J I A N G S U U N I V E R S I T Y
金属材料综合课程设计汽车变速箱齿轮热处理工艺
所属学院：材料学院
专业班级：金属1002
姓名：陈浩
学号：3100702039
2013年6月27日
1、零件图
2、零件服役条件
齿轮是机械设备及汽车中的重要零件，变速箱齿轮为汽车、拖拉机等发动机的重要部件，用于改变发动机曲轴和传动轴的速度比。故齿面在较高的载荷(冲击载荷和交变载荷等)下工作，因此磨损快。在工作过程中，通过齿面的接触传递动力，两齿面在相对运动过程中．既有滚动也有滑动，存在较大的压应力和摩擦力．经常换挡使齿端部受到冲击。要求变速箱齿轮具有高的抗弯强度、接触疲劳强度和良好的耐磨性，心部有足够的强度和冲击韧性。齿轮在传递力及改变速度的运动过程中啮合齿面之间既有滚动，又有滑动r而且齿面还受到脉动或交变弯曲应力的作用. 在变速器中，齿轮可改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利的工况下工作。差速器中，通过车桥齿轮增加扭矩，并调节左右轮的转速。全部发动机的动力均通过齿轮传给车轴，推动汽车运动。所以汽车齿轮的受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、冲击韧性等均要求比机床齿轮高。同时由于汽车行驶状况随路况随机变化，因而汽车齿轮的工作状况非常复杂。
服役条件
（1）汽车齿轮的工作条件比机床要繁重得多，它们经常在较高的载荷下工作,磨损亦较大。
（2）在汽车运行中由于齿根受着突然变载的冲击载荷以及周期变动的弯曲载荷，
会造成轮齿的脆性断裂或弯曲疲劳破坏.
(3)轮齿的工作面承受着较大的压应力及摩擦力，会造成麻点、接触疲劳破坏及深层剥落，由于经常换档，齿的端部经常受到冲击，也会造成轮齿的端部破坏。因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面的要求均比机床齿轮高.
3、所需性能
汽车变速齿轮工作条件比机床齿轮差,特别是主传动系统中的齿轮,受力较大,受冲击较频繁,因此对材料要求较高。由于弯曲与接触应力都很大,所以重要齿轮都需渗碳、淬火处理,以提高耐磨性和疲劳抗力。为保证心部有足够的强度及韧性,材料的淬透性要求较高,心部硬度应在35～45HRC之间。另外,汽车生产批量大,因此选钢材时,在满足力学性能的前提下对工艺性能必须予以足够重视。汽车齿轮工作时，啮合齿面间既有滚动，又有滑动，轮齿根部还受到脉动或交变弯曲的作用。在由此而引起的各种应力的作用下，齿轮经常发生失效的情况。根据工作条件的不同，汽车齿轮的失效形式主要是齿面磨损和断齿。图1.1是四种主要的失效形式。
a 轮齿根部弯曲疲劳断裂
b 齿面严重磨损、齿厚变小
c 齿面剥落
d 轮齿冲击断裂
美国的一个关于齿轮失效形式及原因的统计资料的结果表明，疲劳断裂占失效齿轮总数的三分之一以上，居首位；其次是表面损伤。总的来说，断裂是齿轮失效的主要形式。齿轮在传递动力及改变速度的运行过程中，周期的受到弯曲应力，接触应力以及摩擦力的作用。齿面和齿根在上述应力的作用下导致齿面剥落
或轮齿折断而失效。因此，改善材料的冶金质量和通过热处理强韧化技术以提高齿轮的弯曲程度，接触疲劳强度及耐磨性，从而达到提高齿轮寿命的目的。
对齿轮材料的性能要求是：
(1) 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度(抗疲劳点蚀)，除材料本身性能外，还可依靠齿轮的表面强化处理来实现；
(2) 齿面具有较高的硬度和耐磨性，以防止粘着磨损和磨粒磨损。耐磨性的提高，主要依靠表面硬度和降低摩擦因数来实现；
(3) 齿轮心部具有足够的强度和韧性，以提高齿轮的承载能力。
此外，还要求齿轮具有高的传动精度，材料具有较好的切削加工及热处理工艺性等，例如热处理变形小，或变形有一定规律等。
4、选择材料
制造齿轮常用的钢有20Cr、20CrMnMo、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi。
4.1 20Cr
与15Cr钢相比，有较高的强度及淬透性，在油中临界淬透直径达4 ～22mm，在水中临界淬透直径达11～40mm，但韧性较差，此钢渗碳时仍有晶粒长大倾向，降温直接淬火对冲击韧性影响较大，所以渗碳后需二次淬火以提高零件心部韧性，无回火脆性；钢的冷应变塑性高，可在冷状态下拉丝；可切削性在高温正火或调质状态下良好，但退火后较差；20Cr为珠光体，焊接性较好，焊后一般不需热处理，但厚度大于15mm的零件在焊前需预热到100～150℃，焊后也可不进行回火热处理。
