1前言本次課程設計主要是制定典型零件的生產工藝，是以《金屬熱處理原理》、《金屬熱處理工藝學》和《金屬材料學》為基礎的一門綜合課程設計。金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。熱處理不僅對機械加工的順利進行和保證加工效果起著重要作用，而且在改善或消除加工后缺陷，提高工件的使用壽命等方面起著重要作用。合理的熱處理工藝方案，不但可以滿足設計及使用性能的要求，而且具有最高的勞動生產率，最少的工序周轉和最佳的經濟效果。從本次課程設計中，我們可以獲得綜合運用所學的基本理論、基本知識、基本技能，獨立分析和解決實際問題的能力；培養嚴肅、認真、科學的工作作風和勇于進取開拓的創新精神。通過本次課程設計，可以是我們初步掌握典型零部件生產工藝過程；掌握怎樣根據零件的服役條件選擇材料、分析零件的工藝性，確定工藝方案，分析工藝的可行性。理論聯系實際，綜合運用基礎課及專業課程多方面的知識去認識和分析零部件熱處理生產過程的實際問題，培養解決問題的能力。真正做到學以致用并從中發現自己平時學習的不足和薄弱環節，從而加以彌補。通過本次課程設計，學生能夠正確地對局部與整體的把握，培養我們對細節注重的能力，同時掌握整體學習、工作以及研究的本領。2零件圖分析

02525中3O02525中3O2.2-2.7) 180技術要求：調制硬度235-269HBS表面淖坂后硬度為55-60HRC圖1葉片泵軸零件圖⑵2.1零件的總體分析葉片泵是由轉子，定子，葉片和配油盤相互形成封閉容積的體積變化來實現泵的吸油和壓油。葉片泵的結構緊湊，零件加工精度要求高。葉片泵轉子旋轉時，葉片在離心力和壓力油的作用下，尖部緊貼在定子內表面上。這樣兩個葉片與轉子和定子內表面所構成的工作容積，先由小到大吸油后再由大到小排油，葉片旋轉一周時，完成兩次吸油與排油。泵軸在工作是承受扭轉和彎曲疲勞，在花鍵和軸頸處受磨損。因此，要求軸具有高的強度，良好的韌性及耐磨性。2.2零件的結構形狀分析零件結構形狀如圖1所示2.3零件的服役條件及失效形式分析2.3.1服役條件泵軸是葉片泵的主要零件之一，主要傳遞動力。在工作時，高速旋轉的軸承受彎曲、扭轉和沖擊等多種載荷。2.3.2失效形式葉片泵軸的主要失效形式時疲勞斷裂，在花鍵和軸頸處可能發生工作面的磨損、咬傷，甚至是咬裂。2.4性能要求葉片泵軸的主要性能要求是要求軸具有高的強度，良好的韌性及耐磨性，以保證軸在良好的服役條件下長時間的工作。3材料選擇3.1材料的選擇根據葉片泵軸的性能為要求，可以知道我們所選材料要具有高的強度，良好的韌性及耐磨性。葉片泵軸選擇材料分為兩類：一類是合金滲碳鋼12CrNi3等，另一類是中碳45鋼或中碳合金鋼40Cr、42CrMo等。根據零件要求我們零件不需要進行滲碳熱處理，所以選擇中碳45鋼或中碳合金40Cr等。下面對這2中不同的材料進行比較：⑴化學成分：（表1）牌號化學成分（質量分數）（%）CSiMnCrPSNiCu<45鋼0.42~0.500.17~0.370.50~0.80<0.250.0350.0350.250.2540Cr0.37~0.440.17~0.370.50~0.800.80~1.100.0350.0350.0300.030⑵物理常數（近似值：。C）：（表2）臨界點Ac1Ar1AcmAc3Ar3Ms45鋼72468278075135040Cr743693780782730355⑶力學性能：（表3）牌號試樣毛坯直徑/mm力學性能抗拉強度°.b(MPa)屈服強度°s（MPa）伸長率65(%)斷面收縮率甲（%）沖擊吸收功Ak/（%）沖擊韌度aJ(J/cm2)鋼材交貨狀態硬度HBW<3未熱退火處理鋼45鋼256003551640394922919740Cr259807859454758.820745鋼是普通的中碳結構鋼，冷熱加工性能都不錯，機械性能好，且價格低、來源廣，所以應用廣泛。用做截面尺寸較小或不要求完全淬透的零件，經過調質處理后，硬度可達到220-250HBS，表面淬火后硬度為48-52HRC。40Cr一般用做淬透性較高的零件，合金元素Cr可阻礙碳化物正在高溫回火時聚集長大，保證鋼的高強度，銘還阻礙a相的再結品，能保持細小的品塊結構，具有優良的機械性使能。