毕业设计（论文）-40Cr东方红40拖拉机驱动轴热处理工艺设计.doc

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1、陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）说明书材料工程 系 金属材料与热处理技术 专业 毕业设计（论文）题目 40Cr东方红40拖拉机驱动轴热处理工艺设计 学生姓名 学号 0825126 指导教师 职称 工程师 2011 年 3 月 5 日毕业设计（论文）任务书 材料工程 系 金属材料与热处理技术 专业学生姓名 学号 一、毕业设计（论文）题目40Cr东方红40拖拉机驱动轴热处理工艺设计 二、毕业设计（论文）时间 2010 年 11 月 01 日 至 2011 年 5月 1日三、毕业设计（论文）地点： 陕西航空职业技术学院 四、毕业设计（论文）的内容要求： 了解所选用刚的性质、所制造零件的概况 掌握

2、加工工艺路线及其工艺性 热处理后组织与性能分析 热处理缺陷及控制 制定热处理工艺规程指导教师 陈海英 2011年3 月 5 日批 准 年 月 日毕业设计（论文）评定表姓名学号专业金属材料与热处理技术毕业设计（论文）题目40Cr东方红40拖拉机驱动轴热处理工艺设计评阅意见评阅教师： 年 月 日答辩组成员答辩时间答辩地点本人陈述从驱动轴的常规材料入手，分析驱动轴的失效形式及其服役条件和加工中常见缺陷。选用40Cr钢作为驱动轴材料，分析40Cr钢的基本性质确定40Cr钢驱动轴热处理的工艺过程，通过金相实验观察它的组织结构并且分析它的力学性质等，分析了驱动轴的预备热处理与最终热处理的目的与性能，最后还

3、进行驱动轴热处理后的质量检验。答辩过程要点答辩组提问回答问题情况答辩组评语成绩答辩委员会主任签字年 月 日 目录1. 前言.12 驱动轴材料与热处理工艺概况.22.1 驱动轴的简介.22.2 拖拉机驱动轴的服役条件和失效形式.32.3 拖拉机驱动轴的性能要求.42.4 驱动轴热处理工艺概况.43 40Cr的基本性质.53.1 40cr的化学成分及力学性能.63.2 合金元素的作用.63.2.1 40Cr刚中硅元素的作用.62.2.2 40Cr刚中铬元素的作用.73.2.3 40Cr刚中锰元素的作用.83.3 组织转变及淬透性.84. 拖拉机驱动轴生产工艺路线及分析.104.1 拖拉机驱动轴的选

4、材.104.2 40Cr热处理工艺特性.114.3 40Cr拖拉机驱动轴工艺路线及热处理方案分析.114.4 热处理工艺的确定.134.5 热处理常见的缺陷及防护措施.154.5.1 氧化和脱碳.154.5.2 过热和过烧.164.5.3 淬火硬度不够.164.5.4 软点.174.5.5 变形和开裂.174.5.6 回火缺陷.184.6 热处理工艺及曲线图.194.6.1 正火工艺的制定.194.6.2 淬火工艺的制定.194.5.3 回火工艺的制定.204.7 金相分析.214.7.1 正火热处理的金相分析.214.7.2 调原始组织为热处理的金相组织.225 质量检验.235.1 检验项

5、目.235.1.1 硬度.235.1.2 变形.235.1.3 外观.235.2 评定标准.23设计总结.27致谢.28参考文献.291 前言本毕业设计是在材料科学基础热处理原理热处理工艺和金属材料学等课程学习的基础上并且结合本人今年在陕西飞机（集团）有限公司的实习经历，是理论与实际相结合所完成的。通过本次毕业课程设计，可使自己在综合运用化学专业基础和专业知识能力方面得到训练，学习独立分析问题和解决问题的方法，提高工程意识和工程设计能力。现在工业的迅速发展对机械零部件，驱动轴等提出的要求愈来愈高。热处理不仅对锻造机械加工的顺序进行和保证加工效果超着重要作用，而且在改善或消除加工后的缺陷，提高工