4.2 20CrMnMo
20CrMnMo是高强度的高级渗碳钢。强度高于15CrMnMo，塑性及韧性稍低，淬透性及力学性能比20CrMnTi高，淬火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度。渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性能，但磨削时易产生裂纹。焊接性不好，适于电阻焊接，焊前需预热，焊后需回火处理。切削加工性和热加工性良好。
常用于制造高硬度、高强度、高韧性的较大重要渗碳件（其要求均高于15CrMnMo），如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮轴、齿轮、销轴，还可代替12Cr2Ni4使用。
4.3 18Cr2Ni4WA
18Cr2Ni4WA属于高强度中合金渗碳钢。要使C化物及奥氏体含量不超标可采用渗碳后高温回火900~920℃渗碳，600~650回火，深冷处理，油淬后的硬度也就是48左右，想要达到HRC58-63，必须要进行表面渗碳。
18Cr2Ni4WA钢常用合金渗碳钢,强度,韧性高,淬透性良好,也可在不渗碳而调质的情况下使用,一般用做截面较大,载荷较高且韧性良好,缺口敏感性低的重要零件。
4.4 20CrMnTi
20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢。是中淬透性渗碳钢中Cr Mn Ti 钢，其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。
特性及适用范围：
是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面＜30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。
是18CrMnTi的代用钢，广泛用作渗碳零件，在汽车.拖拉机工业用于截面在30mm以下，承受高速.中或重负荷以及受冲击.摩擦的重要渗碳零件，如齿轮.轴.齿圈.齿轮轴.滑动轴承的主轴.十字头.爪形离合器.蜗杆等。
20CrMnTi钢始锻温度1200℃，终锻温度900℃，锻造后直尺寸100mm以下堆积冷却，直径尺寸100mm以上缓慢冷却。
化学成份
表2 20CrMnTi钢的临界点（℃）
⑴ 20CrMnTi钢中加入Cr、Mn元素，主要是提高钢的淬透性。
⑵ 20CrMnTi钢中加入Ti元素主要是为了细化晶粒。
⑶ 20CrMnTi钢淬火加热时，Cr、Mn、Si元素完全固溶于奥氏体中，提高钢的淬透性。Ti元素以碳化TiC形式钉扎于奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒的长大。
⑷ 20CrMnTi钢淬火后，Cr、Mn、Si元素固溶强化基体组织，并改善基体组织的回火稳定性。
⑸ 20CrMnTi钢低温回火时，部分Cr、Mn元素从基体组织中扩散到析出的渗碳体Fe3C中，形成合金渗碳体（Cr、Mn、Fe）3C，改善其硬度。合金渗碳体（Cr、Mn、Fe）3C与碳化物TiC同基体组织一起共同作用，使钢产生较高的强度、硬度与耐磨性，同时保持良好的韧性。
⑹ 20CrMnTi钢渗碳或碳氮共渗后碳层均匀，加工和热处理工艺性能优良，不易出现过热，渗碳后可直接淬火，淬火变形小。
⑺ 20CrMnTi钢正火后切削加工性能优良，相对加工性能为75%，表面粗糙度低。
⑻由于Cr、Mn元素的加入，20CrMnTi钢易出现回火脆性，故回火温度须严格控制，一般控制在180~200℃范围内。
Ti是强化铁素体的元素，它对钢的机械性能的影响取决于Ti在钢中存在的形态，也取决于Ti、c含量的比率。20CrMnTi钢中含有微量的钛(0 06 ～ 0．12％)，其淬火温度一般在86O～900℃，避免了碳化钛过多地溶于奥氏体，与不舍Ti的钢相比，其强度将有所提高，同时不影响钢的担性和韧性。由于具有细化晶粒的作用，Ti虽然在一定程度上提高钢的强度，但对钢的韧性，特别是低温冲击韧性，不一定有所改善，因为固溶于铁素体中的的脆化作用，会抵消因晶粒细化时对冲击韧性所起的有利作用。Ti可减低20CrMnTi钢在200～400℃回火脆性，例如加Ti的钢比不加Ti的钢，回火脆性有明显改善，而且以加入Ti+B的钢效果最为显著。
