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1、1 前言金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。热处理不仅对机械加工的顺
2、利进行和保证加工效果起着重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用寿命等方面起着重要作用。热处理工艺课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。作为一名金属材料工程专业的学生，我觉得这次课程设计是十分有意义的。大学的专业课程的学习已经基本上结束，我们在课堂上接触的仅仅是专业基础课上的理论方面，如何去面对现实中的各种热处理工艺设计？如何把我们学到的专业基础理论和用到实践中去呢？这次专业课程设计就为我们提供了这样一个平台。课程设计是我们专
3、业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础完成这次课程设计，需要综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次热处理设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了专业课程所学的内容，掌握热处理工艺设计的方法和步骤，掌握怎样根据零件的服役条件选择材料、分析零件的工艺性，确定工艺方案，分析工艺的可行性。同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。真正做到学以致用并从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。由于本人的设
4、计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正。2 零件图分析图1粗纱锭杆零件图2.1 零件的总体分析锭杆是由纤维束加捻卷绕零件“锭子”内的一根轴。锭子分为粗纱锭杆和细沙锭杆两大类，细纱机的锭杆比粗纱机的锭杆的转速还要高。锭杆的运转状态直接影响锭子的运转，影响到纱的质量和产量。其锭子为一圆柱形长杆，直径为1922mm，长度为7001000mm，随机型而定。锭子下端插在固定龙筋上作为下支承的锭脚油杯内，中部靠锭管上部的一段内壁支承。锭子顶端有凹槽，使锭翼销嵌入其中。为了使锭翼易于插上和拔下，凹槽部分的外圆有锥度，以与锭翼套管内壁相吻合。竖式锭翼在落纱时需
5、将锭翼拔出，费时又费工，并易损坏锭翼，难以实现自动落纱。并限制了粗纱机技术性能的提高，所以已被悬锭所代替。2.2 零件的结构形状分析零件结构形状如图1所示。2.3 零件的尺寸及技术要求分析尺寸要求：中段直径：35mm 锭尖直径大约为中段直径的2/3即24mm技术要求：粗纱锭杆 第一段硬度：35-45HRC 第二段硬度：35-42HRC 第三段硬度：62-80HRC3 零件的服役条件及失效形式分析3.1 服役条件锭杆是纺织机上的重要零件,它的回转速度达到每分钟一万二千转左右。由于这样高的速度,加上纱、铜管、锭盤的负荷,因而尖端部分在锭胆中转动时造成了剧烈的摩擦作用;所以锭杆的尖端部分必须要有很高
6、的硬度及很好的耐磨性来防止这些磨耗。同时在纱厂应用的时候,经常需要更换铜管;但是工人不可能非常垂直地拔出来,总是或多或少地带有一点偏斜,这个偏斜产生的同时,锭杆也会有些弯曲。如果锭杆没有适当的韧性,很容易因而引起折断现象3.2 失效形式主要是锭杆在转动时受到的扭矩而产生的折断和由于锭杆高速转动而剧烈摩擦产生的表面磨损4 材料选择4.1 粗纱锭杆的性能要求根据粗纱锭杆的工作状况，可以初步得出其材料应满足的性能要求：一是具有较高的硬度，良好的韧性和耐磨性，以保证粗纱锭杆满足高速工作下具有足够好的耐磨性和不易断裂；二是具有良好的抗疲劳和抗冲击韧性的性能，使粗纱锭杆零件能够在良好的服役条件下长时间的工
