李亞杰汽車機械基礎(chǔ)項目4

汽車典型零件選材任務(wù)4.3汽車典型零件熱處理工藝方案設(shè)計汽車發(fā)動機曲軸軸頸處要求有高的硬度和耐磨性；汽車齒輪要求齒面具有足夠的硬度，同時齒心具有較好的韌性。因為熱處理是在制造汽車零件過程中的重要工序，對發(fā)揮金屬材料的潛力、改善零件的使用性能、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、延長產(chǎn)品的使用壽命等具有極其重要的意義?！救蝿?wù)描述】齒輪曲軸熱處理是將鋼鐵材料在固態(tài)下以適當(dāng)?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織和性能的工藝過程，可用下圖所示的工藝曲線表示。熱處理工藝曲線

實質(zhì)：在加熱、保溫和冷卻過程中，鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變其性能。

適用范圍：只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強化。

作用：充分發(fā)揮材料的性能潛力，提高零件質(zhì)量，延長零件壽命。目的：改善鋼（工件）的力學(xué)性能或工藝性能。理論依據(jù)：

鐵碳合金相圖

熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點是:

只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。熱處理的特點：軋制鑄造一、鋼的熱處理的組織改變原理1.鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變（1）鋼的相變點平衡相變點：加熱相變點：冷卻相變點：A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm加熱工序目的：得到奧氏體（A）。FFe3CA未溶Fe3C殘余Fe3CAA共析鋼中奧氏體形成過程示意圖①

奧氏體晶核的形成②

奧氏體晶核的長大③

剩余滲碳體的溶解④

奧氏體均勻化奧氏體形成過程4個階段：（2）奧氏體的形成

任何成分的鋼加熱到Ac1點以上時，都要發(fā)生珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變，并使其成分均勻化，即進行奧氏體化。轉(zhuǎn)變過程遵從結(jié)晶的普遍規(guī)律。

使零件內(nèi)外溫度均勻和轉(zhuǎn)變完全，而且還可以獲得成分均勻的奧氏體，以便鋼冷卻后獲得良好的組織和性能。

冷卻方式隨爐緩冷空冷油冷水冷冷卻速度10℃/min10℃/s150℃/s600℃/s所得硬度12HRC26HRC41HRC63HRC冷卻方式與冷卻速度2.保溫階段的目的3.鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變

珠光體

索氏體

（1）珠光體（P）：形成溫度為

A1～650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，硬度值小于20HRC。

（2）索氏體（S）：形成溫度為650～600℃，片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，硬度值為22～35HRC。共析鋼冷卻轉(zhuǎn)變后所獲得組織的形成溫度和硬度：

（3）托氏體（T）：形成溫度為600～550℃，片層極薄，電鏡下可辨，硬度值為35～42HRC。托氏體

珠光體、索氏體、托氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上有粗細之分，因此其界限也是相對的。上貝氏體下貝氏體（4）貝氏體（B）：

上貝氏體（B上）：形成溫度為550～350℃，在光鏡下呈羽毛狀，硬度值為40～45HRC。下貝氏體（B下）：形成溫度為350～230℃，在光鏡下呈竹葉狀，硬度值為45～55HRC。（500×）（500×）板條狀--低碳馬氏體（wc%＜0.2%），在光鏡下呈細板條狀；針片狀--高碳馬氏體（wc%

＞1%），在光鏡下呈竹葉狀。板條狀馬氏體針片狀馬氏體（5）馬氏體（M）：形成溫度在230℃以下，硬度值為55～65HRC。（1000×）（1500×）熱處理普通熱處理表面熱處理退火、正火淬火、回火表面淬火化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火鋼的滲碳鋼的滲氮二、鋼的熱處理