对于汽车来说，由于其使用条件复杂，采用调质钢高频淬火不能保证要求，所以选用渗碳钢来作重要齿轮较为合适。影响汽车渗碳齿轮失效和齿轮疲劳强度的因素主要有心部硬度、有效层深度、渗层和心部的金相组织、表面硬度和表层残余应力分布等。根据汽车齿轮渗碳要求，选用低碳合金钢作为汽车齿轮材料最为理想。实践证明,20CrMnTi钢具有较高的力学性能,在渗碳、淬火、低温回火后,表面硬度可达58～62HRC,心部硬度30～45HRC,正火态切削加工工艺性和热处理工艺性均较好。为提高齿轮的耐用性,渗碳、淬火、回火后,还可采用喷丸处理,增大表面压应力。
5、热处理工艺
传统的齿轮材料的工艺路线：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火及
低温回火→喷丸→磨削加工。
虽然传统工艺已经比较完善，但部分中间过程已不再适合现代化的大批量生产要求。当前的技术要求齿坯在热处理后能获得均匀的组织和硬度，以保证获得良好的切削加工性能及稳定的淬火变形规律。因此有必要对传统工艺进行改进，以获得质量良好的产品。
5.1 正火
将工件加热至Ac3以上30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于细化晶粒，消除组织缺陷，以获得珠光体+少量铁素体组织。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。
5.1.1正火的目的
（1）细化晶粒，消除组织缺陷。以获得珠光体+少量铁素体组织，并使加工硬度适中，有利于切削
（2）去除材料的内应力。
（3）降低材料的硬度。这样是为了接下来的加工做准备。和退火差不多的作用，只是为了提高效率，降低成本。
5.1.2正火设备
选用RX3箱式电炉参数见表3
表3 RX3-30-9箱式电炉
5.1.3正火温度
20CrMnTi钢Ac3约为825℃，为促使奥氏体均匀化，增大过冷奥氏体的稳定性，选择的加热温度在930℃～950℃。
5.1.4 加热方法
采用到温加热的方法，是指当炉温加热到指定的温度时，再将工件装进热处理炉进行加热，这样做的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，便于小批量生产。
5.1.5加热介质
加热介质为空气
5.1.6保温时间
保温时间：230min
选定的依据：加热时间可按下列公式进行计算：t=a*K*D，式中t为加热时间（min）,K为反应装炉时的修正系数，D为工件有效厚度（mm）,由公式可计算出 t=a*K*D=1.4*1.0*163≈230min
5.1.7冷却方式及冷却介质
采用出炉空冷，冷却介质为空气
5.1.8正火工艺曲线
如图所示
图1 正火处理工艺曲线
5.2 渗碳工艺
5.2.1渗碳目的
心部保持良好韧性的同时，表层获得高的强度，硬度与耐磨性
5.2.2渗碳温度
气体渗碳加热900~920℃，以0.15~0.2mm/h计保温时间加热温度不超过
920℃，以避免晶粒长不大。
5.2.3渗碳设备
选用RQ3-60-9D型井式气体渗碳炉炉参数见表4
表4 RQ3-60-9D型井式气体渗碳炉
说明：炉温均匀，介质流动性好，加热速度，温度均匀，工件变形小，加热质量好，利于提高产品质量，炉膛容积有效利用率高，产量大，耗电量少，可节省电能与筑炉材料，电极寿命长，减少停炉时间，适用于中，小型工件或批量生产。
5.2.4加热方法
采用到温加热的方法，是指当炉温加热到指定的温度时，再将工件装进热处理炉进行加热，这样做的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。
5.2.5装炉方法
筐装，10/次，垂直放入渗碳炉中，齿轮一个一个叠放，要注意每垛之间齿轮的轮齿不要接触，避免齿渗不上碳。
5.2.6渗碳温度
渗碳温度选定为920±10℃
渗碳温度在Ac3以上，考虑碳在钢中的扩散速度等因素，目前在生产上广泛采用的温度为910~930℃。随着渗碳程度的升高，碳在钢中的扩散系数呈指数上升，渗碳速度很快，但渗碳温度过高会造成晶粒粗大，工件畸变增
大，设备寿命降低等负面效应，渗层厚度为0.8~~1.2，可以选取t=920℃。
5.2.7渗碳介质
