XW万能升降台铣床摩擦片DOCWord格式.docx

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所以A3钢既符合经济性、适用性又符合工艺性能和技术要求。

综上所述，X62W万能升降台铣床摩擦片的材料选用的是A3钢是较为合理的。

3.2零件用钢化学成分及各元素的作用

3.2.1化学成分分析

Q235这种钢的化学成分包括：

C元素，Mn元素，Si元素，S元素，P元素。

各元素含量如下表所示[1]：

表1Q235化学成分及含量

化学成分

C

Mn

Si

S

P

含量

0.14%-0.22%

0.30%-0.65%

0.30%

≤0.050%

0.045%

3.2.2各元素的作用

硅（Si）：

是钢中常见的还原剂和脱氧剂，能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，用于低碳钢中具有极高的导磁率。

硫（S）：

在通常情况下是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。

硫元素对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。

如果S形成硫化物以后有可能增加钢的热脆性。

若S含量在0.2%以上，就会严重影响钢的强度和韧性。

磷（P）：

使液相线与固相线温度范围加大，易形成严重偏析。

磷是固溶强化铁素体元素，能显著提高钢的抗拉强度，也能提高钢的耐蚀性，但却增加钢的脆性，尤其是显著降低钢的低温韧性，称为冷脆，磷也增加钢对回火脆性的敏感性。

因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。

锰（Mn）：

是良好的脱氧剂和脱硫剂。

钢中一般都含有一定量的Mn，它能消除和减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。

Mn也能增加钢的淬透性。

4确定加工路线（冷、热加工）

加工工艺主要包括机加工和热处理工艺。

机加工是指通过加工机械精确去除材料的加工工艺。

热处理是指采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能工艺。

所以，其加工工艺为：

下料→锻造→正火→机械加工→亚温C-N共渗淬火→回火→精磨平面→成品。

5热处理工艺方法选择

5.1正火工艺的选择

正火是将钢加热到Ac3以上30-50℃（亚共析钢），保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺[2]。

正火作为预先热处理，可为机械加工提供好适宜的硬度，又能细化晶粒，消除应力，消除魏氏组织和带状组织，为最终热处理提供合适的组织状态。

正火还可以作为最终热处理，为某些受力小、性能要求不高的碳素结构钢零件提供合适的力学性能。

正火还能消除过共析钢的网状碳化物，为球化退火作好组织准备。

对于大型零件及形状复杂或截面变化剧烈的工件，用正火代替淬火和回火可以防止变形和开裂。

正火的保温时间应以工件透烧，即心部达到要求的加热温度为准。

正火是将钢加热到奥氏体区，使钢进行重结晶，从而解决铸钢件，锻件的粗大晶粒和组织不均匀问题。

因为正火的应用范围是低中碳钢和低合金结构钢铸，锻件消除应力和淬火前的预备热处理，某些低温化学热处理件的预备热处理及某些结构钢的最终热处理。

因为A3钢属于低碳钢，所以选用正火作为预备热处理为宜。

5.2C-N共渗热处理工艺的选择

按传统典型热处理工艺（工艺流程：

机加工一渗碳一淬火一装胎回火一机加-二次回火）处理后变形较大。

金相检查发现:

渗碳层晶粒粗大，淬火马氏体针状组织粗大，渗碳浓度高，渗碳层不够均匀。

在装胎回火时有压裂，磨削加工时出现磨削裂纹，导致脆性增加和刚性不足。

为了提高摩擦片使用寿命，经试验采用亚温C一N共渗淬火强化工艺。

C-N共渗是“C”与“N”原子同时渗入钢表面，兼有渗碳和渗氮的长处共渗温度较低，氮降低临界温度，提高碳原子的扩散速度和渗层淬透性，而降低渗层临界淬火速度，提高过冷奥氏体稳定性，减小淬火变形和裂纹。

