毕业设计许江锋

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1、毕业论文毕业设计论文设计（论文）题目：机床变速箱多联滑移齿轮的热处理下 达 日 期： 2014 年 10 月 20 日 开 始 日 期： 2014 年 10 月 30日 完 成 日 期： 2015 年 1 月 16 日 指 导 教 师： 李 莎 学 生 专 业： 金属材料与热处理 班 级： 热处理1201 学 生 姓 名： 许江锋 教 研室主任： 王 博 材料工 程 学 院 陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书 一、 设计（论文）内容及要求：（一）设计（论文）内容1分析齿轮件用途、工作条件、失效形式、结构特点及对材料的要求，选择其材料。2.明确该零件在热处理过程中需要注意的工艺问题。3根

2、据零件的年产量，确定生产类型。4选择毛坯种类，并说明选择该种毛坯的理由，确定毛坯的外形尺寸。5拟订加工路线：确定零件从毛坯到成品的整个加工阶段的主要加工路线。6热处理工艺设计：根据已定的加工路线，制定各热处理工艺参数。7分析各热处理工序中材料的组织和性能。8选择热处理设备：设备名称、型号。9选择热处理夹具及工具。10填写热处理工艺文件：（二）设计要求1根据以上内容，编写设计说明书一份，要求字迹工整，语言流畅，简明扼要。2填写热处理工艺文件。二、 技术指标：1生产类型:成批生产。2零件图。三、 主要参考资料：1热处理工艺人员手册。2金属材料3.金属学及热处理教材。4.机械零件材料与热处理工艺的选

3、择5热处理工艺及设备设计指导手册。6热处理工艺课程设计指导书7热处理工艺设备及专用夹具设计 陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书进 程 计 划 表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查签名123452014.12.82014.12.202014.12.212015.01.122015.01.122015.01.152015.01.162015.01.172015.01.182015.01.18研究课程设计任务，分析设计对象，熟悉资料，借设计资料、手册等选择材料制定零件加工工艺路线编写工艺设计说明书，填写工艺文件热处理工艺设计方案选择热处理设备及工具编写工艺设计说明书整理设计文件准备答辩

4、答辩补答辩设计图纸 摘 要热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命。热处理工艺是整个机械加工过程种的一个重要环节，它与工件设计及其它工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所要求的多种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。现代工业的飞速发展对机械零部件工模具等提出的要求愈来愈高。热处理不仅对锻造机械加工的顺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。为获得理想的组织与性能，保证零件在生产过程中的质量稳定性和使用

5、寿命，就必须从工件的特点要求和技术条件，认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能失效形式，正确选择材料；再根据生产规模现场条件热处理设备提出几种可行的热处理方案，最后根据其经济性方便性质量稳定性和便于管理降低成本等因素，确定出一种最佳方案。关键词：齿轮、热处理、渗碳、正火、回火目录1、 滚 动 轴 承 的 简 介 .2 1.1 滚 动 轴 承 的 组 成 及 各 组 成 部 分 的 作 用 .2 1.2 滚 动 轴 承 的 优 缺 点 3 2、 滚 动 轴 承 的 分 类 .33、 汽 车 滚 动 轴 承 的 失 效 和 正 确 使 用 4 3.1 汽 车 滚 动 轴 承 的 失 效 .4 3

6、.2 汽 车 滚 动 轴 承 的 正 确 使 用 方 法 4 4、 我 国 滚 动 轴 承 的 发 展 及 在 机 械 领 域 中 滚 动 轴 承 的 影 响 ,5 4.1 滚 动 轴 承 的 发 展 .5 4.2 滚 动 轴 承 在 机 械 领 域 中 的 重 大 影 响 .5 5、 汽 车 滚 动 轴 承 材 料 的 选 择 6 5.1 滚 动 体 材 料 的 选 择 6 5.2 保 持 架 材 料 8 5.3 轴 承 钢 合 金 元 素 作 用 分 析 96 、轴 承 钢 的 生 产 过 . 1 0 7、轴 承 钢 的 热 处 理 .10 8、进 行 轴 承 钢 热 处 理 时 的 几