渗碳介质：煤油
渗碳煤油在不同温度下的分解产物及含量见表5
表5渗碳煤油在不同温度下的分解产物及含量
参数见表6
表6
5.2.8渗碳工艺
装炉后排气，滴油量35~65滴/分钟，保温时间160~180滴/分钟，一小时后查看式样，渗层厚度达到1.0mm时滴油量为140~160滴 /分钟，渗层达到要求后降温到850±10℃预冷30分钟，为淬火做准备。
5.2.9 渗碳工艺曲线
渗碳工艺曲线图见图2
图2 渗碳工艺曲线
5.2.10 渗碳后的组织
表面：碳化物+珠光体+铁素体
心部：珠光体+铁素体
5.3 淬火
把钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间，以大于临界冷却速度的冷速冷却，从而获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。组织：主要为M、B或M+B的混合物
目的：提高零件的硬度、强度和耐磨性；如刃具、量具、模具等；获得良好的综合力学性能；如各种机器零件；改善钢的物理和化学性能；如用高碳钢和磁钢制的永久磁铁、不锈钢和耐热钢。
为正确进行淬火，必须考虑以下三个因素：淬火加热温度，保温时间和冷却速度
1）淬火加热温度820~850
2）保温时间淬火加热时间实际上是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留所需时间的总和。
3）冷却速度应大于临界冷速，以保证获得马氏体组织，在这个前提下又应尽量缓慢冷却，以减小内应力，防止变形和开裂。
为了保证淬火效果，应选用适当的冷却介质。淬火冷却速度太快，奥氏体向马氏体转变剧烈、积收体缩，引起很大的内应力，容易造成齿轮的变形和开裂，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。时也能获得马氏同体组织，达到较高的硬度。
钢的加热温度一般可根据Fe-Fe3C相图选择,亚共析钢淬火加热温度选择
Ac3以上30℃～50℃,过共析钢淬火加热温度选择Ac1以上30℃～50℃。根据渗碳后齿轮的表层含碳量的分布状况及实践经验从900℃预冷到820℃左右进行油冷可以得到好的效果。加热温度过高或保温时间过长,会引起奥氏体的晶粒粗大引起过热或晶界氧化并部分熔化的过烧现象。过热时奥氏体的晶粒粗大不仅降低齿轮力学性能, 也容易引起齿轮的变形和开裂。过烧后的工件只能报废。加热温度过低、保温时间不足会引起硬度不足。故可选择900℃温度渗碳,预冷8 2 0℃左右油冷淬火。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。
5.4 低温回火
将淬火后的钢在A1以下温度加热、保温并以适当速度冷却低温（150~250℃）消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需要的性能。低温回火时，工件表面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α－ F 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。同时芯部为原始组织淬火加低温回火所得到的低碳回火马氏体+残余奥氏体+铁素体，具有较好的任性。
淬火后的钢组织是马氏体及少量残余奥氏体,它们都是不稳定的组织,有向稳定组织转变的趋势,同时淬火时产生内应力。为了减小或消除淬火内应力, 稳定组织和尺寸,获得所需的力学性能,实践证明重载齿轮选择在200℃进行4小时低温回火工艺较好。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α-Fe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。回火的过程中要注意防止低温回火脆性，防止低温回火脆性可采取下列措施：
(1)减少P、N等杂质，可以减轻回火脆性；
(2)不在300℃左右范围内回火，避开低温回火脆性区。
(3)添加元素si，可使￡碳化物变稳定，抑制渗碳体的析出和成长，使脆化区向高温一侧移动。
6、热处理卡片
7、车间平面示意图
热处理工艺课程设计 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】