40Cr經調質處理后，硬度可達到220-250HBS，表面淬火后硬度為52-61HRC。綜合以上所列出的各項數據顯示，合金鋼有較高的淬透性，適用于大截面零件，而且還有高的沖擊韌性和低的韌-脆轉化溫度。但是合金鋼經常遇到一個特殊的問題就是高溫回火脆性，高溫回火后的冷卻速度是影響鋼韌性的主要因素，冷卻速度越慢，室溫沖擊韌性越低，韌-脆轉化溫度越高因而合金調質鋼的熱處理過程不易把握。與合金調質鋼相比，碳素結構鋼的淬透性較低，盡管如此由于碳素調制鋼價格便宜，來源廣，綜合考慮：在滿足零件條件(調質硬度為235-269HBW，表面淬火后硬度為55-60HRC)的前提下，45鋼非常的適合制作這個葉片泵軸。3.2鋼中元素的作用由上可知45鋼為制作葉片泵軸的材料，以下來介紹下45鋼中各種合金元素的作用：碳(C)：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結構鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。硅(Si)：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含有0.15—0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0-1.2%的硅，強度可提高15—20%。硅和鉬、鎢、銘等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1—4%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用于電器工業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能.錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30—0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11—14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。銘（Cr）：在結構鋼和工具鋼中，銘能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。銘又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。竦（Ni）：竦能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。竦對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于竦是較稀缺的資源，故應盡量采用其他合金元素代用竦銘鋼。銅（Cu）:武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于0.50%對焊接性無影響。鉬（Mo）：鉬能使鋼的品粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力（長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變）。結構鋼中加入鉬，能提高機械性能。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優質鋼要求更低些。硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于 0.055%，優質鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。4確定加工路線（冷、熱加工）葉片泵軸的整體加工工藝流程：毛坯f調質f檢驗f一次機加工（粗車留精車量3-5mm）f高頻感應加熱淬火f檢驗f回火f檢驗f二次機加工（精加工留精磨量0.15-0.25mm）f研磨…成品。加工工藝主要包括機加工和熱處理工藝。