热处理工艺课程设计---滚珠丝杠.docx

第一章热处理工艺课程设计的目的3第二章热处理工艺课程设计的内容和步骤32.1 滚珠丝杠的简图32.2 技术要求32.3 材料的选择32.4 GCrI5钢的化学成分及合金作用42.5 GCrl5滚珠丝杠的热处理流程及工艺设计42.6 总工艺曲线11第三章挂架、装具、夹具11第四章热处理工艺分析124.1 球化退火工艺分析124.2 淬火工艺分析134.3 高温回火工艺分析134.4 去应力退火工艺分析144.5 中频淬火工艺分析144.6 低温回火工艺分析144.7 稳定化回火工艺分析14第五章热处理工艺的检验14第六章热处理工艺标准及操作守那么15第七章热处理工艺设计的见解及体会17第八章热处理工艺卡1920参考书目1、热处理工艺课程设计的目的热处理工艺课程设计是材控专业热处理方向学生的一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节，其目的是：(1)培养学生综合运用所学热处理知识去解决工程问题的能力，并使所学知识得到稳固和开展。(2)学习热处理工艺课程设计的一般方法，热处理设备选用和装夹具设计等。(3)进展热处理设计的根本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和标准。2、热处理工艺课程设计的内容和步骤2.1 滚珠丝杠的简图2.2 技术要求1、退火后组织：点状或细粒状P。按125581评定2-3级合格；2、退火后硬度：187229HBS,碳化物网按125581评定2级合格。3、丝杠硬度：58-62HRco2.3 材料的选择2.3.1 GCrl5钢的性能GCrl5钢具有高硬度、高耐磨性和在高温下稳定的机械性能，由于承受极高的交变载荷，滚珠与套圈的工作接触面很小，产生极大的摩擦，因而要求具有较高的疲劳极限、极高均匀的硬度和耐磨性，还有一定的韧性和淬透性，并在大气和润滑介质中具有一定的抗蚀能力，而Gcrl5钢具有良好的成分设计和工艺性能，用于制造滚珠丝杠还是适宜的。2.4 GCrl5钢的化学成分及合金作用2.4.1 GCrl5钢的化学成分C%,质量分数,下同：0.951.05Cr:1.41.65Mn:0.250.45Si:0.150.35V:0.0252.4.2合金元素的作用C:含量较高，以保证高硬度和高耐磨性Cr:主要的合金元素，提高淬透性，并与C形成颗粒细小且弥散分布的碳化物，使钢在热处理后获得高而均匀的硬度及耐磨性Si、Mn:进一步提高其淬透性V:提高钢的耐磨性并防止过热2.5GCrl5滚珠丝杠的热处理工艺流程及设计2.5.1 工艺流程备料T球化退火T粗车T调质T去应力退火T精车外圆及螺纹T中频淬火及低温回火T粗磨外圆与滚道T低温稳定化处理一精磨外圆与滚道2.5.2工艺设计2.5.2 .1球化退火球化退火是使钢中碳化物球状化而进展的退火工艺，将钢加热到ACl以上2030,保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。对于轴承钢而言，球化退火具有以下优点：淬火效果均一；减少淬火变形；提高淬火硬度；改善工件切削性能；提高耐磨性和抗点蚀性等轴承的性能。(1) 加热温度：790810确定依据：假设加热过高，那么奥氏体晶粒会过于粗大，影响材料的综合性能；假设加热温度过低，碳化物不能充分溶入到奥氏体中。确定方法：745±2030(2)加热方法：随炉温加热确定依据：简单易控制，且是预备热处理，对性能要求不高。