7、作。4.2 粗纱锭杆的材料选择为满足粗纱锭杆使用性能的要求，通过查阅热处理手册（第四版）第二卷典型零件处理得出T10A强度及耐磨性均较T8和T9高，但热硬性低、淬透性不高且淬火变形大。适于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受忽然和剧烈振动，需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具，如车刀、刨刀、车轴、低精度而外形简单的量具(如卡板等)，可用作不受较大冲击的耐磨零件。T10A钢又称通用低淬透性冷作模具钢，高级优质碳素工具钢，优点是可加工性能好，价格便宜，来源容易，但是淬透性较差，淬火变形大，因为钢中含有合金元素少，回火抗力低， 承载能力低。因此粗纱锭杆选择材料为T10A，表示平均含量为1%的高级优
8、质碳素工具钢。具体化学成分如下表T10A钢化学成分表牌号化学成分W/%C MnSiSP小于或等于T10A0.95-1.040.400.350.0200.030T10A钢各临界相变点温度相变点临界相变温度Ac1 727 Ms 230 Acm 8005 确定加工路线（冷、热加工）加工工艺主要包括机加工和热处理工艺。机加工是指通过加工机械精确去除材料的加工工艺。它直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。制造工艺路线：热轧棒料下料正火+球化退
9、火车削整体淬火+中温回火矫直车削锭尖感应加热淬火+低温回火磨削检验入库5.1 正火和球化退火工艺简介粗纱锭杆锻件在锻后若沿晶界出现网状碳化物时，则先进行正火处理，主要是消除网状碳化物，为后面的球化退火做准备。T10A钢经过热轧后组织不均匀内应力较大，易变形开裂，一般采取球化退火，使渗碳体成球状均匀分布，以获得铁素体机体上分布的细小均匀的球粒状碳化物组织。球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开
10、裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。5.2 整体淬火+中温回火工艺简介淬火的目的是为了获得马氏体组织，增加工件的硬度回火是将淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温1到2小时后冷却的工艺。回火往往是与淬火相伴，并且是热处理的最后一道工序。经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定钢的形状与尺寸，防止淬火零件变形和开
11、裂，中温回火是指工件在250500 之间进行的回火。 目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。 回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。 5.3 感应加热淬火+低温回火简介感应加热淬火是最常用的表面加热淬火方法，具有工艺简单、工件变形小、生产效率高、省能、环境污染少、工艺过程易于实现机械化和自动化等优点感应淬火后的零件可在炉中回火，也可以采用自回火或感应加热回火。炉中回火通常适用于感应淬火冷透的工件、浸淬以及薄壁和形状复杂的工件，通常在空气炉或油浴护中回火。自回火就是利用感应淬火冷却后残留下来的热量而实现的短时间回火。采用自回火是
12、应该严格控制冷却剂的温度、喷冷时间和喷射压力，对工艺要求较高。连续感应淬火的长轴或其他零件，有事采用感应加热回火比较方便。这种回火方法，可以紧跟淬火后进行。由于回火温度低于磁性转变温度，电流的透入深度较小。另一方面，为降低表面淬火件过渡层中的残留压应力，回火的感应加热层深度应比淬火层深才能达到回火目的。因此，感应加热回火应采用很低的频率或很小的比功率，延长回火时间。6 热处理工艺方法选择和详细热处理工艺6.1 正火工艺的选择 6.1.1 正火加热温度的确定 对于T10A钢来说，含碳量为1%,根据铁碳合金相图可以得到Acm的温度为800，可以得到锭杆的加热温度为Acm+（30-50），即830-