与渗碳比有较高耐磨性、抗蚀性、抗疲劳、抗咬合和有较高的抗压强度等，但仅适宜浅层共渗。

控制摩擦片变形是热处理关键工序之一。

C-N共渗前将摩擦片串装在花键心轴上,片与片间隔2mm,便于共渗气体流动。

共渗保温后直接淬150-180℃硝盐,内孔和花键变形微小,均在公差范围内,仅平面翘曲约有30~40%超差,但经280+10℃装胎回火后合格率100%。

硬度HRC40-50。

工艺特点:

C-N共渗层均匀，硝盐淬火变形小，C-N化合物脆性小、硬度高、耐磨性好，有良好的弹性等，比常规渗碳高温淬火使用寿命提高一倍多；

且简化了工艺，质量易控制，操作方便，节约能源，有明显经济效益。

碳-氮共渗包括气体碳-氮共渗和液体碳氮共渗。

气体碳-氮共渗工艺是将含碳，氮元素的介质通入密封的井士炉中，在一定的温度下发生化学反应，生成活性[C]、[N]原子，向工件表面渗透，使零件表面一定深度下获得高碳，氮化学成分，经淬火后，表层获得高硬度，反应介质选用价格便宜又易得到的灯用煤油和液氮。

液体碳-氮共渗即盐浴碳氮共渗，因最早的盐浴采用的是氰盐作为共碳、氮剂，故也俗称氰化。

盐浴碳氮共渗设备简单，但是最大的缺点是盐浴中含有剧毒的氰盐，造成环境污染甚至危及人身安全。

液体碳-氮共渗主要用于中，轻载荷下的工件，渗层要求较薄，一般在0.8mm以内，共渗温度通常在820℃-870℃之间。

在这里为了满足摩擦片的性能要求，我选则的是气体碳-氮共渗化学热处理工艺。

5.3淬火工艺的选择

常用的淬火方法有单液淬火法、中断淬火法（双淬火介质淬火法）、分级淬火法、等温淬火法。

单液淬火法，把已加热到淬火温度的工件淬入一种淬火介质，使其完全冷却。

它是最简单的淬火方法，常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。

中断淬火法（双淬火介质淬火法），把加热到淬火温度的工件，先在冷却能力较强的淬火介质中冷却至接近Ms点，然后转入慢冷的淬火介质中冷却至室温，以达到在不同淬火冷却温度区间，有比较理想的淬火冷却速度。

分级淬火法，把工件由奥氏体化温度淬入高于该种钢马氏体开始转变温度的淬火介质中，在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后缓慢冷至室温，发生马氏体转变。