(3)加热介质：空气(4)保温时间：保温4h降至680700保温6h后随炉冷至500°C出炉空冷加热时间可按以下方法进展确定：t=KaD,式中t为加热时间min;a为加热系数min/mm),对合金钢而言，一般取1.52.5;K为装炉修正系数，一般取2.54.0;D为有效厚度，根据所给工件尺寸取40mm(5)冷却方法：随炉冷确定依据：获得球状或颗粒状的珠光体，以保证良好的机械性能(6)冷却介质：空气(7)热处理后检脸方法：用布氏硬度计检脸硬度，要求硬度187229HBS;用金相显微镜观察点状或细粒状珠光体为23级，碳化物网42级合格(8)热处理工艺曲线(9)设备的选择及型号选用RJ2-50-12Q井式电阻炉，设备参数如下表所示型号额定功率KW额定电压(V)相数炉膛直径炉膛深度mm(mm)RJ2-50-1250380/2203600800注：外形尺寸为1700X1610X2526(10)工艺曲线2.5.2.2调质调质即淬火加高温回火工艺，以获得回火索氏体组织。调质后的材料不仅具有较高的强度和硬度，塑性、韧性也都有很大的提高。GerI5滚珠丝杠的调制处理可以选择在(800±10j,保温2h油冷，然后在680±10回火，保温34h空冷。淬火加热温度：淬火为800±10确定依据：Acl以上某一温度确定方法：GCrl5钢的Ael是7452加热方法：采用直接到温参加炉加热的方法确定依据：GCrl5钢的淬透性较好，且工件形状简单，故采用直接到温参加炉加热的方法，这种方法简便，加热速度快，节约时间，节约能源，本钱较低，便于批量生产(3)加热介质：空气4保温时间：2h确定依据：与退火保温时间的依据一样，不再赘述5冷却方法：水冷确定依据：水冷的临界淬透直径约为32mm,而油冷的临界淬透直径约为19mmo6冷却介质：水7设备的选择及型号加热设备与退火设备一样8热处理工艺曲线高温回火(1)加热温度：680±10确定依据：因为是调质处理过程，高温回火的温度一般设置在600以上(2)加热方法：用空气电阻炉采取到温加热方式确定依据：减少工件加热时间，节约能源，回火后硬度下降较(3)加热介质：空气(4)保温时间：Iht=Kn+AnXD式中，t为回火时间，min;Kn为回火时间基数,Arl为回火时间系数，D为工件有效厚度，mm.查手册可知Kn可取10,An可取1(5)冷却方法：空冷(6)冷却介质：空气(7)设备的选择及型号选择：选择箱式电阻炉RX3-75-9型号额定功率KW额定电压(V)相数炉膛尺寸长X宽X高,mm×mm×mm)RX3-75-97538031800×900×550注：外形尺寸为3030X2350X2440(8)热处理工艺曲线2.5.2.3去应力退火去应力退火是为了去除由于塑性形变加工、焊接等造成的以及铸件内存在的剩余应力而进展的退火。就GCrI5滚珠丝杠而言，可将工件加热到560±20,保温23小时，随炉冷至500°C以下出炉空冷。(1)加热温度：C560±20确定依据：防止引起组织的转变，(2)加热方法：随炉温加热确定依据：简单易行(3)加热介质：空气(4) 保温时间：23h确定依据：与球化退火保温时间确实定依据一样，不再赘述(5) 冷却方法：随炉冷确定依据：防止产生附加的剩余应力，因此随炉至500°C(6)冷却介质：空气(7) 设备的选择及型号：选择井式电阻炉RJ2-25-6,局部参数如下表示型号额定功率KW'额定电压(V)相数炉膛直径炉膛深度(mm)(mm)RJ2-25-625380单400500(8) 工艺曲线外表热处理可以使工件表层具有较高的耐磨性，而心部具有良好的塑性和韧性。