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1、攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目：40Cr钢机床齿轮的热处理工艺设计学生姓名： X X X 学 号： 201111102XXX 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 20XX级材料成型及控制工程 班 级： 20XX材料成型及控制工程1班 指 导 教 师： X X X 职称： 讲 师 2012年12月28日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目40Cr钢机床齿轮的热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计40Cr钢机床齿轮的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能使学生了解、设计40Cr钢机床齿轮的热处理工艺，融会贯通
2、相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能力。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容 ：（1）明确设计任务（包括用途、服役条件及性能要求）（2）绘出热处理件零件图（3）给出设计方案（4）写出设计说明（5）设计质量检验项目（6）设计热处理工艺卡片（7）40Cr钢机床齿轮的热处理缺陷及预防或补救措施要求：（1）通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。（2）分析热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（3）提交设计说明书（报告），2千字以上。报告格式请参照“毕业论文（设计）”格式。3、主要参考文献1 夏立芳主编. 金属
3、热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20052 中国机械工程学会热处理分会热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.3 张玉庭主编热处理技师手册机械工业出版社2006第一版4 中国机械工程学会热处理学会热处理手册机械工业出版社2003第三版.4、课程设计工作进度计划第16周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。 第17周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内
4、涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确
5、、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日攀枝花学院本科课程设计（论文）
6、 摘要摘 要 本课设计了40Cr钢机床齿轮的热处理工艺设计。主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（正火 ）、淬火+高温回火等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。40Cr为中碳合金钢，预备热处理是正火，正火的加热温度通常为Ac3以上3050,而对于中碳合金钢的正火温度通常为Ac3以上50100，热温度范围为850900，选870。主要目的是为了获得一定的硬度，便于钢坯的切削加工，为调质做好组织准备。最终热处理为淬火+高温回火，淬火温度要求T=Ac3+3050（）可得，淬火温度T=830850（），选850，采用油冷的冷却方式；回火温度为520
7、。通过调质处理，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织，使齿面有足够的硬度和耐磨性，芯部有一定的强度和韧性。 关键词：40Cr钢，正火，高温回火，机床齿轮0攀枝花学院本科课程设计（论文） 目录目 录摘 要11、设计任务31.1设计任务31.2设计的技术要求32、设计方案42.1 机床齿轮的分析42.1.1工作条件42.1.2失效形式42.1.3性能要求42.2钢种材料53、设计说明63.1机床齿轮零件图63.2加工工艺流程63.3具体热处理工艺73.3.1预备热处理工艺73.3.2淬火+高温回火热处理工艺8 3.3.3物理性质104、质量检验及标准115、分析与讨论126、结束语157、热处理工艺
