第一篇：熱處理工藝課程設計

沈陽理工大學熱處理工藝課程設計

T10A 檢驗量棒的 熱處理工藝設計
1 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(yè)學校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設計練習，是 熱處理原理與工藝課程的最后一個教學環(huán)節(jié)。其目的是：（1）培養(yǎng)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(fā)展。（2）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。（3）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(guī)范。

2 熱處理課程設計的任務
①普通熱處理工藝設計 ②制定熱處理工藝參數 ③選擇熱處理設備 ④分析熱處理工序中材料的組織和性能 ⑤設計熱處理工藝所需的掛具、裝具或夾具 ⑥特殊熱處理工藝設計 ⑦填寫工藝卡片

3 T10A 檢驗量棒的技術要求及選材
3.1 T10A 的零件圖
T10A 檢驗量棒的零件如圖 3.1 所示。

圖 3.1

檢驗量棒圖

3.2 技術要求
1

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T10A 檢驗量棒的技術要求 如下： 硬度：HRC60～63

[1]

3.3 材料的選擇
3.3.1 零件用途 量棒是用來度量工件工件內經專門尺寸的工具。3.3.2 工作條件（1）量棒在使用過程中經常受到工件的摩擦與碰撞，長時期使用量棒會因磨損 而失去其精度。（2）量棒在長時期存放和使用過程中，會因環(huán)境和工作而導致量棒的變形，進 而尺寸不再穩(wěn)定，不能再用來度量工件。（3）量棒在使用過程中，還會受到沖擊作用，會導致量棒因偶然碰撞而斷裂。綜上所述，量棒在使用過程中，經常受到工件的摩擦和碰撞，而作為量棒本身又 必須具備非常高的尺寸精確性和恒定性。長期使用會導致量棒失去其精度，且在存放 時會因保存不當而導致其變形，所以要求量棒不僅要有高的硬度和耐磨性，還要有一 定的韌性。

3.3.3

性能要求

檢驗量棒的形狀簡單，尺寸不太大，但量棒在使用中要求很高，為了滿足這些要 求，可選用含碳量高的鋼，同時要求有一定的韌性。含碳量高的鋼經淬火熱處理后可 得到馬氏體和未溶碳化物，可使量棒有高的硬度和耐磨性，保證量棒在長期使用中不 致被很快磨損，而失去其精度。此外還有高的尺寸穩(wěn)定性，保證量棒在使用和存放過 程中保持其形狀和尺寸的穩(wěn)定性。高碳鋼經淬火并及時回火后，可以在很少降低硬度 的同時使鋼的韌性明顯提高，這樣可使量棒有足夠的韌性，以保證量棒在使用時不致 因偶然因素而損壞。

3.3.4

材料選擇

根據檢驗量棒的工作條件，尺寸及性能要求選擇碳素工具鋼，其未加入合金元素，價格便宜，退火后硬度低，可

加工性好，磨削及拋光性好。T8,T8A,T9,T9A,T10A,T11A 等都屬于碳素工具鋼，但T8,T8A,T9,T9A接近共析成分，含碳量較少，淬火后的組織
2

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中未溶碳化物極少，耐磨性差。而T11,T11A遠離共析成分，在淬火后組織中的未溶碳 化物較多，降低了鋼的韌性。T10A在淬火加熱時不易過熱，又存適量的未溶碳化物，耐磨性高，且彌補了T11A韌性不足的缺點。

3.3.5

T10A鋼化學成分及合金元素作用

T10A 鋼的化學成分示于表 3.1
表 3.1 T10A 鋼的化學成分 ω/% C 0.15～0.30 Mn 0.15～0.30 Si 0.15～0.30 P ≤0.030 S ≤0.030
[1]

化學元素作用： ①C ：保證形成碳化物所需要的碳和保證淬火馬氏體能夠獲得的硬度 ②Si： 能提高鋼的淬透性和抗回火性，對鋼的綜合機械性能，還能增高淬火溫度，阻礙碳元素溶于鋼中。③Mn：能增加鋼的強度和硬度，有脫氧及脫硫的功效（形成 MnS），防止熱脆，故 Mn 能改善鋼的鍛造性和韌性，可增進剛的硬化深度，降低鋼的下臨界點，增加奧氏 體冷卻時的過冷度，細化珠光體組織以改善機械性能。

3.3.6

T10A 鋼熱處理臨界轉變溫度

T10A 鋼熱處理的臨界轉變溫度見表 3.2[1]
表 3.2 T10A 鋼臨界轉變溫度/℃ 鋼號 T10A Ac1 730 Ac3 800 Ar1 700

3.4

T10A 鋼量棒加工制造工藝流程 T10A 鋼量棒加工制造工藝流程如下：

下料→鍛造→調質處理→機加工→不完全淬火→清洗→冷處理→低溫回火→時效→ 檢驗→包裝

4

T10A 鋼的熱處理工藝

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4.1 T10A 鋼的調質處理工藝
4.1.1 調質處理（淬火+高溫回火）目的