(1)加热温度：与调质处理中淬火温度一样(2)加热方法：电流加热(3)加热介质：空气(4)保温时间：t=h/V,式中t为加热时间s，h为感应器高度mm,'为工件进给速度(5)冷却方法：盐浴(6)冷却介质：10%的碳酸钠溶液确定依据：提高在高温区的冷却速度，使工件获得较厚的淬硬层(7)设备的选取及型号：选用DGF-C-58-2BPS50/8000功率KW电压(V)电流（八）频率Hz发电机50750748000电动机65380110淬火层深度：1.35.5(8)工艺曲线2.5.2.5 低温回火低温回火是指温度在250°C以下进展的回火，可减小淬火应力，即可提高钢的韧性，又可保证足够的硬度、强度和耐磨性。(1) 加热温度：160180°C确定依据：要保证足够的硬度，加热温度不能太高(2) 加热方法：直接随炉温加热确定依据：简单易操作,本钱较低(3) 加热介质：空气(4) 保温时间：46h确定依据：保温足够的时间以尽量降低其内应力(5) 冷却方法：随炉冷确定依据：防止产生附加的应力(6) 冷却介质：空气(7) 设备的选择及型号：选取RJ2-25-6型井式电炉型号额定功率KW额定电压(V)相数炉腔直径炉膛深度mm(mm)RJ2-25-625380单4005002.5.2.6 稳定化回火稳定化回火是指为了稳定组织与尺寸进展的回火。(1)加热温度：120160°C确定依据：为了得到回火马氏体，保证足够的硬度，回火温度不能太高(2)加热方法：直接随炉加热(3)加热介质：空气(4) 保温时间：612h确定依据：保温足够的时间以更好地稳定组织及尺寸(5)冷却方法：随炉冷确定依据：较慢冷却速度，防止产生内应力。(6)冷却介质：空气(7)设备的选择及型号：与低温回火的设备一样(8)工艺曲线3、挂架装具夹具4、热处理工艺分析4.1 球化退火的工艺分析1加热到温后，得到均匀的奥氏体，塑性韧性较高；加热温度过高，会引起奥氏体晶粒长大，加热温度过低，会使得渗碳体不能完全溶入奥氏体中，钢的硬度太高。2组织转变：正常保温时，零件会形成均匀的奥氏体组织，保温时间过长会形成粗大的碳化物，脆性增加，保温时间缺乏时，会产生欠热现象，致使原材料组织不均匀。3球化退火后正常冷速会形成颗粒状的珠光体，具有良好的切削加工性能；假设冷速太大，那么会形成细小的珠光体和铁素体，硬度和强度增大，塑性变小，不利于机加；冷速缺乏，会形成珠光体+大块铁素体，并伴有粗大碳化物出现，热处理后硬度偏低，脆性增大，不利于切削。4常见的缺陷及防止方法过烧报废过热完全退火或正火补救球化不均匀正火后重新球化退火硬度偏高重新退火脱碳在保护气氛中退火或复碳处理4.2 淬火的工艺分析1加热到温后，珠光体转变为奥氏体，晶粒细化，冷却后室温组织为马氏体+剩余奥氏体+少量的碳化物，硬度较高，有良好的耐磨性；加热温度缺乏，加热后组织为奥氏体+珠光体+铁素体，室温组织为马氏体+珠光体+铁素体，硬度缺乏，塑性增大；加热温度过高，会形成粗大的奥氏体晶粒，冷却至室温后会形成粗大的马氏体，脆性增加。2组织转变：珠光体T奥氏体T马氏体+剩余奥氏体+少量的碳化物3正常冷却速度下会形成马氏体+剩余奥氏体+少量的碳化物；冷速过快会形成马氏体，但是热应力和组织应力较大，产生开裂和变形；冷速过慢会形成马氏体+贝氏体，工件硬度和强度不高，塑性较大。