20CrMO热处理工艺设计Word文档下载推荐.docx
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2.1.1服役条件、失效形式.
2.1.2性能要求
2.2齿轮材料的选择
2.320CrMo齿轮的热处理工艺设计
2.3.120CrMo的工艺流程
2.3.220CrMo的热处理工艺设计...
2.420CrMo齿轮的热处理工艺理论基础
2.9热处理工艺卡
2.9.120CrMo正火工艺卡
2.9.220CrMo渗碳工艺卡
2.9.320CrMo淬火工艺卡
2.9.420CrMo回火工艺卡
3.参考文献.
1齿轮热处理概述
齿轮或一般都要承受交变载荷甚至冲击载荷,接触应力大,齿面易磨损。
因此,对齿轮的要求是表面硬且耐磨,心部强而韧,具有高的抗疲劳强度,表面不崩裂,不压陷,不点蚀,为了满足这些性能的要求,常常采用低碳钢经正火、渗碳、淬火加低温回火的热处理工艺。
正火是一次预备热处理,主要目的是为了提高钢的硬度,便于钢坯的切削加工。
渗碳的目的是提高工件表面材料的含碳量,以便在后续淬火工序中得到高的表面硬度,同时保持芯部韧性,淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变,得到马氏体或贝氏体
组织,然后配合以不同温度的回火,以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等,回火目的是减低或消除淬火钢件中的内应力,或降低其硬度和强度,以提高其延性或韧性,提高零件尺寸的稳定性。
通过齿轮的热处理的分析,更加明确在执行热处理工艺过程中所需要注意的问题。
能够正确确定加热温度、时间,保温时间,冷却方式,其目的就是通过正确的热处理工艺,使金属材料的潜在能力得到充分的发挥。
根据齿轮的工作条件,失效形式及性能要求,本设计选择20CrMo钢作为渗碳齿轮
材料;
在设计正火-渗碳-淬火-低温回火热处理工艺中,借鉴了《热处理工程师手册》,《钢的热处理》,《金属材料学》,《机床零件用钢》,《齿轮热处理译文集》等。
根据工艺设计的理论基础设定了完整的热处理工艺流程,使热处理的20CrMo齿轮表面除具有高硬度,高耐磨性外高的疲劳强度,还要使心部具有高的强度和韧性,从而满足齿轮的质量要求。
2.1齿轮的服役条件、失效形式及性能要求
2.1.1服役条件、失效形式
齿轮工作时,全部扭矩作用在啮合的轮齿的齿根上,使其承受很大的弯曲应力和交变应力,而且是周期性地作用于每一个轮齿上,使其承受复交变应力的作用。
齿轮在啮合传递扭矩的过程中转速变化范围广,齿轮表面承受较大的接触应力,并在高速下承受强烈的摩擦力。
齿轮有时在过载和强烈冲击条件下工作,使齿轮出现多种不同的失效形式如下:
1.接触疲劳:
在齿面上出现浅层麻点和深层剥落。
主要发生在高速长时间运行之后。
2.弯曲疲劳:
局部或整个牙断裂。
主要出现在过载、冲击的使用条件下。
3.磨损:
齿面相互滑动造成的擦伤和磨损。
主要发生在载荷过大、转速较低的情况下。
此外,变速箱齿轮端部会发生撞击磨损。
2.1.2性能要求
表面要求耐磨,心齿硬度为58-63HRC;
齿根硬度为33-45HRC;
其余力学性能要求为:
抗拉强度Cb>
1000MPa;
屈服强度oS:
>
49CMPa伸长率S5(%:
)>
11;
断面收缩率书(%)
>
45;
冲击功Akv(J):
55;
冲击韧性值okv(J/cm2):
69⑺
2.2齿轮材料的选择
1.根据齿轮的承载能力:
具体齿轮材料的选用主要是根据齿轮工作时载荷的大小、转速的高低及齿轮的精度要求来确定的。
载荷大小主要是指齿轮传递转矩的大小。
通常以齿面上单位压应力作为衡量标志。
一般分为:
轻载荷、中载荷、重载荷和超重载荷。
齿轮工作时转速越大,齿面
和齿根受到的交变应力次数越多、齿面磨损越严重。
因此可以把齿轮转动的圆周速度V
的大小作为材料承受疲劳和磨损的尺度。
一般分为低速齿轮(1〜9m/S)、中速齿轮(6〜
10m/S)、高速齿轮(10〜15m/s)。
齿轮的精度高,则齿形准确,公差小,啮合紧密,传动平稳且无噪声。
机床齿轮精度一般为6〜8级(中、低速)和8〜12级(高速)。
拖拉机小齿轮精度一般为6〜8级。
2.根据齿轮的失效形式:
由齿轮的失效形式可知齿轮的基本要求为:
(1)齿面应有足够的硬度;
(2)齿芯应有足够的强度和韧性;
(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能。
3.根据齿轮的工作条件来选择:
对于一般比较简单的小磨具渗碳齿轮,心部主要保证有足够的韧性,采用低碳钢即可,但对于受载荷较大的齿轮来说,不仅仅要求心部有足够的硬度,外部还要有高的强度。
常见用来制作齿轮金属的金属材料为锻钢(软齿面,硬齿面),铸钢,铸铁,齿轮
它的受力较大、受冲击较频繁因此对材料要求较高。