機加工是指通過加工機械精確去除材料的加工工藝。它直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質量等，使其成為零件的過程稱為機械加工工藝過程。熱處理是將金屬材料放在一定的介質內加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內部的金相組織結構，來控制其性能的一種金屬熱加工工藝。該零件結構簡單，可以先對毛坯進行調制處理，然后通過機加工使其成型；之后進行高頻感應加熱淬火，達到表面所需硬度，然后進行回火；改善其切削性能然后經過機加工使其復合尺寸要求；最后經過研磨，以滿足尺寸精度，即可得到所需的零件。5熱處理工藝方法選擇5.1調質工藝的選擇為了達到技術要求的調制硬度235~269HBS，得到回火索氏體，得到良好的強韌性，提高使用性能和壽命，葉片泵軸應該進行調質處理。調質，即淬火加高溫回火，以獲得回火索氏體組織，主要用于中碳碳素結構鋼或低合金結構鋼以獲得良好的綜合機械性能。該葉片泵軸的調質處理使采用單液淬火的方法+高溫回火。調質時加熱到830±10°C，保溫1.5h，水冷；在530±10°C時回火，保溫2h。5.2高頻感應加熱淬火工藝的選擇由于葉片泵工作時配油盤和轉子端面、葉片端面發生相對滑動而產生磨損，嚴重時間隙封破壞，泄漏量加大，泵的容積效率下降，將影響葉片泵進而整個系統的正常工作，故葉片泵軸零件表面要求要有良好的耐磨性，以保證它能長時間的良好工作。45鋼在調制后表面硬度不夠高，耐磨性較差，不能滿足零件的性能要求。故一般在最后精加工之前要對其進行表面處理，以達到其工作性能的要求。表面淬火是一種對零件需要硬化的表面進行加熱淬火的工藝。該零件表面的硬度和耐磨性要求較高，用普通的表面淬火方法效果不是很明顯，所以運用感應加熱表面淬火方法。較之于普通淬火方法，感應加熱具有加熱速度快，時間短，熱效率高，工件表面不易氧化脫碳；表面奧氏體品粒細化，同時心部扔為原始組織，淬火后力學性能優良，表面硬度，耐磨性，疲勞強度和沖擊韌性好。由技術要求淬硬層深度為2.2-2.7mm，所以采用高頻感應淬火。淬火方式是連續加熱淬火，移動速度是6mm/s，噴水冷卻。5.4回火工藝的選擇回火是緊接著淬火的一道熱處理工藝，大多數淬火鋼都要進行回火，其目的主要是為了穩定組織，減少或消除淬火應力，提高鋼的塑性和韌性，獲得強度、硬度和塑性，根據回火的溫度不同，回火可分為高溫回火、中溫回火、低溫回火，經過回火的鋼隨著回火溫度的升高，硬度越低。為滿足工件工作性能要求，我們采用低溫回火處理，即150-250°C之間回火，45鋼硬度在55-60HRC之間，滿足要求可行。加熱到160±10C，保溫1h。6制訂熱處理工藝制度牌號Ac1Ac3Ar1Ms45鋼724C780C682C350C表445鋼的物理性質6.1調質處理工藝制度的制定6.1.1淬火工藝的制定加熱溫度鋼的淬火加熱溫度與鋼的含碳量有關，共析鋼和過共析鋼的淬火溫度為Ac1+(30-50)C；亞共析鋼的加熱溫度為Ac+(30-50)C，且一般在空氣爐中加熱3比在鹽浴爐中加熱高10-30C，綜合考慮淬火加熱溫度印在區間820-840C，在此選用830Co加熱與保溫時間爐中的工件應在規定的加熱溫度范圍內保持適當的時間，以保證必要的組織轉變和擴散。加熱與保溫時間一共有三部分組成：由零件入爐到達指定工藝溫度

所需升溫時間（T1）、透熱時間（T2）以及組織轉變所需時間（T3）組成。T1+T2由設備功率、加熱介質以及工件尺寸、裝爐數量等決定，T3則與鋼材的成分、組織以及熱處理技術要求等有關。常用的經驗公式為：t=a?K?D式中：T-加熱時間，min；a加熱時間系數，min/mm；K——裝爐量修正系數；D—工件有效厚度，mm。對于圓柱形工件的有效厚度，但高度大于直徑時，可按直徑為有效厚度進行計算，圖1中的工件的毛坯直徑為40mm，即工件的有效厚度為。=40mm，加熱系數a和裝爐修正系數K見下表，對于45鋼，a=1.0，K=2.0，則t=1.0X2.0X40=80min，考慮到透熱之后，還需要5-15min的組織轉變時間，因而我選擇1.5h的加熱和保溫時間表5常用鋼的加熱系數（min/mm）工件材料直徑/mmV600°C氣體介質爐中預熱750-850C鹽浴爐中加熱或預熱800-900C氣體介質爐中加熱1100-1300C鹽浴爐中加熱碳素鋼<50>500.3-0.40.4-0.51.0-1.21.2-1.5低合金鋼<50>500.45-0.50.5-0.551.2-1.51.5-1.8高合金鋼高速鋼0.35-0.40.3-0.350.3-0.350.65-0.850.17-0.20.16-0.18