8、卡片及参考文献161攀枝花学院本科课程设计（论文） 1 设计任务1 设计任务1.1设计任务 40Cr钢机床齿轮的热处理工艺设计1.2设计的技术要求齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力，齿根部有最大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效。齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。 材料为40Cr调质钢的齿轮，当840-860油淬，540-620回火时，调质硬度可达28-32HRC，可改善组织、提高综合机械性能；当860-880油淬，24028
9、0回火时，硬度可达46-51HRC，则钢的表面耐磨性能好，芯部韧性好，变形小；当500-560氮化处理，氮化层0.15-0.6mm时，硬度可达52-54HRC，则钢具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度，较高的抗蚀性和抗胶合性能且变形极小；当通过电镀或表面合金化处里后，则可改善齿轮工作表面摩擦性能，提高抗腐蚀性能。另外40Cr调质钢满足材料的工艺性能。材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工,因此选40Cr调质钢。40Cr调质钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差，可以通过改变工艺规程、热处理方法等途经来改善材料的工艺
10、性能。2攀枝花学院本科课程设计（论文） 2 设计方案2 设计方案2.1机床齿轮的分析齿轮用于机械装置中功率的传递与速度的调节,在机床中不仅有着重要的作用,而且用量相当大。因此为获得理想的组织与性能，保证机床齿轮在生产过程中的质量稳定性和使用寿命，就必须从工件特点要求和技术条件，认真分析机床齿轮在使用过程中的受力状况和可能失效形式，正确选择材料。2.1.1工作条件机床齿轮的工作条件很复杂，具体条件如下：齿轮工作时,从啮合点到齿根的整个齿面上均受脉动的弯曲应力作用，而在齿根危险断面上造成最大的弯曲应力。在脉动弯曲应力作用下，可是齿轮产生弯曲疲劳破坏，破坏形式是断齿。齿轮工作时，通过齿面的接触传递动
11、力,在接触应力的反复作用下，会使工作齿面产生接触疲劳破坏。破坏形式主要有麻点剥落与硬化层剥落两种。齿轮工作时，两齿面相对运动，会产生摩擦力。齿轮工作时，还会承受强烈的冲击载荷。2.1.2失效形式机床齿轮的主要失效形式为齿面点蚀和轮齿折断。齿面点蚀。齿轮传动过程中，齿轮接触面上各点的接触应力呈脉动循环变化，经过一段时间后，会由于接触面上金属的疲劳而形成细小的疲劳裂纹，裂纹的扩展造成金属剥落，形成点蚀。轮齿折断。最常见的是弯曲疲劳折断、过载折断。轮齿受力后,在齿根部产生的弯曲应力最大,且在齿根过渡圆角处有应力集中。如果轮齿的交变应力超过了材料的疲劳极限,在齿根圆角处将产生疲劳裂纹,随着裂纹不断扩展
12、。2.1.3性能要求1.齿轮会在齿根危险断面上造成最大的弯曲应力，在脉动弯曲应力作用下，可是齿轮产生弯曲疲劳破坏，因此机床齿轮应具有高的疲劳极限和高的抗弯强度。2.齿轮通过齿面的接触传递动力,在接触应力的反复作用下，会使工作齿面产生接触疲劳破坏，因此齿轮应具有高强度和较高的韧性。3.齿轮工作时，两齿面相对运动，会产生摩擦力，因此齿轮应具有高的耐磨性。4.齿轮工作时，还会承受强烈的冲击载荷，因此齿轮应具有抗多次冲击的能力。5.齿轮工作过程中会有摩擦，会摩擦生热，使齿轮在较高的温度环境下工作，因此齿轮应具有一定的高温下的高强度和精度。2.2钢种材料40Cr钢为中碳合金钢，有较高的力学性能和工艺性能
13、，应用十分广泛。经过调质处理的40Cr具有良好的综合力学性能，具有如下3个特点：在铁素体机体上均匀分布的粒状碳化物起弥散强化作用，溶于铁素体中的合金元素起固溶强化作用，从而保证刚有较高的屈服强度和疲劳强度。组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性。作为基体组织的铁素体是从淬火马氏体转变而成的，晶粒细小，使刚的冷脆倾向大大减小。根据以上特点可知：经调质热处理的40Cr中碳合金结构钢表面除具有高硬度，高耐磨性外，还具有高的疲劳强度，高温下的强度，还能使心部具有高的强度和韧性，从而满足机床齿轮的质量要求。4攀枝花学院本科课程设计（论文） 3 设计说明3 设计说明