進行預備熱處理，獲得粗大回火索氏體，降低淬火前機加工的表面粗糙度，使淬 火后具有高而且均勻的硬度。如果采用正火加球化退火，則加熱周期長,生產效率低。所以選擇調質處理作為 T10A 鋼的預備熱處理，處理后可以獲得回火索氏體，減少淬 火變形，提高機械加工的光潔度。4.1.2 淬火工藝（1）淬火目的 淬火是為了獲得馬氏體（2)淬火溫度 加熱溫度：780±10℃。因為 T10A 是過共析鋼，鋼中含有碳化物形成元素。為使碳化物溶入奧氏體中，使 奧氏體合金化程度增高，提高淬火回火后的機械性能，因此調質處理加熱溫度在 730℃（即 Ac1 溫度）加 30-50℃。所以最終選擇的加熱溫度為 780±10℃.（3）淬火設備 選用RDM系列埋入式鹽浴爐，鹽浴爐參數見表 4.1。
表 4.1 RDM-70-8 埋入式鹽浴爐 型號 額定功率 電源 相數 RDM-70-8 70(KW)3 電壓 380(V)850℃
[7]

額定溫度

工作空間尺寸(mm ×mm)450×350×700

說明：爐溫均勻，介質流動性好，加熱速度，溫度均勻，工件變形小，加熱質量好，利于提高產品質量，爐膛容積有效利

用率高，產量大，耗電量少，可節(jié)省電能與筑爐 材料，電極壽命長，減小停爐時間。適用于中，小型工件成批量生產。

（4）加熱方法 采用到溫加熱的方法，是指當爐溫加熱到指定的溫度時，再將工件裝進熱處理爐進行 加熱。原因是加熱速度快，節(jié)約時間，便于批量生產。
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(5)加熱介質 加熱介質為 44%NaCl+56%KCl
表 4.2 加熱介質與使用溫度的關系 鹽浴成分（%，按重量計算）28NaCl+72CaCl2 34NaCl+33CaCl2+33BaCl2 50NaCl+50BaCl2 22NaCl+78BaCl2 44NaCl+56KCl 34KCl+66BaCl2 熔點（℃）500 570 600 640 663 657 使用溫度范圍（℃）540～870 600～870 650～900 675～900 700～870 700～950

(6)保溫時間 保溫時間：12min 選定的依據： 加熱時間可按下列公式進行計算： t=a×K×D，式中 t 為加熱時間（min），K 為反映裝爐時的修正系數，可根據表 4.4 可得 K 取 1.4，a 為加熱系數 min/mm,加熱 系數 a 可根據鋼種與加熱介質、加熱溫度，參數按照表 4.3 選取，D 為工件有效厚度（mm）.可得 t=a×K×D=1.4×20×24=672s
表 4.3 工件加熱系數 a 鋼號 碳鋼 合金鋼 高合金鋼 高速鋼 退火、正火（箱式爐）箱式爐 0.7～0.8min/mm 0.9～1.0min/mm 1.0～1.5min/mm 2～3min/mm 0.7～0.8min/mm 0.9～1.0min/mm 預熱 1min/mm 加熱 45s/mm 2～2.5min/mm 淬火 鹽爐 20～30s/mm 30～45s/mm 預熱 30s/mm 加熱 16s/mm 預熱 15～30s/mm 加熱 8～12s/mm

(7)冷卻方式 由 T10A 的淬透性曲線可知，要達到所要求的硬度，可選擇水淬，且由于 T10A 的淬透 性低，為獲得馬氏體組織，應選擇強烈的淬火介質.所以選擇水作為 T10A 的淬火介質。（8）冷卻介質 冷卻介質：水
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第二篇：熱處理升溫工藝

熱處理升溫工藝程序

1、常溫至300℃：升溫情況按每15分鐘升10℃，到溫后保溫4小時；（注：在前200℃時，底室門打開，各區(qū)水蒸氣流出口打開，升溫至200℃后，需把水蒸氣流出口關閉）

2、300℃至600℃：升溫情況按每12分鐘升10℃，到溫后保溫4小時；

3、600℃至工作溫度：升溫情況按每10分鐘10℃至工作狀態(tài)；

4、溫度升至850℃后，即可往爐內提供發(fā)生氣；前期天然氣不供給，供入發(fā)生氣后，觀察保溫室兩個廢氣點火嘴及加熱爐進料門燃氣口點燃，關閉底室門等候稍許，使底室門點火嘴點燃，方可通入天然氣，使爐內氣氛還原，還原氣體過程中，可持續(xù)升溫，850℃直接升溫至工作溫度即可；

5、發(fā)生爐常溫升溫需用加熱一檔預熱一小時至兩小時，在切換到二檔加熱，升溫情況為每小時升50℃，常溫升溫至200℃保溫一小時；

6、200℃升溫至400℃保溫一小時，升溫情況為每小時升50℃；400℃升溫至800℃保溫一小時后切換至三擋升溫至加熱溫度，升溫情況為每小時升50℃；

注：

1、爐內溫度高于200℃時，需保證循環(huán)風扇運轉；爐溫低于800℃或廢氣點火嘴沒有點燃的狀態(tài)下，不可向爐內送入天然氣；各區(qū)送入天然氣后才可將碳控儀表由手動改為自動（“Man”為手動自動切換）；

2、起爐前，碳控儀差值需歸零，碳勢升至設定值保持1~2個小時由技術員進行定碳分析，并根據定碳結果對碳控儀顯示值進行修正，碳勢測定標準詳見《JB/T 10312-2011 鋼箔稱重法》

3、連續(xù)爐各區(qū)碳勢設定值如下：

a、強滲一區(qū)設定值為1.08；b、強滲二區(qū)設定值為1.09；c、擴散三區(qū)設定值為0.85；d、預冷四區(qū)設定值為0.8；e、保溫室設定值為0.77；