6、件使用寿命的方面起着重要作用。为获得理想的组织与性能，保证零件在生产过程中的质量稳定性和使用寿命，就必须从工件的特点、要求和技术条件入手，认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能的失效形式，正确的选择材料，再根据生产规模，现场条件，热处理设备提出几种可行的热处理方案，最后根据其经济性，质量稳定性和便于管理，降低成本等因素，确定出一种最佳方案。热处理工艺设计是整个机械加工过程中的一个重要环节，他与工件设计及其他加工工艺间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所需要的各种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。2 驱动轴材料与热处理概况2.1驱动轴的简

7、介 驱动轴是传动系统的一个重要组成部分，它是用来将差速器半轴齿轮输出的动力传给驱动轮或轮边减速器，对于采用非独立式旋架的驱动桥，根据其驱动轴内端与外端的手里状况，一般又分为全浮式驱动轴、四分之三浮式驱动轴与半浮式驱动轴三种。 驱动轴是旋转运动部件，当轴的质心与旋转中心线不重合时会产生方向周期性变化的惯性力，这一惯性力是激起驱动轴横向振动的主要原因。驱动轴呈细长形状，柔度较大，固有频率低。当驱动轴的工作转速与横向振动的固有频率相同时会产生共振，驱动轴的振动通过悬挂传递至车身，产生低频的轰鸣声，严重影响乘坐舒适度，与此同时，驱动轴的共振还会导致驱动轴万向节的早期损坏，以及与驱动轴配合的差速器半轴油

8、封的早期磨损而漏油。 驱动轴内端以花键连接着驱动轴齿轮，驱动轴齿轮在工作时只将扭矩传给驱动轴，几个行星齿轮对驱动轴齿轮施加的径向力是互相平衡的，因而并不传给驱动轴内端。主减速器从动齿轮所受径向力则由差速器壳的两轴承直接传给主减速器壳。因而，驱动轴内端只受扭矩而不受弯曲力矩。驱动轴是拖拉机的轴类零件中承受扭矩最大的零件，为了满足驱动轴的强度要求。多年来，世界各国除了用各种各样的计算方法外，还在材料选择、毛坯成型、机械加工和热处理等方面进行着不懈的努力。 驱动轴齿轮广泛用于汽车、拖拉机等一切行走机械的差速器中，应用面广，需求量大。驱动轴已普遍采用精密模锻工艺生产。其工艺流程是：下料加热粗锻切飞边精

9、锻切飞边表面清理钻孔、车大端面车孔、齐端面拉花键热处理磨大端面和内孔。 感应加热表面淬火亦感应淬火，由于它的加热速度和却速度都很快，使零件的表面至心部有着巨大的温度梯度，而且淬火后零件由表及里存在着激烈的组织变化，这些特点决定它有着特殊的残余压应力形态。一般说，轴类零件感应淬火后，表面层存在残余压应力，次表层和淬火区域存在残余拉应力。残余拉应力的合理分布，能够大大提高零件强度，特别是疲劳强度。驱动轴的合理用料，合理选择淬火层的深度及其分布，将大大提高驱动轴的使用寿命。 在车孔、齐端面工序中，由于夹具调整不便，更换供状时工件找正极其困难，耗工费时，齿轮装夹定位精度低，生产效率低。2.2 拖拉机驱

10、动轴的服役条件和失效形式 拖拉机驱动轴是重要的传力部件，不仅要传递来自发动机的扭矩，还要承受车轮上作用的垂直力、侧向力及牵引力所形成的纵向力，使拖拉机易损部件之一。由于拖拉机重量通过轴颈、法兰盘加到后轮上，后轮遇到障碍、石块等，驱动轴还承受一定的冲击。驱动轴一旦断裂，拖拉机将失去支承，会造成翻车，轻则影响生产，重则造成人身事故，特别是在山路运输时断裂，后果更为严重。 失效形式主要是由于扭转力矩作用，工作时频繁启动、变速、反向、路面颠簸和部分磨损而引起的疲劳破坏，断裂位置主要集中于轴杆部或花键根部。2.3 拖拉机驱动轴的性能要求 拖拉机驱动轴是传递扭矩的重要部件，要求材料有足够的抗弯强度、疲劳强