7、个 注 意 事.13 9、 结 论 13 参 考 文 献 15第一章 概述一、齿轮的概述众所周知，齿轮是机械设备中关键的零部件。它具有传动准确、结构紧凑使用寿命长等优点。齿轮传动是近代机器中最常见的一种机械振动是传递机械动力和运动的一种重要形式、是机械产品重要基础零件。它与带、链、摩擦、液压等机械相比具有功率范围大，传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长、尺寸结构小等一系列优点。因此它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件，也是机器中所占比例最大的传动形式。二、零件的服役条件、性能要求及技术指导1、服役条件齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一。其主要作用是传递动力，改变运动速度和方向

8、。是主要零件。其服役条件如下： 齿轮工作时，通过齿面的接触来传递动力。两齿轮在相对运动过程中，既有滚动，又有滑动。因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用。在齿根部位受到很大的弯曲应力作用。高速齿轮在运转过程中的过载产生振动，承受一定的冲击力或过载。在一些特殊环境下，受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用。齿轮的表面有高的硬度和耐磨性，高接触疲劳强度，因此，有较高的齿根抗弯强度，高的心部抗冲击能力。2、技术要求齿表硬度：5863 HRC 心部强度：3345HB 屈服强度：850Mpa 齿根弯曲疲劳强度：1000Mpa 3、零件用途 齿轮是车床中的重要零件，变速箱齿轮为车床的重要部件

9、，用于改变车床曲轴和传动轴的速度比。三、服役条件和失效形式的分析此齿轮是改变机床中传递动力、改变运动方向和速度齿轮，所以受冲击力、交变弯曲应力、接触压力和摩擦力。因为是动载，所以齿轮所受冲击负荷。工作时交变弯曲应力、接触压力和摩擦力较大，虽然工作温度不高，但由于受的力较大，且经常产生滑动，使齿轮工作部分受到强烈摩擦和挤压。由于车床加工时所受的力较大，所以属于重载，其主要失效形式是磨损、变形和断裂。四、性能要求及选择材料该齿轮为变速和承载运动的齿轮，应该具有较高的强度硬度和韧性，所以选择的材料有合金渗碳钢、中碳钢和灰铸铁。齿轮在工作中受所以受冲击力、交变弯曲应力、接触压力和摩擦力等机械作用，所以

10、易发生齿面磨损和接触疲劳剥落及齿根部疲劳断裂，齿轮材料应具有较高的屈服强度、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度和足够的韧性。机床滑移齿轮的主要性能指标是硬度、强度、韧度等，除了测试室温下的性能外还必须测试材料在高温条件下的硬度、强度和冲击韧度等。因为该工件为滑移齿轮综上所述选择的材料可以有：尼龙或铜合金、HT200或45、40Cr、20Cr、 20 CrMnTi20 CrMnTi为中淬透性的合金渗碳钢。渗碳淬火后具有良好的耐磨性和抗弯强度，切削加工性能良好，广泛用于汽车、拖拉机工业中30mm直径一下的高速、中载荷冲击磨损件。20CrMnTi是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有高的强度和韧性

11、，特别是具有较高的低温冲击韧性，切削加工性良好，加工变形小，抗疲劳性能好。45钢的强度和韧性配合比其他碳素调质钢好，但其淬透性低，水中淬火时有形成裂纹的倾向。当零件直径大于80mm时，调质状态与正火状态的力学性能相近，所以只有中、小型零件进行调质后才能获得较高的强度与韧性相配合。45钢还用于高频或火焰表面淬火处理，故可经表面淬火部分代替渗碳钢制造一些耐磨零件。常用于普通机床主轴、齿轮、曲轴活塞等。40Cr钢是最常用的合金调质钢，与碳素调质钢相比，40Cr具有良好的淬透性，调质后有较高的屈服强度和疲劳强度，韧性也良好。此钢在400680间具有第二类回火脆性产生，但这种倾向随截面的减小而减弱。40