13、850 6.1.2 正火加热时间的确定锭杆在箱式电阻炉的加热时间根据热处理手册（第四版）第一卷可以得到正火加热时间的计算公式为 t=akD式中 t-加热时间（min或s） a-加热系数（min/mm或s/mm）D-工件有效厚度（mm） K-工件转炉条件修正系数，通常取1.0-1.5. 根据公式，可以得到a=（20-30）min/25，取K=1，锭杆的有效厚度为45mm，锭杆的加热时间大致为45/25*（20-30）min=36-54min，初步定为50min.6.1.3 冷却方式和介质在空气中冷却到室温6.1.4 正火工艺曲线温度/时间/min830-850O空冷50min6.2 退火工艺的选
14、择6.2.1 球化退火加热温度的选择常用工具钢等温球化退火工艺规范钢号临界点/加热温度/等温温度/硬度HBWAc1AcmAr1750-770680-700197T10A730800700根据表格，选择加热温度为750-770，等温温度为680-700的等温球化退火6.2.2 球化退火加热时间的确定球化退火的加热时间根据零件的有效厚度来确定，根据经验公式，一般轴类零件有效厚度20D 50mm的球化退火加热时间为1-3h6.2.3 球化退火冷却介质和方法冷却方法为从加热温度750-770以30-40/h冷却速度冷却到等温温度680-700后以15-25/h的冷却速度出炉空冷到室温。6.2.4 等温
15、球化退火工艺曲线时间/h温度750-7701-2h1-3h680-700空冷6.3 整体淬火及回火工艺的选择6.3.1 锭杆整体淬火加热温度的选择 粗纱锭杆淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据 Fe-Fe3C相图确定。对于T10钢（过共析钢），AC1为730，其加热温度为AC130-50，即760-780。若加热温度不足（低于AC1），则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低。6.3.2 整体淬火加热时间的确定加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所需的加热介质及加热方法等因素有关，一般可按照经验公式来估算。加热时间的经验公式为：t=KD(分钟)，其中：D是工件有效厚度, 单位
16、为mm; K是加热系数，加热系数(min/mm)，一般K=1.52.0分钟/mm，工件有效厚度的计算原则是:长的圆棒料直径为其有效厚度;当工件直径小于50mm时，在箱式电阻炉或井式电阻炉中加热温度在750-850时，加热系数a=1.0-1.2min/mm，可以求出淬火加热时间t=（1.01.2）(1.52.0)45mm=(67.5108)min，初步定为80min6.3.3 淬火介质和冷却方法的选择淬火介质为盐水、碱水。冷却方法为水冷到室温6.3.4 整体淬火加热工艺曲线温度时间/h760-780水冷O80min6.3.5 粗纱锭杆整体中温回火工艺的选择6.3.5.1 确定粗纱锭杆的中温回火温
17、度根据热处理手册（第四版）第一卷表格，可以得到T10A钢硬度和回火温度的关系，根据图纸要求的硬度范围35-45HRC查表可得到回火温度范围在 45010左右。6.3.5.2 确定粗纱锭杆的中温回火时间回火时间是从工件入炉后炉温升至回火温度是开始计算的，回火时间一般为1-3小时，根据热处理手册根据热处理手册（第四版）第一卷185页可以得到回火时间的经验公式Tn=Kn+AnD式中 Tn -回火时间(min); Kn -回火时间基数; An-回火时间基数; D-工件有效厚度(mm)， Kn和 An推荐值见下表根据表格中的数据和经验公式，以及粗纱锭杆的直径40mm，可以算出t(n)=10+1*40=6