4、低溫回火爐升溫可在產品進滿預冷爐后進行，升溫前需啟動風扇；

5、廢氣排放系統(tǒng)可在設備運行前啟動；

6、設備正常運行前需確認各基本位置是否在規(guī)定位置上，各行程開關及限位塊都在規(guī)定位置上，如不滿足，需調整到指定位置上；

第三篇：熱處理工藝總結

1.退火

將鋼件加熱到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的溫度后，一般隨爐溫緩慢冷卻。

目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能 2.細化晶粒，改善力學性能，為下一步工序做準備 3.消除冷、熱加工所產生的內應力。

應用要點：1.適用于合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼的鍛件、焊接件以及供應狀態(tài)不合格的原材料 2.一般在毛坯狀態(tài)進行退火。

2.正火

將鋼件加熱到Ac3以上30~50度，保溫后以稍大于退火的冷卻速度冷卻。

目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能 2.細化晶粒，改善力學性能，為下一步工序做準備 3.消除冷、熱加工所產生的內應力。

應用要點：正火通常作為鍛件、焊接件以及滲碳零件的預先熱處理工序。對于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素結構鋼及低合金鋼件，也可作為最后熱處理。對于一般中、高合金鋼，空冷可導致完全或局部淬火，因此不能作為最后熱處理工序。

3.淬火

將鋼件加熱到相變溫度Ac3或Ac1以上，保溫一段時間，然后在水、硝鹽、油、或空氣中快速冷卻。

目的：淬火一般是為了得到高硬度的馬氏體組織，有時對某些高合金鋼（如不銹鋼、耐磨鋼）淬火時，則是為了得到單一均勻的奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。

應用要點：1.一般用于含碳量大于百分之零點三的碳鋼和合金鋼；2.淬火能充分發(fā)揮鋼的強度和耐磨性潛力，但同時會造成很大的內應力，降低鋼的塑性和沖擊韌度，故要進行回火以得到較好的綜合力學性能。4.回火

將淬火后的鋼件重新加熱到Ac1以下某一溫度，經保溫后，于空氣或油、熱水、水中冷卻。

目的：1.降低或消除淬火后的內應力，減少工件的變形和開裂；2.調整硬度，提高塑性和韌性，獲得工作所要求的力學性能；3.穩(wěn)定工件尺寸。

應用要點：1.保持鋼在淬火后的高硬度和耐磨性時用低溫回火；在保持一定韌度的條件下提高鋼的彈性和屈服強度時用中溫回火；以保持高的沖擊韌度和塑性為主，又有足夠的強度時用高溫回火；2.一般鋼盡量避免在230~280度、不銹鋼在400~450度之間回火，因為這時會產生一次回火脆性。

5.調質

淬火后高溫回火稱調質，即將鋼件加熱到比淬火時高10~20度的溫度，保溫后進行淬火，然后在400~720度的溫度下進行回火。

目的：1.改善切削加工性能，提高加工表面光潔程度；2.減小淬火時的變形和開裂；3.獲得良好的綜合力學性能。

應用要點：1.適用于淬透性較高的合金結構鋼、合金工具鋼和高速鋼；2.不僅可以作為各種較為重要結構的最后熱處理，而且還可以作為某些緊密零件，如絲杠等的預先熱處理，以減小變形。

6.時效

將鋼件加熱到80~200度，保溫5~20小時或更長時間，然后隨爐取出在空氣中冷卻。

目的：1.穩(wěn)定鋼件淬火后的組織，減小存放或使用期間的變形；2.減輕淬火以及磨削加工后的內應力，穩(wěn)定形狀和尺寸。

應用要點：1.適用于經淬火后的各鋼種；2.常用于要求形狀不再發(fā)生變化的緊密工件，如緊密絲杠、測量工具、床身機箱等。

7.冷處理 將淬火后的鋼件，在低溫介質（如干冰、液氮）中冷卻到－60～－80度或更低，溫度均勻一致后取出均溫到室溫。

目的：1．使淬火鋼件內的殘余奧氏體全部或大部轉換為馬氏體，從而提高鋼件的硬度、強度、耐磨性和疲勞極限；2． 穩(wěn)定鋼的組織，以穩(wěn)定鋼件的形狀和尺寸。

應用要點：1．鋼件淬火后應立即進行冷處理，然后再經低溫回火，以消除低溫冷卻時的內應力；2．冷處理主要適用于合金鋼制的緊密刀具、量具和緊密零件。

8．火焰加熱表面淬火

用氧－乙炔混合氣體燃燒的火焰，噴射到鋼件表面上，快速加熱，當達到淬火溫度后立即噴水冷卻。

目的：提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部仍保持韌性狀態(tài)。

應用要點：1．多用于中碳鋼制件，一般淬透層深度為2～6mm；2．適用于單件或小批量生產的大型工件和需要局部淬火的工件。

9．感應加熱表面淬火

將鋼件放入感應器中，使鋼件表層產生感應電流，在極短的時間內加熱到淬火溫度，然后噴水冷卻。

目的：提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部保持韌性狀態(tài)。

應用要點：1．多用于中碳鋼和中堂合金結構鋼制件；2． 由于肌膚效應，高頻感應淬火淬透層一般為1～2mm，中頻淬火一般為3～5mm，高頻淬火一般大于10mm．

10．滲碳

將鋼件放入滲碳介質中，加熱至900～950度并保溫，使鋼件便面獲得一定濃度和深度的滲碳層。

目的：提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部仍然保持韌性狀態(tài)。

應用要點：1．用于含碳量為0．15％～0．25％的低碳鋼和低合金鋼制件，一般滲碳層深度為0．5～2．5mm；2．滲碳后必須進行淬火，使表面得到馬氏體，才能實現滲碳的目的。