冷卻介質和冷卻方式冷卻介質為水。淬火介質首先要有足夠的淬火能力或冷卻能力，淬火介質的冷卻能力必須保證工件以大于臨界淬火冷速冷卻，工件尺寸一定時冷速越快越有可能獲得較大的淬硬深度。但過高的冷速又將增加工件截面溫度使應力與組織應力增大，容易引起變形開裂。因此冷卻能力又不宜過于劇烈。根據分析葉片泵軸的要求，所選用的淬火方法為在鹽浴爐中加熱至830°C然后進行保溫，而后在水中快速的冷卻。6.1.2回火工藝的制定加熱溫度根據零件的要求，調制后的硬度為235-269HBS，由表7、表8得，選擇回火溫度為530±10C。表7各種工件的回火溫度即回火目的工件名稱回火溫度回火組織回火目的工藝名稱工具、軸承、滲碳件及碳氮共滲見表面淬火件150-250C回火馬氏體在保持高硬度的條件下使脆性有所降低，殘余應力有所減少低溫回火彈簧、模具等350-500C回火托氏體在具有高屈服強度及優良的彈性的前提下使鋼具有一定的塑性和韌性中溫回火主軸、半軸、曲連桿等重要的零件500-650C回火索氏體使鋼既有較高的強度又有良好的韌性和塑性高溫回火切削加工量大而500-760C消除內應力去應力回火

變形要求嚴格的工件及淬火返修件精密工模具、機床絲杠、精密軸承120-160°C長期保溫穩定化的回火索氏體及殘留奧氏體穩定鋼的組織及工件尺寸穩定化處理表845鋼調制硬度鋼號回火溫度(C)硬度(HBS)45600-640200-230560-600220-250540-570250-280回火時間從工件入爐后爐溫升至回火溫度時開始計算。回火時間一般為1-3h,可參考經驗公式加以確定：匕二『『式中：t^ 回火時間(min);Kn 回火時間基數；An 回火時間系數；D——工件有效厚度(mm),%和％的值見下表。本設計中的零件的有效厚度為40mm，選擇回火爐為箱式電爐，根據查表計算結合裝爐量，選取2h為保溫時間。

回火條件300°C以下300-450C450C以上箱式電爐鹽浴爐箱式電爐鹽浴爐箱式電爐鹽浴爐K/minn1201202015103A/(min/mm)n10.410.410.4回火后的冷卻工件回火后即可出爐空冷全室溫。6.2感應淬火工藝的制定6.2.1頻率的確定葉片泵軸的失效形式為疲勞斷裂、磨損，淬硬層深度為2.2-2.7mm，由下表可知需要采用高頻電流進行加熱。表10淬硬層深度與電流頻率的關系淬硬層深度/mm1.01.52.03.04.06.010.0最高頻率/Hz25000010000060000300001500080002500最低頻率/Hz150007000400015001000500150最佳頻率/Hz600002500015000700040001500500推薦使用設備晶體管式晶體管式或機式(8KHz)晶體管式或機式(8KHz)機式(8KHz)機式(2.5KHz)機式(2.5KHz)機式(0.5,1.0KHz)6.2.2 感應加熱溫度和加熱方式的確定常用加熱方式有兩種，一種是同時加熱，及對工件需淬火表面同時加熱，一般在設備功率足夠、生產批量比較大的情況下采用；另一種是連續加熱法，擠兌工件需淬火部位中的一部分同時加熱，通過感應器與工件的相對運動，把已加熱部位逐漸移到冷卻為之冷卻，待加熱部位移至感應器中加熱，如此連續進行，直全需要硬化的全部部位淬火完畢。由于所要加熱的工件淬火部位比較分散，難以實現對其同時加熱，因而選擇連續加熱法。感應加熱溫度因根據鋼種、原始組織及在相變區的加熱速度來確定。一般高頻感應加熱淬火溫度可比普通加熱淬火溫度高30-200^，因而我選擇880-900^為其加熱溫度。表11不同材料推薦的感應淬火溫度及通常希望的表面硬度金屬淬火溫度/°C淬火介質硬度/HRC碳鋼及合金鋼w(C)0.30%900-925水50w(C)0.35%900水52w(C)0.40%870-900水55w(C)0.45%870-900水58w(C)0.50%870水60w(C)0.60%845-870水64油626.2.3感應加熱時間的確定加熱時間需要根據淬硬層深度確定，葉片泵軸加熱時間可參考下表確定。進過查表計算有加熱時間為30S，移動速度為6mm/s。表12根據淬硬層深度選擇加熱時間與比功率