11、度和较好的韧性，耐磨性，具有合理的最佳静扭强度和抗扭转疲劳性能，要求其杆部硬度为3744HRC，盘部外圆硬度为2434HRC。2.4 驱动轴热处理工艺概况 推荐采用预调质处理后表面中频淬火处理工艺，预调质处理后心部硬度为2430HRC；中频淬火处理后杆部表面硬度不允许低于52HRC；花键处允许降低3个硬度单位，杆部硬化层深度范围为杆部直径的1020%，硬化层深度变化不大于杆部直径的5%，杆部圆角应淬硬，法兰盘硬度不低于24HRC。在保证驱动轴性能指标要求条件下，也允许采用其它热处理工艺，如正火处理后表面中频淬火工艺。 感应淬火后驱动轴的金相组织为：1.预调质处理后表面中频淬火处理，硬化层为回火

12、马氏体，心部为回火索氏体：2.正火处理后表面中频淬火处理，硬化层为回火马氏体，心部为珠光体加铁素体。 粗糙度：法兰盘安装端面不大于Ra3.2，非加工及杆根部圆角为毛坯表面，经过加工的杆部不大于Ra6.3（喷丸处理允许增大到Ra12.5），杆根部圆角不大于Ra3.2，花键外圆定心表面不大于Ra0.8，花键齿侧定心表面不大于Ra3.2，与轴承配合表面不大于Ra0.8。 当以驱动轴轴线为基准线时，有关部位的形状和位置公差应符合以下规定：1.法兰盘安装面的端面全跳动公差登级不低于9级；2.与轴承配合的轴颈表面径向圆跳动公差等级不低于7级；3.与轴封配合的轴颈表面径向圆跳动公差等级不低于9级；4.花键定

13、心表面的径向圆跳动公差等级不低于10级；5.杆部表面的径向圆跳动公差等级不低于12级；6.法兰螺栓孔德位置度公差不大于0.2mm。 驱动轴磁力探伤后应退磁。 花键应用综合量规检验，花键齿的周接累积公差、齿形公差和齿向公差应符合产品图样规定。 驱动轴表面不应有折叠、凹陷、砸痕、裂纹等缺陷。杆部表面允许有磨去裂纹的痕迹。磨削后存在的磨痕深度不大于0.5mm，同一横断面不允许超过两处。 驱动轴的静扭强度失效后备系数K应不大于1.80。3 40Cr的基本性质3.1 40cr的化学成分及力学性能化学成分： 碳的含量为0.370.44% 硅的含量为0.170.37% 锰的含量为0.500.80% 铬的含量

14、为0.801.10%力学性能： 退火硬度：小于207HBS 正火硬度：小于250HBS 调制处理：试样直径为25mm, 850淬火加热油淬 520回火后，抗拉强度为980兆帕，屈服点为785兆帕，断面收缩率为45%，冲击吸收功为47J,冲击韧性为588.3千焦/平方米特性：调质后，有良好的综合性能，低温冲击性良好，缺口敏感性较低，有好的淬透性，正火调质后加工性能良好。但是焊接性能不佳，容易产生裂纹，焊接之前要预热到100150。应用举例：较重要的调质件如汽车转向螺杆，连杆螺栓，进气阀，齿轮等。3.2 合金元素的作用3.2.1 40Cr钢中硅元素的作用有利于体心立方的铁素体组织的形成，在钢中不形

15、成碳化物，在周期表中处于铁左边，主要固溶于铁中。其对碳在奥氏体中的扩散系数影响不大，对奥氏体形成速度无甚影响，可升高A1点，相对的减缓了奥氏体的形成速度。对加热时奥氏体晶粒大小稍有阻碍或不起作用，可推迟珠光体相变使C曲线右移，使C曲线上的鼻子移向高温区域，使Ms点降低，提高过冷奥氏体的稳定性，从而降低淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。可显著地减慢马氏体在较低温度的分解，但不减慢在400500回火时马氏体的分解，显著阻碍碳化物的聚集，阻碍钢在回火时消除各类畸变的作用，而且一般都推迟了淬火钢相的回复、再结晶和碳化物聚集过程，从而抑制了钢的硬度、强度的降低，增强了钢的回火稳定性。可提高相的再结晶温度