第四篇：20CrMnMo齒輪熱處理工藝設計課程設計

20CrMnMo齒輪熱處理 目 錄 1 緒 論 1 1.1 熱處理工藝課程設計的目的 1 1.2 課程設計的任務 1 1.3 熱處理工藝設計的方法 1 2 熱處理工藝課程設計內容和步驟 1 2.1 課題工件簡圖 1 2.2 技術要求： 2.3 特點 2 2.4 適用范圍 2 2.5 齒輪的性能要求及為何選用20CrMnMo 2 2.6 化學成分作用 3 2.7 20CrMnMo鋼的淬透性曲線 4 2.8 淬透性 5 2.9 滲碳熱處理工藝規(guī)范 5 2.10 鋼的等溫轉變和連續(xù)冷卻轉變 5 3 熱處理工藝方案以及參數論述 6 3.1 熱處理工藝流程 6 3.2 熱處理工藝方案論證 6 3.2.1 20CrMnMo處理溫度以及冷卻方式 6 3.2.2 熱處理方案制定 6 3.3 熱處理方案 6 3.3.1 正火 7 3.3.2 正火工藝曲線 7 3.3.3 正火冷卻 8 3.4 20CrMnMo的滲碳工藝 8 3.4.1 滲碳的目的 8 3.4.2 滲碳過程 8 3.5 20CrMnMo的淬火工藝 9 3.5.1 滲碳后一次重新加熱淬火的目的 9 3.5.2 淬火事項 9 3.6 低溫回火工藝 10 3.6.1 回火的目的 10 3.6.2 回火溫度 11 3.6.3 加熱介質 11 3.6.4 保溫時間 11 3.6.5 回火工藝曲線 11 3.6.6 冷卻方式 12 4 總的熱處理工藝曲線 12 4.1 熱處理總工藝曲線 12 4.2 選擇加熱設備 12 4.2.1 裝置選擇：井式電阻爐 12 4.2.2井式爐示意圖 13 4.3.1 井式氣體滲碳爐型號規(guī)格及技術數據 13 5 工裝圖 14 5.1 工裝圖及裝件 14 6 工序質量檢驗 15 7 熱處理工藝過程中常見缺陷分析 15 7.1 常見的淬火及防護措施 15 7.2 常見的滲碳缺陷及防護措施 16 8 心得體會 17 9 參考文獻 17 20CrMnMo齒輪熱處理工藝設計 1 緒 論 1.1 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(yè)學校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設計練習，是熱處理原理與工藝課程的最后一個教學環(huán)節(jié)。其目的是：

（1）培養(yǎng)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(fā)展。

（2）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。

（3）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(guī)范。

因此，本課程設計要求我們綜合運用所學來的知識 解決生產實踐中的熱處理文藝，包括工藝設計中的細節(jié)問題，如設備的選用，為何選用該設備溫度調節(jié)。要求我們設計工藝流程，并且需要我們翻閱大量文獻。靈活運用書籍中的資料，精簡知識，精要描繪并且完整體現出來，不能一蹴而就。

1.2 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。

1.3 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，通過綜合經濟技術分析，確定最佳熱處理工藝方案。最后，編寫主要熱處理工序的操作守則。熱處理工藝課程設計內容和步驟 2.1 課題工件簡圖 課題工件簡圖如圖2.1 圖2.1 工件示意圖（單位：mm）材料：20CrMnMo 2.2 技術要求：

1.由于齒面硬度很高，具有很強的抗點蝕和耐磨損性能；

心部具有很好的韌性，表面經硬化后產生的殘余應力，大大提高了齒根強度；

一半齒面硬度范圍56～63HRC。

2.簡要流程：下料-鍛造-正火-粗加工-滲碳-淬火-低溫回火-精磨-成品。

2.3 特點 1.加工性能好。

2.熱處理畸變較大，熱處理后應磨齒，可以獲得高的精度。

2.4 適用范圍 廣泛用于要求承載能力高，抗沖擊性能好，精度高，體積小的中型一下齒輪，多出應用于汽車變速器，分動箱，起動機及驅動橋的各類齒輪以及拖拉機的動力傳送裝置的各類齒輪，20CrMnMo的性能要比20CrMnTi的性能相對較硬。

2.5 齒輪的性能要求及為何選用20CrMnMo 為保證齒輪的正常工作,齒輪應具備以下主要性能: 1.高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強。除材料本身性能外，還可以依靠齒輪的表面強化處理來實現。

2.齒面具有高的硬度和耐磨性，以防止黏著磨損和應力磨損。耐磨性的提高，主要依靠提高表面硬度和降低摩擦因數來實現。

3.齒輪心部具有足夠的強度和韌性，以提高承載能力。

常用的滲碳鋼有20CrMnMo，20CrMnTi。本次設計我用的是20CrMnMo。20CrMnMo淬火溫度850℃，只需要一次，冷卻方式與20CrMnTi一樣，都采用油冷，一般可制造小雨300mm的高速，中載，受沖擊和磨損的重要零件，適用于拖拉機變速箱齒輪，離合器軸和車輛上的主動軸，但某些方面優(yōu)于20CrMnTi。

表2.1 20CrMnMo的化學成分[1] C Si Mn Cr Mo P,S Ni C 0.17～0.23 0.17～0.37 0.90～1.20 1.10～1.40 0.20～0.30 ≤0.0.35 ≤0.30 ≤0.30 2.6 化學成分作用 鉻（Cr的影響）鉻為碳化物形成元素。它能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性；

