热处理工艺课程设计滚珠丝杠.docx

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1、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。

2、3、丝杠硬度：58-62HRco2.3 材料的选择2.3.1 GCr15钢的性能GCr15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Gcr15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 GCr15钢的化学成分及合金作用2.4.1 GCr15钢的化学成分C%,质量分数,下同：0.95-1.05Cr:1.41.65Mn:0.250.45Si:0.15-0.35V:0.0252.4.2合

3、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2.5GCr15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AC1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

4、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：7452030(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500C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

5、.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

6、.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(80010j,保温2h油冷，然后在68010回火，保温34h空冷。淬火加热温度：淬火为80010确定依据：Ac1以上某一温度确定方法：GCr15钢的Ae1是7452加热方法：采用直接到温参加炉加热的方法确定依据：GCr15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

7、：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：68010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,Ar1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

8、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,mmmmmm)RX3-75-97538031800900550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56020,保温23小时，随炉冷至500C以下出炉空冷。(1)加热温度：C56020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

9、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500C(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

10、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(A)频率Hz发电机50750748000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250C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：160180C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

11、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

12、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

13、，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

14、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