等温淬火法，工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织，这种淬火方法称为等温淬火。

经碳氮共渗后可直接从碳氮共渗保温的温度淬火，这里选用单液淬火法。

碳氮共渗后直接淬火，不仅畸变较小，而且可以保护共深层表面的良好组织状态。

淬火选择在有机淬火剂中，可是变形微小，80%以上合乎技术要求，约20%摩擦片变形超差，经裝胎回火后全部合格。

5.4回火工艺的选择

回火是将淬火钢重新加热到Ac1以下某一温度，保温后冷却的热处理工艺。

目的是消除淬火内应力，以降低钢的脆性，防止产生裂纹，同时使钢获得所需的力学性能。

回火分为低温回火，中温回火还有高温回火。

低温回火：

在150~2500C之间进行的回火称为低温回火，回火后的组织为回火马氏体。

低温回火的目的是在保持高硬度、高强度的前提下，降低钢的淬火内应力，减小其脆性，主要用于处理各种工具、量具、冷作模具、滚动轴承以及渗碳件等。

中温回火：

在350~5000C之间进行的回火称为中温回火，回火后的组织为回火屈氏体。

中温回火后的钢具有最高的弹性极限和足够的韧性，主要用于处理各种弹簧，也可以用于处理要求高强度工件，如刀杆、轴套等。

高温回火：

在500~6500C之间进行的回火称为高温回火，回火后的组织为回火索氏体。

淬火加高温回火的热处理工艺称为调制处理。

调制处理后的工件既具有高的强度又具有良好的塑性韧性，即具有高的综合力学性能，故调制处理被广泛用于要求高强度并受冲击或交变负荷的重要工作，如连杆、轴等。

与正火处理相比，在硬度相同的情况下，调制处理后钢的屈服强度、塑性和韧性明显提高了。

为得到硬度、强度、塑韧性及耐磨性都比较好的零件，在这里我们采用低温回火最为合适。

6制订热处理工艺制度

6.1正火工艺的制定

6.1.1正火加热温度的确定

低碳钢正火加热温度为Ac3以上30-50℃,所以对于Q235钢来说，选用的正火温度为900-920℃,冷却方式为空冷[4]。

6.1.2加热时间的确定

加热时间的组成可用公式t加热=t升温+t均热+t保温表示。

摩擦片一般经验加热时间为1.5~2h。

最终确定正火工艺制度：

900~920℃×

1.5~2h，空冷。

图2为正火工艺曲线。

图2正火工艺曲线图

6.2C-N共渗工艺的制定

共渗层淬火组织为（由表至里）:

C-N化合物+含C-N马氏体+少量残余奥氏体+基体组织。

与渗碳摩擦片比：

碳氮共渗的硬度、耐磨性、弯曲疲劳强度和接触疲劳强度都高于渗碳，且因有氮存在，有一定的抗蚀性，又因共渗温度低，摩擦变形小，可直接淬火，节电20%以上，既大幅度提高摩擦片使用寿命（约1-1.5倍），又有明显的技术经济效益，值得推广应用。

碳氮共渗比渗碳温度低，大约低100℃.可以使基体晶粒长大趋势和渗后淬火畸变减小，氮原子的深入还使等温转变图右移使马氏体点（Ms）下降。

因此，氮的渗入还可以提高渗层的淬透性。

但同时使渗层中残留奥氏体量增加。

另外，氮的渗入还会使共深层的耐火性增加氮碳共渗的特点为：

（1）温度对共渗表层碳氮含量的影响，随着共渗温度的升高，共渗层中的氮含量降低，碳含量先是增加，到一定温度反而降低。

（2）共渗时间对共深层中碳氮含量的影响，共渗初期（≤1h），渗层表面的C,N浓度随时间的延长同时提高，继续延长共渗时间，表面的碳浓度继续提高，但是氧的浓度反而降低。

