38CrMoAlA钢的热处理课程设计Word文档下载推荐.docx
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丝杠整体要有一定的刚度和强度,在工作中不能产生大的挠度和塑性变形,因此必须具有较好的综合力学性能和高的尺寸稳定性。
同时其相关工作部位也要求具有高的磨损抗力,高的接触疲劳强度即具有高强度、高硬度与足够的耐磨性。
还要求丝杠在工作过程中,具有传动灵敏、平稳、定位精度和重复精度高等要求;
对于在腐蚀介质和较高温度下工作的丝杠,还要求具有耐腐蚀性和耐热性等。
4.3材料的选择——38CrMoAlA钢
38CrMoAlA钢属于合金结构钢,国内执行标准GB/T3077-1999。
38CrMoAl是一种专用氮化钢,经过热处理和精加工后的38CrMoAlA钢具有很高的表面硬度、耐磨性及疲劳强度,并具有良好的耐热性及腐蚀性。
处理后尺寸精度高,通常38CrMoAl氮化后的表面硬度在HV800以上。
4.438CrMoAlA钢化学成分
化学成分
碳(C)
硅(Si)
锰(Mn)
铝(Al)
钼(Mo)
铬(Cr)
含量(%)
0.35~0.42
0.20~0.45
0.30~0.60
0.70~1.10
0.15~0.25
1.35~1.65
铝(Al)作用:
38CrMoAlA合结钢材料中的Al(铝),能与空气中的O(氧)化学反应生成Al2O3(三氧化二铝).从而行成保护膜,既防腐又耐腐。
钼(Mo)作用:
钼对铁素体有固溶强化作用;
提高钢热强性;
抗氢侵蚀的作用;
提高钢的淬透性。
铬(Cr)作用:
铬可提高钢的强度和硬度;
铬可提高钢的高温机械性能;
使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性;
提高淬透性。
此外,Cr、Mo、Al、Si等元素对丝杠表面渗氮层厚度有一定的影响,如下图:
4.538CrMoAlA钢相变点
临界点
Ac1
Ac3
Ar1
Ar3
Ms
温度(近似值)℃
760
885
675
740
360
4.6热处理工艺的总体制定
零件加工流程:
下料——粗加工——调质——精加工——氮化。
调质:
淬火915—935℃,油淬,回火600—650℃,时间1—2h。
氮化:
采用气体等温渗氮法。
渗氮温度500—520℃;
渗氮时间x=K√t,K—常数,x—渗层深度;
氨分解率15—35%;
渗氮温度/℃
450-500
500-520
520-540
540-560
560-600
氨分解率(%)
15-25
20-35
35-50
40-65
55-70
五、制定热处理工艺依据及具体参数确定
零件名称:
精密淬硬丝杠(精度在6级或6级以上)
零件参数:
丝杠直径80mm,长度1500mm。
5.138CrMoAlA钢调质处理
(1)调质处理:
淬火加高温回火,获得回火索氏体。
调质目的:
对要进行氮化的工件,要求其氮化前有均匀而又细致的组织(即回火索氏体),以保证工件心部有较高的强度和良好的韧性,不允许存在游离铁素体,表面不能有脱碳层,氮化前的表面粗糙度应小于Ra1.6um,从而提高其综合力学性能,为氮化做好必要的组织准备,因此氮化工件都必须进行调质处理。
调质可以使38CrMoAlA钢的性能,材质得到很大程度的调整,其强度、塑性和韧性都较好,具有良好的综合机械性能。
(2)①淬火温度:
Ac3+30—50℃;
②淬火方式:
油淬;
③淬火设备:
45KW中温箱式电阻炉
④淬火时间:
t=αKD;
式中t——加热时间(min);
α——加热时间系数(min/mm),参考表1;
D——工件有效厚度(mm),参考表2;
K——工件装炉方式修正系数,参考表3。
表1合金钢在各种介质中的加热时间系数
工件材料
工件直径/mm
<
600℃箱式炉中加热
750~850℃箱式炉中加热或预热
850~950℃箱式炉或井式炉中加热
1000~1300℃高温盐炉中加热
碳钢
≤50
﹥50
0.3~0.4
0.4~0.5
1.0~1.2
1.2~1.5
合金钢
0.45~0.50
0.50~0.55
1.5~1.8
高合金钢
0.30~0.40
0.30~0.35
0.17~0.2
高速钢
0.65~0.85
0.16~0.18
根据所选设备及上表得,取α=1.5。
表2不同形状和尺寸的工件加热计算时的特征尺寸及形状系数
工件形状
特征尺寸s
形状系数k
球
球径
0.7
立方体
边长
圆柱
直径
1.0
菱形
环
环宽度
