渗碳钢齿轮热处理变形及预防

金属材料热处理变形及开裂问题探讨

金属材料热处理变形及开裂问题探讨摘要变形和开裂是热处理较难解决的问题，目前热处理变形的复杂规律尚未被彻底认识和掌握。本文简要分析了热处理变形的开裂原因、影响变形的因素以及减小热处理变形防止开裂的具体措施。而影响变形和开裂的因素及防止变形和开裂的方法有很多。关键词热处理变形;开裂;热应力;组织应力 1 热处理变形开裂的原因工件的变形包括尺寸变化和形状变化两种，无论哪种变形，主要都是由于热处理时工件内部产生的应力所造成的。根据内应力形成的原因不同，可以分为热应力和组织应力。工件变形是这两种应力综合影响的结果，当应力大于屈服极限就会永久变形，大于材料的强度工件就会开裂。 1.1 热处理引起的变形和开裂的原因钢件在加热和冷却过程中，将产生热胀冷缩的体积变化，零件加热到淬火温度时，屈服强度明显降低，塑性则提高，当应力超过屈服强度时，就会产生塑性变形。如果造成应力集中并超过了材料的强度极限，就会使零件淬裂。导热性很差的高碳合金钢，如合金模具钢Gr12MoV，高速钢W18GrV之类的工具钢，淬火温度很高，如不采用多次预热和缓慢加热，不但会造成零件变形而且会导致零件开裂而报废，所以在对高速钢淬火时，首先在860±10℃的盐浴炉中进行等温预热，对于较细或较粗的零件应在预热前，在550℃炉进行2小时以上的回火，这样就会减小热处理变形，冷却时，由于温差大，热应力是造成零件变形的主要原因。 1.2 组织应力引起的变形组织应力有两个特点[1]：（1）工件表面受拉应力，心部压应力。（2）靠近表面层，切向拉应力大于轴向拉应力。组织应力引起工件变形的特点与热应力相反，使平面变凹，直角变锐角，长的方向变长，短的方向变短。淬火零件的变形时热应力和组织应力综合作用的结果，除内应力外，零件的变形还要看材料成分、工件的形状和介质、冷却速度的影响，实际情况要复杂很多，因此在解决实际问题时，要全面分析是热应力还是组织应力起主导作用，以便判断变形的趋势或裂纹产生可能性，并采取各种措施予以控制或防止。 2 影响变形及开裂的因素在生产实际中，影响热处理变形的因素很多，其主要包括：钢的化学成分、冷却过程、钢的几何形状尺寸、淬火介质的选择等。

碳钢热处理后的组织金相分析

4、各组织的显微特征（1）索氏体（s）：是铁素体与渗碳体的机械混合物。其片层比珠光体更细密，在高倍（700倍以上）显微放大时才能分辨。（2）托氏体（T）也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层（见图3）；图3 ??托氏体＋马氏体图4 ??上贝氏体＋马氏体（3）贝氏体（B）为奥氏体的中温转变产物，它也是铁素体与渗碳体的两相混合物。在显微形态上，主要有三种形态： A、上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的非层状组织。当转变量不多时，在光学显微镜下为与束的铁素体条向奥氏体晶内伸展，具有羽毛状特征。在电镜下，铁素体以几度到十几度的小位向差相互平行，渗碳体则沿条的长轴方向排列成行，如图4。 B、下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的两相混合物组织。它比淬火马氏体易受浸蚀，在显微镜下呈黑色针状（如图5）。在电镜下可以见到，在片状铁素体基体中分布有很细的碳化物片，它们大致与铁素体片的长轴成55～60°的角度。 C、粒状贝氏体是最近十几年才被确认的组织。在低、中碳合金钢中，特别是连续冷却时（如正火、热轧空冷或焊接热影响区）往往容易出现，在等温冷却时也可能形成。它的形成温度范围大致在上贝氏体转变温度区的上部，由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。（4）马氏体（M）：是碳在a-Fe中的过饱和固溶体。马氏体的形态按含碳量主要分两种，即板条状和针状（如图6、图7所示）图5 ??下贝氏体 ????图6 ??回火板条马氏体 A、板条状马氏体一般为低碳钢或低碳合金钢的淬火组织。其组织形态是由尺寸大致相同的细马氏体条定向平行排列组成马氏体束或马氏体领域。在马氏体束之间位向差较大，一个奥氏体晶粒内可形成几个不同的马氏体领域。板条马氏体具有较低的硬度和较好的韧性。 B、针状马氏体是碳量较高的钢淬火后得到的组织。在光学显微镜下，它呈竹叶状或针状，针与针之间成一定的角度。最先形成的马氏体较粗大，往往横穿整个奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒加以分割，使以后形成的马氏体的大小受到限制。因此，针状马氏体的大小不一。同时有些马氏体有一条中脊线，并在马氏体周围有残留奥氏体。针状马氏体的硬度高而韧性差。

碳钢的热处理操作实验

实验五碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定实验学时：4 实验类型：综合实验要求：必修一、实验目的 1. 了解碳钢的热处理工艺操作； 2. 研究碳钢加热温度、冷却速度、回火温度对钢性能的影响； 3. 观察热处理后的显微组织变化； 4. 了解硬度计的原理、初步掌握洛氏硬度计的使用。二、实验内容 1．按表1中的热处理工艺进行操作，并对热处理后的各样品进行硬度测定，将硬度值填入表1中。表1 各种热处理工艺注：保温时间可按1分钟/每毫秒直径计算；回火保温时间均为30分钟，然后取出空冷。

