千里之行，始于足下。第2頁/共2頁精品文檔推薦課程設計論文--熱處理工藝設計(精選.)沈陽理工大學熱處理工藝課程設計

名目

第一章

熱處理工設計目的(1)

第二章

課程設計任務(1)

第三章

熱處理工藝設計辦法(1)

3.1設計任務(1)

3.2設計方案(2)

3.2.112CrNi3葉片泵軸的設計的分析(2)

3.2.2鋼種材料(2)

3.3設計講明(3)

3.3.1加工工藝流程(3)

3.3.2具體熱處理工藝(4)

3.4分析討論(11)

第四章

結束語(13)

參考文獻(14)

沈陽理工大學熱處理工藝課程設計

12CrNi3葉片泵軸的熱處理工藝設計

一.熱處理工藝課程設計的目的

熱處理工藝課程設計是高等工業(yè)學校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設計練習，是熱處理原理與工藝課程的最終一具教學環(huán)節(jié)。其目的是：

（1）培養(yǎng)學生綜合運用所學的熱處理課程的知識去解決工程咨詢題的能力，并使其所學知識得到鞏固和進展。

（2）學習熱處理工藝設計的普通辦法、熱處理設備選用和裝夾具設計等。

（3）舉行熱處理設計的基本技能訓練，如計算、工藝圖繪制和學習使用設計資料、手冊、標準和規(guī)范。

二.課程設計的任務

舉行零件的加工路線中有關熱處理工序和熱處理輔助工序的設計。依照零件的技術要求，選定能實現(xiàn)技術要求的熱處理辦法，制定工藝參數，畫出熱處理工藝曲線圖，挑選熱處理設備，設計或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最終，寫出設計講明書，講明書中要求對各熱處理工序的工藝參數的挑選依據和各熱處理后的顯微組織作出講明。

三.熱處理工藝設計的辦法

1.設計任務

12CrNi3葉片泵軸零件圖如圖3.1

圖3.112CrNi3葉片泵軸

2、設計方案

2.1.工作條件

葉片泵是由轉子、定子、葉片和配油盤相互形成封閉容積的體積變化來實現(xiàn)泵的吸油和壓油。葉片泵的結構緊湊，零件加工精度要求高。葉片泵轉子旋轉時，葉片在離心力和壓力油的作用下，尖部緊貼在定子內表面上。如此兩個葉片與轉子和定子內表面所構成的工作容積，先由小到大吸油再由大到小排油，葉片旋轉一周時，完成兩次吸油與排油。泵軸在工作時承受扭轉和彎曲疲勞，在花鍵和頸軸處收磨損。所以，要求軸有高的強度，良好的韌性及耐磨性。

2.1.1失效形式

葉片泵軸的要緊失效形式是疲勞斷裂，在花鍵和軸頸處也許發(fā)生工作面的磨損、咬傷，甚至是咬裂。

2.1.2性能要求

依照泵軸的受力事情和失效分析可知,葉片泵軸要緊是要求軸具有高的強度，良好的韌性及耐磨性，以保證軸在良好的服役條件下長時刻的工作。

2.2鋼種材料

12CrNi3A鋼屬于合金滲碳鋼，比12CrNi2A鋼有更高的淬透性，所以，能夠用于創(chuàng)造比12CrNi2A鋼截面稍大的零件。該鋼淬火低溫回火或高溫回火后都具有良好的綜合力學性能，鋼的低溫韌性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好，當硬度為HB260～320時，相對切削加工性為60%～70%。另外，鋼退火后硬度低、塑性好，所以，既能夠采納切削加工辦法創(chuàng)造模具，也能夠采納冷擠壓成型辦法創(chuàng)造模具。為提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要舉行滲碳處理，然后再舉行淬火和低溫回火，從而保證模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有非常好的韌性，該鋼適宜創(chuàng)造大、中型塑料模具。12CrNi3高級滲碳鋼的淬透性較高,退火困難。由于別滲碳表面未經鍍銅防滲,所以滲碳后舉行低溫回火,落低硬度,便于切去別滲碳表面的滲碳層。材料加工成葉片泵軸需舉行復雜的化學熱處理，使心部硬度為

HRC31～HRC41，表面硬度別低于HRC60，從而使泵軸表面有較高硬度，心部呈現(xiàn)

一定的韌性，以習慣泵軸的工作環(huán)境；同時嚴格規(guī)定了表層的含碳量、組織均勻性、晶粒度及化學熱處理等[1]。

3.設計講明

3.1加工工藝流程

葉片泵軸的創(chuàng)造工序都是相同，關于別同的鋼種，在其熱處理時有點許差異。普通都采納棒料經鍛造—正火—機加工—滲碳—淬火—回火—矯直—機加工。

12CrNi3鋼的化學成分見表3.1[2]

成分分析：

表3.112CrNi3鋼的化學成分

CSiMnSPCrNiCu

化學

成分

鋼的含碳量可保證形成大量的合金碳化物，淬火加熱時，一部分融入奧氏體中，提高其穩(wěn)定性，并且也使馬氏體中的合金元素含量增加，保證其硬度；而未溶的碳化物則起細化晶粒、提高韌性的作用．并提高鋼的耐磨性。