18、0min6.3.5.3 回火后的冷却介质和方法一般情况下，钢制工件回火后多采用空冷，不允许重新产生内应力的零件应该采用缓冷。根据粗纱锭杆的工作条件和工艺要求选择缓冷。6.3.5.4 整体中温回火工艺曲线时间/min45010温度空冷60min6.4 粗纱锭杆锭尖感应加热淬火热处理工艺流程根据锭杆零件图的要求，锭尖的硬度要达到62-80HRC的高硬度，通过查阅热处理手册有关粗纱锭杆的内容，可以得到锭杆锭尖的热处理工艺为中频感应加热淬火。6.4.1 锭尖硬化层深度的确定零件表面的硬化层深度需根据零件的服役条件来确定，通过查阅热处理手册（第四版）第一卷表5-19下图和通过前面对零件图的分析，可以知道
19、粗纱锭杆的服役条件既有磨损，又有扭转，根据粗纱锭杆的车削后的直径35mm，可以选择35*0.1=3.5，可以取表面硬化层为3.5mm6.4.2 锭杆感应淬火频率的选择电流频率是感应加热的主要工艺参数，需根据要求的硬化层深度来确定，为了挺高生产效率，要求感应加热的热透入深度大于淬硬层深度，即全部采用电磁感应加热，而不用传导加热。当加热层深度为热态电流透入深度的40%-50%时，加热的总效率最高。圆柱形工件的最佳电流频率主要根据要求的淬硬层深度来确定 根据图中的数据可以得到3.5mm，直径35mm的粗纱锭杆淬硬层最佳淬火频率为3KHz6.4.3 锭杆感应淬火功率的确定当感应淬火确定后，感应加热速度
20、取决于工件被加热面积上的比功率。在一定范围内，用较高的频率和较低的比功率与较低的频率和较高的比功率加热可以达到同样的效果。故应该按频率和要求的加热深度选择合理的比功率。工件淬火面积较小、形状简单、要求的淬硬层较深、原始组织较细的中碳或中碳合金钢，可以选择较高的比功率；反之则否。如铸铁零件等含碳量较高的工件应选用较小的比功率。通过查阅热处理手册（第四版）第一卷的关于轴类零件表面加热不功率的表格表5-25 轴类零件表面加热比功率的选择频率/kHz硬化层深度/mm比功率/(KW/cm2)低值最佳值高值32.3-3.01.62.32.63.0-4.00.81.62.14.0-5.00.81.62.1根
21、据粗纱锭杆的硬化层深度3.5mm可以得到最佳的比功率为1.6KW/cm26.4.4 确定锭杆感应加热温度感应加热温度应根据钢种、原始组织及在相变区间的加热速度来确定，根据经验公式，感应淬火温度一般比普通淬火高100，即860-8806.4.5 感应淬火加热时间及工件移动速度的确定感应淬火温度较高，加热速度快，一般加热时间为1-3s，工件移动速度一般为1-3mm/s6.4.6 选择感应加热淬火冷却方法和冷却介质感应加热后的淬火冷却及冷却介质应根据材料、工件形状和大小、以及采用的加热方式和淬硬层深度等因素综合考虑确定。喷射冷却和流水式冷却等快速冷却方法，具有良好的技术经济效果，因此被广泛采用。形状
22、简单的工件通常采用喷水冷却。低合金钢工件和形状复杂的碳钢工件可以采用聚乙烯醇水溶液等进行喷射冷却。冷却方式是加热后工件喷水冷却，工件与感应器作先对运动，使零件表面依次得到加热和冷却。6.4.7 感应加热淬火工艺曲线温度/时间/sO860-880喷水冷却1-3s6.5 粗纱锭杆锭尖感应淬火后低温回火热处理工艺流程6.5.1 低温回火温度的确定常用钢根据硬度选用回火温度钢号回火温度/35-40HRC40-45HRC45-50HRC50-55HRC55-60HRC60HRCT10500450400340260200根据粗纱锭杆锭尖的硬度要求和表中数据对照，可以得到T10A钢感应回火后的温度可以定为，
23、回火后，锭尖的硬度可以达到63HRC以上，满足零件图的62-80HRC的要求6.5.2 锭尖低温回火加热时间的确定碳素工具钢的回火加热时间按下式计算： t=kD式中 k-极热时间系数(S/mm) D-有效直径或厚度(mm)表2-38 碳素工具钢低温回火时间系数要求硬度HRC60-5555-5050-4545-40加热时间系数K/(S/mm)0.5-0.90.8-1.21.4-2.01.7-2.4有公式以及锭杆车削后的有效尺寸35mm，可以算出低温回火时间为18-32min6.5.3 锭尖低温回火冷却介质和方法的确定感应淬火以后的工件一般采用在空气中冷却6.5.4 锭尖感应淬火需要的功率密度表5