阻止晶粒長大，增加鋼的淬透性，降低鋼的臨界冷卻速度。因而，使鋼在熱處理時，退火、正火、淬火的加熱溫度有所提高。并使它在油中便能淬硬。但它降低了鋼的馬氏體點，因而增加了鋼殘余奧氏體量。使鋼的奧氏體不穩(wěn)定區(qū)域變?yōu)?00-500℃和400-250℃。提高了鋼的硬度和強度，增加了鋼在高溫回火時強度降低的抗力。

鉬（Mo的影響）提高鋼的淬透性，熱強性，有二次硬化的作用，能降低回火脆性。

錳（Mn）降低鋼的Ac1和Ac3而使鋼在熱處理時的溫度有所降低。增加奧氏體的穩(wěn)定性，降低鋼的臨界冷卻速度，但它使參與奧氏體量增加。可以減少鋼在淬火時的變形和增加鋼的強度和硬度。使鋼的回火脆性與晶粒長大的作用增大。

表2.2 20CrMnMo的熱處理基本參數[2] 臨界溫度 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms 溫度/℃ 710 830 620 740--20CrMnMo屬于亞共析鋼，緩慢冷卻到室溫后的組織為鐵素體+珠光體，從鋼的分類來看，20CrMnMo鋼屬于高級滲碳結構鋼，以加工和加熱并且性能良好，強度，塑性和韌性都比較高，過熱傾向小，無回火脆性，即可做滲碳鋼使用，也可作為調質鋼使用，滲碳淬火后具有較高的抗彎強度和耐磨性，但是磨削時容易產生裂紋，淬火以及低溫揮霍具有良好的綜合力學性能和低溫沖擊任性。20CrMnMo鋼采用低溫回火，表面可獲得60-65HRC的高硬度。

20CrMnMo的含碳量為0.2%屬于低碳鋼，滲碳時保證了碳元素的正常滲入。鋼中合金元素為Cr小于1.4%，Mn小于1.2%,Mo小于0.3%。加工時要對20CrMnMo進行表面滲碳處理，滲碳淬火后表面得到高談馬氏體，具有較高的耐磨性。

2.7 20CrMnMo鋼的淬透性曲線 如圖2.2 20CrMnMo鋼淬透性曲線 圖2.2 鋼淬透性曲線[3] 2.8 淬透性 淬透性：淬透性隨著淬火溫度提高而增加，因為溫度升高，奧氏體晶粒尺寸增大，淬透性提高。但是如果溫度過高，奧氏體晶粒過于粗大淬火后會產生開裂或者變形。

2.9 滲碳熱處理工藝規(guī)范 表2.3 滲碳熱處理工藝規(guī)范[3] 滲碳/℃ 淬火溫度/℃ 淬火冷卻/℃ 回火溫度/℃ 回火冷卻 920～940 爐內降溫至830～850 油冷 180～200 空冷 2.10 鋼的等溫轉變和連續(xù)冷卻轉變 如圖2.3 鋼的等溫轉變圖和連續(xù)冷卻轉變 圖2.3 鋼的等溫轉變和連續(xù)冷卻轉變[3] 3 熱處理工藝方案以及參數論述 3.1 熱處理工藝流程 簡要流程：下料-鍛造-正火-粗加工-滲碳-淬火-低溫回火-精磨-成品。

3.2 熱處理工藝方案論證 3.2.1 20CrMnMo處理溫度以及冷卻方式 表3.1 20CrMnMo處理溫度以及冷卻方式[4] 正火 滲碳 870±10℃ 925±10℃ 35min 2.5h 空冷 空冷 低溫回火 160±10℃ 0.5h 空冷 3.2.2 熱處理方案制定 20CrMnMo鋼經熱加工后,必須經過預備熱處理來降低硬度,消除熱加工時造成的組織缺陷,細化晶粒,改善組織,為最終熱處理做好準備,對于20CrMnMo鋼而言,正火可以細化晶粒,是組織均勻化,消除切削加工后的組織櫻花現象和去除內應力.接著進行滲碳淬火,得到高強度,高硬度,高抗彎強度和耐磨性,滿足加工齒輪的使用要求。

經過滲碳后,僅使表面層的含碳量提高0.7%～1.05%,仍達不到表層高硬度和耐磨的要求.因此,滲碳后還需要淬火和低溫回火,使工件表層具有高的硬變和耐磨性.滲碳的目的是提高工件表面碳濃度,以便淬火后達到提高表面硬度和耐磨性的目的.滲碳后淬火加低溫回火是達到表層高硬度的熱處理方式,淬火后低溫回火,表層得到回火馬氏體組織,耐磨性達到較高水平,淬火的目的是提高硬度,淬火使得到盡量多的馬氏體組織,得到高硬度,回火是為了馬氏體二次分解形成索氏體,以便得到良好的機械性能。

3.3 熱處理方案 3.3.1 正火 1.正火的目的 ①正火可以細化晶粒,使組織均勻化。

②消除切削加工后的組織硬化現象和去除內應力。

③消除共析鋼中的網狀硬化物,為熱處理做好組織準備。

2.加熱溫度 加熱溫度:870±10℃ 因為20CrMnMo是亞共析鋼，鋼中含有碳化物形成元素。為使合金中難溶的特殊碳化物溶入奧氏體中，使奧氏體合金化程度增高，正火的加熱溫度為Ac3以上30～50℃，20CrMnMo的含碳量為0.20%，Ac3為830℃，所以將鋼件的加熱溫度確定為870℃。