实验五碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定 2. 观察下列表2热处理后的金相试样，并画出组织示意图。表2 热处理后的金相试样三、实验原理、方法和手段（一）钢的热处理工艺：钢的热处理基本工艺有退火、正火、淬火和回火。进行热处理时，加热是第一道工序，目的是为了得到奥氏体，因为钢的最终组织珠光体、贝氏体和马氏体都是由奥氏体转变来的。二是保温、目的使奥氏体均匀化。三是冷却，是改变组织和性能的重要因素。因此，正确选择三个基本因素是热处理成功的基本保证。 1．加热温度的选择 C相图确定。对亚共析钢，其加热温度为；（1）退火加热温度：根据Fe-Fe 3 共析钢和过共析钢加热至A +（20～30）℃（球化退火），目的是得到球状渗碳体， C1 降低硬度，改善切削性能。 +（30～50）℃；过共析钢加热（2）正火加热温度：一般亚共析钢加热至A C3 至+（30～50）℃，即加热到奥氏体单相区。 +（30～50）℃，淬火后的组织（3）淬火加热温度：一般亚共析钢加热至A C3 ）,则淬火组织中将出现铁为均匀细小的马氏体。如果加热温度不足（如低于A C3

变速箱齿轮热处理的变形与控制

科技研究 2013年第10期Science and technology research□机械与设备 114 变速箱齿轮热处理的变形与控制刘奇（唐山通力齿轮有限公司河北唐山063000）【摘要】在汽车结构中重要的组成部件其中就有变速箱，在变速箱中齿轮是比较重要的零部件。在变速箱中的齿轮一般都不需要进行热处理之后进行加工，因此在热处理之后的齿轮齿的尺寸就是最后成品的尺寸。这也就需要齿轮的热处理要有较高的技术。对于热处理变形技术一方面应认真仔细地对理论进行研究，对热处理变形的过程进行准确地模拟，分析影响热处理的各种因素，准确地提供理论依据来解决热处理变形中存在的问题。另一方面，各个工厂应该仔细的研究对齿轮变形影响的各种因素，对齿轮热处理的变形进行很好的控制。【关键词】变速器；齿轮热处理；变形；控制在变速箱齿轮加工的环节中齿轮的热处理是非常重要的，通过齿轮的热处理来展现齿轮的各种特性。然而齿轮热处理引起的变形是必然的，这种变形会使企业的加工成本大大的增加。然而在现代社会上市场的竞争中降低生产成本决定了现在企业的生存和发展。所以必须要对齿轮的热处理变形进行控制。在汽车结构中重要的组成部件其中就有变速箱，在变速箱中齿轮是比较重要的零部件。因此汽车变速箱齿轮需要具备强度比较高、耐磨性高、抗疲劳强度大还需要具备高的韧性等一系列的机械性能。为了使齿轮能够具备以上的特性，因此齿轮热处理在齿轮加工过程中是必不可少的环节。一、齿轮在热处理后出现变形的原因齿轮的主要成分是钢，它被进行热处理之后，在温度不断的升高而钢的韧性也在不断的降低，当齿轮上的一些部位的残余应力无法再受热的影响，就会使齿轮出现变形，由于残余应力只在于齿轮的局部，所以使齿轮出现不规则的变形。齿轮在进行热处理时由于加热速度过快，使齿轮的表面升温过快，而齿轮内部的温度上升比较慢，表面和内部的温度不同形成很大的对应力，这样就会使齿轮出现不规则的变形，从而使齿轮的形状比较特别。二、影响变速箱齿轮热处理变形的因素齿轮经热处理后的出现变形的影响因素主要有齿轮的设计形状、制作齿轮时选用的材料、在热处理之前预热处理的整个过程、加工时选用的方法和工具、热处理的工艺流程等。选择合适的材料、加工的过程较精密、预热处理的过程较完整、对齿轮的冷热加工配合较好是控制热处理变形的关键。因此，如何控制变速箱齿轮热处理的变形应该从以上几点进行研究。 1.齿轮的设计形状在热处理变形中设计的齿轮的形状是重要的影响因素，如齿轮设计结构是否对称、结构是否均匀，都会影响齿轮在淬火时往往不均匀的应力，使齿轮出现不规则的变形。其他国家的汽车企业曾经对这方面进行研究过，在最小热处理变形的影响下，设计的形状、使用的材料对齿轮热处理变形的影响力分别为50%～60%、20%～30%、5%～15%。所以，在进行齿轮设计的时候应尽量使壁厚且均匀对称的零件。如果设计出的零件中有壁厚较薄的地方，在热处理过程中因为壁薄的地方冷却的速度较快，这个地方容易发生卷曲。这样就应该设计成两个单独的零件，这样薄壁零件能够很好地控制热处理变形，同时也使机加工的过程变得简单。 2.原材料的品质对热处理的影响原材料的品质不但对齿轮的热处理的工艺有一定的影响，还到决定着齿轮的使用寿命。原材料的最基本的特性也是齿轮热处理变形的一个重要影响因素。淬透性是指原材料在一定条件下淬火时，从奥氏体转变为马氏体，获得马氏体层的深度。淬透性越高的原材料对热处理变形的影响就越大，而淬透性的高低取决于原材料中合金元素含量。原材料中的合金元素主要通过影响钢的各种特性间接地影响了齿轮的热处理变形。以便能够很好地控制热处理的变形，这就需要原材料的淬透性的范围比较稳定。因此现在很多企业都是根据自己生产的产品的要求来制定淬透性的具体范围，以便能够很好地控制热处理的变形。在原材料中晶粒度也是重要的技术指标。所有的金属材料都是由许多的晶粒组成的多晶体。因为每个晶粒都有不同的异性，许多具有不同异性的晶粒组合在一起，互相抵消了它们之间的作用力，这样就使金属材料出现异向同性的特征。因此要想原材料的异向同性的特征比较明显就需要组成材料的晶粒比较细小，晶粒的个数较多，这样热处理的变形也就比较均匀性。 