24、-45 感应加热回火需要的大约功率密度频率/Hz输入/（w/mm2）150-425425-70530000.050.16一般来说次功率密度使用于12-50mm的工件。从表中可以得到3KHz频率时，150-425的输入频率选定为0.05W/mm26.5.5 锭尖低温回火工艺曲线时间/min温度/O150-170空冷30min7 热处理组织与性能分析7.1 原始组织、正火组织及性能分析粗纱锭杆锻件经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。若沿晶界出现网状碳化物时，则先进行正火处理，正火温度在820-840，主要是消
25、除网状碳化物，为后面的球化退火做准备。正火后的组织主要为珠光体+二次渗碳体。正火后锭杆的硬度和耐磨性都会有提高，但是脆性增大，杆件容易折断7.2 粗纱锭杆球化退火的组织及性能分析球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。球化退火后，锭杆具有一定的机械韧性，淬火效果均匀；淬火变形小；可以提高淬火后的硬度；改善工件切削性能、可以提高锭杆耐磨性和抗点蚀性等性能。7.3 锭杆整体淬火和中温回火后的组织及性能分析锭杆淬火后的组织高碳片状马氏体或下贝氏体和残余
26、奥氏体，淬火后锭杆的硬度和耐磨性显著提高，但是锭杆内部在淬火后容易产生孪晶和微裂纹，产生较大的淬火应力大且有较大的脆性，变形开裂的倾向大。钢的硬度随回火温度的上升而下降，含碳量高的碳钢在E碳化物析出时硬度略有上升。根据前面确定的回火温度，可以得到中温回火后的组织针状铁素体和细粒状渗碳体（FeC）的混合物称回火托氏体组织。使锭杆具有高的弹性极限，较高的强度和硬度（一般为3550HRC），良好的塑性和韧性。7.4 锭尖感应淬火及低温回火后的组织和性能分析锭尖感应淬火后的表面硬化层组织为细小的马氏体和碳化物，这些细小的马氏体弥散分布在锭尖表面硬化层，使锭尖具有较高的耐磨性和硬度，满足零件图对锭杆的硬
27、度要求，锭尖低温回火后的组织为回火马氏体，可以使锭杆尖端在保持高硬度的条件下，使脆性有所降低，提高了锭尖的韧性，残余应力有所降低。8 热处理设备选择热处理常用的加热设备按能源分有燃料加热设备和电加热设备；按工作温度可分为高温炉（1000）、中温炉（6501000）和低温炉（650）。生产上常用的加热设备有电阻炉、浴炉、气体渗碳炉、感应加热设备等。炉型的选择应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定。热处理设备的选择要从多方面来考虑，包括：经济性、可靠性、配套性、安全性、以及工厂的实际情况等。8.1 锭杆整体正火、球化退火加热炉的选择表5 热处理炉的分类3分类原则炉膛形式工艺用途炉型箱式炉或台车炉井
28、式炉罩式炉贯通式炉转底式炉管式炉退火炉淬火炉回火炉渗碳炉渗氮炉实验炉感应热处理炉只用于表面热处理，可控气氛热处理炉一般用于气体渗碳、渗氮、碳氮共渗等工艺，真空热处理设备一般用于处理零件性能、精度要求非常高的零件，成本较高，应用范围受到限制。由于球化退火是工件需要出炉等温冷却，这里选择台车炉，下表是台车炉炉型的分类根据锭杆的大小以及装配要求，选择RT2659标准系列台车炉8.2 粗纱锭杆整体淬火和中温回火炉的选择粗纱锭杆尺寸为35mm,长度大概为1000mm，属于长轴类零件且为小批量生产，考虑经济性和实用性，故选用型号为RJ2-65-9的自然对流中温井式电阻炉，炉膛尺寸为6001600mm。主要