14、3.1机床齿轮零件图机床齿轮零件图如图1所示：处理(完全退火)机械加工渗碳淬火+低温回火平磨组装。A钢属于低碳钢，其成分1如下表3.1.表3.1 A钢的化学成分（质量分数，%）CMnPSCrNiCuSi0.120.190.350.650.0350.0350.250.250.250.170.37成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消除或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和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。Si能溶
15、于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(s/b),以及疲劳强度和疲劳比(-1/b)等。 图1 机床齿轮零件图3.2加工工艺流程40Cr钢制造机床齿轮热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 下料锻造预备热处理(正火)粗加工精加工粗铣齿最终热处理（淬火+高温回火）精铣齿成品。40Cr钢属于中碳钢，其成分如下表1表1 40Cr钢的化学成分（质量分数，%）CMnCrSiPSNiCu0.370.440.500.800.80 1.100.170.370.0300.0300.250.20成分分析：Cr与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳
16、形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等铬与铁可形成金属间化合物相；Cr使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少，减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性但亦增加钢的回火脆性倾向。提高钢的强度和硬度时加入其他合金元素时，效果较显著。Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消除或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和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度不及碳，磷、硅，在增加强度的同时对延展性无影响；在严格控制热处理工艺、避免过热时的晶粒长大以及回火脆性的前提下，锰不会降低钢的韧性，因此经固溶处理后有良好的韧性；当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化
17、，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(s/b),以及疲劳强度和疲劳比(-1/b)；硅含量超过3时显著降低钢的塑性和韧性；改善钢的耐磨性能等。硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。但硅易使钢中形成带状组织，使横向性能低于纵向性能，也会降低钢的可焊性。3.3具体热处理40Cr钢的热处理包括初期的锻造和预备热处理，以减少坯料的硬度为方便后面的机加工，也为后续淬火、回火提供优良的原始组织。40Cr钢的热处理工艺分析：由于40Cr钢的含碳量为0.37%0.44%，对于齿轮这种要求刚强度和
18、高耐磨的特性，那么40Cr钢最重要的就是提高其硬度和耐磨性。通过锻造和随后的正火，形成硬度较低的原始坯料，为后续的切削加工提供有利的方便和减少对于车床的磨损。为了碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度，一般40Cr钢使用时都需要进行锻造和预备热处理, 以减少碳化物的不均匀分布, 为后续淬火、回火提供优良的原始组织。3.3.1预备热处理工艺1 正火加热温度通常对于亚共析钢正火的加热温度通常为Ac3以上3050,而对于中碳合金钢的正火温度正火温度通常为Ac3以上50100，保温一定时间后在在空气中冷却得到珠光体类组织。加热温度过低先共析铁素体未
19、能全部溶解而达不到细化晶粒的作用，加热温度过高会造成晶粒粗化恶化钢的力学性能，因此选870。 2 正火加热保温时间 工件有效厚度的计算原则是:薄板工件的厚度即为其有效厚度;长的圆棒料直径为其有效厚度;正方体工件的边长为其有效厚度;长方体工件的高和宽小者为其有效厚度;带锥度的圆柱形工件的有效厚度是距小端2L/3(L为工件的长度)处的直径;带有通孔的工件,其壁厚为有效厚度.一般情况下，碳钢可以按工件有效厚度每25毫米为一小时来计算，合金钢可以按工件的有效厚度每20毫米一小时来计算保温时间，加热时间应为23小时左右,选2小时。3 40Cr钢正火工艺曲线如图2所示：T/T=870t=120minAc3