16、，可使钢回火脆性显著增强，可改变钢的各相组织，增加珠光体数量。主要目的是增大钢的淬透性，全部淬透零件在高温回火后可获得高而均匀的综合力学性能，特别是高的屈强比，显著强化铁素体，比在一定范围内还能提高钢的韧性。3.2.2 40Cr钢中铬元素的作用可封闭相区的元素，含量达到一定量时，相区被封闭，即使相图上的区域收缩成一个很小的范围，超过此含量合金发生到相变，有利于体心立方的铁素体组织的形成。在钢中可形成碳化物，其为过渡过度族元素，在周期表中位于铁的左边，可降低钢的共析点含碳量以及碳在中的最大固溶度，大量加入可使相区消失，得到全部铁素体组织。是强化物形成元素，降低碳在奥氏体中的扩散系数，因而大大推迟

17、了珠光体向奥氏体转变过程，在钢中由于形成的特殊碳化物不易溶解，将使奥氏体形成速度减慢，可升高A1点，相对的减缓了奥氏体的形成速度。显著的将相的再结晶温度推向高温，使钢中明显出现回火脆性，强烈的阻止马氏体分解的进一步发展，可改变钢的各相组织，增加珠光体数量。增大钢的淬透性，全部淬透零件在高温回火后可获得高而均匀的综合力学性能，特别是高的屈强比，显著强化铁素体，比在一定范围内还能提高钢的韧性。如果形成难溶解的特殊碳化物，则在加热时，如果保温时间不足，将会得到成分极不均匀的奥氏体。对加热时奥氏体晶粒大小有中等阻碍作用，可推迟珠光体相变，使Ms点降低，提高过冷奥氏体的稳定性，从而降低淬火临界冷却速度，

18、提高钢的淬透性。显著阻碍碳化物的聚集，阻碍钢在回火时消除各类畸变的作用，而且一般都推迟了淬火钢相的回复、再结晶和碳化物聚集过程，从而抑制了钢的硬度、强度的降低，增强了钢的回火稳定性。3.2.3 40Cr钢中锰元素的作用可开启相区，如果达到一定数量，便可完全抑制相区的出现，而代之以相，因此如果r区域淬火至室温就很容易获得奥氏体。可提高相的再结晶温度，使钢中明显出现回火脆性，可改变钢的各相组织，增加珠光体数量。在钢中可形成碳化物，其为过渡过度族元素，在周期表中位于铁的左边，可降低A3和A1，大量加入后甚至可以使A3降到室温以下，则钢在室温下仍具有奥氏体组织，可改变工析转变温度，降低A1点相对来说增

19、加了过热度，也就增大了奥氏体的形成速度，可使珠光体细化，有利于奥氏体形成，对加热时奥氏体晶粒大小则有助。可推迟珠光体相变，使Ms点降低，提高过冷奥氏体的稳定性，从而降低淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。为了增大钢的淬透性，全部淬透零件在高温回火后可获得高而均匀的综合力学性能，特别是高的屈强比，显著强化铁素体，比在一定范围内还能提高钢的韧性。3.3 组织转变及淬透性 40Cr是调质钢，用于制造在重载荷作用下同时又受冲击载荷作用的一些重要零件，要求零件具有高强度、高韧性相结合的良好的综合力学性能。抗拉强度和屈服强度比相应的碳钢高约20%，并有良好的淬透性，切削性好，冷变形时的塑性中等，断面小于50

20、mm时，油淬后有较高的疲劳强度。具有较高的强度和硬度，调质后可获得回火索氏体具有较高的强度、塑性、韧性、疲劳极限、断裂韧度和较低的韧脆性转折温度，可以满足工件使用的性能要求，少量合金元素的加入显著增加了钢的淬透性，一般采用油淬，油淬的临界直径是3040mm，适用制造较重的调质件，如机床主轴、汽车、拖拉机上的连杆、螺栓等。调质钢在热加工后，必须经过预备热处理降低硬度，以利于切削加工，预备热处理还可以消除热加工缺陷，改善组织为淬火做好准备。对合金含量较低的钢，可采用正火或完全退火，对合金含量较高的钢采用正火加高温回火做预备热处理。高温回火可使正火处理得到的马氏体转变为粒状珠光体。最终热处理为调质，