12、Cr经调质后用于制造承受中等负荷及中等工作的机械零件，如汽车的转向节、后半轴及机床上的齿轮、轴、蜗杆花键轴等。对40Cr钢还可以根据不同要求进行热处理，如经淬火及中温回火制造承受重负荷、冲击及中等速度的工作的机器零件，如齿轮、主轴、滑块、套环等；经淬火及低温回火后制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性，截面上实体厚度在25mm以下的机器零件，如蜗杆、主轴、套环等；经调质及高频感应加热表面淬火后制造具有较高表面硬度和耐磨性而不受很大冲击的机器零件，如齿轮、套筒、轴、销子、进气阀等。此外还适用于制造经碳氮共渗处理的各种传动零件。HT200的强度和抗压强度主要取决于基体组织，而与石墨的存在基本无关。因此

13、HT200的抗压强度明显高于其抗拉强度。石墨的存在，使灰铸铁的铸造性能、减摩性、减振性和切削加工性都高于碳钢，缺口敏感性也较低。用于承受较大截荷和要求一定气密性或耐蚀性等重要铸件，如气缸、齿轮、机座、飞轮、床身、气缸体、气缸套、活塞、齿轮箱、联轴器盘等 。第二章 选材和工艺路线的确定一、选材1、选材20CrMnTi钢采用渗碳+淬火+低温回火，齿轮表面可以获得563HRC的高硬度，因淬透性较高，齿心部具有较高的表1 20CrMnTi钢的化学成分及含量（质量百分数）因而选用20CrMnTi钢 。 合金元素CCrMnTiSiSPNiCu含量(wt%）0.17 0.231.0 1.30.8 1.100

14、.0 0.10.17 0.37 0.0350.0350.0350.035表1 20CrMnTi钢的化学成分及含量（质量百分数）C：C的含量决定了渗碳件心部的强度和韧性，从而影响零件的整体性能。一般渗碳钢都是低碳钢。 Cr：有利于渗碳层增厚，提高钢的淬透性，提高回火稳定性，增加钢的耐磨性。 Mn：提高钢的淬透性，增加钢的强度和硬度，有利于渗碳层增厚，细化珠光体组织以改善机械性能。 Ti：阻止奥氏体晶粒在高温渗碳时长大，细化晶粒，并且减小渗碳层厚度。 Si：阻止碳化物形核长大，提高钢的淬透性，提高钢的抗回火稳定性，提高对钢的综合机械性能 S、P:都是钢中的杂质元素，S能明显降低钢的热塑性，但能改善

15、钢的可切削性；P能降低钢的强度和韧性二、材料的相变点 表2 20CrMnTi相变临界点三、齿轮加工制作工艺1、传统的齿轮材料的工艺路线： 下料锻造正火齿形加工渗碳淬火低温回火喷丸磨切削加工2、淬火工艺设计 为了使工件获得表硬内韧的性能要求，工件渗碳后必须进行适当的热处理，由于齿轮的材料是20CrMnTi钢，是本质细晶粒钢，特别是钢中含有的强碳化物形成元素Ti，强烈阻止奥氏体晶粒的长大，经过长时间渗碳后奥氏体晶粒并不明显长大，故可以用预冷直接淬火法。正常加热冷却情况下，工件加热到860后，保温一段时间，使之奥氏体化后用油冷却至室温，得到马氏体和残余奥氏体，具有较高的硬度（金相显微图）图1 20C

16、rMnTi 860 油冷金相图渗碳后的齿轮温度在930左右，此时可以将齿轮留在渗碳炉中冷却，即预冷，冷却到860时，保温一段时间，取出后立即放入油中，这样对齿轮淬火，操作比较简单，降低了成本，提高了生产效率，也可以达到齿轮需要的要求，且齿轮氧化、脱碳及淬火变形均小。 淬火介质：油冷；淬火设备: 淬火油槽 钢的加热温度一般可根据Fe-Fe3C相图选择，20CrMnTi钢为亚共析钢，淬火加热温度选择Ac3以上3050。根据渗碳后齿轮的表层含碳量的分布状况及实践经验从930预冷到860左右进行油冷可以得到好的效果。淬火冷却速度太快,奥氏体向马氏体组织转变剧烈、体积收缩，引起很大的内应力，容易造成齿轮