3.预热处理整个过程对热处理变形的影响预热处理的主要是为了使晶粒变得细小，消除原材料中的残余应力。预热处理的过程就是为了使晶粒变得细小而且数量增加，这样就能够很好的控制热处理变形。目前我们国家的预热处理的工艺都是正火工艺，因为正火工艺的生产周期比较短、工艺较为简单、耗费的成本也比较低等优点；然而因为正火采用空气冷却，所以容易受到零件的结构和外界的气候和温度等因素的影响，冷却速度也不是很稳定。而现在我们国内的正火工艺都不能满足预热处理的要求，零件堆在一起进行加热的现象比较普遍，往往零件的表面加热的温度达到了，而零件的内部加热的温度还没有达到，这样就使晶粒度的大小不均匀，对热处理变形有很大的影响。零件在冷却的时候也是堆放在一起进行，这样使零件的硬度不均匀。不利于对其进行切削。因为正火工艺有许多的不足之处，所以我们国家许多企业都开始采用等温退火工艺进行预热处理提高预热处理的效果，等温退火是以较快的速度冷却到a1以下某一温度，保温一定时间使奥氏体转变为珠光体组织，然后空冷一种工艺。对某些奥氏体比较稳定的合金钢，采用等温退火可大大缩短退火周期，使热处理变形比较稳定。 4.加工时选用的工具和设备对热处理变形的影响零件在预热处理之后会有很好的塑性，在加工的过程给零件带来的主要就是残余应力，如切削的力量太大或刀具的磨损都会使零件产生残余应力，在热处理过程中这些应力会被释放出来，使零件变形。在加工过程中出现残余应力虽然不能够避免，但是可以通过选择合适的加工工具和设备来降低残余应力的出现。加工过程比较稳定也是能够很好地控制热处理变形。不同的热处理设备有各自不同的特点，好的热处理设备对加热温度和炉温的控制都是比较精密的、加热也比价均匀等特性，齿轮热处理的变形也就能得到很好的控制。 5.热处理工艺流程对热处理变形的影响现在我们国家变速箱齿轮热处理的方法主要是渗碳淬火，渗碳淬火工艺的优点是发展的已经很成熟、应用也比较广泛、成本相对较低等，渗碳淬火工艺中对齿轮热处理变形的影响主要有装夹方式、渗碳处理的温度、升温的速度、淬火的温度、淬火介质的选择等，装夹方式要保证零件在热处理过程中受力比较均匀，热处理的变形才能够控制。装夹方式的选择是热处理工作者的重要工作。渗碳处理的温度决定了渗碳淬火工艺能否顺利进行，零件渗碳的速度取决于渗碳处理的温度，渗碳处理的温度越高，零件中的晶体膨胀的也就越大，渗碳的速度也就越快；但是渗碳温度越高零件也就越容易变形。同时渗碳温度越高，零件的晶粒变得也就越大，大的晶粒不但会使零件产生严重的变形，也会使零件的使用寿命受到很严重的影响，这就要求热处理工作者能够很好地协调生产并达到生产的要求。总之，影响齿轮热处理的变形有以上几个因素，因为齿轮的变形主要是在热处理的过程中发生，因此在热处理环节的工作者就需要仔细的了解齿轮的整个加工工艺，掌握所有对热处理变形的影响因素，严格控制热处理工作，才能有效地控制齿轮的变形，提高齿轮的质量，增加企业在市场上竞争能力。参考文献： [1]陈园华.叉车变速箱输入齿轮的热处理工艺[j].起重运输机械，2010（8）. [2]黄逸云.变速箱齿轮用钢及热处理[j].现代营销，2012（1）. [3]黄勇.大轮幅非对称齿轮热处理变形的控制[j].热处理技术与装备，2011（4）. [4]杨金花，李建设，王勇兵.拖拉机二轴齿轮热处理工艺的改进[j].机械工程材料，2007（11）.

热处理变形的原因

热处理变形的原因在实际生产中，热处理变形给后续工序，特别是机械加工增加了很多困难，影响了生产效率，因变形过大而导致报废，增加了成本。变形是热处理比较难以解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。一、热处理变形产生的原因钢在热处理的加热、冷却过程中可能会产生变形，甚至开裂，其原因是由于淬火应力的存在。淬火应力分为热应力和组织应力两种。由于热应力和组织应力作用，使热处理后零件产生不同残留应力，可能引起变形。当应力大于材料的屈服强度时变形就会产生，因此，淬火变形还与钢的屈服强度有关，材料塑性变形抗力越大，其变形程度越小。 1.热应力在加热和冷却时由于零件表里有温差存在造成热胀冷缩的不一致而产生热应力。零件由高温冷却时表面散热快，温度低于心部，因此表面比心部有更大的体积收缩倾向，但受心部阻碍而使表面受拉应力，而心部则受压应力。表里温差增大应力也增大。 2.组织应力组织应力是因为奥氏体与其转变产物的比容不同，零件的表面和心部或零件各部分之间的组织转变时间不同而产生的。由于奥氏体比容最小，淬火冷却时必然发生体积增加。淬火时表面先开始马氏体转变，体积增大，心部仍为奥氏体体积不变。由于心部阻碍表面体积增大，表面产生压应力，心部产生拉应力。二、减少和控制热处理变形的方法 1.合理选材和提高硬度要求对于形状复杂，截面尺寸相差较大而又要求变形较小的零件，应选择淬透性较好的材料，以便使用较缓和的淬火冷却介质淬火。对于薄板状精密零件，应选用双向轧制板材，使零件纤维方向对称。对零件的硬度要求，在满足使用要求前提下，尽量选择下限硬度。 2.正确设计零件零件外形应尽量简单、均匀、结构对称，以免因冷却不均匀，使变形开裂倾向增大。尽量避免截面尺寸突然变化，减少沟槽和薄边，不要有尖锐棱角。避免较深的不通孔。长形零件避免截面呈横梯形。 3.合理安排生产路线，协调冷热加工与热处理的关系