29、由炉壳、炉衬、加热元件、炉盖及启闭机构组成。适用于150900的淬火、回火及预热等8.3 粗纱锭杆锭尖感应淬火加热机床的选择感应淬火机床按生产方式的分类主要有通用、专用及生产线三大类型。通用机床适用于单个或小批量生产；专用淬火机床适用于批量或大批量生产；生产线将多种热处理工艺组合在一起，生产效率更高，适用于大批量生产。淬火机床的基本结构主要有机架、升降部件、零件转卡及转动部件、传动机构、感应器位置高度、淬火机床精度、工艺参数及程序控制、多工位结构、上下料结构。下表是常用感应淬火机床的介绍根据锭杆的直径35mm，长度大概1000mm，选择GCLD1260型感应淬火机床8.4 锭杆感应淬火常用感应
30、器的选择及具体参数表5-16 常用感应器的结构与实际应用举例中频连续感应淬火用的单匝感应器在实际生产中有效圈的高度常用14-30mm。当圆柱工件直径小于50mm时，间隙取2-4mm；当圆柱工件直径在50-150mm范围时，间隙取3-5mm，根据锭杆平均直径35mm，可以选择感应器间隙为3mm，可以得到感应线圈的直径为35+3=38mm。线圈移动速度为1-3mm/s，工件转动速度为0-200r/min。8.5 热处理冷却设备的选择热处理冷却设备应能保证工件在冷却时具有相应的冷却速度和冷却温度。由于锭杆要求较高的硬度和耐磨性，需要较快的冷却速度生成马氏体，使工件硬度提高，所以感应淬火后一般采用快冷
31、，出于经济的考虑，我们选择水冷，深井式淬火槽常用于长轴类零件的淬火冷却。根据锭杆的长度，选择深井式淬火槽 9 工装设计（夹具、吊具和清洗设备等）9.1 工装夹具的选择9.1.1 热处理夹具的选择原则热处理夹具的选择原则为：符合热处理技术条件：保证零件热处理加热，冷却，炉气成分均匀度，不致使零件在热处理过程中变形。符合经济要求：在保证零件热处理质量复合热处理技术要求时，确保设备具有高的生产能力。夹具应具有质量轻，吸热量少，热强度高及使用寿命长的特点。符合使用要求：保证装卸零件方便和操作安全。9.1.2 台车炉的垫具选择 上图为台车炉加热零件的垫具底盘9.1.3 井式电阻炉吊具的选择9.2 清洗设
32、备的选择零件在热处理前需清除锈斑、油演、污垢、切削冷却液和研磨剂等，以保证不阻碍加热和冷却，不影响介质和气氛的纯度。以防零件出现软点、渗层不均匀、组织不均匀等影响热处理质量的现象。热处理后也常需清洗，以去除零件表面残油、残渣和炭黑等附着物，以保障热处理零件清洁度、防锈和不影响下道工序加工等要求。根据零件对清洁度要求、生产方式、生产批量及工件外形尺寸选用相应的清洗设备。一般清洗机常用于清除残油和残盐，可分为间歇式和连续式两种。前者有清洗槽、室式清洗机，强力加压喷射式清洗剂等；后者有传送带式清洗机及各类生产线、自动线配置的悬挂输送链式、链板式、推杆式和往复式等各类专用清洗设备。室式清洗机它主要用于
33、批量不大的中小零件。输送带式清洗机，适用于批量较大的小型零件。根据生产特点，小批量的中小型零件，可以选用室内清洗机。10 检验设备及方法选择10.1 锭杆整体淬火硬度的检验设备及方法选择硬度是金属材料力学性能中最常用的性能指标之一，是表征金属在表面局部体积内抵抗变形或破裂的能力，压入法硬度实验是表征金属抵抗变形的能力，划刻法硬度实验是表征金属抵抗破裂的能力。压入法硬度试验应力状态最软，不论是塑形材料或脆性材料均可采用，可以用来测定淬火钢、硬质合金甚至玻璃、陶瓷等脆性材料的性能。洛氏硬度试验是目前应用最广泛的试验方法，它主要是测量压痕的深度。它以深度值t表示材料的硬度指标，金属越硬则压痕深度t越
34、小；反之则t越大。如果直接以t的大小作为硬度指标，将与人们对硬度大小的概念相矛盾，为此人们取一常数K减去t，即（K-t）作为硬度值的指标，并规定每0.002mm为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示，则洛氏硬度值为HR=（K-t）/0.002.这样便可以在表盘上直接读出洛氏硬度值。下表为洛氏硬度的选择标准通过前面零件图对粗纱锭杆的硬度要求，选用标尺为C，压头类型为金刚石圆锥的硬度标尺。10.2 锭尖感应加热淬火厚度的检验设备及方法选择表7-39 硬度或硬化层的无损检测方法方法基本原理应用说明矫顽力法钢级许多合金磁化矫顽力与硬度存在良好对应关系；又基于闭合磁路中磁通势与矫顽力相对应，骨通过测量磁通势
