汽车发动机齿轮材料的选择及工艺设计-本科毕设论文.doc

专业课程设计任务书 姓名：吕永丹 班级：材科102 设计题目：汽车发动机齿轮材料的选择及工艺设计 设计内容： 1、根据零件工作原理，服役条件，提出机械性能要求和技术要求。 2、选材，并分析选材依据。 3、制订零件加工工艺路线，分析各热加工工序的作用。 4、制订热处理工艺卡，画出热处理工艺曲线，对各种热处理工艺进行分析，并分析所得到的组织，说明组织及性能的检测方法与使用的仪器设备。 5、分析热处理过程中可能产生的缺陷及补救措施。 6、分析零件在使用过程中可能出现的失效方式及修复措施。 目 录 1 前言 3 2 汽车发动机齿轮工作条件及性能要求 4 2.1 汽车发动机齿轮工作条件 4 2.2 汽车发动机齿轮的机械性能要求及技术要求 4 2.3 汽车发动机齿轮材料的选择及分析 6 2.3.1 汽车发动机齿轮材料的选择 6 2.3.2 汽车发动机齿轮材料的分析 7 3 汽车发动机齿轮加工工艺 8 3.1 汽车发动机齿轮加工工艺流程及各工序作用 8 3.2 汽车发动机齿轮具体热处理工艺及分析 9 3.2.1 锻造 9 3.2.2 正火 10 3.2.3 渗碳+淬火 11 3.2.4 低温回火 12 3.2.5 各热处理工艺后的金相组织分析 13 3.2.6 热处理工艺过程中可能产生的缺陷及处理措施 15 4 汽车发动机齿轮使用过程中可能出现的失效方式及预防措施 17 5 心得体会 19 6 参考文献 20 1前言 本课程设计了20CrMnTi适用于汽车发动机齿轮的可靠性。汽车发动机齿轮作为汽车发动机中的重要零部件，其材料是保证其本身工作性能和可靠性的基础。对发动机齿轮的失效形式分析，其主要承受交变载荷，冲击载荷，剪切应力和接触应力大等，因此对齿轮在材料、精度、强度、耐久性和可靠性等方面提出了更高要求。20CrMnTi合金钢是一种优良的渗碳钢，有高的淬透性，经渗碳淬火加低温回火后，表面硬度很高，心部强度和塑性，韧性配合很好。 关键词：发动机齿轮，20CrMnTi，锻造，淬火+低温回火 齿轮工作时，通过齿面的接触来传递动力。两齿轮在相对运动过程中，既有滚动，又有滑动。因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用。在齿根部位受到很大的弯曲应力作用；在运转过程中的过载产生振动，承受一定的冲击力或过载；变速齿轮在换档时，端部受冲击，承受一定冲击力；在一些特殊环境下，受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用。 2.2 汽车发动机齿轮的机械性能要求及技术要求 根据齿轮的受力情况和失效分析可知 ,齿轮一般都需经过适当的热处理 ,以提高承载能力和延长使用寿命 ,齿轮在热处理后应满足下列性能要求 : ①高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度 ( 抗疲劳点蚀 ) 。 ②齿面具有较高的硬度和耐磨性 。 ③齿轮心部具有足够的强度和韧性。 ④高的淬透性。 20CrMnTi钢属于合金渗碳钢，有高的淬透性，经渗碳淬火加低温回火后，表面硬度很高，心部强度和韧、塑性配合很好，切削加工性能良好，当硬度为HB260～320时，相对切削加工性为60%～70%。另外，钢退火后硬度低、塑性好。为提高发动机齿轮的耐磨性，齿轮开齿后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证齿轮表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性。对20CrMnTi钢的硬度要求 齿面硬度：58～64HRC；心部硬度：ms≤8mm时，32～45HRC；ms＞8mm时，29～45HRC。需要进行渗碳，渗碳层深度：ms≤5mm时，0.9～1.3mm；5mm＜ms＜8mm时，1.0～1.4mm；ms＞8mm时，1.2～1.6mm。（ms—端面模数） 表1 20CrMnTi钢的技术要求 试样取样位置 力学性能 条钢按GB2975，锻件按图样 零件表面 σb MPa 930 σ0.2 MPa 685 δ5 % 11 Ψ % 50 Aku J 88 HB ≤217 HRC 28～45 HRC≥56 2.3 汽车发动机齿轮材料的选择及分析 2.3.1 汽车发动机齿轮材料的选择 22CrMnMo、20CrMnMoH和20CrMoH钢由于有着较高淬透性而用于中型汽车齿轮。此类钢可采用渗碳后直接淬火工艺。由于铬锰钼钢和铬钼钢中含有铬和钼等形成碳化物的元素，在渗碳过程中将促使轮齿表面碳含量增加，容易在渗碳层组织中出现大量碳化物，使渗碳层性能恶化。因此，齿轮采用铬锰钼钢和铬钼钢渗碳时，宜采用弱渗碳气氛，以防止形成过量碳化物。22CrMnMo和20CrMnMoH齿轮锻坯正火后在650～670℃进行高温回火处理，金相组织为细片状珠光体+少量铁素体，硬度为171～229HB。20