【材料课件】实验九碳钢热处理基本组织观察

实验九碳钢热处理基本组织观察目的 1．认识碳钢经不同方式热处理后的典型显微组织特征； 2．了解热处理工艺对组织的影响。一、相关知识 1．TTT曲线 2．碳钢的退火和正火碳钢的退火组织也就是铁碳合金的平衡组织，以前的实验已经观察过。亚共析钢的正火组织形式上很象退火组织，这是的珠光体层片较细，整体为灰黑色，理论上讲，铁素体的含量应比平衡状态略少，相差并不明显。过共析钢一般进行球化退火，得到球化珠光体，正火仅用于消除二次渗碳体网，得到颗粒状的碳化物和细片状珠光体，紧接着进行球化退火。 3．碳钢的等温淬火组织上贝氏体：在500－350℃的等温转变组织，铁素体片在原奥氏体晶界向内发展，成羽毛状，片间间断分布碳化物。为了清楚看到这种组织，在生成部分上贝氏体后立即快速冷却，其它部分是马氏体。上贝氏体：在320－250℃的等温转变组织，铁素体片在原奥氏体晶内成透镜状，或象竹叶状。片内部有非常细小分布碳化物，整体浸蚀后为暗灰色。为了清楚看到这种组织，在生成部分贝氏体后立即快速冷却，其它部分是马氏体。 4．碳钢的淬火组织小试样奥氏体化后水冷，可以全部淬透，得到马氏体和少量残余奥氏体。低碳马氏体(板条马氏体)：在光学显微镜下，板条马氏体为一束束相互平行的细长条状，在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群。

高碳马氏体(针状马氏体)：在光学显微镜下，片状马氏体呈针状或竹业状，片间互不平行呈一定角度，其立体形态为双凸透镜状。针的粗细决定于奥氏体晶粒的大小，通常其针细小，在光学显微镜下不能看清，称为隐针马氏体。T10正常加热温度为760℃，若过热(温度820℃，为能了解其形态)，就可看到其针状的形貌。 5．碳钢的回火组织回火马氏体：形状同淬火态，但内部有碳化物，浸蚀后的颜色变暗。回火曲氏体：原马氏体形态不可见，弥散的Fe3C析出，组织一般为灰暗色。回火索氏体：在铁素体的基体上分布小颗粒状的渗碳体。 6．低碳钢渗碳后炉冷组织 920℃渗碳后，表层的含碳量接近Acm线，逐渐降低，到心部为原始的低碳(或纯铁)，炉冷后得到平衡组织，从表到里，经过过共析(珠光体＋网状渗碳体)、共析(珠光体)、亚共析(铁素体＋珠光体)的逐渐过渡。实用材料往往可直接淬火，或渗碳后空冷正火，表层部分的渗碳体为颗粒状。二、实验内容 ①．观察45钢的正火组织，铁素体＋索氏体。 ②．观察等温淬火组织，认识上、下贝氏体形貌特征。 ③．观察淬火组织认识马氏体形态：20钢得到的板条马氏体，由45钢得到的混合马氏体，T10钢过热淬火得到的粗大马氏体针。 ④．正常淬火回火组织：T10钢正常淬火回火的组织为未溶颗粒状碳化物＋回火隐针马氏体。 ⑤．调质：中碳钢淬火后高温回火得到的回火索氏体。 ⑥．渗碳后炉冷组织：从组织了解渗碳后碳含量的大致分布。三、实验报告要求画出5个以上观察到的组织示意图，注明材料、热处理过程、所得到的组织。