35、即可检测硬度或硬化层深度仪器轻便，操作简单、迅速；灵敏度高，不收被检测工件形状、尺寸的影响只适用于铁磁材料的小批量生产检测，检测时必须使磁通透入深度大于表面脱碳层深度。硬化层深度检测方法与装置和硬度检测方法与装置相似，测定表面硬化层深时，磁通透入深度至关重要。直流磁化可检测层深较大；交流磁化，频率降低则可检层深增加。根据粗纱锭杆的生产情况以及尺寸，选择GC-1钢件无损检测仪，矫顽力法检测表面硬化层深度10.3 外观检查感应淬火+低温回火一般为锭杆的最终热处理，希望锭杆能有良好的外观质量，所以工件表面不应有锈蚀斑、腐蚀等缺陷。10.4 金相组织检验金相组织检查包括锭尖感应淬火层组织和心部组织两部
36、分。感应淬火层组织有细小的马氏体和碳化物，心部组织为球状的珠光体。碳素工具钢网状渗碳物评级原则：1级 碳化物分布均匀，局部有条状或链状碳化物2级 断续的碳化物链构成半网。3级 断续的碳化物构成不完全封闭的网状。4级 碳化物多呈链状，并构成封闭的网状，碳化物连续性比3级明显根据锭杆有效直径，碳素工具钢合格等级为1-2级碳素工具钢球化组织评定原则；1级 均匀的细球状珠光体，约占25%的细片状珠光体。2级 均匀的细球状珠光体，少量点状碳化物，约占10%的细片状珠光体。3级 中等均匀的球状珠光体。4级 粗球状珠光体，约占15%的粗片状珠光体。5级 粗球状珠光体，约占30%的粗片状珠光体。6级 粗球状珠
37、光体，约占90%的粗片状珠光体。T10，T11,T12,T13等钢号的合格级别为2-4级。11 热处理缺陷分析对于T10A钢而言，在完整的热处理工艺过程中，难免会出现各种不同的缺陷。这就需要通过不同方法来对所有可能出现的热处理缺陷进行改善。11.1 退火和正火过程中可能产生的缺陷缺陷类型说明补救措施过烧加热温度过高使晶界局部熔化报废过热加热温度高使奥氏体晶粒粗大，冷却后形成魏氏组织或粗晶组织，使钢的冲击韧度下降完全退火或正火补救黑斑碳素工具钢由于终锻温度过高（1000），冷却缓慢或退火加热温度过高，在石墨化温度范围停留时间过长，或多次返修退火导致在钢中出现石墨碳，并在其周围形成大块铁素体，断口
38、呈黑灰色报废反常组织Ar1附近冷速过低或在Ar1以下长期保温，会先共析铁素体境界上出现粗大渗碳体或在先共析渗碳体周围出现宽铁素体条重新退火网状组织加热温度过高及冷速慢形成网状铁素体或渗碳体重新退火球化不均匀球化退火前未消除网状碳化物形成残存大块状碳化物或球化退火工艺控制不当出现片状碳化物正火后重新球化退火硬度偏高退火冷速过快或球化不好重新退火脱碳工件表面脱碳层严重超过技术条件要求在保护气氛中退火或复碳处理11.2 锭杆整体淬火后可能产生的缺陷及解决方法（一）淬火畸变与淬火裂纹 淬火畸变是淬火过程中不可避免的现象，只有超过规定公差或无法矫正时才构成废品。通过适当选择材料，改进结构设计，合理选择淬
39、火、回火方法及规范化等可有效地减小与控制淬火畸变。变形超差可采用热校直、冷校直、热点法校直、加压回火等措施加以修正。淬火裂纹一般是不可补救的淬火缺陷。只有采取积极的预防措施，如减小和控制淬火应力、方向、分布，同时控制原材料质量及正确的结构设计等。（二）氧化、脱碳与过热、过烧零件淬火加热过程中若不进行表面防护，将发生氧化、脱碳等缺陷，其后果是表面淬硬性下降，达不到技术要求，或在零件表面形成网状裂纹，并严重降低零件外观质量，加大表面加工粗糙度。所以精加工零件淬火加热均需在保护气氛下或盐浴炉内进行。小批量上次的零件也可以采用防氧化表面涂层加以保护过热导致淬火后形成粗大的马氏体组织，将导致淬火裂纹形成
40、或严重降低淬火件的冲击韧性。极易发生沿晶断裂。一次正确选择淬火加热温度，适当缩短保温时间，并严格控制炉温加以防止。过热一般发生在淬火高速钢中，其特点是产生了鱼骨状的共晶莱氏体。过烧后使淬火钢严重脆化，形成不可挽回的废品。（三）硬度不足淬火、回火后硬度不足一般是由于淬火加热不足、表面脱碳、早高碳合金钢中淬火后残留奥氏体过多或回火不足等因素造成的，一般需要重新淬火或表面渗碳来提高基体硬度。（四）软点淬火零件出现的硬度不均匀叫软点。与硬度不足的主要区别是在零件表面上硬度有明显的忽高忽低现象，这种缺陷可能是由于原始组织粗大及不均匀（如有一种很难过的组织偏析，存在大块碳化物或大块铁素体）；淬火介质被污染
