编制常用钢制工件的常规热处理工艺

训练3 编制常用钢制工件的常规热处理工艺

1．了解工件的工作条件，了解设计要求的合理性，从而实现设计性能要求

以T形丝杠为例，T形丝杠作为机床上的传动部件，承受的载荷有弯曲、扭

转、疲劳等，在丝杠两端与轴承接触处有一定的磨损，因此设计时采用45钢调质

轴颈￠30h5表面感应加热淬火是合理的，可以达到工件整体具有一定的强度而轴颈

耐磨的效果，通过热处理方法可以满足。

2.分析工件生产工艺路线，编制热处理加工工艺路线

T形丝杠的生产工艺路线，编制热处理加工工艺路线为：下料→正火→机加工→

→调质→检查→机加工→颈部感应加热淬火→检验（硬度、直线度）、磨削→时效。

从生产工艺路线上分析：

1）下料后正火可以细化晶粒，减小或消除偏折，提高切削加工性能。

2）机加工（初加工外围各部位）后调质、校直、去应力处理，使工件整体的强

度得到提高，消除工件内应力，保证工件的直线度，便于切削加工。

3）颈部淬火、回火可达到耐磨的性能要求。

4）时效可以消除机加工过程产生的性能要求。

因此，热处理过程的工艺路线为：毛胚正火→校直→检验→机加工→调质→校直

→去应力处理→检验→机加工→颈部淬火、回火→校直→去应力处理→检验→机

加工→时效→检验。

3.制定热处理各工序工艺参数

（1）45钢毛胚（￠45mm×1400mm）正火、校直工艺参数

1）正火：温度为845～860℃，保温时间为1～1.5h（批量装炉），空冷。加热设

备为RTJ-99-9型井式电阻炉，有效加热区域￠900mm×2000mm，选用多头挂具，每炉

进25～30件丝杠毛胚同时垂直吊挂热处理。注意工件间隔≥30mm。

2）正火后边校直小于后道机加工余量（4mm）的一半，即小于或等于2mm。选用

设备为20t液压校直机。

3）检验：硬度要求170～226HBW;径向圆跳量小于或等于2mm。

（2）机加工(￠41mm×1400mm)调质、校直、去应力处理工艺参数

1）淬火：温度为830～840℃，保温时间为1～1.5h（批量装炉生产），水冷；淬火后硬度检测大于或等于50HRC。

回火：温度620～630℃，保温时间为2～3h（批量装炉生产）空冷。

去应力处理（对调质后变形超差校直者采用）：温度为550～600℃，保温时为2h （批量装炉生产）空冷。

2)设备：淬火、回火、去应力处理选用加热设备为RTJ-99-9井式电阻炉，有效加热区域￠900mm×2000mm，装炉方式选用多头挂具吊挂，淬火时每炉进15～20件，保证工件间隔大于或等于50mm；回火、去应力处理时每炉可进25件左右。

3）校直：小于后序机加工余量（1mm）的一半，即径向圆跳动量小于或等于0.5mm。设备为20t液压校直机。

4）检验：硬度计检测丝杠硬度，要求：220～250HBS，采用振摆检查仪检查径向圆跳动量。

（3）轴颈淬火、回火、校直、去应力处理工艺参数。

1）淬火：设备为BPSD-100/2500中频感应淬火机床（频率2.5kHz，额定功率130kw）工艺参数：电流为138A，电压为540V；功率为75KW；功率因素为0.99；感应器（内经×宽度）￠40mm×22mm；加热移动速度为10mm/s，工件转速80r/min，加热温度为 880～900℃。