齿轮热处理变形及预防

热加工浙江双环传动机械股份有限公司技术中心（玉环 317600）史天振吴思良齿轮热处理变形及预防变速箱齿轮在渗碳淬火过程中的变形问题一直是困扰和阻挠热处理生产的一大障碍，有效地控制热处理变形是降低成本和提高生产效率的有效手段。为了控制变形，一般企业都会严格控制原材料淬透性带宽、等温正火质量、渗碳淬火冷却，以及校直等工序质量，来保证渗碳淬火后变形规律性。本文主要探讨渗碳淬火工序及校直工序对产品变形的影响。 1. 轴齿类零件变形预防及控制轴齿类的变形主要表现在两个方面：一方面是齿跳；另一方面是齿形、齿向变化。轴类产品渗碳淬火后要进行校直才能进行齿形齿向的检测，在实际生产中齿跳检测比较麻烦、效率低，因此一般厂家均采用测量相邻近部位轴向跳动来间接反映齿跳的大小。在实际生产中我们也发现，变形的原因各不相同，有些是真正变形，有些是因为测量基准变化或遭到破坏而造成测量误差，后者往往表现为校直后齿跳检查合格，但齿向检测不合格。因此，在实际生产中要依据不同的情况进行分析解决和预防。案例一：某电动工具轴在多用炉渗碳淬火后变形不规律，造成后续校直工序难度很大。为了解决这个问题，我们更换了不同的装卡方式（见图1、图2），但实际效果不够理想。图1 网格定位下支撑热后需要校直约40% 图2 卡环定位悬挂热后需要校直约36%从装卡方式变换后的测量结果看，如果造成变形的主要原因不是装卡方式，那一定就是与淬火冷却有直接关系。为了验证这一设想，将图3所示的整炉产品从最外层到里层逐根进行跳动检测，发现最外层变形比例最高，且具有方向性；到第三层以后变形明显降低。到现最大跳动量均在0.02m m以下，这说明变形不是由于加热产生。那问题的关键就是淬火冷却过程的影响，结合该产品的装料方式和工装情况，加上前面试验结果综合分析，最大可能就是淬火台下降开始淬火时，由于工件太小、装料密集，淬火油从下向上流动受阻，大量淬火油是从侧面向料盘中央流动，这实际上就相当于外侧面的轴是“横着入油”淬火，必然在轴的两侧面因相变不同时性而造成宏观变形。确认变形的主要原因后，在装料后四周加上挡板，保证淬火时淬火油强制由底部向上部流动，问题得到解决。渗碳淬火后84%工件不需要校直，12%工件跳动在0.02～0.05m m，仅有4%工件跳动在0.05～0.10m m，校直后100%符合技术要求。同时也大大地降低了校直工作量，提高了生产效率。案例二：某变速箱输入、输出轴，工艺试验时热前、热后变形规律很好，但成品发货抽检时，齿形、齿向检测结果很差，尤其是齿向交叉。底是加热影响、冷却影响还是加热和冷却双重影响？我们又进一步取小批量滚齿后产品加热到渗碳温度后保温30m i n拉到前室缓冷至室温，出炉后100%检测跳动，发图3 改进前装炉方式

金属材料热处理变形的影响因素及控制策略林祥峰

金属材料热处理变形的影响因素及控制策略林祥峰发表时间：2019-01-11T15:27:45.960Z 来源：《新材料·新装饰》2018年7月上作者：林祥峰[导读] 在进行零部件加工中,由于有的情况下要对金属材料进行热加工处理,以此来提升金属材料的性能。在我国的金属材料加工中,是制造业发展的一个表现青海瑞合铝箔有限公司青海省西宁市 810000摘要：在进行零部件加工中,由于有的情况下要对金属材料进行热加工处理,以此来提升金属材料的性能。在我国的金属材料加工中,是制造业发展的一个表现,对机械设备的需要也在不断增加,在这样的条件下,要保证好机械材料的质量问题,就要对金属材料进行热加工处理。关键词：金属材料；热处理变形；影响因素；控制策略 1影响金属材料热处理变形的因素在对金属材料进行热加工环节中,由于金属材料自身结构问题,在受到外部环境变化,主要是受不等时间内冷和热的不均匀,就会有变形的可能。在对金属这些热处理过程中,金属本身温度会受到明显的变化,这样的温度变化,会对金属的内部结构形成影响,这样的影响在加剧的时候,就会引起金属外部形状的变化,这种变化就叫住内应力塑型变形。在内应力变形中,对金属外部特征的改变较多,而且这样的改变还会随着对金属材料的热加工频率而发生改变,也就讲,在对金属热加工的次数越高,变形的可能性就越大。在正常的情况下,金属材料的内应力主要分层两种,一种是热应力,另一种是组织应力变形。在对金属材料进行等同的热效应和冷效应后,在对这样的操作过程中,就可以获得热应力变形。然而在组织应力形状变形中,金属本身的性能、形状、还有就是对金属材料的加入和冷却方式都有着直接的关系。在对金属材料热加工过程中,我们可以了解到,要提高金属材料的使用性能,对这个提高的过程是繁琐和复杂的,而在操作中还要考虑金属材料的种类,以及操作规范都要进行合理的调整,同时收集参数内容。由于受到我国技术加工的局限性,在加工过程中对温度的控制和监测的精度都难以进行有效的把控,在这样的环境中进行热加工处理,是非常容易出现对温度控制的准确性,使金属材料的变形。 2在金属材料热处理过程中减少变形的控制原则 2.1遵循易操作性的原则一般而言,金属材料热处理企业遍布在城市近郊,但由于工艺操作的地域条件的控制,所以能达到金属材料热处理变形控制所要求的科学精细操作,为了化解这种局面,就应该在热处理变形解决方案和相关工艺的试用期间就保持更高一些的方案容错率,尽可能的减少外部环境对热处理变形控制的影响。 2.2遵循实用性的原则由于金属材料是一种不可再生资源,为了资源的可持续发展,我们应切实考虑资源的浪费问题。减少资源的浪费最为关键的就是需要减少金属热处理时材料的变形,实现资源的有效利用。在热处理过程中,我们务必采取科学有效的方法,确保加工过程的实用性,同时确保金属材料的充分利用。 2.3遵守科学性的原则为了减少热处理中的变形,就必须采取科学的管理方案。在工作上,我们金属材料加工的技师要秉持着科学的精神,运用科学的方法,即便在目前技术设备不够完善的状况下,也要确保技术材料的热处理不会有变形情况的出现,即便是有,也要限制在合理的范围内。 3金属材料热处理减少变形的途径和方法 3.1做好热处理工艺前的预处理工作金属热处理时的正火和退火对变形量也有影响。正火时若温度偏高,容易造成材料内部变形加大,所以应在热处理前进行温度控制。实践表明,正火处理后采用等温淬火处理手段可使材料内部结构更为均匀。另外,为提高材料正火处理的成效,结合材料自身结构特点采取适当的退火,可以缩小材料所受温度梯度,在热处理期间控制变形,提高材料热处理的质量和水平。 3.2金属材料热处理淬火工艺的科学运用这对金属材料热加工过程中,淬火工艺是金属材料热加工的核心技术,在这样的技术中,对金属热加工温度的稍微把握不准确,就会造成对金属材料的内应力变形,因此在加工中,要使用好淬火介质,有对介质合理有效的利用,保证金属内部不会有失调的现象发生,从而保证好金属变形。因此在淬火介质的使用中我们要采用科学合理的使用方法,要在工作中不断创新,要不断提高介质的使用,这是一个经验积累的过程,在工作中,要求金属加工工艺师要不断发现问题,然后解决问题,在解决问题中创造出新的工艺方法,从而在根本上解决金属材料在热加工中变形问题。在对金属冷却过程中是金属变形的关键步骤,因此,金属加工工艺师要严格按照工作流程来完成,要使用科学的冷却方法,在冷却中要把握好速度,这样就能有效的保证好金属材料的质量,而且还能金属变形的增量。在淬火工艺中,淬火的常用介质一般是水和油,在保证好放入的速度时,还要保证好水的温度,介质水温一般要求在55度到65度。如果使用油作为淬火介质,要求油温保持在60度到80度,关键技术还是在放入的速度把控中,质量和变形就看冷却的效果。这里对科学方法使用的强调,其最终的目的就是要保证好金属的变形问题,和质量性能问题。 3.3金属材料在热加工中冷却方法的科学化选择在现阶段的我国技术热处理加工中,对金属冷却的方法主要有双液淬火方式和单液淬火方等多种方式。所谓的双液淬火冷却方式主要是指,在对金属加入中,包金属先放入到一种液体介质中,使金属温度迅速降到300度,然后在把技术放入温度更低的介质中进行有效的冷却,这里还是要把握好两次放入的的速度问题,把握好速度才能把握好金属材料的质量。在单液淬火工艺中,需然能够提高在淬火中的工作效率,但是,却在淬火速度的控制中很难把控科学的方法。在对这两种淬火工艺的选择中,可以根据实际需要,来对金属淬火的质量与水平的把握。 3.4科学的选择装夹方式和夹具在对金属加热和冷却的过程中,对金属加工装夹的使用方式不同,被加工的金属材料的现状也就不同,在这里就要根据金属的实际现状来选择装夹工具,在合适的装夹工具中,才能保证技术材料的受热均匀,同时才能保证材料在加工过程中不会变形。而且在实际的工作中,。可以根据加工金属形状的改变,灵活采用装夹工具。结论