根據(jù)熱處理的作用不同，熱處理一般可分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。

只有當(dāng)工件性能要求不高時，才作為最終熱處理。一般零件生產(chǎn)的工藝路線：退火是將鋼件加熱至適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般是隨爐冷卻）的一種熱處理工藝。（一）普通熱處理1.退火加熱溫度Ac3+30～50℃消除殘余內(nèi)應(yīng)力500℃～650℃去應(yīng)力退火消除加工硬化①使Fe3C球化，降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；②為淬火作組織準備。Ac1+20～30℃球化退火不完全退火亞共析鋼①細化晶粒，均勻化組織；②降低硬度，便于切削加工；③消除內(nèi)應(yīng)力。適用鋼種退火目的退火工藝再結(jié)晶退火完全退火過共析鋼合金工具鋼所有碳鋼650℃～700℃所有碳鋼2.正火正火是將鋼件加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上30～50℃，保溫后從爐內(nèi)取出，在空氣中冷卻的一種熱處理工藝。正火目的：

①對于低、中碳鋼（wc≤0.6%），目的與退火的相同。

②對于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準備。

③對于普通件，作為最終熱處理。正火與退火的區(qū)別：①二者冷卻方式不同。②正火的冷卻速度較退火快，得到的珠光體組織的片層間距較小，珠光體更為細薄，目的是使鋼的組織正常化，所以亦稱?；幚?。③正火和完全退火相比，能獲得更高的強度和硬度。④正火生產(chǎn)周期較短，設(shè)備利用率較高，節(jié)約能源，成本較低，因此應(yīng)用廣泛。3.淬火淬火是將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫一定時間后，在水、鹽水或油等介質(zhì)中快速冷卻，從而獲得馬氏體或貝氏體組織的一種熱處理工藝。淬火目的：

①提高鋼的強度、硬度，使鋼強化；

②與不同回火處理相配合，獲得所需要的力學(xué)性能。淬透性和淬硬性：

淬透性：是指鋼在淬火時奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的難易程度。淬硬性：是指鋼在理想條件下進行淬火硬化所能達到的最高硬度的能力。4.回火回火是把淬火后的鋼件重新加熱到Ac1線以下，保溫一定時間，再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻到室溫的一種熱處理工藝。回火目的：

①減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂。

②獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理回火分類：名稱溫度組織用途材料硬度低溫回火150～250℃回火馬氏體耐磨件58～64HRC中溫回火350～500℃回火托氏體彈簧件35～45HRC高溫回火500～650℃回火索氏體調(diào)質(zhì)件25～35HRC

調(diào)質(zhì)處理，簡稱“調(diào)質(zhì)”，廣泛用于連桿、軸、齒輪等要求具有較好綜合力學(xué)性能的零件。柴油機連桿1.表面淬火（1）感應(yīng)加熱表面淬火基本原理：

感應(yīng)圈通入交流電→形成渦流（集膚效應(yīng)）→表層得A→水冷得M。電流頻率越高，集膚效應(yīng)越強烈，加熱層越薄。用鋼：中碳鋼、中碳合金鋼、40、45、40Cr。（二）表面熱處理（2）火焰加熱表面淬火a.設(shè)備簡單，操作方便，成本低。b.淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。c.適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。2.化學(xué)熱處理滲入各種元素過程是3個基本階段：①

分解:化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。②

吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解。③

擴散:活性原子由零件表面向內(nèi)部擴散,形成一定厚度的擴散層。（1）鋼的滲碳

目的：使低碳工件的表面層增碳，改善表層的熱處理性能。

滲碳用鋼：低碳鋼或低碳合金鋼。淬火工藝方法：①直接淬火法；②一次淬火法；③兩次淬火法。

工件滲碳后，必須進行淬火和低溫回火。加熱溫度：900～950℃。滲氮用鋼：中碳合金鋼。

目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞強度、熱硬性和耐腐蝕性。（2）鋼的滲氮氣體滲氮的特點：①表面硬度較高，可達69～72HRC。②工件變形很小，滲氮后工件的疲勞強度可提高15％～35％。③滲氮層具有高耐腐蝕性