淬火后硬度检查大于或等于50HRC

2)回火：设备为￠600mm×4000mm低温油浴回火炉。

工艺参数：温度140～160℃，保温时间大于或等于4h，空冷。

装炉方式：绑扎于托盘之上垂直吊挂加热冷却。

3）校直：设备为20t液压校直机，径向圆跳动量小于或等于0.1mm。

4）去应力（对须校直工件进行）：设备为￠600mm×4000mm低温油浴回火炉。

工艺参数：温度为140～160℃，保温时间大于或等于4h，空冷。

装炉方式：绑扎于托盘之上垂直吊挂加热、冷却。

5）检查：采用洛氏硬度计检测轴颈硬度大于或等于42HRC。采用振摆检查仪检测径向圆跳量。

（4）时效处理工艺参数

1）设备￠600mm×4000mm低温油浴回火炉。

2）加热温度：140～160℃，保温时间大于或等于8h，空冷。

3）工件装夹方式：采用铅丝捆扎工件，吊挂于多头挂具上，批量（25～30件）进炉处理。

5）检查：采用振摆检查仪检测径向圆跳动量（按产品精度定），对超差者经校直处

理后再进行时效去应力处理。

训练4 编制渗碳、渗氮碳氮共渗等化学热处理工艺

1.20Cr滚柱渗碳

（1）工作情况

20Cr钢滚柱，外形尺寸￠20mm×40mm，要求进行渗碳处理，渗碳层深度为1.8～

2.4mm，表面Wc为0.9%～1.0%。

(2)热处理工艺

1)渗碳设备：选用RQ3-75-9井式气体渗碳炉，渗碳剂选用煤油和甲醇同时直接滴

入炉膛。

2）工装夹具：选用多层铁丝网，批量装炉，工件摆放铁丝网上，间隔5-10mm。

3）工艺曲线：见图1-43.

（3）渗碳处理操作

1）检查设备及工装夹具、渗碳剂

①检查设备升降机构、风扇及润滑系统运行是否良好

②设备电气部分是否正常，炉壳是否接地，电器元件是否完好，不允许有短路或短路等

情况

③炉灌与炉盖的密封是否完好，炉盖轴承密封圈冷却循环水是否通畅

④热电偶位置是否正常，控温仪表工作是否正常

⑤检查渗碳剂供给系统，如管路、滴注器是否堵塞、垂直，渗碳剂数量是否足够。

⑥检查工具、夹具是否完好

2）准备好工件及试棒

①检查工件尺寸、钢号是否与工艺卡相符，试棒与工件须采用同样钢材，同样预先热处理。

②对工件和试棒进行表面清理，去除油腻、污垢、锈斑、水迹等，工件表面不允许有裂纹、伤痕。

3）装炉

①工件入炉前，炉子温度已预先升到渗碳温度930℃，其中，升到600℃时开动风扇，800℃时开始滴入甲醇。

②将准备好的工件装入多层钢网，切断电源，停滴渗碳剂，将工件随工装夹具吊入渗碳炉，工件进炉的速度需速度。装炉完毕后迅速拧紧炉盖上的螺丝，同时接通电源升温，并尽快滴入渗碳剂，避免零件氧化。

③工件入炉后，为防止工件氧化，要尽快排除炉内空气，以300滴∕min的大滴量滴入甲醇，当炉温达到870℃时，可加入煤油180滴∕min，同时减少甲醇量至150滴∕min。（注

意：由于煤油在870℃以下不易分解，故低于870℃，滴入煤油易生成炭黑影响渗碳过程）

④当炉温达到930℃时，为使炉内温度930℃时，为使炉内氧化气氛继续下降，仍需以大剂量滴入渗碳剂进行排气，持续时间达到约1h左右。

⑤炉内温度达到930℃排气持续1h以后，排气结束，关闭排气孔，放入炉前试棒2根，渗碳过程转入强渗阶段。减小渗碳剂滴量至煤油90滴∕min，甲醇159滴∕min。强渗阶段时间一般按0.15～0.2mm∕h渗层来计算。对本工件，估计强渗阶段结束，取出一根炉前试棒，缓冷至室温，用金相法测量其渗碳层深度。

⑥扩散阶段，降低煤油至40滴∕min，甲醇滴量不变，使工件表面碳势向内部扩散，保温时间约为3～5h。使工件渗碳层从1.7～1.8mm渗到2.1～2.2mm。

⑦工件降温时，对要直接淬火的，可直接降到淬火温度出炉淬火。滚子需进行重新淬火，故降到870℃保温0.5h使工件均温。在降温和保温阶段，渗碳剂滴量为甲醇150滴∕min。