热处理工艺课程设计高速高载齿轮的热处理工艺 姓名：成** 学号：******* 学院：扬州大学机械工程学院 专业：材料成型及控制工程 设计指导老师：黄新
前言 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。本课程设计是在《材料科学基础》﹑《金属热处理工艺学》﹑《失效分析》﹑《金属力学性能》等课程学习的基础上开设的，是理论与实践相结合的重要教学环节。通过该课程设计，可使学生在综合运用所学专业基础理论和专业知识能力方面得到训练，学会独立分析问题和解决问题的方法，提高工程意识和工程设计能力。 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加工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。
化学与材料工程学院 材料热处理课程设计说明书 学生姓名： 专业：金属材料工程 学号： 班级：材料金属 指导老师：刘
目录 一、设计任务书 (3) 二、工艺设计 (3) 1.型的选择 (3) 2.炉膛尺寸的确定 (3) 3.炉子砌砖设计 (4) 4.中温箱式电阻炉功率的计算 (4) 5.电热元件 (5) 6.电热元件的设计计算 (5) 三、工艺流程图和设备装置图 (7) 四、进度安排 (9) 五、总结与体会 (9)
一、设计任务书 为某厂设计一台热处理电阻炉，其技术条件如下： 1)用途:中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火及退火处理，处理对象为 中小型零件，无定型产品，处理批量为多种，小批量。 2)生产率：160 kg/h 3)工作温度：最高使用温度950℃ 4)生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。 二、工艺设计 1.炉型的选择 根据设计的具体要求和生产特点，进行综合技术经济分析。决定选用箱式电阻炉，不通保护气体，炉子最高温度为950℃。属中温箱式电阻炉。 2.炉膛尺寸的确定 （1）查表，箱式电阻炉单位炉底面积生产率P 0 ,取P =100[kg/(m2·h)] （2）炉底面积采用加热能力指标法计算，F 效= P P0 =125 100 =1.25 m2 炉底有效面积炉底总面积=F 有效 F 总 = 0.75 - 0.85，取上限，0.85，炉底总面积： 1.25 F 总 = 0.85 F 总 = 1.5625 m2 炉底板宽度 B =1 2F 总 =1 2 ?1.5625 =0.88 m 炉底板长度 L =2F 总 =2?1.5625 =1.77 m （3）.炉膛高度的确定炉膛高度H与宽度B之比H B =0.52– 0.9，取0.7 高度H = 0.628 m （4）.炉膛有效尺寸（可装工件） L 效×B 效 ×H 效 =1.77m × 0.88m × 0.628m （5）.炉膛尺寸 宽 B =B 效 +2×（0.1-0.15）取0.1 B=0.88+2×0.1=1.08 m
金属材料与热处理习题及答案 第一章金属的结构与结晶 一、判断题 1、非晶体具有各同性的特点。( √) 2、金属结晶时，过冷度越大，结晶后晶粒越粗。(×) 3、一般情况下，金属的晶粒越细，其力学性能越差。( ×) 4、多晶体中，各晶粒的位向是完全相同的。( ×) 5、单晶体具有各向异性的特点。( √) 6、金属的同素异构转变是在恒温下进行的。( √) 7、组成元素相同而结构不同的各金属晶体，就是同素异构体。( √) 8、同素异构转变也遵循晶核形成与晶核长大的规律。( √) 10、非晶体具有各异性的特点。( ×) 11、晶体的原子是呈有序、有规则排列的物质。( √) 12、非晶体的原子是呈无序、无规则堆积的物质。( √) 13、金属材料与热处理是一门研究金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律的学科。( √)