項目淬硬層深度/mm加熱時間/s比功率/(kw/cm2)淬硬層深度/mm加熱時間/s比功率/(kw/cm2)直徑/mmf=250kHz圓柱外表面加熱1022.50.532024.00.4439.00.283027.00.43312.50.274028.00.425316.50.2655029.00.4223180.266029.30.423200.2557029.50.42320.50.2558029.70.423210.2559029.80.423220.2551002100.423230.2556.2.4 冷卻方式及冷卻介質的選擇常用的冷卻方式是噴射冷卻和浸液冷卻法。噴射冷卻法及當反應器加熱終了時把工件置于噴射器中，向工件噴射淬火介質進行冷卻，其冷卻速度可以通過調節液體壓力、溫度及噴射時間來控制。浸液淬火法即當工件加熱終了時，進入淬火介質中進行冷卻。考慮到零件加工部位的分散性，零件的形狀復雜，我選擇了噴射冷卻法，這樣比較容易控制冷卻速度。冷卻介質使用水溶液。6.2.5感應加熱淬火后的回火感應淬火冷透的工件、浸淬或連續淬火后的工件以及薄壁和形狀復雜的工件，通常在空氣爐或油浴爐中回火。表1345鋼感應加熱淬火后在爐中回火的規范鋼號要求硬度/HRC淬火后硬度/HRC回火規范溫度/C時間/min4540-45350280-32045-60355300-32045-60350200-22045-6045-50355200-25045-6050-55355180-20045-601.回火溫度的確定根據本次設計零件的硬度要求，再對照表后，我制定了回火溫度為160土10°C。2.回火保溫時間的確定回火時間一般從工件入爐后爐溫升至回火溫度時開始計算，一般為1-3h,在實踐中常用工件的有效厚度估算，結合表我選擇了保溫時間為1h7熱處理設備選擇熱處理常用的加熱設備按能源分有燃料加熱設備和電加熱設備；按工作溫度可分為高溫爐（＞1000C）、中溫爐（650C?1000C）和低溫爐（^650C!生產上常用的加熱設備有電阻爐、浴爐、氣體滲碳爐、高頻感應加熱設備等。爐型的選擇應依據不同的工藝要求及工件的類型來決定。熱處理設備的選擇要從多方面來考慮，包括：經濟性、可靠性、配套性、安全性、以及工廠的實際情況等。7.1調制設備的選擇7.1.1淬火加熱爐的選擇

表14為幾種常用熱處理爐的分類分類原則爐膛形式工藝用途爐型箱式爐退火爐井式爐淬火爐罩式爐回火爐貫通式爐滲碳爐轉底式爐滲氮爐管式爐實驗爐鹽浴爐不能用于淬火，感應熱處理爐只用于表面熱處理，可控氣氛熱處理爐一般用于氣體滲碳、滲氮、碳氮共滲等工藝，真空熱處理設備一般用于處理零件性能、精度要求非常高的零件，成本較高，應用范圍受到限制。故我們在這里選用電阻爐，箱式電阻爐該類熱處理電阻爐是以電為能源的，通過爐內電熱元件將電能轉化為熱能而加熱工件的爐子，是一種造價相對便宜的爐子，以降低成本。鑒于所需要的加熱溫度，選擇中溫箱式電阻爐進行加熱。根據下表綜合零件尺寸最大直徑①40mm，長度185mm，等因素考慮，選取RX3-15-9型中溫箱式電阻爐。表15為中溫箱式電阻爐產品規格及技術參數[3]型號功率/KW電壓/V相數最高工作溫度。C爐膛尺寸(長X寬X高)/(mmXmmXmm)爐溫850C時的指標空載耗能/KW空爐升溫時間/h最大裝載量/kgRX3-15-9153801950600X300X25052.580RX3-30-9303803 950950X450X35072.5200RX3-45-94538039501200X600X40092.5400RX3-60-96038039501500X750X450123700