20、空冷Ac1t/min图2 40Cr钢正火工艺曲线加热温度：Ac3+3050；加热速度：小于200/h；保温时间：23h。3.3.2淬火+高温回火热处理工艺淬火淬火是将钢加热至临界温度点Ac3或Ac1以上一定的度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。其目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能。淬火温度要求T=Ac3+3050（）可得，淬火温度T=830850（），选850，采用油冷的冷却方式。40Cr钢的淬火冷却曲线如图3所示 T/T=850 Ac3 t=80minAc1 油冷 Mst/min图3 40Cr钢的
21、淬火冷却曲线高温回火回火是将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理操作。40Cr钢的回火温度为520。其目的在于：a.降低脆性，消除内应力。工件淬火后存在着很大的内应力和脆性，若不及时回火，零件会产生变形或开裂。b.得到对工件所要求的力学性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，为了获得对工件要求的性能，可以用回火温度调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性、强度和硬度。c.稳定工件尺寸。淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，这两种组织都是不稳定的，会自发地逐渐地发生组织转变，因而引起工件尺寸和形状的改变。通过回火，可以促使这些组织转变。达到较稳定状态，以便在以后的使用过
22、程中不发生变形。通过调质处理，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织，使齿面有足够的硬度和耐磨性，芯部有一定的强度和韧性。 淬火+高温回火热处理工艺曲线图如图4所示：T/t=80minT=850Ac3Ac1T=520Mst=60min空冷油冷t/min图4 淬火+高温回火热处理工艺曲线图8回火规范如表2 表2 40Cr钢回火规范表 方案 淬火温度 / 回 火用 途 加热温度/ 介质硬度HRC 850 消除应力 去除应力，降低硬度去除应力，降低硬度150170 200275 400425 油或硝盐 6163 5759 5557 880 去除应力及形成二次硬化 去除应力及形成二次硬化 去除应力及形成二
23、次硬化 510520多次回火 -78冷处理加510520一次回火 -78冷处理加一次510520回火，再-78冷处理 6061 6061 61623.2.5物理性能经过上述各种热处理后40Cr钢的韧性、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提升。9攀枝花学院本科课程设计（论文） 4 质量检验及标准4 质量检验及标准检验项目及标准：检查工件表面有无腐蚀或氧化皮。不得有裂纹及碰伤，表面不得有锈蚀，具体如下：1、工件变形检查根据图样技术要求检查工件的挠曲变形、尺寸及几何形状的变化。2、淬硬层深度检查感应加热淬火后应检查淬硬层深度，42CrMo淬硬层深度应在8mm左右。可采用硬度法测量。硬度压痕应当打在垂直于表
24、面的一条或多条平行线上，而且宽度为1.5mm区域内，最靠近表面的压痕中心与表面的距离为0.15mm，从表面到各逐次压痕中心的距离应每次增加0.1mm。当表面硬化层深度大时，各压痕中心的距离可以大一些，但在接近极限硬度区域附近，仍应保持压痕中心之间的距离为0.1mm。用垂直表面横截面上的硬度变化曲线来确定有效硬化层深度。由绘制的硬度变化曲线，确定从零件表面到硬度值等于极限硬度的距离，这个距离就是感应淬火后的有效硬化层深度（有效硬化层深度(DS)：是指从零件表面到维氏硬度等于极限硬度那一层之间的距离。极限硬度(HVHL)：是指零件表面所要求的最低硬度(HVMS)乘以系数通常HV1试验力系数可以选用
25、0.8，也可以选用0.9或者更高。）3、硬度检查在淬火后检查包括淬硬层表面及心部硬度，一般用洛氏硬度HRC标尺测量。42CrMo钢在调质,感应淬火，低温回火后，表面硬度可达HRC50以上，心部硬度可达35454、金相组织检查按技术要求及标准行检查淬硬层的显微组织：残留奥氏体数量，有无反常组织，心部组织是否粗大及铁素体是否超出技术要求等，一般在显微镜下放大400倍观察。10攀枝花学院本科课程设计（论文） 5 分析与讨论5 分析与讨论 40Cr作为中碳调质钢，一般采用淬火+高温回火，资料记载，Mn、Cr钢在较低温度回火时容易出现回火脆性，由模拟试验冲击值与断口形貌可知，240以下回火断口以准解理为