1.5
换厚度
板
厚度
管材
壁厚
开口通管2.0;
长管4.0;
闭口管4.0
根据上表,可以计算出工件的有效厚度:
D=直径×
形状系数=80×
1.0=80(mm)
表3装炉方式修正系数
据表知,K=1.0。
综上所述,淬火时间t=αKD=1.5×
80×
1.0=120min,即2h。
(3)①回火温度:
600—650℃;
回火温度(℃)
回火硬度(HRC)
渗层深度(mm)
720
21—22
0.51—0.58
700
22—23
0.50—0.51
680
24—26
0.46—0.49
650
29—31
0.40—0.43
620
32—33
0.38—0.40
590
34—35
0.37—0.38
570
36—37
所以选择回火温度:
650℃。
②回火冷却介质:
油冷;
③回火设备:
5KW中温箱式电阻炉;
④回火时间:
2h左右。
⑤回火工艺图:
915—935℃
600—650℃
AC3
AC1
油冷
淬火
高温回火
温度
/℃
时间/h
(4)调质后硬度:
200—220HBW。
(5)调质对变形的影响:
由于淬火过程中马氏体转变时体积变化产生,材料受到外部应力时,超过弹性极限即产生塑性变形,超过断裂极限即产生开裂,所以淬火后要进行适当的回火或退火以去除内应力,提高韧性和疲劳强度。
5.238CrMoAlA钢氮化处理
(1)渗氮的目的:
渗氮能使钢铁零件得到比渗碳淬火具有更高硬度、耐磨性、抗咬合性能、红硬性和良好疲劳强度的渗氮层;
由于渗氮温度低和渗氮后的渗氮层具有高的硬度,因而零件渗氮后不进行淬火工艺,故渗氮零件的变形很小。
渗氮后工件还具有抵抗大气、水分及某些介质的腐蚀能力。
(2)氮化操作流程:
氮化前的准备工作——升温——保温渗氮——冷却。
①渗氮前的生产准备:
a.去污处理。
零件装炉前要用汽油或酒精进行脱脂、去污处理,零件表面不允许有锈蚀及脏污。
b.渗氮件的表面质量应良好,不允许有脱碳层存在,因此,零件在预先热处理前应留有足够的加工余量,以便在渗氮前的机加工能将脱碳层全部去除,以保证渗氮层的质量。
c.装炉前检查设备和渗氮夹具、电系统、管道、氨分解测定仪等应保证正常使用;
渗氮夹具不允许有赃物或氧化皮,如有应清除。
d.随炉试样。
随炉的试样应与渗氮零件通材料并经过同样的预先处理。
②排气升温:
通常采用先通氨排气后升温,以防止零件升温时发生氧化。
但是为了缩短工艺周期,也可以在排气的同时升温,但应适当加大送入炉内的氨量,争取零件在较低温度时排除炉内的空气。
变形要求不严的零件可以不控制升温速度,否则应采用较慢的加热速度,或者采用分段加热的方法,以减少零件加热时因热应力引起的变形。
当炉温升到450℃左右时,应控制加热速度不要太快,以免造成保温初期的超温现象。
同时,加大氨的流量,使其分解率控制在工艺要求的下限,保证零件到温后炉气具有较高的活性,提高渗氮速度。
③保温:
当渗氮罐内的温度达到要求的渗氮温度时,就进入保温渗氮阶段。
在保温渗氮阶段应按工艺要求正确地调节、控制渗氮温度、氨气流量或氨的分解率和炉内压力的正确和稳定,并每隔半小时检测一次氨的分解率,保证炉内的氨势符合要求,使渗氮工艺正常进行。
加热保温阶段应保持炉内正压力为20—40mm油柱,以防空气窜入炉内使工件氧化和破坏正常炉气。
因为氨极易溶于水,所以测量炉压用的U形管中通常装入油。
④冷却:
渗氮结束,停电降温,但是仍应保持一定的氨流量并维持炉内正压,以预防零件氧化。
变形要求不严的渗氮零件,可将渗氮罐吊出炉外并加大氨流量,加快零件冷却。
较快冷却有利于防止渗氮层的脆性。
对于容易变形零件如复杂形状或细长零件,为了减少热应力引起的变形,渗氮零件可随炉冷却。
(3)渗氮方式:
气体等温渗氮法;
表一渗氮温度对38CrMoAlA钢渗氮层深度的影响
渗氮温度越高,扩散速度越快,渗氮层厚度越大。
但渗氮温度超过550℃,合金氮化物将发生聚集、长大,而使硬度下降。
表二渗氮时间对38CrMoAlA钢渗氮层硬度的影响
渗氮初期,钢的硬度随渗氮时间增大而增大。
增大到一定值后,随渗氮时间增大而减小。
气体渗氮以氨气作为提供活性氮原子的介质。
加热时,氨分解反应如下:
2NH33H2+N2
平衡常数:
(P’H2)3×
PN2
(P’NH3)2
Kp愈大,则氨分解的趋势愈大,达到平衡时气相中残余氨的量愈小。
表三氨分解反应的平衡常数与残余氨量
氨分解反
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