本科答辩PPT：齿轮用钢的热处理工艺设计.ppt

该课题不仅能使学生加深对所学理论知识的理解和掌握，也可以提高学生分析和解决实际问题的能力，为今后从事相关工作奠定了基础。 本课题的研究重点是齿轮的选材和热处理工艺设计，以及实验结果的分析。难点就在于如何准确地确定热处理工艺参数。 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。机床中使用的齿轮主要起传递动力、改变运动速度和运动方向的作用。机床齿轮的工作条件比起汽车、拖拉机、矿山机械、动力机械中的齿轮来说相对工作平稳,负荷小,工作环境较好。一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度,只有在分度传动机构中要求较高的精度。分别从使用性、工艺性和经济性三方面入手，结合零件的结构尺寸与实际工作条件分析，最终确定分别选择45钢和Q235钢作为机床齿轮的材料。 设计热处理工艺时，应该重点考虑工件设计中热处理技术条件 、热处理的工艺性和工厂生产条件及批量等因素。工艺路线安排如下： （1）齿轮材料选为45钢时,毛坯为锻件, 由于锻造加工后, 钢件不但存在有残余应力,而且组织不均匀,成分也有偏析, 严重影响切削加工,故需采用退火处理改善钢件的切削加工性能。在粗加工后,为了得到强度、塑性、韧性都较好的综合机械性能, 需对钢件进行调质处理, 据此, 该工艺路线安排为: 下料→锻造→退火→粗加工→调质→半精加工→高频表面淬火及回火→精磨 （2）齿轮材料选为Q235钢时, 毛坯同样为锻件,同理也需采用退火处理改善钢件的切削加工性能。主传动系统中的齿轮, 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, 所以齿轮都需渗碳、淬火处理, 以提高耐磨性和疲劳抗力。据此，该工艺路线安排为: 下料→锻造→退火→机加工→渗碳、淬火及低温回火→喷丸→磨削加工 在实验室中进行模拟实验，其工艺参数如下： （1）45钢作齿轮材料时，采用完全退火、淬火和高温回火 处理。完全退火：840℃；9.5h；先随炉冷却到600℃以 下，然后出炉空冷。淬火：840℃；20min；水冷。高温 回火：560℃；20min；空冷。 （2）Q235钢作齿轮材料时，采用高温退火、渗碳、淬火、 低温回火处理。高温退火：1000℃；9.5h；先随炉冷却 到600℃以下，然后出炉空冷。渗碳：920℃；5h；先随 炉冷却到630℃左右，然后出炉空冷。淬火：900℃； 20min；水冷。低温回火：180℃；30min；空冷。 组织为先共析铁素体和珠光体。60%左右的珠光体和40%左右的铁素体，图中黑色为珠光体，白色为铁素体。珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。铁素体沿奥氏体晶界呈网络状分布，铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。在外力作用下，将引起不均匀的塑性变形，并导致应力集中，从而使钢的强度和塑性都降低。 组织为针状淬火马氏体和残余奥氏体。马氏体由奥氏体急速冷却（淬火）形成，这种情况下奥氏体中固溶的碳原子没有时间扩散出晶胞。当奥氏体到达马氏体转变温度（Ms）时，马氏体转变开始产生，母相奥氏体组织开始不稳定。在Ms以下某温度保持不变时，少部分的奥氏体组织迅速转变，但不会继续。只有当温度进一步降低，更多的奥氏体才转变为马氏体。最后，温度到达马氏体转变结束温度Mf，马氏体转变结束。 组织为保持马氏体位向分布的回火索氏体。45钢淬火后得到过饱和的固溶体即淬火马氏体。为了消除淬火时的内应力和组织应力，淬火的工件应及时进行回火处理，析出极细的渗碳体颗粒，从而使基体分解为索氏体组织，此时工件的强度和硬度有所下降，而塑性及韧性则显著提高。回火索氏体中的碳化物分散度很大，呈球状，故其综合力学性能良好，以适应制造要求强度较高、塑性及韧性也好的机械零件。 Q235退火后的金相组织为铁素体+珠光体，图中黑色为珠光体，白色为铁素体。由于低碳钢含碳量低，所以组织中珠光体较少。钢中珠光体含量越多，强度、硬度越高，韧性下降，临界脆化温度提高。退火主要是在高温的作用下使奥氏体转化均匀，冷却后得到的组织被细化，硬度降低。 过共析层组织为珠光体+网状的渗碳体，图中黑色为珠光体，网状的为渗碳体。这是渗碳试样的最表层，其碳浓度最高，在一般正常的渗碳工艺条件下，这一区的含碳量约在0.8%～1.0%。因此渗碳试样