41、（如水中有油珠悬浮）；零件表面有氧化皮或零件在淬火液中未能适当运动，致使局部地区形成蒸汽膜而阻碍了冷却等因素造成的。可以通过金相分析并研究工艺的执行情况，可以进一步判定究竟由哪一种原因导致的废品。软点可以通过返修重淬加以修正。11.3 锭杆锭尖感应淬火缺陷及补救方法缺陷种类造成原因开裂加热温度过高、温度不均匀；冷却过急；淬火介质及温度选择不当；回火不及时且回火不足；材料淬透性偏高，成分偏析，有缺陷，含过量夹杂物；零件设计不合理，技术要求不当淬硬层过深或过浅加热功率过大或过小；电源频率过低或过高；加热时间过长或过短；材料淬透性过低或过高；淬火介质温度、压力、成分不当表面硬度过高或过低材料碳含量偏
42、高或偏低，表面脱碳，加热温度低；回火温度或保温时间不当；淬火介质成分、压力、温度不当表面硬度不均匀感应器结构不合理；加热不均匀；冷却不均匀；材料组织不良（带状组织偏析，局部脱碳）表面熔化感应器结构不合理；零件有尖角、孔、槽等；加热时间过长；材料表面有裂纹缺陷12 结束语通过这次热处理工艺设计，我在多方面都有所提高。完成这次课程设计的过程，是提供了一个自己把在课堂上学到的理论知识和实际生产相结合的一次实践平台。在完成设计的过程中，我需要考虑许多课堂上不需要考虑的东西比如说经济性、环保性等。不仅让我们把以前学到的许多专业课的知识都复习了一遍，而且仅仅这些还不够，我们还要到图书馆、到网上的资源数据库
43、里去查阅资料。通过分析零件图，制定合适的工艺路线，分析工艺路线的可行性、经济性和环保性，分析可能产生的缺陷并提供消除办法，分析工艺过程中组织性能变化和，制定预备处理和后续处理以及制定检测方法等，让我真正了解了一个零件生产出来前走过的路，专业知识也在不知不觉中得到了提高。与其同时，也让我看到了自己的不足，理论联系实际能力欠缺，分析问题能力欠缺，专业知识水平欠缺，今后还得更加努力的学习，弥补自己的不足，才能使自己在将来的工作岗位上得心应手。课程设计是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。我们今天进行课程设计，实际上就是在学会脚踏实地迈开这一步，为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
44、附：工艺卡片（1） 粗纱锭杆热处理工艺卡零件名称：粗纱锭杆热处理工艺卡片处理前要求：检查工件是否有显微裂纹，清洗工件表面零件号：5材料：T10A钢工序号：装炉方法及数量：根据零件的实际情况，选择装炉方法，从选择的井式电阻炉、台车炉和零件的尺寸来估算，大概每次能装3根锭杆。热处理技术要求：锭杆硬度要求：第一段硬度：35-45HRC 第二段硬度：35-42HRC第三段硬度：62-80HRC热处理工艺曲线：时间/min温度/O830-850空冷室温750-770680-700空冷40min40min120min工步号名称设备工装夹具加 热保 温冷 却零件图：温度/时间/min温度/时间/min介质温
45、度/1正火RT2659830-85050min空冷室温2球化退火RT2659750-77040min680-700120min空冷室温备注：拟定者：日期：2012.12.31审核者：附：工艺卡片（2）粗纱锭杆热处理工艺卡零件名称：粗纱锭杆热处理工艺卡片处理前要求：检查工件是否有显微裂纹，清洗工件表面零件号：5材料：T10A钢工序号：装炉方法及数量：根据零件的实际情况，选择装炉方法，从选择的井式电阻炉、台车炉和零件的尺寸来估算，大概每次能装3根锭杆。热处理技术要求：锭杆硬度要求第一段硬度：35-45HRC 第二段硬度：35-42HRC第三段硬度：62-80HRC热处理工艺曲线：O温度/时间/min760-780室温水冷440-460空冷80min40min工步号