齿轮热处理工艺【详尽版】

齿轮热处理工艺【详细介绍】内容来源网络，由深圳机械展收集整理！一、工作条件以及材料与热处理要求 1.条件: 低速、轻载又不受冲击要求: HT200 HT250 HT300 去应力退火 2.条件: 低速(＜1m/s)、轻载,如车床溜板齿轮等要求: 45 调质,HB200-250 3.条件: 低速、中载,如标准系列减速器齿轮要求: 45 40Cr 40MnB (5042MnVB) 调质,HB220-250 4.条件: 低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮要求: 40Cr(42MnVB) 淬火中温回火HRC40-45 5.条件: 中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮要求: 40Cr、40MnB、42MnVB 调质或正火,感应加热表面淬火,低温回火,时效,HRC50-55 6.条件: 中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮要求: 45 高频淬火,350-370℃回火,HRC40-45(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火) 7.条件: 中速、重载要求: 40Cr、40MnB(40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA)淬火,中温回火,HRC45-50.

8.条件: 高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮要求: 15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62.38CrAl 38CrMoAl 渗氮,渗氮深度0.5mm,HV900 9.条件: 高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴轮. 要求: 40Cr、40MnB、(40MnVB)高频淬火,HRC50-55. 10.条件: 高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮,如汽车变速箱齿轮 (20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧性也较好) 要求: 20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳,淬火,低温回火或渗碳后高频淬火,HRC56-62.18CrMnTi、20CrMnTi(锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸)渗碳层深度1.2-1.6mm,齿轮硬度HRC58-60,心部硬度HRC25-35.表面:回火马氏体+残余奥氏体+碳化物.中心:索氏体+细珠光体 11.条件: 高速、重载、有冲击、模数＜5 要求: 20Cr、20Mn2B 渗碳、淬火、低温回火,HRG56-62. 12.条件: 高速、重载、或中载、模数＞6,要求高强度、高耐磨性,如立车重要螺旋锥齿轮要求: 18CrMnTi、20SiMnVB 渗碳、淬火、低温回火,HRC56-62 13.条件: 高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如高速柴油机、重型载重汽车,航空发动机等设备上的齿轮. 要求: 12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20CrMnMoVBA(锻造→退火

碳钢热处理后的显微组织观察与分析

碳钢热处理后的显微组织观察与分析实验目的实验说明实验内容实验方法指导实验报告要求思考题一：实验目的 (1)观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。 (2)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。二：实验说明碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可以是不平衡组织(如淬火组织)。因此在研究热处理后的组织时，不但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢连续冷却的CCT曲线。图1 共析碳钢的c曲线图2 45钢的CCT曲线 C曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。 1．碳钢的退火和正火组织亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火，经退火后可得接近于平衡状态的组织，其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则