4常见的缺陷及防治方法淬火变形、开裂均匀加热、及时回火外表氧化、脱碳、腐蚀及过烧在保护气氛或盐浴炉内进展硬度缺乏重新加热淬火硬度不均匀不同方向的锻打，或再一次进展退火或正火，使组织细化、均匀化组织缺陷按淬火缺陷进展补救4.3 高温回火工艺分析1加热到温后，组织为马氏体+碳化物，保温过程中马氏体分解，析出碳化物，冷却至室温后，组织为回火索氏体，塑性韧性都有较大提高；假设回火温度缺乏，加热后得到的组织为马氏体+大量的碳化物，冷却至室温后，组织为回火马氏体或回火屈氏体，硬度偏高，而塑性韧性偏低；假设回火温度太高，加热后的组织可能为奥氏体，即发生逆转变，冷却至室温后奥氏体又转变为马氏体，产生"二次淬火”2组织转变：马氏体T回火索氏体3正常冷速下会形成回火索氏体，塑性韧性良好；冷速过快时，会形成回火马氏体+碳化物，硬度提高，塑性韧性下降；冷速缺乏，会形成细粒状的回火索氏体，硬度缺乏，塑性偏高。4常见的工艺缺陷及防治方法硬度不合格合理控制回火炉的温度畸变校直回火脆性对于第一类回火脆性，要重新加热淬火；第二类回火脆性要重新回火和回火后快速冷却4.4 去应力退火1加热到温后，与前一道工序相比，组织根本上不发生变化，假设加热温度过高，会形成奥氏体+碳化物，假设加热温度缺乏，那么达不到消除内应力的目的。2组织转变：无明显转变3正常冷速下会得到珠光体组织，冷速过慢，组织为细粒状珠光体,硬度缺乏，塑性偏高；冷速过快，那么会形成贝氏体或马氏体，硬度偏高。4常见的工艺缺陷及分析与球化退火根本一样，不再赘述。4.5 中频淬火1加热到温后，工件外表的组织为成分均匀的奥氏体，而心部组织与前一道工序相比根本上不发生什么变化，冷却至室温后由外表向心部的组织为马氏体、马氏体+铁素体、马氏体+铁素体+珠光体、铁素体+珠光体；假设加热温度缺乏，外表会形成奥氏体+渗碳体，冷却后外表组织为马氏体+渗碳体，硬度缺乏，耐磨性降低；假设加热温度过高，外表会形成粗大奥氏体，冷却至室温后，会形成粗大的马氏体，硬度偏高。2组织转变：外表会是由珠光体T奥氏体T马氏体，心部无明显变化3正常冷速下外表会得到马氏体组织,冷速过快，会得到马氏体，但硬度太高，不利于机加，且硬化层深度缺乏；冷速过慢，外表组织为马氏体+大量的渗碳体，硬度缺乏。4常见的工艺缺陷及分析与调制处理中的淬火根本一样，不再赘述。4.6 低温回火1正常加热到温后，冷却会得到回火马氏体；加热温度缺乏，那么不能内应力；加热温度过高，冷却后可能会得到回火屈氏体，硬度有所降低O2组织转变：外表会得到回火马氏体3正常冷速下会得到回火马氏体，冷速缺乏会得到贝氏体，冷速过快会得到回火马氏体，但硬度会太高。4常见的工艺缺陷及分析与高温回火根本一样，不再赘述。4.7 稳定化回火稳定化回火主要是为稳定工件的尺寸而设置的工序，其工艺分析与低温回火进本一样，但是在这个工序中，要注意工件要有足够的保温时间。5、热处理工艺的检验退火淬火回火感应加热外表淬火硬度用布氏硬度回火前的硬用布氏硬度用维氏硬度计或洛氏硬度值应大于计或洛氏硬计测量被测度计检验是或等于技术度计检验硬零件取样部否合格要求中的限度是否合格位横截面的值分布来测量硬化层深度，用布氏硬度计测量心部硬度变形用百分表测轴类零件弯用百分表测按工艺卡的量其径向圆曲变形、其全量其径向圆要求进展检跳动量长径向圆跳跳动量查，需要用动量应小于校直控制的直径磨量的1变形量的，/2按校直工艺进展，一般采用冷压校直法外观用肉眼低倍放大镜观察其外表有无裂纹、烧伤、碰伤、麻点及锈迹等缺陷显微组织退火后的珠光体组织24级合格回火马氏体组织13级为合格，6、热处理工艺标准及操作守那么牌号临界温度热加工温度AclAc3AccmJMs加热始锻ArlAr3(Arcm)Mf终锻GCrl57609001851050-11001020-1080695707-90800850普通退火等温退火温度()冷却硬度HBS加热温度()等温温度()冷却方式硬度(HBS)790炉冷179790710空冷270810207810720390高温回火淬火温度()硬度(HBS)温度()淬火介质硬度(HRC)650700229285835850油>63回火不同温度回火后的硬度值（HRCJ常用回火温度范围硬度值(HRC)150()200()300()400(aC)500()55060064615549494136311501706165淬火的工艺规程1目的：不同要求的工件淬火后再经一定温度的回火，可获得所需要的性能。