（3）碳氮相互影响，共渗初期，氮原子渗入工件表面使其Ac3点下降，有利于碳原子的扩散。

随着氮原子的不断渗入，渗层中会形成碳氮化合物相，反而阻碍碳原子扩散，碳原子会减缓氮原子的扩散。

6.2.1碳氮共渗温度的确定

对于碳钢来说碳氮共渗温度一般选在840℃至860℃，因为在此温度范围内晶粒不长大，变形小，渗速适当并可在渗后直接淬火。

但对于受力不大要求变形小的薄壁耐磨件可在780至800℃共渗。

因为铣床摩擦片的厚度为1.5mm，且是一种耐磨件，所以温度定在820±

10℃比较合适\。

6.2.2碳氮共渗时间的确定

根据渗层深度（x）确定共渗时间（t）,渗层深度与共渗时间关系式为：

x=K

，式中：

t为共渗保温时间（h）；

K为常数；

x为渗层深度（mm）[5]。

图3为碳氮共渗温度、时间对碳氮共渗层深度的影响。

图3碳氮共渗温度、时间对碳氮共渗层深度的影响

由横坐标渗碳层深度0.4-0.6mm，可找出图中所对应的纵坐标即碳氮共渗的时间，可大致确定碳氮共渗时间为3.8h左右。

6.2.3碳氮共渗气氛及渗剂的确定

选择以氨气为共渗剂的碳氮共渗剂，由氨气+渗碳剂组成。

其中渗碳剂可以是吸热式，氨基气氛和滴入式渗碳剂。

渗碳剂除向表面滴入碳原子外，还会与氨发生反应，形成氰氢酸。

氰氢酸分解，形成碳氮原子。

进一步促进渗碳和渗氮。

共渗剂中氨加入量对炉内的碳势和氮势都有影响，对被渗工件所形成的共渗层的成分，性能也有一定的影响[6]。

常用气体共渗介质的类别为：

1）液体有机化合物+氨气，介质各组分为：

①煤油+氨气（占总体积的25-30）。

②甲醇+丙酮+氨气（占总体积的25-30）

2）含氮有机化合物，介质各组分，分为：

①丙酮+甲醇+尿素。

②三乙醇胺+甲醇。

③三乙醇胺[（C2H4OH3）N]。

甲醇+甲酰胺。

苯胺。

3）气体渗碳剂+氨气，介质各组分：

吸热式气氛+富化气+氨气。

最后我选择的是以煤油和氨气为渗剂。

图4为碳氮共渗工艺曲线。

图4碳氮共渗工艺曲线图

6.4淬火工艺的确定

共渗层淬火组织为（由表至里）：

C-N化合物+含C-N马氏体+少量残余奥氏体+基体组织。

经碳氮共渗后可直接从碳氮共渗保温的温度淬火，这里选用单介质淬火，空冷即可，加热温度为Ac3以上30～50℃。

可直接淬入150℃-180℃的硝盐中，这样内孔和花键变形微小，均在公差范围之内，仅平面翘曲约有30%-40%超差，但经过280℃左右装胎回火后，合格率100%。

淬火后硬度为40HRC至50HRC之间。

图5为淬火工艺曲线图。

图5淬火工艺曲线图

6.5回火工艺的制定

回火是将淬火钢重新加热到Ac1以下某温度，保温后冷却的热处理工艺，主要目的是消除淬火内应力，以降低钢的脆性，防止产生裂纹，同时使钢获得所需要的力学性能。

因为铣床摩擦片要求有较高的耐磨性能，硬度在40至50HRC，所以我们一般选择低温回火。

6.5.1回火温度的确定

碳氮共渗淬火后一般选用介于低温和中温回火的温度，回火温度大致为定为280℃较为合理。

6.5.2回火时间的确定

回火时间从工件入炉后炉温升至回火温度时开始计算[6]。

可参考经验公式如下：

tn=Kn+AnD。

式中：

tn——回火时间（min）；

Kn——回火时间基数；

An——回火时间系数；

D——工件有效厚度（mm）；

假设选择的回火炉为箱式电阻炉，则由回火温度280℃可查表得：

Kn=120min，An=1min/mm,又有工件有效厚度D=1.5mm，带入上述公式得：

tn=2h左右。

表2为Kn及An推荐值。

表2Kn及An推荐值

回火条件

300℃以上

300-450℃

450℃以上

箱式电炉

盐浴炉

Kn/min

120

20

15

10

3

An（min/mm）

1

0.4

6.5.3回火后的冷却

钢制工件一般回火后多采用空冷至室温，不允许重新产生内应力的工件应该缓冷。

图6为回火工艺曲线图。

图6回火工艺曲线图

7热处理设备选择

热处理设备是指用于实施热处理工艺的装备。

其主要设备为：

热处理炉、加热装置、表面改性装置、表面氧化装置、表面机械强化装置、淬火冷却设备、冷处理设备和工艺参数检测、控制仪表。

设备选择的基本原则是质量安全可靠，能生产出优质产品，高的生产效率，低的生产成本和良好的作业环境。