Cr是12CrNi3合金鋼中要緊的合金元素，它使鋼的淬透性大大增加，提高其回火穩(wěn)定性，并產生二次硬化現(xiàn)象。鉻與碳形成高硬度的碳化物，加熱時未溶的碳化物可細化晶粒、提高鋼的耐磨性的作用。

錳和硅是煉鋼過程中必須加入的脫氧劑，用以去除溶于鋼液中的氧。它還把鋼液中的氧化鐵還原成鐵，并形成氧化錳和二氧化硅。錳除了脫氧作用外，還有除硫作用，即與鋼液中的硫結合成MnS,從而在相當大成度上消除硫在鋼中的有害妨礙。這些反應產物大部分進入爐渣，小部分殘留與鋼中，成為非金屬夾雜物。脫氧劑中的錳和硅會有一部分溶于鋼液中，冷至室溫后即溶于鐵素體中，提高鐵素體的強度。硅溶于鐵素體中后有非常強的固溶強化作用，顯著提高鋼的強度和硬度。

Ni也是12CrNi3合金鋼中的要緊元素。它的存在提高了鋼的強度，而別落低其塑性，改善了鋼鐵的低溫韌性落低了鋼鐵的臨界冷卻速度，提高鐵的淬透性擴大奧氏體區(qū)，是奧氏體化的有效元素[2]。

3.2具體熱處理工藝

3.2.1試樣熱處理工藝

正火目的：正火使晶粒細化和碳化物分布均勻化，去除材料的內應力，落低零件硬度，提高切削性能，為滲碳做預處理。因為12CrNi3合金鋼淬透性較高，退火困難，所以普通別用退火。

正火工藝加熱溫度：920℃±10℃，依照化學成分計算Ac

3

溫度：Ac3=910-203C0.5-13.2Ni+44.7Si+104V+31.5Mo+13.1W≈874℃，故正火挑選（Ac3+30-50℃）即920℃±10℃。

正火保溫時刻：加熱保溫時刻經驗公式：t=αKD,α-加熱系數，空氣電阻爐-合金鋼α取1.3-1.6（min/mm）；K為裝爐修正系數，取1-1.5；D-工件的有效厚度（mm），當高度（h）/壁厚（δ）≤1.5時，以h計。故最后保溫時刻：

t=αKD=1.6×1.5×40=96min，取2h。

正火后的組織：P+少量F

正火曲線：

正火爐如表3.2

表3.2箱式電阻爐型號參數

型號名稱

額定功率

（kw）

額定溫度

（℃）

額定電壓

（v）

相數工作區(qū)尺

寸（mm）

最大裝載

量（kg）溫

度

/

℃

RX3-15-9159503803650×300

80

×250

正火爐挑選RX3-15-9箱式電阻爐，使用電加熱，節(jié)省成本

正火工裝如圖3.2：

圖3.2正火工裝尺寸圖

注：壁厚為10mm

裝爐量：12個/批

3.2.2滲碳處理

12CrNi3合金鋼滲碳處理普通在初磨之后，精磨之前。其滲碳溫度普通在920～940℃表面滲碳處理:將含碳的鋼放到碳勢高的環(huán)境介質中,經過讓活性高的碳原子擴散到鋼的內部,形成一定厚度的碳含量較高的滲碳層,再通過淬火\回火,使工件的表面層得到碳含量高的鋼,而心部因碳含量保持原始濃度而得到碳含量低的合金鋼,合金鋼的硬度要緊與其碳含量有關,故經滲碳處理和后續(xù)熱處理可使工件獲得外硬內韌的性能.滲碳處理的作用是:提高表面層的耐磨性,并且保持心部有高的耐沖擊能力,即強韌性。滲碳后的冷卻方式普通采納空冷[3]。

滲碳溫度：920-940℃，（Ac3+30-50℃）目前生產中，經常使用的氣體滲碳溫度范圍是900-940℃。取930℃，此溫度既能夠滿腳滲層深度要求，又能縮短滲碳所需時刻。低于此溫度范圍滲碳速度過低；而超出此溫度范圍太多會使奧氏體晶粒粗大，落低零件的力學性能。[6]

滲碳方式：采納滴注式氣體滲碳。把含碳有機液體滴入或注入氣體滲碳爐內，含碳有機液體受熱分解產生滲碳氣氛，對工件舉行滲碳。滴注式氣體滲碳設備簡單，多用煤油作滲碳劑，成本低廉，要緊應用于周期式氣體滲碳爐[7]

滲劑挑選：甲醇和煤油。

保溫時刻：4h。依照哈里斯公式：D=算出D=3.45h，故滲碳時刻取4h。滲碳爐如表3.3：

表3.3井式滲碳爐型號

設備性能、規(guī)格、溫度、加熱方式：額定功率60KW，額定溫度950℃，使用電加

熱。

滲碳淬火工裝主視圖，鳥瞰圖如圖3.3：

圖3.3工裝主視圖、鳥瞰圖尺寸圖

型號

額定功率額定溫度額定電壓相數工作區(qū)尺最大裝載質量RQ3-25-9259503803ф300×450

501700RQ3-35-9359503803ф300×600

1001850RQ3-60-960

950

380

3

ф450×600

150

2650

103700/T

800√t

裝爐量：12個/批

滲碳淬火曲線如圖3.4:

圖3.4滲碳淬火曲線

①裝爐排氣時，連滴甲醇3～5滴后調整到130～140滴/min3.2.3淬火+低溫回火熱處理

鋼的淬火與回火是熱處理工藝中最重要，也是用途最廣泛的工序。淬火能夠顯著提高鋼的強度和硬度。為了消除鋼的殘留內應力，得到別同強度，硬度和韌性配合的性能，需要配以別同溫度的回火。因此淬火和回火又是別可分割的，密切聯(lián)系在一起的兩種熱處理工藝。淬火的要緊目的是使奧氏體化后的工件獲得盡可能多的馬氏體，然后配以別同溫度的回火獲得各種需要的性能。

①12CrNi3葉片泵軸的淬火。淬火加熱規(guī)范決定了奧氏體的實際晶粒度及碳化和合金元素的固溶度．對馬氏體的形態(tài)及回火的性能(硬度、強度、塑性、回火穩(wěn)定性、淬火回火時的體積變形)都有顯著的妨礙。當加熱到Ac1溫度(約810℃)以上時。原始組織索氏體和碳化物轉變?yōu)閵W氏體和碳化物。隨著加熱溫度升高，合金碳化物接著向奧氏體中溶解．增加了奧氏體中C和Cr的濃度，淬火馬氏體的硬度增加，其耐磨性也越強，沖擊韌度逐漸升高。12CrNi3泵軸的淬火在井式爐中加熱至930±10℃滴注甲醇或煤油滲碳，時刻為4h，落溫至800±10℃，保溫0.5h,直截了當淬冷于油槽中。

o

溫度/℃

時刻/h

煤油/（滴

/min

甲醇/（滴

淬火加熱溫度

+（30-鋼的淬火加熱溫度與鋼的含碳量有關，共析鋼和過共析鋼的淬火溫度為Ac

1

+（30-50）℃，且普通在空氣爐中加熱比在鹽浴50）℃；亞共析鋼的加熱溫度為Ac

3

爐中加熱高10-30℃，綜合思考淬火加熱溫度印在區(qū)間810±10℃，在此選800℃。淬火介質：經過對照，最后選用N1（10號）機械油。

依據：本著淬火烈度最低的原則，該冷卻介質冷卻能力適中適合12CrNi3小件零件的淬火工藝處理。其低溫區(qū)冷卻能力遠小于水，能夠減少工件應力的產生，減少由于內應力產生的變形和開裂。

可供挑選的幾種冷卻介質的冷卻能力見于表3.4

表3.4幾種冷卻介質的冷卻能力注：油溫20冷卻能力一般淬火油N1機械油N3機械油

特性溫度/633460490

特性時刻/s2.254.84.75

800400冷卻/s3.155.055.25

800300冷卻/s4.557.28.85

加熱與保溫時刻

爐中的工件應在規(guī)定的加熱溫度范圍內保持適當的時刻，以保證必要的組織轉變和擴散。加熱與保溫時刻一共有三部分組成：由零件入爐到達指定工藝溫度所需升溫時刻（τ1）、透熱時刻（τ2）以及組織轉變所需時刻（τ3）組成。τ1+τ2由設備功率、加熱介質以及工件尺寸、裝爐數量等決定，τ3則與鋼材的成分、組織以及熱處理技術要求等有關。

常用的經驗公式為：τ=α2K2D式中：τ——加熱時刻，min；

α——加熱時刻系數，min/mm；K——裝爐量修正系數；Ｄ——工件有效厚度，mm。

關于圓柱形工件的有效厚度，但高度大于直徑時，可按直徑為有效厚度舉行計算，圖１中的工件的毛坯直徑為40mm，即工件的有效厚度為Ｄ＝40mm，加熱系數α和

裝爐修正系數Ｋ見下表，關于12CrNi3合金滲碳鋼，α＝1.2，Ｋ＝2.0，則τ＝12×1.32×40≈30min，思考到透熱之后，因而我挑選0.5h的保溫時刻[4]

。②12CrNi3葉片泵軸的低溫回火回火溫度

低溫回火溫度為180℃，保溫1h?；鼗鹬械囊o組織為回火馬氏體?；鼗瘃R氏體既保持了鋼的高硬度，高強度和良耐磨性，又適當提高了韌性。經淬火并低溫回火后得到隱晶回火馬氏體和均勻細小的粒狀碳化物組織，具有非常高的硬度和耐磨性，并且落低了鋼的淬火應力和脆性[5]

?；鼗饡r刻

從工件入爐后爐溫升至回火溫度時開始計算。回火時刻普通為1-3h，

本設計中的零件的有效厚度為40mm，挑選回火爐為井式電爐，與滲碳爐使用一種爐?；鼗鸨貢r刻如圖表3.5

表3