3.加熱方式 采用到溫加熱的方法,是指當爐溫加熱到指定的溫度時,再將工件裝進熱處理爐進行加熱,原因是加熱速度過快,節(jié)約時間。

保溫時間=保溫時間系數×有效尺寸，保溫時間用τ表示。合金鋼保溫時間系數α（mm/min）保溫時間=保溫時間系數×裝爐修正系數×工件厚度。工件加熱保溫時間與加熱介質，材料成分，爐溫，工件的形狀和大小，裝爐量和裝爐量等因素有關。一般用經驗公式來計算保溫時間：保溫時間=保溫時間系數×裝爐系數×工件的有效厚度。合金結構鋼選擇750~900℃井式電阻爐加熱的保溫時間系數α選為1.5，裝爐系數K一般選擇1.4。工件的有效厚度為D=(10*3)／2=15mm 所以τ=α×K×D=1.5×1.4×15=31.5min取35min。

3.3.2 正火工藝曲線 如圖3.1 正火工藝曲線 圖3.1 正火工藝曲線 3.3.3 正火冷卻 ⑴冷卻方式采用出爐空冷⑵冷卻介質是空氣⑶正火組織產生細珠光體。

3.4 20CrMnMo的滲碳工藝 3.4.1 滲碳的目的 滲碳的具體方法是將工件置入具有活性滲碳介質中，加熱到900--950℃的單相奧氏體區(qū)，保溫足夠時間后，使?jié)B碳介質中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳，心部仍保持原有成分。

相似的還有低溫滲氮處理。這是金屬材料常見的一種熱處理工藝，它可以使?jié)B過碳的工件表面獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。

滲碳可以在多方面提高鋼件的機械性能,可以提高鋼件的硬度和耐磨性,降低沖擊任性和斷裂韌性(沖擊韌性和斷裂任性隨著表面碳含量的越高,碳層越深,降低的越多),同事可以提高疲勞強度.采用爐內滴注式氣體滲碳，高溫下甲醇的裂解產物H2O,CO2等將CH4和[C]氧化?？墒範t氣成分和碳勢保持在一定范圍內 滲碳溫度:目前在生產上廣泛使用的溫度920-940℃.通常滲碳的溫度選擇要根據滲層的深度確定。根據本次材料以及用途決定滲層深度為0.9-1.2，滲碳溫度為925±10℃。

3.4.2 滲碳過程 1.保溫時間;采用的滲碳介質是煤油,并且滲碳保溫時間是2.5小時。

公式為：? δ(mm)：滲碳層深度；

K：與滲碳溫度有關的系數925℃時K=0.633；

t(min)：滲碳保溫時間。經計算選滲碳時間t=（0.9/0.63）×（0.9/0.63）=2.01h≈2.5h。

2.冷卻方法 空冷。

3.滲碳后的組織 表面為碳化物+珠光體，心部為珠光體;4.20CrMnMo鋼滲碳工藝曲線 如圖3.2 20CrMnMo鋼滲工藝曲線 溫度 925℃ 30min 1h 2h 850℃ 排氣 強滲 降溫 保溫 圖3.2 鋼滲碳工藝曲線 5.滲碳后的組織性能分析 降低滲碳溫度,具有節(jié)能降耗、減小工件變形、減小材料晶粒粗化傾向、細化組織等優(yōu)點滲碳層硬度梯度趨于平緩。

3.5 20CrMnMo的淬火工藝 3.5.1 滲碳后一次重新加熱淬火的目的 提高硬度和耐磨性，如刃具，量具，模具等；

提高強韌性，提高耐腐蝕性和耐熱性。

3.5.2 淬火事項 1.淬火溫度 840±10℃，依據亞共析鋼加熱溫度選用AC3+（30-50℃），這樣既能保證充分奧氏體化，又保持奧氏體晶粒細小。

2.保溫時間 淬火加熱時間包括升溫和保溫時間兩個時間段，升溫時間包括想變重結晶時間，保溫時間實際上只考慮碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所需要的時間。

公式：t=×K×D t:保溫時間（min），a：鋼在不同介質中加熱時的保溫系數（min／mm）(這里取1.2)，k：零件裝爐調整系數（1.3），D：零件有效厚度（15mm），因此此次保溫時間為 t=23.4min，所以時間為0.5h。

3.淬火后組織 表面是高碳馬氏體+碳化物+殘余奧氏體；

心部是低碳馬氏體+殘余奧氏體。

4.淬火工藝曲線 如圖3.3淬火工藝曲線 圖3.3 淬火工藝曲線 5.淬火過程中組織轉變分析 正常加熱冷卻：工件加熱到860℃后珠光體轉變?yōu)閵W氏體，保溫時組織不變，晶粒細化，出爐油冷到室溫可以獲得馬氏體和少量殘余奧氏體，具有很高的耐磨性和硬度。

3.6 低溫回火工藝 3.6.1 回火的目的 回火是將淬火后的零件加熱到A1一下的某一溫度，保溫一定時間后，以適當的形式冷卻到室溫的熱處理工藝。

回火的主要目的是使零件有高的硬度和耐磨性,消除了淬火應力與脆性，改善了零件淬火后的韌性及組織穩(wěn)定性。并且，降低或消除淬火引起的殘余應力。由于淬火馬氏體和殘余奧氏體都是不穩(wěn)定組織，在工件中會發(fā)生分解，從而導致工件的尺寸不精確。某些碳含量較高的鋼制大型零件或復雜零件甚至淬火后在等待回火的期間就發(fā)生突然爆裂。所以說，淬火零件不經回火就投入使用時危險地，也是不允許的。