14、金属是指单一元素构成的具有特殊的光泽延展性导电性导热性的物质。( √) 15、金银铜铁锌铝等都属于金属而不是合金。( √) 16、金属材料是金属及其合金的总称。( √) 17、材料的成分和热处理决定组织，组织决定其性能，性能又决定其用途。( √) 18、金是属于面心立方晶格。( √) 19、银是属于面心立方晶格。( √) 20、铜是属于面心立方晶格。( √) 21、单晶体是只有一个晶粒组成的晶体。( √) 22、晶粒间交接的地方称为晶界。( √) 23、晶界越多，金属材料的性能越好。( √) 24、结晶是指金属从高温液体状态冷却凝固为固体状态的过程。 ( √) 25、纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。( √) 26、金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程组成。( √) 27、只有一个晶粒组成的晶体成为单晶体。( √) 28、晶体缺陷有点、线、面缺陷。( √) 29、面缺陷分为晶界和亚晶界两种。( √) 30、纯铁是有许多不规则的晶粒组成。( √) 31、晶体有规则的几何图形。( √) 32、非晶体没有规则的几何图形。( √)
绪论 引入: 材料金属材料 机械行业本课程得重要性 主要内容：金属材料得基本知识(晶格结构及变性） 金属得性能(力学及工艺性能） 金属学基础知识（铁碳相图、组织） 热处理(退火、正火、淬火、回火) 学习方法：三个主线 重要概念 ①掌握 基本理论 ②成分 组织性能用途热处理 ③理论联系实际 引入：内部结构决定金属性能 内部结构？ 第一章:金属得结构与结晶 §1-１金属得晶体结构 ★学习目得:了解金属得晶体结构 ★重点：有关金属结构得基本概念:晶面、晶向、晶体、晶格、单晶
体、晶体,金属晶格得三种常见类型. ★难点：金属得晶体缺陷及其对金属性能得影响. 一、晶体与非晶体 1、晶体:原子在空间呈规则排列得固体物质称为“晶体"。（晶体内得原子之所以在空间就是规则排列，主要就是由于各原子之间得相互吸引力与排斥力相平衡得结晶。） 规则几何形状 性能特点: 熔点一定 各向异性 2、非晶体：非晶体得原子则就是无规则、无次序得堆积在一起得(如普通玻璃、松香、树脂等）。 二、金属晶格得类型 1、晶格与晶胞 晶格：把点阵中得结点假象用一序列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格. 晶胞:构成晶格得最基本单元 2、晶面与晶向 晶面：点阵中得结点所构成得平面。 晶向：点阵中得结点所组成得直线 由于晶体中原子排列得规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。(阵点(结点）:把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间得几何点,称为阵点或结点。点阵：阵点(或结点）在空间得排列方式称
晶体。) 晶胞晶面晶向 3、金属晶格得类型就是指金属中原子排列得规律。 7个晶系 1４种类型 最常见:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格 (1)、体心立方晶格:(体心立方晶格得晶胞就是由八个原子构成得立方体,并且在立方体得体中心还有一个原子）。 属于这种晶格得金属有：铬Cr、钒Ｖ、钨Ｗ、钼Ｍｏ、及α—铁α-Fe 所含原子数 1/8×8+1=2（个) (2）、面心立方晶格：面心立方晶格得晶胞也就是由八个原子构成得立方体,但在立方体得每个面上还各有一个原子。 属于这种晶格得金属有：Al、Cu、Ｎi、Pb(γ-Fｅ）等 所含原子数1／８×8+6×1/２=4（个） （3）、密排六方晶格：由1２个原子构成得简单六方晶体，且在上下两个六方面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。 属于这种晶格得金属有铍（Be）、Ｍg、Zｎ、镉(Ｃd)等。 所含原子数 1/6×6×2+1／2×2+3=6(个） 三、单晶体与多晶体 金属就是由很多大小、外形与晶格排列方向均不相同得小晶体组成得,
目录 第一章金属热处理课程设计简介 (1) 一、课程设计的任务与性质 (1) 二、课程设计的目的 (1) 三、设计内容与基本要求 (1) 四、设计步骤 (2) 第二章材料16Mn基本参数 (2) 一、16Mn材料简介 (2) 二、16Mn材料的性能及用途 (3) 三、16Mn材料化学成分 (3) 四、16Mn物理力学性能 (3) 第三章热处理工艺设计 (4) 一、16Mn热处理概述 (4) 二、16Mn热处理 (4) 三、基本参数确定 (9) 第四章 16Mn钢热处理分析 (10) 一、16Mn钢热处理后组织分析 (10) 二、16Mn钢热处理后材料性能检测 (13) 第五章设计与心得体会 (17) 参考文献 (19)