21、碳钢淬火温度为Ac3+(3050)，合金钢可适当提高淬火温度，回火温度为500650，具体回火温度按硬度取，要求强度高的选下限。 合金调质钢有较大高温回脆倾向，为防止高温脆性发生，高温回火后要采用水冷或油冷，对于大锻件体要采用合金化方法防止回脆。调质钢不一定都进行调质处理，因为回火索氏体组织不能充分发挥碳提高钢的强度方面的潜力，所以当零件以提高强度和疲劳强度为主要目的时，可采用淬火加低温回火代替调质。由于碳对过饱和相得固溶强化作用、-Fe2.4C的沉淀强化和马氏体相变的冷作硬化使中碳回火马氏体具有极高的强度。应用于航空航天结构的低合金超高强度结构钢就是以调质钢为基础发展起来的。为改善低合金超高

22、强度结构钢韧性，采用真空感应炉熔炼和电渣重溶减少钢中气体和有害杂质含量。加入能抑制-Fe2.4C溶解和Fe3C析出的合金元素Si等，提高回火稳定性，将一类回火脆性的温度提高。 低合金超高强度结构钢和合金调质钢经淬火加低温回火后，其韧性与碳的质量分数有关。例如低合金高强度钢当碳的质量分数超过0.3%，虽然，随着碳的质量分数的增高强度持续增高，但钢的韧性特别是断裂韧度显著下降。所以应合理控制碳质量分数，以得到最佳强度与塑性的配合。4. 拖拉机驱动轴生产工艺路线及分析4.1 拖拉机驱动轴的选材 按照驱动轴对材料力学性能的要求，驱动轴常用材料是中碳钢或中碳合金钢，如45、40Cr、40MnB、40Cr

23、MnMo等。具体选用何种钢号，应根据驱动轴承受负载的大小，驱动轴杆部的直径和淬硬层深度的要求来确定。通常是轻型车、尺寸较小的驱动轴选用中碳钢；重型车、尺寸较大和工作应力大的驱动轴选用淬透性和强韧性较好的合金钢。对于主要承受扭转载荷的轴类零件，钢的淬透性以保证轴的直径的1/2处能淬火为最佳。驱动轴材料依据其工作条件选用，中型重车选用40Cr，重型载重车选用40CrMnMo。拖拉机为中型重车，故选用40Cr。4.2 40Cr热处理工艺特性(1)预备热处理 调至钢经加热后，必须经过预备热处理来降低硬度，便于切削加工，消除热加工时造成的组织缺陷。对于40Cr钢而言可进行正火或退火处理。(2)最终热处理

24、 调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。一般可以采用较慢的冷却速度淬火，可以用油淬避免热处理缺陷。当强度较高时，采用较低的回火温度，反之选用较高的回火温度。4.3 40Cr拖拉机驱动轴工艺路线及热处理方案分析 （1）工艺路线为：锻造毛坯调质加工成形90圆柱面与花键两处高频淬火。 该工艺方案的优点：工艺简单，特别是调质工艺，因为调质后再进行机械加工，无须考虑氧化脱碳问题。 该工艺方案的缺点是：加工余量大，浪费材料，调质效果不好。该种钢油淬时临界直径大于55mm（加上加工余量），根据该种钢的端淬曲线可以推知，即使在表面也得不到半马氏体区，实际上只能得到网状铁素体及细片状珠光体组织。花键与锥度交界处恰

25、好是花键高频淬火的过渡区（热影响区），此处的强度比未经表面淬火的还差，而又是应力集中的危险断面。 （2）工艺路线为：锻造荒车及钻23孔（应留加工余量，以备扩孔成23）调质加工成形（包括扩23）90圆柱面、锥度及花键部分高频淬火。 该工艺方案的优点是：克服了第一方案的调质效果不良，以及锥度与花键交界危险断面处恰好是高频淬火热影响处的弱点，其使用性能将比第一方案大为改善。 该方案的缺点是：加工余量大、浪费原材料；增加了加工工序和工序间周转，延长了生产周期；对调质工序加热时氧化、脱碳的控制要求较严；高频淬火时，在锥度根部R3圆角处需圆角淬火，为了避免有淬火过渡区，锥度与花键部分应连续淬火，但该两部分