滲碳和碳氮共滲淬火后的零件，一般要進行低溫回火處理。低溫回火時，馬氏體發(fā)生分解，得到回火馬氏體，淬火內應力得到部分消除，淬火時產的微紋也大部分得到愈合，因此低溫回火也可以在很少降低硬度的同時使鋼的韌性明顯提高。

3.6.2 回火溫度 回火加熱溫度選擇160±10℃。

依據：在低溫回火時馬氏體發(fā)生分解，析出碳化物成為馬氏體，淬火內應力得到部分消除，淬火時產生的微紋也大部分也得到愈合，因此低溫回火也可以在很少降低硬度的同時使鋼的韌性明顯提高。通常滲碳和滲氮零件的回火溫度是﹤180℃。

3.6.3 加熱介質 加熱介質：空氣。

3.6.4 保溫時間 保溫時間為1.5h 確定回火保溫時間一般的做法是根據工件的截面厚度而定，一般每25mm厚度保溫1-2h，溫度高可酌情縮短。

回火的保溫時間一般為1-3小時。

3.6.5 回火工藝曲線 回火工藝曲線 如圖3.4所示 圖3.4 回火工藝曲線 3.6.6 冷卻方式 冷卻方式：出爐空冷。

總的熱處理工藝曲線 4.1 熱處理總工藝曲線 如圖4.1 熱處理總工藝曲線 圖4.1 熱處理總工藝曲線 4.2 選擇加熱設備 4.2.1 裝置選擇：井式電阻爐 表4.1 RJ3-75-9井式電阻爐產品規(guī)格及技術參數[5] 型號 功率/kw 電壓/V 相數 額定溫度/℃ 爐膛尺寸（直徑深度）/mmmm 爐溫850℃時的指標 空爐損耗功率/kw 空爐升溫時間/h 最大裝載量/kg RJ2-40-9 40 380 3 950 600×800 9 2.5 350 材料是20CrMnMo，它的正火溫度在870℃左右?？紤]到中溫爐在中溫測量時比較準確，因而選用中溫井式爐。

4.2.2 井式爐示意圖 如圖4.2 井式爐示意圖 如圖4.2 井式爐示意圖[6] 4.3 井式滲碳爐 滲碳爐是新型節(jié)能周期作業(yè)式熱處理電爐，主要供鋼制零件進行氣體滲碳。由于選用超輕質節(jié)能盧琛材料和先進的一體化水冷爐用密封風機，滲碳爐爐溫均勻，升溫快，保溫好，工件滲碳速度加快，滲碳氣氛均勻，滲層均勻，在爐壓提高時，無任何泄漏。提高了生產效率和滲碳質量。

4.3.1 井式氣體滲碳爐型號規(guī)格及技術數據 表4.2 RQ3-75-9 950℃井式氣體滲碳爐的型號規(guī)格及技術數據[7] 額定功率KW 額定電壓V 額定溫度℃ 加熱區(qū)數 電熱原件接法 工作空間尺寸（直徑×深）空爐升溫時間h 空爐損耗功率KW 最大裝載量 75 380 950 1 Y 450×900 ≦2.5 ≦14 ≦220 4.4 井式氣體滲碳爐 如圖4.3 井式氣體滲碳爐 如圖 4.3井式氣體滲碳爐[8] 1—滲碳工件 2—耐熱罐 3—加熱元件 4—風扇 5—液體滲碳劑 6—廢氣 7—沙封。

工裝圖 5.1 工裝圖及裝件 如圖5.1工裝圖 如圖5.1 工裝圖 5.2 裝件 底面一圓盤中，中間兩個圓盤通孔若干，整個工裝筐由底盤，中間支撐軸以及工件固定桿組成，使用時將工裝筐置于平地，將每個齒輪水平套進工件固定桿，每個工件固定桿之間距離固定，防止工件與工件之間相互接觸，磨損，導致淬火不均勻，每個工件之間擺放位置井然有序，節(jié)省空間，大量提升了空間利用率。中間軸設計為彎鉤，方便勾吊。

裝爐量：16*6=96.6 工序質量檢驗 檢查主軸的外觀表面，滲層深度，硬度，金相組織是否達到設計的要求 1.外觀：表面無損傷，燒傷，眼中腐蝕等缺陷；

使用測量工具測量，用顯微鏡看表面是否有裂紋。

2.滲層深度的檢測。打斷試樣，磨光，腐蝕。

3.硬度的檢測。60-65HRC，洛氏硬度計打硬度 4.金相組織：馬氏體，殘余奧氏體以及少量條狀碳化物采用《重載齒輪滲碳金相檢驗》評定。

5.工件變形檢驗：根據圖樣技術檢驗工件撓曲變形，尺寸及幾何形狀的變化。

熱處理工藝過程中常見缺陷分析 7.1 常見的淬火及防護措施 表7.1 淬火缺陷及其產生的原因及預防措施[9] 缺陷 產生原因 預防措施 硬度不 足 ①亞共析剛加熱不足，有未溶鐵素體 ②冷卻速度不夠 ③在淬火介質中停留時間不夠 ④氧化和脫碳導致淬火后的硬度降低 ①正確選擇并嚴格控制加熱溫度，保留時間和爐溫的均勻性 ②合理選擇淬火介質；