RX3-75-97538039501800X900X550163.51200 圖245KW中溫格式電阻爐 1——爐底板2——電熱元件3——爐襯4——配重5——爐門升降機構6——限位開關7——爐門8——鏈輪7.1.2回火加熱爐的選擇回火溫度為530°C，根據工件的回火溫度要求可以選用強迫對流箱式電阻爐，也稱為箱式回火爐。圖16箱式回火爐技術參數項目指標爐子有效尺寸(長X寬X高)/mm1220X914X760額定裝爐量/kg1000額定生產能力/(kg/h)600加熱溫度/C最高550爐溫均勻性/C±5爐墻外表面溫度/C<50保護氣氛及均勻化時間/h氮氣

裝出料方式開式鏈條和滾動導軌額定功率/kW75圖3箱式回火爐結構1——導槽升降系統2——爐門3——加熱元件4——循環風扇5——爐襯6——爐門升降壓緊系統7——滾動導軌8——爐門密封7.2表面感應加熱設備的選擇7.2.1感應淬火機床根據工件尺寸要求和機床的通用操作性，可以選擇GCLD0560導柱式通用淬火機床。表17GCLD系列導柱式通用淬火機床主要技術參數型號GCLD2060GCLD1660GCLD1460GCLD1260GCLD1060GCLD0860GCLD0560最大加持零件長度/mm20501650145012501050850550最大淬火零件長度/mm20001600140012001000800500

最大淬火零件直徑/mm600600600600600600600最大淬火零件重量/kg150150150150150150150主軸旋轉速度/(r/min)0-2000-2000-2000-2000-2000-2000-200工件移動速度/(mm/s)1-601-601-601-601-601-601-60快速移動速度/(m/min)3.63.63.63.63.63.63.6主軸數1或21或21或21或21或21或21或2移動定位精度/mm±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1±0.1傳動形式機械傳動7.2.2感應加熱圈的設計感應器是感應加熱的主要工裝，選擇感應器的原則是保證工件表面加熱層溫度均勻、電效率高、容易制造、安裝操作方便。按感應器形狀可分為圓柱外表面加熱感應器，內孔表面加熱感應器，平面加熱感應器以及特殊形狀表面加熱感應器。由圖1可知零件為圓柱狀，因而可以采用圓柱外表面加熱感應器。在此我選用了高頻外表面連續淬火感應器(見圖4)，它的設計參數為：⑴感應圈內壁與零件的間隙a可取1.5-3.5mm:⑵感應圈的高度h.一般為10-15mm。如零件有臺肩過渡處圓角需淬火時七可減少至5-10mm;⑶感應圈的寬度的選擇要保證足夠的水流量，通常比同時加熱感應器大；⑷噴孔的尺寸、分布和噴水角見表19、表

20。表18感應器和工件的間隙（單位：mm）工件或淬火部分加熱方法高頻中頻簡單圓柱外表面同時1.5-3?5)2-5簡單圓柱外表面連續2-42-5表19自噴式感應器噴孔直徑（單位：mm）冷卻劑高頻/200-300KHZ中頻/2.5及8KHZ水0.8-1.21.0-1.8聚乙烯醇水溶液1.0-1.515-2.0乳化液1.0-1.21.5-2.0油1.2-1.5（通常用附加噴頭）1.5-2.5（通常用附加噴頭）表20連續加熱自噴施感應器噴孔分布頻率噴孔間距/MM噴孔軸線與工件軸線夾角備注高頻/200-300kHz1.5-3.525°-45°通常為一列孔中頻/2.5-8kHz2.0-4.025°-45°一列孔或四列孔根據工件的尺寸要求，我們可以選擇上面的感應器，工件的直徑為32mm，零件與感應器的間隙選擇3mm，噴孔的直徑選擇1mm，噴孔間距選擇2mm，噴孔軸線與工件軸線夾角選擇30°。7.3感應淬火后回火設備感應淬火后需要對工件進行回火，根據工件的回火溫度要求我選用了強迫對流箱式電阻爐。8工裝設計（夾具、輔具等）8.1冷卻設備的選擇選用普通型間隙淬火槽，由于此類淬火槽水的熱容量很大，冷卻能力很強，工件在水中淬火時，阻礙冷卻。為此淬火水槽應設置攪拌后其他使介質運動的裝置，水溫控制在15-25°C可獲得一致的淬火效果。圖5普通淬火槽8.2熱處理工裝夾具設計熱處理夾具的選擇原則為：符合熱處理技術條件：保證零件熱處理加熱，冷卻，爐氣成分均勻度，不致使零件在熱處理過程中變形。