26、尺寸及几何形状不同，故用同一感应圈淬火时，需改变高频淬火工艺参数（至少应改变工件升降速度）操作比较复杂，质量不易稳定。 在设备条件不变的情况下，第二种方案的生产周期比较长，生产成本较高。 （3）改整体结构为组合结构，即把整体分解为法兰盘和花键轴，花键轴为通花键，与法兰盘用花键连接。工艺路线如下： 法兰盘：锻造调质加工成形（花键孔只加工内孔，键槽未拉）90外圆高频淬火拉削花键孔。 花键轴：棒料钻孔调质加工成形花键中频淬火。 该工艺方案的优点： 省料，再大量生产中花键轴可向钢厂订购管材；调质效果要好，基本上与该种钢的临界直径相适应；感应加热淬火工艺单一，操作方便、质量稳定，因为90外圆高频淬火目的

27、是提高耐磨性，其与法兰盘连接处直径大，应力小，故强度足够。花键采用中频加热，淬硬层深度增加至4.55mm，疲劳强度提高，经2500Hz中频淬火并200低温回火，表面硬度为5355HRC，据测量齿的根部有589736N/mm的压应力，由于是通花键，可以一次连续淬火，没有过渡区。 该工艺方案的缺点是：增加了法兰盘拉削内花键孔的工艺，但省去了锻造拔制锥度及花键部分直径的工序，简化了花键轴的加工。 试验表明，采用第一种工艺方案时，由于强度比较低，当与行星架锥度紧配合比较好时，常在锥度部分与法兰盘连接处发生剪切断他过过渡区的材料剪切强度，驱动轴将在花键根部迅速剪切断裂，寿命更低。 当按第三种方案处理时，

28、与第一种方案处理的比较，疲劳寿命大幅度提高，条件疲劳极限扭矩提高至原来的2.8倍，极限应力幅提高至原来的4.5倍。田间试验500h未发现断裂现象。 可以估计，采用第三种方案，制造成本提高不多，而寿命大幅度提高，总的经济效果是良好的。4.4 热处理工艺的确定 下料锻造正火（预先热处理）粗加工调制90圆柱面、锥度及花键部分高频淬火回火精加工校正检验。工艺说明如下：（1） 驱动轴零件经锻造后（40Cr钢锻造温度始锻温度为1100，终锻温度为800）进行正火处理。（2） 正火 为消除锻后组织不均匀（带状组织）、经理粗大和锻造力，改善切削加工行，必须进行预先热处理正火。其工艺是：加热温度为：820870

29、。 工件经加热、保温后冷却，获得均匀的细珠光体组织。正火后的硬度为197207HB，易于切削加工。（3） 调质 调质是驱动轴机械加工后的最后热处理。为达到要求性能，调质工艺采用以下措施： a.为了保证回火后驱动轴的力学性能，淬火后再1/4直径处硬度应大于45HRC，淬火组织为半马氏体。为此，应选择较高的淬火加热温度，以提高淬透性。 b.淬火温度为（86010），保温80min。首先是杆部和花键部分先淬入10%的NaCl水溶液中，水温加热到50左右,待杆部和花键部分在热NaCl水溶液中冷却到本体降到600左右时，立即由溶液中提出，再将工件整体投入油中冷却，温度为6080。这样操作是盘部外圆先不冷

30、却，待盘部外圆在空气中降温，杆部和花键部分在冷却介质中降温。待盘部外圆降至750左右，将工件整体投入油中冷却，这样，解决一个工件要求两种硬度的要求，同时解决法兰盘与杆部相连处易产生开裂的问题，既可保证盘部硬度，又减少变形，避免开裂。 淬火后的金相组织为：杆部为马氏体，盘部为托氏体+马氏体。 c.回火温度是根据零件回火后的硬度要求确定的。驱动轴回火温度定为43010，回火时间为120min。为克服回火脆性，回火后在水中冷却。 经过回火后的金相组织为：回火索氏体和回火屈氏体。 d.调质后再经喷丸处理，使驱动轴表面由于局部塑性变形而增加加压应力，能明显提高驱动轴疲劳寿命。 （4）90外圆高频淬火目的