⑧工件出炉。关闭电源，停滴渗碳剂。将工件随工装夹具从炉内吊出空冷或放入缓冷坑中冷却（缓冷坑中倒入一定量煤油和甲醇，使工件冷却过程中产生保护气氛不致氧化）。

⑨将冷却到室温的第二件炉前试棒取出，进行渗碳层深度测定。

2.38CrMoAL钢齿轮气体渗氮处理

（1）工件外形尺寸及技术要求（见图1-44）。

（2）热处理工艺规范

1）渗碳设备：选用RN-45-6K井式气体渗氮炉。（工作区尺寸￠450mm×1000mm）,选用氨气作为渗剂。

2）工装夹具：选用多层托架，（见本书第九章第二节“井式炉常用工具夹”）。工件间隙大于或等于5mm。

3）渗碳工艺曲线：见图1-45（采用等温渗氮法）。

（3）渗氮处理工作

1）准备工作

①清理渗氮灌及进、排气管路，保证管路畅通无漏气现象。

②清理并检查干燥箱，保证干燥剂数量足够良好的脱水效果。

③检查炉罐与炉盖密封是否完好，炉盖密封圈冷却循环水是否通畅。

④热电偶位置是否正常，控温仪表工作是否正常。

⑤检查工装、吊具、发现脆化、开裂应及时更换。

⑥检查工件，外表不允许有锈斑、划痕、磕碰等，渗碳部位表面粗糙度Ra的最大值为0.65um，清理工件表面油垢。

⑦对工件不需渗碳部位进行防渗碳处理，（可涂防渗氮涂料）。

⑧准备与工件相同的材料，相同预先热处理的随炉试件2～5件（尺寸一般为￠20mm×30mm，表面粗糙度与工件相同）。

2）装炉

①工件清理后必须在2h内装炉，将工件均匀摆放于工装上，注意合理摆放及工件间距，不影响炉内气体流通和均匀加热。

②根据炉膛大小及工件要求安放随炉试件。对本工作，可以在多层托架最上层各带一件随炉试件。

③将工作、试件随托架吊入炉罐内，关闭炉盖，压紧螺钉，接通电源进行升温。

④工件装炉后，一般在200℃以下进行排气，充入强大氨气流，排出炉膛空气，氨气进气量视炉膛大小而定，对本工件选用RN-45-6K渗氮炉，氨气流量一般为12L∕min，一般排气时间为1h左右。

⑤当炉温升至440℃时，保温2h，使工件均温，同时适当调整氨流量至3～6L∕min，视炉膛大小而定。测量炉内气压，一般保持196～392pa（20～40mmH2O），炉内氨气分解率小于15%。

⑥当炉温升至渗碳温度时，校正仪表温度，控制氨气流量至2.0～3.5L∕min，使氨气分解率保持在18%～30%。此时炉内气压应控制在392～980pa（40～100mmH2O）间。每隔0.5h 测一定氨分解率并适当调整氨气流量，按工艺要求保持炉温和氨分解率的稳定，随时通过压力计、流量计和冒泡瓶来检查炉内工作情况。

⑦当渗氮过程达到规定工艺时间（本工件一般定为18h），调整氨气流量使氨分解率≥70%进行退氨处理，时间2～3h，从而减小工件表面脆性。

⑧退氨处理结束后，关闭电源开关，让工件随炉冷却，工件冷却过程中应继续通入氨气保持炉内正压力以防止空气进入罐内使工件氧化变色。当罐内温度降至200℃以下时，可停止供氨，开启炉盖，取出工件及试件进行空冷。

⑨检查。外观检查：正常渗氮后的工件表面呈银灰色，无光泽，表面不允许有裂纹、剥落等缺陷。层伸硬度及脆性：硬度法测定。按GB∕T11354-1989的规定，采用维氏硬度计，载荷0.3kgf，从试样表面测至比基体硬度高50HV处的垂直距离为渗氮层深。表面硬度、脆性按GB∕T11354-1989的规定测定，符合技术要求。

3.20钢圆环渗氮共渗

（1）工件情况

1）外形尺寸：￠150mm×90mm×50mm（外径×内径×高度）。

2）技术要求：渗氮共渗处理，要求渗层深度为0.3～0.5mm。

（2）热处理工艺规范

1）热处理设备：选用RJJ-60-9T井式气体渗碳炉，共渗介质选用煤油作为渗碳剂，氨气作为渗氮剂。

2）工装夹具：选用多层铁丝网托架，批量装炉，工件间隔大于5mm。

3）渗氮共渗工艺曲线：见图1-46.

（3）共渗处理操作

1）准备工作:参考渗碳处理操作执行。

2）装炉

①工件入炉前，炉温预升至共渗温度850℃（600℃左右开动风扇，800℃左右开始滴入煤油（180～200滴∕min）通入氨气（4～5L∕min），避免工件氧化。

②工件进炉后迅速压紧炉盖螺钉，接通电源，按工艺要求滴入煤油（180～200滴∕min），通入氨气（4-5L∕min），避免工件氧化。

③炉温达到工艺温度约0.5～1h后，放入炉前试棒两件，调整共渗介质至煤油90滴∕min，氨气8～9L∕min，转入共渗阶段。

④在840℃共渗时，一般按0.15～0.25mm∕h初步估算共渗时间，根据本工件技术要求，共渗时间初定为2～4h。

⑤当共渗时间达到预定值时，取一件随炉试棒，用金相法测定其共渗层深度，根据情况调整共渗时间。

⑥当共渗阶段结束后，关闭电源，停供煤油、氨气，将工件从炉内取出放入缓冷坑，盖上钢板降温，注意缓冷坑先倒入甲醇，避免工件出现氧化脱碳。

⑦取出第2根试棒检测共渗层深，对重要件可取工件或从工件上取部分测量其共渗层深。