26、主，冲击值较低，随回火温度提高冲击值上升，280-380之间断口出现明显的沿晶断口，350时沿晶断口所占比例最多，冲击值明显降低，460以上断口以韧窝为主，冲击值大幅提高，钢材化学成分、晶粒度、非金属夹杂物、金相组织均符合技术标准要求，模拟试验结果表明工件采用的热处理工艺使材料出现回火脆性。热处理的常见缺陷及补救措施1 氧化和脱碳氧化和脱碳：工件在加热过程中，由于周围的加热介质与钢表面所起的化学作用，会使钢发生氧化与脱碳，严重影响淬火工件的质量。氧化：是指钢的表面与加热介质中的氧、氧化性气体、氧化性杂质相互作用形成氧化铁的过程。由于氧化铁皮的形成，使工件的尺寸减小，表面光洁度降低，还会严重地影
27、响到淬火时的冷却速度，致使工件表面产生软点和硬度不足。钢的氧化虽然是化学反应，但是一旦在钢的表面出现一层氧化膜之后，氧化的速度主要取决于氧和铁原子通过氧化膜的扩散速度，随着加热温度的升高，原子扩散速度增大，钢的氧化速度便急剧地增大，特别是在570度以上，所形成的氧化膜是以是FeO为主，它是不致密的，结构疏松的。因此，氧原子很容易透过已形成的表面氧化膜，继续与铁发生氧化反应，所以，当氧化膜中出现FeO时，钢的氧化速度大大增加，氧化层逐渐增厚。在570度以下氧化膜则由比较致密的Fe3O4所构成，由于处于工件表面的这种氧化膜结构致密，与基体结合牢固，氧原子难以继续渗入，故氧化的速度比较缓慢。脱碳：是
28、指钢表层中的碳被氧化，使钢的表层含碳量降低，钢的加热温度越高，且钢的含碳量越多（特别具有高含量的硅、钼、铝等元素时），钢越容易脱碳。由于碳的扩散速度较快，所以钢的脱碳速度总大于其氧化速度。在钢的氧化层下面，通常总是存在着一定厚度的脱碳层，由于脱碳使钢的表层碳含量下降，从而导致钢件淬火后表层硬度不足，疲劳强度下降，而且使钢在淬火时，容易形成表面裂纹。为了防止氧化、脱碳，根据工件的技术要求和实际情况，可以采用保护气氛加热、真空加热，以及用工件表面涂料包装加热等方法。在盐浴中加热时，可以采用经常加入脱氧剂的方法，并要求建立严格的脱氧制度。此外，对普通箱式炉稍加改造后，采用滴入煤油的办法进行保护，可大
29、大改善加热工件的表面质量。2 过热和过烧钢件进行奥氏体化加热时，如加热温度过高或加热时间过长，会引起奥氏体晶粒长大变粗，形成的马氏体也粗化，这种现象叫过热。过热的工件几乎不能防止淬火裂纹产生。因为在生成的马氏体中存在大量微裂纹，这种马氏体裂纹会发展为淬火裂纹。在加热温度更高的情况下，钢的奥氏体晶粒进一步粗化，并产生晶界氧化，严重时还会引起晶界熔化，这种现象叫过烧。产生过烧的工件，其性能急剧降低。有过热缺陷的工件，可先进行一次细化组织的正火或退火，然后再按正常规范重新淬火。有过烧缺陷的工件因无法挽救而只能报废。3 淬火裂纹淬火裂纹是由于淬火内应力在工件表层的拉应力超过冷却时钢的断裂强度而引起的这
30、种裂纹是工件在进入冷却介质中不久之后，温度降至Ms点（大约为250度）以下时产生的。这是因为工件从奥氏体化温度急冷至Ms点以下的过程中，因马氏体转变使塑性急剧降低，而组织应力急剧增大，所以容易形成裂纹。最常见的淬火裂纹有纵向裂纹、横向裂纹、网状裂纹和应力集中裂纹几种。对于淬火后未出现而在磨削后才出现的裂纹，要区别它究竟是淬火裂纹还是磨削裂纹。磨削裂纹的方向总是垂直于磨削方向并呈平行线形样式，淬火裂则与磨削方向无关并呈刀割状开裂。导致淬火裂纹的原因很多，大体可归纳为三个方面。热处理工艺：如过热、脱碳、冷速过快、冷却操作不当、淬火后未及时回火等。原材料原因：如有大块或连续分布的非金属夹杂物、碳化物
31、偏析、白点、气孔、锻造折叠等工件结构设计或选材不当：如工件壁厚相差悬殊，具有形成应力集中的尖角、凹角等。在选材方面对形状复杂的零件选用淬透性较低的钢种，从而造成在激烈的冷却过程中开裂。淬火裂纹的防止：淬火裂纹一旦产生便无法挽救，因此必须设法防止。为了防止淬火裂纹，首先应改善零件结构设计的工艺性，并正确选用钢材。在淬火技术方面，应特别注意在点以下Ms点以上快冷、在Ms慢冷，即遵守“先快后慢”原则，如双介质淬火和分级淬火能有效防止淬火裂纹。工件淬火后要注意立即回火，因为淬火工件中或多或少地存在一定量的残余奥氏体，这些奥氏体在室温下的放置过程中会转变成马氏体，从而因发生体积膨胀而导致开裂。同时，淬火
32、残余应力的存在会助长裂纹产生。这种裂纹是延迟发生的淬火裂纹，其形状与淬火裂纹相同。4 回火缺陷回火缺陷主要指回火裂纹和回火硬度不合格。所谓回火裂纹，是指淬火状态钢进行回火时，因急热、急冷或组织变化而形成的裂纹。有回火硬化（二次硬化）现象的高合金钢，比较容易产生回火裂纹。防止方法是在回火时缓慢加热，并使回火温度缓慢冷却。硬度过高一般是因回火温度不够造成的，补救方法是按正常回火规范重新回火。回火后硬度不足主要是回火温度过高，补救办法是退火后重新淬火回火。出现硬度不合格时，首先要查找原因，检查是否发生混料，因为这也是引起淬火后硬度不合格的主要原因。回火脆性，是钢的一种热处理特性，而不是热处理缺陷。但
