低合金鋼的加熱溫度范圍為Ac3+30?50°C；且其Ac3為780C，但零件中含有較高的Ni和Cr,綜合考慮，可選溫度為880C。其目的是為了加速奧氏體化而又不引起奧氏體晶粒粗化。7.1.2加熱方法選擇：隨爐加熱理由：簡單易操作控制7.1.3加熱介質選擇：氮氣理由：由于加熱溫度過高，零件容易氧化脫碳，氮氣可以很好的防護，使金屬燒損、性能降低。7.1.4保溫時間選擇：0.5h理由：由經驗公式t=aKD=1.5XlX20=30mina是保溫時間系數一般取1.5K是工件裝爐修正系數一般取1?1.5，這里取1D是工件有效厚度，這里為20mmt是保溫時間7.1.5冷卻方法選擇：油淬理由：20Cr2Ni4A是高合金結構鋼，Ni和Cr的含量較高，油介質在其奧氏體不穩定區有最好的冷卻速度，減少殘余奧氏體，殘余應力。7.1.6冷卻介質選擇：10號機油理由：機油冷卻速度在500—350r最快，這種冷卻特性最符合該工件冷卻特性。7.2回火工藝參數高溫回火目的：消除淬火時產生的殘余應力，提高材料的塑性和韌性，穩定工件尺寸,或得良好的綜合力學性能。7.2.1加熱溫度選擇：680°C理由：在鋼的Ac1溫度以下，20Cr2Ni4A鋼的Ac1為720C，且是高溫回火，故可以選溫度為680°C。7.2.2加熱方法選擇：隨爐溫加熱理由：簡單易操作控制，且不易產生應力7.2.3加熱介質選擇：氮氣理由：由于加熱溫度過高，零件容易氧化脫碳，氮氣可以很好的防護，使金屬燒損、性能降低。7.2.4保溫時間選擇：1h理由：一般根據工件截面厚度而定，一般每25mm厚度保溫1~2h，該工件有效厚度15mm,回火溫度較高時，可以適當縮短，故為lh。7.2.5冷卻方法選擇：空冷理由：為了減少殘余應力，在回火后一般在空氣中冷卻。7.2.6冷卻介質選擇：空氣7.3調質處理后檢驗方法內容：硬度范圍應在250?280HBW方法：通過加載將鋼球壓頭壓入被檢測的金屬零件表面，根據單位壓痕面積上所受的負荷大小來確定硬度值。HB=P/F=P/DtnF：凹陷壓痕的面積t：壓痕凹陷的深度檢測面應是光滑平面。7.4工藝曲線圖操作守則：a.淬火加熱和保溫應確定原始組織完全奧氏體化；b.淬火冷卻速度能夠確保大多數奧氏體轉變馬氏體組織，零件表層鐵素體體積分數不得超過3%?5%。7.5材料的組織、性能7.5.1加熱溫度后的組織及性能回火正常溫度的組織和性能回火索氏體，良好的綜合力學性能淬火正常溫度的組織和性能大部分接近平衡狀態的組織，為奧氏體；工件較軟，塑韌性好回火加熱溫度不足的組織及性能下貝氏體，硬度較高，塑性和韌性差淬火溫度不足的組織及性能奧氏體和殘留碳化物。加熱溫度低于AC],組織中會保留一部分滲碳體，使淬火強度，硬度高回火加熱溫度過高的組織及性能上貝氏體，易產生回火脆性淬火加熱溫度過高的組織及性能奧氏體晶粒細化，但易脫碳氧化7.5.2保溫時零件的組織轉變回火后轉變為索氏體，淬火保溫時奧氏體不發生轉變，工件心部和表面組織和性能差異不大。7.5.3冷卻到室溫后的組織及性能回火正常冷卻后的組織及性能回火索式體和殘余奧氏體，良好的綜合力學性能淬火正常冷卻后的組織及性能得到馬氏體還有一部分殘余奧氏體回火冷卻速度不足的組織及性能少量的鐵素體和屈氏體和殘余奧氏體，易產生回火脆性淬火冷卻速度不足的組織及性能摻雜一定的珠光體、奧氏體，使硬度、強度降低回火冷卻速度過大的組織及性能少量的鐵素體和屈氏體晶粒與正常態比細化了，硬度較高，不易加工，工件易變形。淬火冷卻速度過大的組織及性能有較多的馬氏體和殘余奧氏體，硬度較高7.5.4產生缺陷預測及防護[10]工件表面脫碳嚴重由于工件在氧化氣氛的加熱爐中加熱時間過長、溫度過高所致。解決辦法是合理選擇加熱溫度和保溫時間，或選擇保護氣氛加熱爐、真空爐等加熱設備。