由于弯曲与接触应力都很大,所以重
要齿轮都需要渗碳、淬火处理以提高耐磨性和疲劳抗力。
为了保证心部有足够的强度及韧性、材料的淬透性要求较高,心部硬度应在HRC35〜45。
所以选择20CrMo作为制造齿轮的材料。
通过查找《热处理手册》获得20CrMo的C曲线:
7010
so
卿版屮I
鹹TI』I
IF10»
ZOCrMo钢连续洽却转®
曲线⑴即
1•下料--毛坯锻造--正火--加工齿形--渗碳--预冷淬火--低温回火--喷丸--磨齿
2.锻造工艺设计造齿轮轴的毛坯经过锻造后获得基本的形状。
锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形,已获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。
齿轮轴的锻造工艺与齿轮相差不大,用棒料镦经切削加工制成的齿轴,其纤维组织弯曲呈放射状,所有齿部的正应力都平行于纤维组织的方向,力学性能得到很大的提高。
《热查阅处理工艺规范数据手册》可以找出20CrMo钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式,本设计具体的锻造工艺参数如下表所示
20CrM钢的热加锻造工艺规范图
项目
加热温度
始锻温度
终锻温度
钢坯
1200C
1240〜1260r
750r
经锻造将获得最大外径约是88mm,高26mm的齿坯,采用缓冷。
下图是20CrMo齿轮零件图。
2X45°
£
心
05
8
图220CrMo拖拉机齿轮零件图
2.3.220CrMo的热处理工艺设计
1.正火处理
正火处理可消除齿轮内部过大的应力,目的是为了细化晶粒、改善组织,增加齿轮的韧性、改善材料的切削性能,为最终热处理做好准备。
2.20CrMo的渗碳处理:
常用的渗碳方法有:
固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳。
气体渗碳最为常用其所用渗剂的原始状态可以是气体,也可以是液体如煤油。
但在化学热处理炉内均为气态。
对所用渗剂要求能易于分解为活性原子,经济,易于控制,无污染,渗层具有较好性能。
由于含碳量低,塑性和韧性较高,硬度和耐模性差,所以使用气体表面渗碳热处理,在表面层可获得板条状的马氏体体组织,即高硬度达到58HRC以上,但心部仍然是较高塑性
和韧性,硬度为33-45HRC,屈服强度於:
)>
11
3.淬火处理
面获得高硬度、强度、耐磨性和抗接触疲劳性能,心部仍高强韧性。
要求淬火后心齿硬度为58-63HRC;
抗拉强度ob>
屈服强度oS:
490MPa伸长率S5(%:
11。
4.低温回火
回火可以降低内应力,稳定组织和尺寸,大大提高韧性和得到良好的综合力学性。
抗拉强度Cb>
屈服强度08:
为85伸长率S5(%)>
断面收缩率书(%)>
45;
2.420CrMo齿轮的热处理工艺理论基础
2.4.120CrMo的正火工艺理论基础
1.正火目的:
降低材料的硬度,便于切削加工,去除材料的内应力和组织硬化现象,为下一步的渗碳处理做准备。
2.正火温度的选择:
20CrMO勺为825r,为促使奥氏体均匀化,增大过冷奥氏体稳定性,选择的加热温度在930~950C。
I+O0d
I
1Mo-
I200-
IloO■
FeO.?
IQ1.52.U2JJ.CJJ5-5.j56.0&
斡
图4铁碳
相图
3.加热方法及保温时间:
采用到温加热的方法,是指当炉温加热到指定温度时,再将工件装进热处理炉进行加热。
这样做的原因是避免金属组织的出现不需要的相转变,加热速度快,节
约时间。
便于小批量生产。
选定的依据:
加热时间可按下列公式进行计算:
t=aXKXD,式中t为加热时间(min),K为反映装炉时的修正系数,可根据表2.2取K为1.4。
a为加热系数min/mm,加热系数a可根据钢种与加热介质、加热温度进行取值,参数见表2.3。
D为工件的有效厚度(mm,
由公式可知,工件厚度=(工件最厚处直径+工件最薄处直径)/2。
可得t=aXKXDo
4.冷却方式:
出炉后空气冷却。
正火组织:
细珠光体+铁素体
2.4.220CrMo的气体渗碳工艺理论基础
⑴渗碳的目的:
渗碳后进行淬火与回火,使其心部保持良好的韧性的同时,表层获得高的强度、硬度和耐磨性
(2)渗碳温度:
进行气体渗碳,加热900~920C,以0.15~0.2mm/h计保温时间,加热温度不超过920E,以避免晶粒粗大。
渗碳进行淬火回火处理,淬火加热820~850E,保温后油冷,180E低温回火。
(3)渗碳介质:
甲醇和煤油
(4)渗碳温度时间:
渗碳温度在Ac3以上,考虑碳在钢中的扩散速度等因素,目前再生产上广泛采用温度为910~930C
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- 20 CrMO 热处理 工艺 设计