7.1热处理设备选型的依据

1）零件热处理工艺要求、技术条件。

2）零件的形状、尺寸、重量和材质。

3）零件生产量和劳动量。

4）热处理所需要的辅料和能源供应。

5）车间劳动安全卫生和环保要求。

6）设备投资和运行成本。

7.2热处理设备选型的原则

1）少品种大批量生产的热处理设备的选型

对于少品种大批量热处理件的生产，应根据工艺要求，优先考虑组建各类全自动生产线，选用安全可靠、生产率高、运行成本低的连续式热处理设备。

2）批量生产的热处理设备的选型

对于批量热处理件的生产，原则上应以连续式热处理生产线为主；

但由于热处理件的品种规格较多，工艺和生产量常需要调整，因此所选设备用便于工艺和生产调整。

7.3正火炉的选择

前已制定摩擦片的正火温度为900-950℃，可选用中温箱式电阻炉，其结构图、产品规格和相应技术参数如下[5]。

图7为45KW中温箱式电阻炉，表3为中温箱式电阻炉产品规格及技术参数。

图745KW中温箱式电阻

表3中温箱式电阻炉产品规格及技术参数

型号

功率/kw

电压/v

相数

最高工作温度/℃

炉膛尺寸（长×

宽×

高）/mm×

mm×

mm

炉壁850℃时的指标

空载损耗/kw

空炉升温时间/h

最大装载量/kg

RX3-15-9

380

950

600×

300×

250

5

2.5

80

RX3-30-9

30

950×

450×

350

7

200

RX3-45-9

45

1200×

300

9

400

RX3-60-9

60

1500×

750×

450

12

700

RX3-75-9

75

1800×

900×

550

16

3.5

1200

根据炉温850℃时的指标，选择型号为RX3—30—9的中温箱式电阻炉。

7.4C--N共渗炉的选择

一般碳氮共渗选用的热处理炉为井式气体渗碳炉。

这类炉子的结构实际上是在

井式炉炉膛内再加一密封炉罐，专为周期作业的渗碳、渗氮、碳氮共渗所用由下表各数据可以选择出具体的型号。

最终选用RQ3-60-9井式气体渗碳炉。

表4为井式气体渗碳炉产品规格及技术参数，图8为RQ3-60-9井式气体渗碳炉。

表4井式气体渗碳炉产品规格及技术参数

额定功率/kw

额定电压/v

额定温度/℃

炉壁950℃时的指标

RQ3-25-9

25

≤7

≤2.5

50

RQ3-36-9

35

3000×

600

≤9

70

RQ3-60-9

≤12

150

RQ3-75-9

≤14

220

RQ3-90-9

90

900

≤16

≤3

RQ3-105-9

105

≤18

≤8

500

注：

型号尾部加D，表示气体成分能自动控制

图8RQ3-60-9井式气体渗碳炉

7.5淬火炉的选择

低温盐浴炉主要指RYN和RYW5这两类，我选择的是RYW5。

RYW5类浴槽采用金属浴槽，由位于浴槽外的金属元件加热，用硝盐作溶剂时，使用温度限制在550℃以下。

因为当温度大于550℃时，硝盐会发生爆炸。

表5为外热式电热低温浴炉技术据。

表6为NS88-930系列微机低滴控箱式多用炉组技术规格。

图9为带搅拌器的外部电热式硝盐炉。

图10为配密封箱式炉的回火炉。

表5外热式电热低温浴炉技术数据

项目

单位

规格

SY2-6-3

SY2-12-3

NS-85-61

NS-85-62

NS-85-63

NS-85-64

NS-85-65

溶剂

--

油

硝盐

功率

KW

38

36

电压

V

接线方法

Y

最高温度

升温时间

h

2

≤1.2

空载功率

2.1

4.5

6

13

炉膛尺寸

长

宽

Φ400

Φ600

Φ500

高

800

1000

750

外形尺寸

580

1380

1580

1480

560

760

1220

1420

1320

660

810

1510

1710

1910

1650

质量

kg

1250

2050

3100

2500

表6NS88-930系列微机低滴控箱式多用炉组技术规格

NS88-930机组

多用炉

清洗炉

回火炉