力學性能過低這是由于淬火加熱溫度低游離態鐵素體未完全溶入奧氏體中所致；或是原材料鋼材的淬透性差；或是由于回火溫度過高或過低所致。解決方法為：調整淬火溫度；調整回火溫度。淬裂由于原材料內部缺陷所致；淬火冷卻過于激烈；尖角溝槽處應力集中，切削刀紋粗大；工件表面脫碳。7.6熱處理設備使用與低溫退火時相同的熱處理爐，裝爐量和夾具也相同，如以上第1節退火所示。八.二次淬火的熱處理工藝兩次加熱加熱淬火的目的是細化滲碳層中馬氏體晶粒，獲得隱晶馬氏體，殘余奧氏體及均勻分布的細粒狀碳化物的滲碳組織。8.1加熱溫度選擇：780°C理由：第二次淬火加熱溫度選擇在高于滲碳層成分的Ac20Cr2Ni4A的Ac為720C,1,1綜合工件尺寸和裝爐量，780C最為合適。8.2加熱方式選擇：隨爐加熱理由：簡單易操作控制，且不易產生應力。8.3加熱介質選擇：氮氣理由：加熱溫度過高，零件易氧化脫碳，氮氣很好防護，使金屬燒損、性能降低。8.4保溫時間選擇：14min理由：經驗公式：合金鋼在空氣電阻爐中加熱的經驗公式為t（1.2?1.5）D[4]D—計算厚度或直徑計算結果：1.4X10=14故取14min8.5冷卻方法選擇：油淬理由：20Cr2Ni4A是高合金結構鋼，Ni和Cr的含量較高，油介質在其奧氏體不穩定區有最好的冷卻速度，減少殘余奧氏體，殘余應力。

8.6冷卻介質選擇：10號機油理由：10號機油冷卻速度在500—350°C最快，這種冷卻特性最符合該工件冷卻特性。表8.610號機油的冷卻能力[5]特性溫度/C特性時間/s800?400C冷卻/s4604.85.058.8淬火熱處理爐與低溫退火相同，裝爐量，夾具，裝爐方式等見第5章低溫退火。8.9淬火后組織組成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殘余奧氏體。九.低溫回火熱處理工藝將淬火后的鋼材或零件加熱到臨界點（Ac1）以下的某一溫度，保溫一定的時間后，以一定速度冷卻至室溫的熱處理工藝。9.1加熱溫度選擇：220°C理由：20Cr2Ni4A是高合金鋼，查手冊可知，20Cr2Ni4A熱處理規范中，回火溫度最佳范圍是200?225C，綜合零件尺寸和裝爐量等因素考慮，220C最為合宜。9.2加熱時間選擇：40min理由:經過二次淬火后，鋼件殘余應力減少，綜合零件尺寸和較高Ni和Cr含量，加熱時間40min合理。9.3加熱方式選擇：到溫加熱理由：用空氣電阻爐采取到溫加熱方式，減少工件加熱時間，回火后硬度下降較小。加熱介質選擇：空氣冷卻方式選擇：空冷理由：低溫回火一般使用空氣冷卻。96冷卻介質選擇：空氣9.7.低溫回火工藝曲線圖圖9.7回火工藝曲線圖.回火冷卻到室溫后的組織及性能包括：①正常冷卻后的組織及性能：表面高碳回火馬氏體，心部低碳回火馬氏體。冷卻速度不足的組織及性能：奧氏體向馬氏體轉變不完全，有過多的奧氏體生成，硬度較低。冷卻速度過大的組織及性能：馬氏體過多，硬度較高，塑性韌性較低。.設計的熱處理處理可能產生的缺陷預測及原因，消除缺陷的方法回火硬度偏高。產生原因是回火不足。對策：提高回火溫度，延長回火時間。回火硬度低。產生的原因是回火溫度過高或淬火組織中有非馬氏體組織。對策：降低回火溫度；改進淬火工藝，提高淬火溫度。回火畸變。產生原因是淬火應力回火時松弛，引起畸變。對策：加壓回火或趁熱校直。回火硬度不夠。產生的原因是回火爐溫不均，裝爐量過多，爐氣循環不良。對策：爐內應有氣流循環風扇或減少裝爐量。網狀裂紋。產生的原因是回火加熱溫度過快，表層產生多向拉應力。對策：采用較緩慢的回火加熱速度表面腐蝕。產生的原因是帶有殘鹽的工件回火前為未及時清洗。對策：回火前應及時清洗殘.熱處理后檢驗方法表4.1回火件的質量檢驗方法及設備[11]質量檢驗方法 探傷檢驗。裂紋及傷痕的檢驗應包括肉眼鑒別與各類無損探傷方法。普通件應做