如：强度、硬度、塑性、韧性，耐磨性及其他特殊物理性能。2操作要点：允许不同材质但具有一样加热温度的零件同炉处理；需防氧化或脱碳涂料的需涂涂料，或工件放入盛有已用过的木炭和铁屑的铁箱中加盖密封；冷却方式因不同的材质和形状而异，轴类零件垂直淬入最正确，形状复杂的零件可先预冷再淬入，减小变形。回火的工艺规程1目的：调整淬火工件的力学性能，降低或消除工件的剩余淬火应力，保证工件使用过程中的尺寸稳定。2操作要点：尽量使截面尺寸相近的工件同炉回火，在盐浴炉中回火时，工件在液面以下的距离大于或等于20mm；工件入炉时炉温不得超过规定的回火温度；需要屡次回火的工件应在上一次回火彻底冷却后再进展下一次回火但有些材质不宜在空气中停留时间太长；易变性的细长，薄壁工件及弹簧入炉时，应平放或吊柱，防止翘曲。7、热处理工艺设计的见解和体会通过此次热处理工艺课程的设计，我学到了很多专业方面的知识，认识到了有关热处理方面的手册对本专业的重要性，在我们以后的工作中，如果从事热处理行业，都离不开对手册的查询，因此不得不说手册使我们机械行业的教师。除此之外，本次课程设计也让我深刻体会到认真、耐心的重要性，尤其是对本专业而言，要想成为一名优秀的工程师，必须要有严谨的工作态度和正确的学习方法。8、热处理工艺卡热处理工艺卡产品型号WZ-12零部件图号07产品名称滚珠丝杠零部件名称简图：材料牌号GCrl5零件重量工艺路线备料T球化退火T粗车T调质一去应力退火T精车外圆及螺纹T中频淬火及低温回火T粗磨外圆与滚道低温稳定化处理T精磨外圆与滚道技术条件检验方法硬化层深度滚道底大于等于Imm用维氏硬度计测量硬度，直至硬度值为维氏硬度计的极限值硬度58-62HRC维氏硬度计测量硬度金相组织回火马氏体金相显微镜观察力学性能允许变形量小于等于0.1mm全长检测平台、塞尺工工设备装炉装炉温加热加保冷却工序序方式度温度热温时号名及数时时介温时称量间间质度间1球RJ2-50-12利用室温7906h4空50化吊具8106h气退均匀火排布，每炉600kg2淬RJ2-50-12利用室温80032水30火吊具均匀排布，每炉600kg3高RX3-75-9堆50068021空18温放，气回每炉火600kg4去RJ2-25-6利用室温50032空30应吊具气力均匀退排火布，每炉600kg5中DGF-C-58-2利用室温80010%频BPS50/吊具的淬8000均匀碳火排酸布，钠每炉溶600kg液6低RJ2-25-6利用10014064空50坦/JQL吊具160气回均匀火排布，每炉600kg7稳RJ2-25-6利用室温120126空80定吊具160气化均匀回排火布，每炉600kg参考文献(1) 中国机械工程学会热处理学会，热处理手册，2021(2) 樊东黎，徐跃明，佟晓辉，热处理工程师手册第2版，第3版，2005,2021(3) ?热处理设备选用手册？编写组，热处理设备选用手册，1989(4) 才鸿年，马建，现代热处理手册，2021(5) 中国机械工程学会热处理学会，？热处理手册?编委会，热处理手册工艺根底第3版，2005(6) 中国机械工程学会热处理专业学会，？热处理手册?编委会，热处理手册第2版第2卷,1997