17、的变形和开裂，由于20CrMnTi是合金钢，淬透性较好，故选择油冷减小冷却速度，防止淬火造成齿轮变形或开裂。同时也能获得马氏体组织，达到较高的硬度。 保温时间的确定 淬火加热时间包括升温和保温时间两段时间，升温时间包括相变重结晶时间，保温时间实际上只考虑碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间。在具体的生产条件下，淬火加热时间常用经验公式计算，通过实验最终确定。常用的经验公式为： = a*K*D 式中：，加热时间，min；a，加热系数，min/mm；K，装炉修正系数；D，工件有效厚度，mm。 加热系数a表示工件单位厚度需要的加热时间，其大小与工件尺寸、加热介质和钢的化学成分有关，下表是常用钢的

18、加热系数。表3 常用钢的加热系数根据设计的20CrMnTi钢齿轮，加热系数a的大小取1.5。 修正系数K的值取2.2。 故加热时间为=aKD =155min2.5h 因为升温和保温当中有渗碳的过程，所以除去渗碳时间。齿轮的升温时间为1.5h，所以得到保温时间是1.0h。3、其他热处理工艺 3.1 正火 温度：930 时间：保温3个小时 组织：片状珠光体+铁素体 硬度：齿轮的表面硬度为156207HBW设备：中温箱式炉 我选择的变速箱齿轮，它的直径大约是200mm，内圈直径约为100mm，厚度约是50mm，齿轮正面的圆形面积S约为628mm2，体积V约为31400mm3.材料是低碳合金钢20Cr

19、MnTi。它的正火温度在950左右。考虑到中温炉在中温测量时比较准确，因而选用中温箱式炉。根据我选择的齿轮大小，正火选用的电阻炉为RX3-15-9。图2 正火工艺曲线图3.2 渗碳 煤油是传统的渗碳滴注剂，如图5显示了煤油热分解气成分与稳定的关系。煤油价格低廉，渗碳能力强，但单独使用煤油渗碳会在高温裂解后产生大量CH4和C，炉内积碳严重，炉内气氛的成分和碳势不稳定，不易控制。现在，采用甲醇煤油混合液作为渗碳滴注剂其中甲醇是稀释剂，煤油是渗碳剂，可以明显的减少炭黑。 图3 煤油热分解气成分与温度的关系渗碳温度:92010依据：渗碳温度在Ac3以上，考虑碳在钢中的扩散速度等因素，采用的温度为910

20、930。渗碳程度的升高，碳在钢中的扩散系数增大，渗碳速度很快，但渗碳温度过高会造成晶粒粗大，选取t=930，160180滴/分钟 。采用到温加热的方法，原因是避免金属组织出现不需要的相转变，加热速度快，节约时间，便于批量生产，设备：RQ3-60-9井式渗碳炉。渗碳炉是新型节能周期作业式热处理电炉，主要供钢制零件进行气体渗碳。表4 常用RQ系列渗碳井式炉的型号根据我选择的齿轮大小，选择型号为RQ3-60-9系列的井式渗碳炉比较合适。 图4 齿轮在井式炉中的渗碳工艺曲线渗碳层组织 ：表层：细针状马氏体+细颗粒状弥散均匀分布的碳化物 。心部：细晶粒低碳马氏体组织 表层与心部之间：高碳马氏体+残余奥氏

21、体。 （a）表层组织 （b）心部组织（c）表层与心部之间图5 20CrMnTi渗碳组织渗碳层中有25%30%的残余奥氏体时，有利于提高接触疲劳强度；表面粒状碳化物增多，提高表面耐磨性及接触疲劳强度，但碳化物数量过多将使冲击韧度，疲劳强度等性能降低4、回火 回火的保温时间：2h齿轮淬火后具有较高的强度和硬度，其淬火组织主要是韧性很差的孪晶马氏体，有较大的淬火内应力和一些微裂纹，所以回火应该及时点。在180回火能使孪晶马氏体中过饱和的固溶碳原子沉淀析出弥散分布的碳化物，既可以提高钢的韧性，又保持了钢的硬度、强度、耐磨性。在180回火时，大部分裂纹已经焊合，可大大减轻工件的脆裂倾向。低温回火得到隐晶