控制淬火介質的溫度不超過最高使用溫度；

定期檢查或更換淬火介質 ③正確控制在淬火介質中的停留時間 ④采取防氧化脫碳措施；

采用下線加熱溫度；

在600℃左右預熱，然后再加熱到淬火溫度，縮短高溫加熱時間 7.2 常見的滲碳缺陷及防護措施 表7.2 常見滲碳缺陷原因以及防止措施[10] 常見缺陷 產生原因 防止方法 表面碳質量分數低 1.爐溫低 2.滲劑滴量少 3.爐子漏氣 4.工件表面不干凈 1.校檢儀表，調整溫度 2.按工藝規(guī)范調整滴量 3.檢查爐子密封性 4.清理工件表面，補滲 滲層深度不夠 1.保溫時間不夠 2.表面碳質量分數低 1.適當延長保溫時間 2.按正常滲劑滴量補滲 滲層不均勻 1.爐溫不均勻 2.零件表面不清潔，有銹點、油污 1.合理裝爐，盡量使工件之間間隙均勻 2.裝爐前嚴格清洗零件表面 碳化物出現網狀分布 1.淬火溫度低或保溫時間不夠 2.淬火冷卻過程慢.滲層表面濃度過高 1.適當提高淬火溫度，采用兩次淬火 2.冷卻操作要迅速，正確 3.降低滲劑活性，嚴格控制碳勢 淬火后變形 1.淬火方式錯誤 2.淬火冷卻速度過大 3淬火加熱溫度過高 1.制定正確的淬火方式，嚴格按照操作流程進行 2.選擇合適的淬火介質，3.選擇正確的淬火加熱溫度 表面貧碳或脫碳 1.爐內氣氛碳勢過低 2.高溫出爐后在空氣中緩冷時氧化脫碳 1.在碳勢較高的滲碳介質中進行補碳 2.脫碳層小于0.02mm下采用磨去或噴丸等方法補救 8 心得體會 通過3周的課程設計，讓我學到了很多。在這3周之中不僅讓我見識到了熱處理這項工藝的嚴謹性。也檢驗我所學的知識，還培養(yǎng)了我如何從不同角度思考一件事情，然后動腦去完成這件事情。我十分享受這個過程，什么都靠自己動手，還可以和同學互相探討，相互學習。

通過這次課程設計，本人在多方面都有所提高，無論是課程上的理論知識還是實際操作本領，掌握了許多以前不懂得計算機知識，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標準，同事也了解各科相關的知識，也讓我認清自己，認識到自己的不足。我發(fā)現了以前很多搞不懂的更加清晰的呈現在我眼前，讓我學習更加有動力，也讓我今后在我從事的崗位更有信心。熱處理是一門很有技術含量，很有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g，在這門技術發(fā)展這么多年來，依然有這么高的魅力，由于自己的設計能力有限，在設計中也難免出現錯誤，懇請老師們多多指點。

最后謝謝老師給我這次機會來鍛煉我們，辛苦為我們選課。參考文獻 [1]楊滿.實用熱處理技術手冊.機械工業(yè)出版社.2010：100—110 [2]胡光立.鋼鐵熱處理實用技術.化學工業(yè)大學出版社，2008年：155—200 [3]任頌贊，張靜江，陳質如.鋼鐵的金相圖譜.上?？萍嘉墨I出版社.2003年6 [4]《熱處理工藝手冊》編寫組，熱處理手冊1-4，機械工業(yè)出版社，1982年12 [5]葉宏.金屬熱處理原理與工藝[M].北京：化學工業(yè)出版社.2011.6：137-138 [6]《齒輪熱處理手冊》陳保華，熱處理，機械工業(yè)出版社 [7]范逸明。簡明金屬熱處理手冊。國防工業(yè)出版社，2006年3月 [8]樊東黎，徐躍明，楊滿.熱處理技術數據手冊.機械工業(yè)出版社，2006：158—187 [9]葉宏.金屬熱處理原理與工藝[M].北京：化學工業(yè)出版社.2011.6：137-138 [10]李國斌.熱處理工藝規(guī)范與數據手冊.北京：化學工業(yè)出版社.2012.9:85-85

第五篇：熱處理設備課程設計總結

熱處理設備課程設計總結

熱處理設備課程為金屬材料專業(yè)的一門理論加實踐的基礎課程，它是繼金屬學基礎、熱處理原理課程學習完以后又一門專業(yè)課。通過熱處理設備的設計，可以讓學生了解到熱處理爐設計的基本方法，可以根據熱處理工件的尺寸或生產效率來設計熱處理爐的大小、型號、形狀等。通過該課程的實踐訓練，可以培養(yǎng)學生查閱文獻的能力，在獲得相關問題的情況下，通過自己的努力，獲的解決問題的方法。通過該課程的實踐與鍛煉，讓學生真正的了解到熱處理爐的真正內部結構，也讓學生能夠根據具體要求，自己能夠設計出所需要的爐型、結構、功率等。使學生的動手能力大大加強。另外，通過該課程的設計實踐，讓學生讓理論與實踐相結合，在實踐中理解與消化在課堂上所學到的理論知識。同時經過反復的理論與實踐的相互交流與印證，可以融會貫通，對學生今后走進工作崗位會具有極大的實踐經驗與理論支持。因此本課程是金屬材料專業(yè)必不可少的專業(yè)基礎課程，應當積極加強該課程的實踐與經費的支持，以提高我校學生的動手能力與實踐能力，才能讓我校的學生具有更大社會競爭力，更具有極大的求職機會。