符合經濟要求：在保證零件熱處理質量復合熱處理技術要求時，確保設備具有高的生產能力。夾具應具有質量輕，吸熱量少，熱強度高及使用壽命長的特點。符合使用要求：保證裝卸零件方便和操作安全。8.2.1調質處理夾具選擇根據所選熱處理爐以及零件形狀可以選擇該夾具作為淬火夾具。因為淬火、回火選用的是均是箱式爐，根據零件尺寸選用夾具如下圖所示：圖6淬火回火夾具8.2.2感應淬火夾具的選擇在感應淬火之前的機械加工時，在葉片泵軸直徑較大的一端留有一定的余量，然后在其上用鐵絲焊上一圓形，然后只用一根鐵絲和支架即可起到裝夾作用。8.3清洗設備的選擇零件在熱處理前需清除銹斑、油演、污垢、切削冷卻液和研磨劑等，以保證不阻礙加熱和冷卻，不影響介質和氣氛的純度。以防零件出現軟點、滲層不均勻、組織不均勻等影響熱處理質量的現象。熱處理后也常需清洗，以去除零件表面殘油、殘渣和炭黑等附著物，以保障熱處理零件清潔度、防銹和不影響下道工序加工等要求。根據零件對清潔度要求、生產方式、生產批量及工件外形尺寸選用相應的清洗設備。一般清洗機常用于清除殘油和殘鹽，可分為間歇式和連續式兩種。前者有清洗槽、室式清洗機，強力加壓噴射式清洗劑等；后者有傳送帶式清洗機及各類生產線、自動線配置的懸掛輸送鏈式、鏈板式、推桿式和往復式等各類專用清洗設備。室式清洗機它主要用于批量不大的中小零件。輸送帶式清洗機，適用于批量較大的小型零件。根據生產特點，小批量的中小型零件，可以選用室內清洗機。9檢驗設備及方法選擇9.1調質后性能檢驗調質為了獲得心部組織的硬度要求235?269HBS，采用布氏硬度計檢測，或是用洛氏硬度計檢測后轉化為布氏硬度。9.1.1硬度的檢驗設備及方法選擇布氏硬度計布氏硬度計的原理用一定直徑的鋼球或硬質合金球，以規定的試驗力壓入式樣表面，經規定保持時間后卸除試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/mm2（MPa）。測定布氏硬度較準確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2（MPa）以下的金屬材料，對于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標準中，布氏硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度，既直觀，又方便。洛氏硬度計洛氏硬度計原理在規定條件下，將壓頭（金剛石圓錐、鋼球或硬質合金球）分2個步驟壓入試樣表面。卸除主試驗力后，在初試驗力下測量壓痕殘余深度h。以壓痕殘余深度h代表硬度的高低。9.1.2外觀檢測和方法選擇同時觀察外觀，不允許有裂紋、開裂燒傷、磕碰、腐蝕等缺陷，必要時可用磁粉檢測或其他無損檢測方法檢測。9.1.3金相組織檢驗用金相顯微鏡觀察其組織，其金相組織應為均勻的回火索氏體，不允許存在游離的鐵素體。9.2高頻淬火后硬度的檢驗設備及方法選擇高頻淬火以后，淬硬層為2.2-2.7mm，我們采用洛氏硬度試驗的方法，可用于表面淬火鋼。如表21各種洛氏硬度標尺的試驗條件與應用標尺符號所用壓頭預載荷/N總載荷/N應用舉例HRA金剛石圓錐100600硬質合金、碳化物、表面淬火鋼HRB1/16in鋼球1001000銅合金、退火鋼、鋁合金HRC金剛石圓錐1001500淬火鋼HRD金剛石圓錐1001000薄鋼板HRE1/8in圓錐1001000HRF1/16in鋼球100600鑄鐵、鋁、鎂合金表21洛氏硬度標尺的試驗條件與應用所以我們可選擇金剛石圓錐的壓頭，采用預載荷為100N，總載荷為1500N的試驗機。9.2.1硬化層厚度的檢驗設備和方法選擇葉片泵軸經過表面淬火后規定硬化層厚度為2.2-2.7mm,可通過硬度法測量有效硬化層深度，方法參看GB5617《鋼的感應淬火和火焰淬火后有效硬化層深度的測定》。9.2.2外觀檢測和方法選擇工件表面不能有淬火裂紋，銹蝕和影響使用性能的缺陷。一般通過磁粉探傷或其他無損檢測設備。9.2.3金相組織檢驗淬火后一般得到馬氏體組織，由于奧氏體化溫度不同，馬氏體形態的大小不一樣，一般分為8級，1級屬于奧氏體化溫度偏低，淬火組織是是隱晶馬氏體+細針狀馬氏體和不大于5%的鐵素體。