22、的回火马氏体及在其上分布的均匀细小的碳化物颗粒，硬度可以达到55HRC以上，回火时间一般为13小时。表5在空气炉中保温时间合金钢的保温时间按上述表格中所列出的时间增加20%30%，空气炉低温回火的保温时间不得低于120min；装炉量大时，保温时间应适当延长。所以齿轮的保温时间确定为2h。 材料的组织及性能 加热温度为180。加热到100时马氏体开始分解，共格析出-碳化物，回火保温足够长的时间后得到回火马氏体，硬度和耐磨性高。低温回火时马氏体中过饱和碳原子以碳化物的形式逐步析出, 马氏体晶格畸变程度减弱,内应力有所降低。此时的回火组织由马氏体和碳化物组成, 称为回火马氏体。虽然马氏体的分解使-F

23、e中碳的过饱和程度降低,钢的硬度相应下降,但析出的碳化物又对基体起强化作用, 部分的残余奥氏体分解为回火马氏体, 所以钢仍保持很高的硬度和耐磨性和一定的韧性。钢中含有的Si元素能提供钢的回火抗性，Cr元素能提高回火稳定性。回火设备：低温箱式炉。低温箱式炉的最高工作温度为650，用于钢铁零件淬火后的回火和时效处理，也可以作铝合金的淬火加热用。其零件的加热是靠对流和辐射完成的，在炉顶或炉的后墙上安装风扇以及导风装置，强迫炉内气体的循环，来提高炉膛的温度均匀性和传热效果。表6 低温箱式电阻炉技术数据 根据我选择的齿轮大小，回火选用的电阻炉为RX3-15-6。图6 淬火、回火工艺曲线5、 喷丸处理 喷

24、丸处理不仅是一个清洁工序，而且对齿轮的使用性能也有较大影响，但只有当喷丸时间足够长的情况下，喷丸对齿面抗麻点剥落性能才会得到有利的影响，如喷丸时间较短，则由于齿面光洁度差反而使寿命降低，喷丸对齿轮弯曲疲劳性能是有利的，但应注意使丸粒直射齿根。 5.1质量检查 齿轮精加工后，最后还要检查齿轮的外观表面、渗层深度、硬度、金相组织等是否达到设计的要求。 外观：表面无损伤、烧伤、严重腐蚀等缺陷；使用测量工具测量，用显微镜看表面是否有裂纹。渗层深度：1.01.2mm；磁粉检测。 硬度：心部2935HB，齿面5056HRC；洛氏硬度计打硬度。 d.金相组织：回火马氏体+残余铁素体。用金相显微镜看金相组织。

25、图7 20CrMnTi回火后的金相图参考文献 1材料科学基础 王章忠主编 机械工业出版社 2008.3.第一版 2金属热处理工艺学 夏立芳主编 哈尔滨工业大学出版社 2008.5.第四版 3金属材料学 戴起勋主编 化学工业出版社 2005.8.第一版 4现代热处理手册 才鸿年、马建平主编 化学工业出版社 2010.1.第一版 6实用热处理技术手册 杨满主编 机械工业出版社 2010.6.第一版 7典型零件热处理技术 王忠诚、齐宝森、李杨主编 化学工业出版社 2010.7.第一版 9结构钢及其热处理 董世柱、徐维良主编 辽宁科技技术出版社 2009.3.第一版指导教师评语： 指导教师签名： 毕业设计（论文）成绩： 毕业设计（论文）表现成绩： 毕业设计（论文）答辩：1. 答辩组成员签名： 2. 答 辩 日 期： 年 月 日3答 辩 评 语：4 答 辩 成 绩： 毕业设计（论文）总成绩：