采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。 2．钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。图3 T12 钢球化退火组织图4 低碳马氏体组织 45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。 45钢加热至860℃后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的片层状组织，当转变量不多时，在光学显微镜下可看到成束的铁素体在奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特性，如图7所示。

碳素钢热处理实验指导书

碳素钢热处理一、实验目的（1）了解碳素钢基本热处理（退火、正火、淬火、及回火）的工艺方法和主要设备。（2）研究碳的质量分数，加热温度、冷却温度，回火温度对钢性能的影响。（3）熟悉硬度计的使用。二、实验内容（1）表3所列工艺进行热处理操作实验。（2）测定热处理后试样的硬度（炉冷、气冷试样测HRB，其余试样测HRC）。三、实验原理碳素钢热处理工艺主要有退火、正火、淬火及回火。加热温度、保温时间和冷却速度，是达到热处理良好效果的最重要工艺参数。 1.加热温度（1）退火亚共析钢加热至Ac3+(20℃～30℃)(完全退火)；共析钢，过共析钢加热至Ac1+(20℃～30℃)（球化退火），得到粒状渗碳体，硬度降低，以利切削加工。（2）正火亚共析钢加热至Ac3+(30℃～50℃)；过共析钢加热至Accm+(30℃～50℃),即加热至奥氏体单相区。退火和正火的加热温度范围，见图1. （3）淬火亚共析钢加热至Ac3+(30℃～50℃)；共析钢和过共析钢加热至Ac1+(30℃～50℃)，淬火的加热温度范围，见图2. 图1 退火和正火的加热温度范围图2 淬火的加热温度范围钢的成分，原始组织及加热速度等皆影响临界点Ac1，Ac3，Accm的位置。热处理前需认真查阅有关的材料手册，按规范操作。否则，得不到预期的组织。如加热温度过高。晶粒容易长大，材料氧化，脱碳和变形而失去效能。几种碳素钢的临界点，见表1. 表1 几种碳素钢的临界点

注：△T为过热度，取决于加热速度，一般为5℃～15℃。（1）回火碳素钢淬火后需尽快回火，按热温度的不同，可分为三种：1）低温回火加热温度150℃～250℃，目的是得到回火马氏体。部分降低淬火应力，减少脆性并保持淬火碳素钢的高硬度。用于切削工具、冷作模具、滚动轴承等。 2）中温回火加热温度350℃～500℃，目的是得到回火托氏体，较多的降低淬火应力，有高的韧性和弹性极限。用于弹簧钢等热处理。 3）高温回火加热温度500℃～650℃，目的是得到回火索氏体，消除淬火应力。强度、硬度、冲击韧度较好。淬火加上高温回火又称调质，用于重要零件，如主轴，齿轮等。 2.保温时间为了保证工件内外均达到指定的温度，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，工件升温和保温所需要的加热时间要给与保证。保温的加热时间需考虑诸多因素，可参考有关手册数据。据经验估算，按工件有效厚度在空气介质炉中每毫米碳素钢需1min～1.5min；合金钢则需2min左右。利用盐浴炉加热，时间可减半。 3.冷却速度热处理时要充分注意不同的冷却方法，具体说：退火一般采用随炉冷却；正火（又称常化）采用出炉置于空气中冷却，大件则常常需要加吹风。淬火工艺则较复杂。一方面要求工件冷却大于临界冷却速度，目的是得到全部马氏体组织或下贝氏体组织；另一方面又要要求工件减缓冷却速度，避免淬火应力过大，造成开裂或变形。理想的冷却是过冷奥氏体在最不稳定的温度范围内（650℃～550℃）尽快冷却，迅速渡过危险区域，而在马氏体转变温度（300℃～20℃）尽量降低冷却速度。淬火时的理想冷却曲线示意图，见图3. 图3 淬火时的理想冷却曲线示意图四、实验步骤（1）全班分成两组，每组一套试样（45试样8块，T12试样8块）炉冷试样由实验室预先准备好。（2）一加热温度的45和T12钢试样放入860℃和780℃炉子内加热（炉温预先由实验室升好）保温15～20min后，分别进行水冷、油冷、气冷操作。45钢750℃水冷试样待780℃炉中试样处理完后再进行。（3）每组将水冷试样各取出三块45和T12试样分别放入200℃、400℃、600℃的炉内回火，回火保温时间为30分钟。

齿轮热处理

1 齿轮热处理概述众所周知，齿轮是机械设备中关键的零部件，它广泛的用于汽车、飞机、坦克、齿轮传动是近代机它具有传动准确、结构紧凑使用寿命长等优点。轮船等工业领域。是机械产品重要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、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由于齿轮在工业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。得益于近年来汽车、风电、. 发展中的突出地位，使齿轮被公认为工业化的一种象征据大规格齿轮加工机床的需求增长十分耀眼。核电行业的拉动，汽车齿轮加工机床、近年来涉及齿轮加工机床制造的企业也日益增随着齿轮加工机床需求的增加，了解，多。无论是传统的汽车、船舶、航空航天、军工等行业，还是近年来新兴的高铁、铁对齿轮加工机床制都对机床工具行业的快速发展提出了紧迫需求，路、电子等行业，万吨。但我国齿轮的质量年将达到200 2012 造商提出了新的要求。据权威部门预测主要表现在齿轮的平均使用寿与其他发达国家的同类产品相较还是具有一定的差距，本设计是在课堂学习热处理知识后的探索和单位产品能耗、生产率这几方面上。命、并按重点是制定合理的热处理规程，尝试，其内容讨论如何设计齿轮的热处理工艺，此设计齿轮的热处理方法。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。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，(1)在齿根部位受因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用。又有滑动。到很大的弯曲应力作用；word 编辑版． ⑵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；⑶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。因此，齿轮的表面有高的硬度和耐磨性，高接触疲劳强度，有较高的齿根抗弯强度，高的心部抗冲击能力。齿轮常用材料有。20Cr ，20CrMnTi, 18Cr2Ni4WA①20Cr降温直接淬火对渗碳时有晶粒长大倾向，有较高的强度及淬透性，但韧性较差。可切削性良好，冲击韧性影响较大，因而渗碳后进行二次淬火提高零件心部韧性；20Cr 为珠光体，焊接性较好，焊后一般不需热处理。但退火后较差；②20CrMnTi 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，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。 ③18Cr2Ni4WA