31、是提高耐磨性，其与法兰盘连接处直径大，应力小，故强度足够。花键采用中频加热，淬硬层深度增加至4.55mm，疲劳强度提高，经2500Hz中频淬火并200低温回火，表面硬度为5355HRC，据测量齿的根部有589736N/mm的压应力，由于是通花键，可以一次连续淬火，没有过渡区。 4.5 热处理常见的缺陷及防护措施4.5.1 氧化和脱碳 氧化时指钢表面的铁被氧化成氧化铁；脱碳是指钢表面的碳分被氧化成CO、CH4等气体，是钢表面的含碳量降低。氧化使工件表面金属烧损，影响工件尺寸和降低表面质量。脱碳时工件表面碳贫化从而导致工件淬火硬度和耐磨性降低。严重的氧化脱碳会造成工件报废。 对需要控制氧化脱碳的工

32、件，可采用下列措施。 a.控制加热温度和加热时间。在保证工件淬火硬度和组织的前提下，尽量采用较低的加热温度，采用最短的加热时间。加热前先经预热，可有效的缩短高温加热时间，减少共建的氧化和脱碳。 b.采用盐浴加热 c.采用保护气氛或可控气氛加热。此外，加热时将工件装如有保护剂的铁箱中或涂以保护涂料，也有一定的防氧化脱碳效果。4.5.2 过热和过烧 加热温度过高，或在高温下加热时间太长，引起奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗针状马氏体的现象，称之为过烧。过热组织增加钢的脆性，容易造成淬火开裂。淬火过热可以返修，返修前需进行一次细化组织的正火或退火，再按正确规范重新加热淬火。 如果加热温度太高，以致奥氏体

33、晶界出现熔化和氧化现象，称为过烧。过烧组织晶粒极为粗大，晶界有氧化物网络，钢的性能急剧降低。这种缺陷无法挽救。4.5.3 淬火硬度不够 硬度不够是指整个工件或较大区域内硬度达不到技术要求。其形成原因如下： a.欠热 造成欠热的原因是加热温度过低或保温时间不足，工艺错误，控制仪表失灵，操作是装炉量太大使各层工件温度不匀。 b.过热 过共析钢因过热奥氏体溶有过量的碳和合金元素，使Ms点大为降低，以致淬火后因残留大量奥氏体而降低硬度。 c.冷却速度不够 工件在淬火过程中因冷却速度不够而发生或部分发生奥氏体珠光体转变。造成原因是冷却介质选择不当，冷却介质温度过高或老化及工件尺寸太大等。 d.操作不当

34、如预冷淬火预冷时间过长，双液淬火时在水中停留时间太短，分级淬火时分级温度太高或停留时间过长等，均会造成奥氏体分解而最终组织中出现非马氏体组织，使硬度降低。4.5.4 软点 工件上硬度不足的小区域称为软点。软点往往是工件磨损或疲劳损坏的中心，重要工件上不允许存在软点。造成软点的原因： a.原材料缺陷 钢中存在大块铁素体或带状组织。 b.欠热 因加热温度不够或保温时间不足，使奥氏体成分不均匀，或亚共析钢中铁素体未全部溶于奥氏体。 c.冷却不匀 工件在介质中移动不充分，淬火时堆在一起，工件表面有氧化皮等污物附着以及冷却介质混有肥皂、油污等，都会造成工件冷却不均匀，使局部小区域发生高温转变而形成软点。

35、4.5.5 变形和开裂 工件的变形与开裂是淬火操作中常见的一种癖病。因此，在淬火时，最大限度的减小工件的变形和防止开裂是一个必须注意的重要问题。 导致淬火工件变形或开裂的原因是淬火过程中产生的内应力。淬火内应力按其形成的原因，可分为两类： a.热应力 它是在加热和冷却过程中，由于工件各部分间存在温差所造成的热胀冷缩先后不一致而产生的内应力。 b.组织应力 这是工件在热处理过程中，因组织转变的不同时性和不一致性而形成的内应力。 变形和开裂不仅与淬火工艺有关，而且和工件的设计与选材、柸料的冶金与锻造质量、预先热处理、冷热加工的配合等均有密切关系。只有综合考虑这几方面的因素，采取相应的措施，才能取得