33、如果不注意这种特性，有时就会成为回火缺陷的根源。回火脆性一般有两类，第一类是低温回火脆性，钢在250-400度范围内产生，生产过程中无法通过改变工艺操作来消除，只能尽量避免在此温度范围内回火，或改用等温淬火工艺来代替淬火加回火；第二类是高温回火脆性，某些合金钢在450-575度回火，或在稍高温度下回火后缓慢冷却，出现了冲击韧度下降的现象，这类已脆化的钢再次重新加热至预定的回火温度，然后快冷至室温，脆性消失，所以也叫可逆回火脆性。5 变形和开裂减少变形及防止裂纹的措施淬火的目的是为了获得马氏体，就要快速冷却，但这又会引起淬火内应力，淬火工件发生变形和开裂的根本原因是由于淬火内应力造成的。因此，除
34、制定合理的淬火工艺外，同时还必须设法减小淬火内应力，防止变形和开裂。所以有必要对淬火过程中产生的内应力有所了解。内应力有热应力和组织应力两种，它们的成因和作用是不同的。13攀枝花学院本科课程设计（论文） 6 结束语6 结束语 40Cr钢是调制钢，用于制造在重载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综合力学性能，抗拉强度和屈服强度比的碳钢约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50MM时，油淬后有较高的疲劳强度，调制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
35、，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30MM40MM，适用于制造较重的调制件，如机床齿轮。调制钢在加热后，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加工缺陷，改善组织委淬火做好准备。对40Cr钢，采用正火，正火温度通常为Ac3以上50100，热温度范围为850900，选870。最终热处理为调质，碳钢淬火温度为AC3+(3050)摄氏度，合金钢可适当提高淬火温度，淬火温度T=830850（），选850，采用油冷的冷却方式；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
36、显微组织，回火温度为500650，回火温度选520。通过调质处理，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织，使齿面有足够的硬度和耐磨性，芯部有一定的强度和韧性。40Cr调质钢有较大高温的回脆倾向，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，所以可采用淬火加低温回火代替调质。40Cr钢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%，虽然随着谈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。14攀枝花学院本科课程设
37、计（论文） 7热处理工艺卡及参考文献7 热处理工艺卡片零件名称： 机床齿轮热处理工艺卡处理要求： 下料、锻造、预备热处理(正火)、机械加工、淬火+高温回火、精铣、成品热处理技术要求：恰当控制温度和时间硬度：大于等于170HBW材料：40Cr钢工序号名称设 备工具装 料工 艺 规 范冷 却备 注工具数量一工具装数量/件温度/加热时间保温时/h间合计介质温度/1锻造加热10001050-炉冷2正火8702h1h3h空气3淬火85080min1-22-3h油4高温回火5201h3-55678910更该日期更改单号更改标准更改者16参 考 文 献1夏立芳主编.金属热处理工艺学.哈尔滨:哈尔滨工业大学出
38、版社,20052中国机械工程学会热处理分会.热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.3张玉庭主编.热处理技师手册机械工业出版社2006第一版4中国机械工程学会热处理学会.热处理手册机械工业出版社2003第三版.1张士林,任颂赞.简明铝合金手册M.上海:上海科学技术文献出版社, 2006.潘复生,张丁非.铝合金及其应用M.北京:化学工业出版社, 2006.中国有色金属工业年鉴编辑委员会.中国有色金属工业年鉴M.北京:中国有色金属工业年鉴编辑委员会, 2005.5王运炎.机械工程材料.北京:机械工业出版社, 2000.6赵忠.金属材料及热处理.北京:机械工业出版社, 2000.328周凤云.工程材料及应用.武汉:华中科技大学出版社, 2002.10樊东黎.热处理技术数据手册.北京:机械工业出版社, 2006, 4.11雷廷权.金属热处理工艺方法500种.北京:机械工业出版社, 1998, 10.12秦启泰.应用热处理.金盾出版社,1997, 2.