第一章金属热处理课程设计简介 一、课程设计的任务与性质 《金属热处理原理与工艺》课程是一门重要的专业课程，金属材料热处理工艺设计及实验操作是一种重要的教学环节，通过金属材料热处理工艺金相组织分析、性能检测等实验，可以培养学生掌握热处理实验方法、原理及相关设备，运用热处理的基本原理和一般规律对实验结果进行分析讨论，有助于强化学生解决问题、分析问题的能力。 二、课程设计的目的 1、课程设计属于《金属热处理原理与工艺》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握金属热处理工艺设计的一般规律和方法。 2、培养综合运用金属学、材料性能学、金属工艺学、金属材料热处理及结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力。 3.培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 4.提高技术总结及编制技术文件的能力。 5.是金属材料工程专业毕业设计教学环节实施的技术准备。 三、设计内容与基本要求 设计内容：完成合金结构钢（16Mn）的热处理工艺设计，包括工艺方法、路线、参数的确定，热处理设备及操作，金相组织分析，材料性能检测等。 基本要求： 1.课程设计必须独立的进行，每人必须完成不同的某一种钢材热处理工艺设计，能够较清楚地表达所采用热处理工艺的基本原理和一般规律。 2.合理地确定工艺方法、路线、参数，合理选择热处理设备并正确操作。 3.正确利用TTT、CCT图等设计工具，认真进行方案分析。 4.正确运用现代材料性能检测手段，进行金相组织分析和材料性能检测等。 5.课程设计说明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整，图表清晰。 四、设计步骤 方案确定： 1.根据零件服役条件合理选择材料及提出技术要求。
汽车发动机活塞销的选材与热处理工艺课 程设计
1 汽车发动机活塞销的零件图如下 图1 汽车发动机活塞销零件尺寸图
2 服役条件与性能分析 活塞销（英文名称：Piston Pin），是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。为了减轻重量，活塞销一般用优质合金钢制造，并作成空心。塞销的结构形状很简单，基本上是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大；两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，所以接近于等强度梁，但锥孔加工较难。本次设计选用内孔为原形的活塞销。 服役条件：(1)高温条件下承受周期性强烈冲击和弯曲、剪切作用 (2)销表面承受较大的摩擦磨损。 失效形式：由于承受周期性的应力，使其发生疲劳断裂和表面严重磨损。 性能要求：（1）活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，且由于活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量。在一般情况下，活塞销的刚度尤为重要，如果活塞销发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏；（2）具有足够的冲击韧性；（3）具有较高的疲劳强度。 3 技术要求 活塞销技术要求: ①活塞销全部表面渗碳，渗碳层深度为0.8 ～ 1．2mm，渗碳层至心部组织应均匀过渡，不得有骤然转变。 ②表面硬度58 ～ 64 HRC，同一个活塞销上的硬度差应≤3 HRC。 ③活塞销心部硬度为24 ～ 40 HRC。
第1章金属的结构与结晶 一、填空： 1、原子呈无序堆积状态的物体叫，原子呈有序、有规则排列的物体称为。一般固态金属都属于。 2、在晶体中由一系列原子组成的平面，称为。通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表晶格空间排列的的直线，称为。 3、常见的金属晶格类型有、和三种。铬属于晶格，铜属于晶格，锌属于晶格。 4、金属晶体结构的缺陷主要有、、、、、和 等。晶体缺陷的存在都会造成，使增大，从而使金属的提高。 5、金属的结晶是指由原子排列的转变为原子排列的过程。 6、纯金属的冷却曲线是用法测定的。冷却曲线的纵坐标表示，横坐标表示。 7、与之差称为过冷度。过冷度的大小与有关， 越快，金属的实际结晶温度越，过冷度也就越大。 8、金属的结晶过程是由和两个基本过程组成的。 9、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的及。 10、金属在下，随温度的改变，由转变为的现象称为