36、良好的效果。生产中主要从以下几方面来考虑：a.合理设计零件b.正确制定锻造和预先热处理工艺c.冷热加工配合要协调d.制定合理的热处理工艺4.5.6 回火缺陷（1）硬度不合格 回火后过高一般是回火不充分所造成的，补救办法是按正常回火规范重新回火。回火后硬度不足，主要原因是回火温度过高。补救办法是按前述返修规范重新淬火并回火。（2）韧性过低 在第一类回火脆性区回火或具有第二类回火脆性敏感的钢材，回火后未进行快冷，都会使工件回火后脆性增加。补救办法是对在第一类回火脆性区进行回火的工件，按返修规范重新淬火并避开该脆性区进行回火；对因在第二类回火脆性区回火而未快冷的工件，可采用稍高一些的温度进行短时回火

37、并快冷。4.6 热处理工艺及曲线图4.6.1 正火工艺的制定为消除锻后组织不均匀（带状组织）、经理粗大和锻造力，改善切削加工行，必须进行预先热处理正火。图1为正火工艺曲线图，其工艺是：加热温度：AC3+（3050），由此确定加热温度为为850；保温时间为：120min。冷却方式为：空冷。工件经加热、保温后冷却，获得均匀的细珠光体组织。正火后的硬度为197207HB，易于切削加工，其工艺曲线图为图1。 图1 正火工艺曲线图4.6.2 淬火工艺的制定40Cr材质是淬硬性和淬透性较高的一种材料，它在淬火时是会产生较大应力的，一般情况下要想保证它不淬裂，就需要从工艺上进行保证，比如淬火剂改用油，而不是

38、用水淬。图2为淬火工艺曲线图，调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。淬火加热温度：AC3+（3050），由此确定加热温度为为850；保温80min；冷却方式:油冷。 图2 淬火工艺曲线图4.5.3 回火工艺的制定低温回火 图3为淬火加低温回火工艺曲线图，亚共析钢的低温回火温度为150300。但钢材的第一类回火脆性在250400，由于40Cr中含有硅、锰、铬等合金元素，第一类回火脆性将有所提高，所以选低温回火温度为240；保温时间为60min。采用空冷。图3 淬火加低温回火工艺曲线图高温回火（调质处理） 图

39、4为淬火加高温回火曲线图，高温回火温度为500650；保温时间为60min，空冷。图4 淬火加高温回火工艺曲线图4.7 金相分析4.7.1 正火热处理的金相分析正火是加热、保温后在空气中冷却，其冷却速度比炉冷快，珠光体转变温度低，因此正火后获得的珠光体比退火后的珠光体细，正火后组织为铁素体加珠光体以及可能出现的魏氏组织。40Cr正火后的组织见图5，其正火后的布氏硬度查表3可知。图5 40Cr钢正火后的组织（4%硝酸酒精）表3 40Cr退火、正火的布氏硬度（平均值）试样编号试样热处理工艺硬度值HB140Cr850随炉冷却176240Cr850空冷1984.7.2 调原始组织为热处理的金相组织调质

40、热处理是淬火加高温回火，其室温组织为回火索氏体。40Cr钢的球状珠光体，由于球状的接触面积小，同时铬能阻碍碳的扩散，而铬本身扩散速度较慢，因此加热温度应选择上限，且保温时间加长，否则球状渗碳体很难完成溶解而被保留下来，造成淬火后硬度及强度下降。40Cr调质后组织见图6，其硬度值见表4。图6 40Cr钢调质后的组织表4 40Cr淬火后回火热处理的洛氏硬度（平均值）试样编号材料热处理工艺硬度值HRC回火温度硬度值HRC140Cr850油淬50.262024.4240Cr850油淬51.846041.3340Cr850油淬49.324050.35 质量检验5.1 检验项目5.1.1 硬度.调制零件均应按图纸要求和工艺规程进行硬度检验。.检验硬度前，应将零件表面清理干净，去除氧化皮，脱碳层及毛刺等。.硬度检验的位置根据工艺文件或由检验人员确定，在淬火部位检验硬度应不少于13处，