而8級屬于過熱組織，是粗大的板條狀馬氏體+片狀馬氏體。正常淬火是2至4級，其組織委細小的板條馬氏體+片狀馬氏體。之后用金相顯微鏡觀察，確定所屬等級。表面淬火后的金相組織按馬氏體大小分為10級，4到6級是正常組織，為細小馬氏體，1到3級是粗大或中等大小的馬氏體，因淬火加熱溫度偏高引起，7到10級組織中有未溶鐵素體或網狀托氏體。之后用金相顯微鏡觀察，確定所屬等級。10熱處理缺陷分析對于45鋼而言，在完整的熱處理工藝過程中，難免會出現各種不同的缺陷。這就需要通過不同方法來對所有可能出現的熱處理缺陷進行改善。10.1調質過程中可能產生的缺陷硬度過高，其產生的可能原因：①冷卻速度快，組織中珠光體片間距變細，可以通過調整冷卻方式或冷卻介質來預防；②保溫時間短，組織均勻化為完成，可以適當延長保溫時間；③裝爐量大，爐溫不均勻，可以適當減小裝爐量。重新退火，嚴格控制工藝參數，可消除硬度過高缺陷過熱及過燒，其產生的原因如下：加熱溫度過高，使晶界氧化或局部熔化。防止措施：（1）防止零件在加熱過程中產生過熱現象，根據選用的設備制定正確合理的熱處理工藝參數；（2）在操作過程中嚴格控制加熱溫度、保溫時間，或采取預熱等降低加熱速度的措施，盡可能消除晶粒長大的因素。氧化、脫碳，產生原因：加熱時爐溫較高，過剩空氣量大，爐內氣氛呈氧化性。對策：①避免加熱溫度過高，避免保溫時間過長②控制爐氣為中性或還原性氣氛③鑄件表面涂防氧化涂料或石灰④采用防護罩或鐵屑、木炭，將鑄件與爐氣隔離裂紋，產生原因：①鑄件入退火爐前有較大內應力；②鑄件入爐時爐溫過低，或低溫時加熱速度過快，產生的熱應力較大。對策：嚴格控制入爐溫度，低溫階段加熱速度應緩慢變形，產生原因：①支墊不良（支點少，未墊實）②加熱溫度不均勻，冷速過快，熱應力過大；③擺放不正，或工件與工件互相擠壓；對策：①合理增加支點，仔細墊實；薄壁箱體類件上部避免壓工件；②鑄件成垛裝爐，支墊面不得有飛邊、毛刺、凸起物；③入爐前，先劃線檢查；裝爐時，針對變形情況支壓④剛出爐件不得吊放在風中冷卻10.2高頻感應淬火可能產生的缺陷1硬度不足：原因：⑴加熱時間短，加熱表面與感應器間隙過大，淬火組織有鐵素體。⑵加熱結束全冷卻開始時間間隙過長，噴液時間短，淬火冷卻速度慢。這些缺可以通過合理控制加熱時間和工件與感應器間隙和合理控制冷卻速度。2軟點：噴水孔堵塞或噴水孔太稀，使表面冷速降低。可以通過合理設計噴水孔。3軟帶：原因：⑴噴水角度小，加熱區返水⑵工件旋轉速度與移動速度不協調。⑶噴水孔角度不一致，工件在感應器內偏心旋轉。這些缺陷可以利用合理控制噴水角度，協調旋轉速度和移動速度。4淬火裂紋：原因：⑴過熱。⑵冷卻過于偏激。⑶工件表面溝槽，油孔使感應電流集中。⑷未及時回火。【15】改善措施：⑴降低比功率，減少加熱時間，增大感應器與工件表面時間。⑵利用冷卻速度緩慢的淬火介質⑶及時回火或采用自回火。5硬化層分布不合理：淬硬層與非淬硬層位于工件應力集中處，容易斷裂，采取使硬化層區離開應力集中的危險斷面6到8mm或對截面過渡的圓角也進行淬火加強。6硬化層過厚：可在工藝上選擇頻率高的設備，提高單位面積上的功率，縮小加熱時間。7表面灼傷：由于感應器與工件短路，使工件表面出現燒傷痕跡和蝕坑。10.3回火缺陷的原因和控制1回火硬度偏高：由于回火不足，即回火溫度低、回火時間不夠。可以提高回火溫度、延長回火時間來解決。2回火硬度低：由于溫度過高或淬火組織中有非馬氏體。可以降低回火溫度和淬火工藝來解決。3回火硬度不均勻：回火爐溫不均、裝爐量過多造成。4網狀裂紋：回火加熱速度過快，表層產生多項拉應力。可以采用較慢的回火加熱速度。5回火開裂：淬火后未及時回火形成顯微裂紋。可以減少淬火應力，并在淬火后及時回火。11小結通過這次熱處理工藝設計，我在多方面都有所提高。完成這次課程設計的過程，是提供了一個自己把在課堂上學到的理論知識和實際生產相結合的一次實踐平臺。在完成設計的過程中，你需要考慮許多課堂上不需要考慮的東西比如說經濟性、環保性等。同時不僅讓我們把以前學到的許多專業課的知識都復習了一遍，而且僅僅這些還不夠，我們還得到圖書館、到網上的資源數據庫里去查閱資料。通過