碳钢热处理及性能分析

实验五碳钢热处理及性能分析清华大学金工教研室一、实验目的 1．了解热处理的基本操作过程。 2．了解热处理后碳钢的性能特点。 3．了解硬度计的正确使用。二、实验内容 1．对45钢试件进行正火、淬火（水淬和油淬）、回火（低温和高温回火）等项热处理操作。 2．测定45钢试件退火、正火、淬火和不同温度下回火后的硬度值。三、实验设备及使用 SRJX—4—9箱式电阻炉3台，洛氏硬度计4台。硬度的测量硬度是金属材料力学性能的主要指标之一，常用的测量方法是压入法，包括布氏、洛氏、维氏硬度等。硬度测量设备简单、操作方便，并可近似反映材料的其它力学性能，所以硬度测量成为工业中不可缺少的力学性能试验方法之一。本试验采用最广泛的洛氏硬度测量法。 1．洛氏硬度的测量原理洛氏硬度的测量原理是用金钢石圆锥体或硬钢球做压头，在一定负荷作用下压入试样表面，以有面的压痕深度来表示材料的硬度，如图5-1所示。负荷分两次加，先加预负荷P1，后加主负荷P2，总负荷为P=P1+P2。图5-1中：图5-1 洛氏硬度试验原理图 0-0 压头没接触试样的位置。 1-1 压头施加预负荷P1后压入试样的位置，压痕深夜为h0。此时压头和试样接触良好，做为测量的起点。 2-2 压头施加总负荷P后压入的位置，试样表面的变形包括塑性变形和弹性变形。 3-3 卸除主负荷P2后，试样由于弹性变形的恢复而使压头略提高后的位置，压痕深度为h1。此时由于主负荷作用压头实际压入的深度h=h1-h0（mm），用来

表示被测材料的硬度。为适应数值越大硬度越高的习惯，引入一常数K ，并规定压入深度每0.002mm 为一个洛氏硬度单位。则洛氏硬度公式为：对HRA 和HRC ，K=0.2mm;对HRB ，K=0.26mm 。HR 值为一个无名数。在一种硬度计上可采用不同的压头和总负荷，组成几种不同的洛氏硬度标尺，如HRA ，HRB ，HRC 等，以测定从软到硬的不同金属材料的硬度，其试验度（HV ）相对比较。 2．洛氏硬度计的构造简图见图5-2。图5-2 洛氏硬度计构造简图洛氏硬度的测量过程如下： ①试样去除氧化皮并磨平擦净后放在工作台上，顺时针动手轮，使工作台上升至度样与压头接触为止。 ②加预负荷。继续上升工作台，直到表盘上短针由黑点位置转至红点位置。 ③调零点。使表盘上长针对准B —C 刻度线。 ④加主负荷。加荷手柄板至加荷位置，并停留10s 。 ⑤卸主负荷、读数。加荷手柄板回到卸荷位置，读出硬度值。然后下降载物合，取下试样。四、钢的热处理简介钢的热处理是通过钢在固态下的加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织，0.002 h K HR -=

碳钢热处理后的组织(金相分析)

碳钢热处理后的组织（金相分析）发布时间：2009-5-30 13:46:34 关闭该页一、概述碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是非平衡组织。因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线（C曲线）。铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。C曲线适用于等温冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。在一定的程度上可用C曲线，也能够估计连续冷却时的组织变化。 1、共析钢等温冷却时的显微组织共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1中。

2、共析钢连续冷却时的显微组织为了简便起见，不用CCT曲线，而用C曲线（图1）来分析。例如共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1中的υ1）应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到υ2时（相当于空冷），得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到υ3时（相当于油冷），得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至υ4、υ5（相当于水冷），很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点（Ms）后，瞬时转变成马氏体，其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度（υ4）称为淬火的临界冷却速度。图1 图2 3、亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先

析出线，如图2所示。当奥氏体缓慢冷却时（相当于炉冷，如图2中υ1），转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。随着冷却速度的增大，即υ3>υ2>υ1时，奥氏体的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。因此，v1的组织为铁素体+珠光体；v2的组织为铁素体+索氏体；v3的组织为铁素体+屈氏体。当冷却速度为v4时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体（有时可见到少量贝氏体），奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体（如图3）；当冷却速度v5超过临界冷却速度时，钢全部转变为马氏体组织（如图6，图7）。过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而前者先析出的是渗碳体。 4、各组织的显微特征（1）索氏体（s）：是铁素体与渗碳体的机械混合物。其片层比珠光体更细密，在高倍（700倍以上）显微放大时才能分辨。（2）托氏体（T）也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层（见图3）；图3 托氏体＋马氏体