同素异构转变。 二、判断： 1、金属材料的力学性能差异是由其内部组织结构所决定的。（） 2、非晶体具有各向同性的特点。（） 3、体心立方晶格的原子位于立方体的八个顶角及立方体六个平面的中心。（） 4、金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度。（） 5、金属结晶时过冷度越大，结晶后晶粒越粗。（） 6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。（） 7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。（） 8、单晶体具有各向异性的特点。（） 9、在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。（） 10、同素异构转变过程也遵循晶核形成与晶核长大的规律。（） 11、金属发生同素异构转变时要放出热量，转变是在恒温下进行的。（） 三、选择 1、α—Fe是具有（）晶格的铁。 A、体心立方 B、面心立方 C、密排六方 2、纯铁在1450℃时为（）晶格，在1000℃时为（）晶格，在600℃时为 （）晶格。A、体心立方 B、面心立方 C、密排六方 3、纯铁在700℃时称为（），在1000℃时称为（），在1500℃时称为（）。
《金属材料与热处理》课程教学标准 【课程名称】金属材料与热处理 【课程代码】C2-2-1 【适用专业】模具设计与制造 机械制造与自动化 数控技术 【学时数】48 【学分数】3 【开设时间】模具设计与制造第二学期 机械制造与自动化第三学期 数控技术第二学期 一、课程概述 “金属材料与热处理”是一门制造类专业群的平台课程，是在明确学院办学定位，分析专业群发展方向的前提下，通过对我院机械制造类重点专业职业岗位进行整体调研与分析的基础上，采用模块课程开发的方式形成的、适用于机械制造类专业群开设的综合性课程。 通过本课程的学习使学生获得常用工程材料及成型工艺方法的基础知识，培养学生综合运用材料及成型工艺知识进行选择材料与改性方法、选择毛坯生产方法以及工艺路线分析的初步能力，并未学习其他有关课程和从事工业工程生产第一线技术工作奠定必要的基础。 本课程注重培养学生解决生产具体工艺问题的能力；着重培养学生在机械制造领域内进行选择和判断能力；并培养高职应用型人才的技术文化修养。 二、课程模块组成 1.工程材料的基础知识 2.金属材料及热处理 3.非金属材料（在汽车上的应用） 4.毛坯成型工艺与方法选择
二、培养目标 1．方法能力目标 （1）熟悉工程材料与材料成型工艺技术在机械制造过程中的地位和作用，具有现在制造过程的完整概念。 （2）通过在金相显微镜下观察铁碳合金的室温组织和力学实验，掌握金属材料的成分、组织、结构与性能之间的关系，培养透过现象看本质的能力； （3）给出知识目标，采用问题引入，培养自主学习获取信息的能力和独立思考的能力。 （4）通过完成各项目任务，让学生在学习中享受成功的喜悦，激发学习兴趣，从而培养学生勤奋好学的习惯； （5）通过实验培养学生的动手能力、实验技能、评价执行结果的能力。 2．社会能力目标 （1）具有良好的人文素质和职业道德，善于沟通协作，团队意识强； （2）养成严谨细致、一丝不苟的工作作风； （3）具有热爱科学、实事求是的学习态度，具有创新意识和创新精神； （4）通过学习有关的新材料、新技术、新工艺及其发展概况，使学生获得更多的专业知识及行业知识，使学生具备博学多识的特质。 3．专业能力目标 （1）熟悉材料的种类、牌号、成分、性能、改性方法和用途。 （2）具备阅读金属材料热处理报告的能力； （3）熟悉常用金属材料的性能、用途、材料主要质量问题和提高产品质量的途径； （4）主动了解金属材料的基础理论的发展； （5）了解与本课程有关的新材料、新技术、新工艺及其发展概况； （6）多种途径获取信息和处理信息的能力。 三、与前后课程的联系 1.前修课程的联系 前修课程是《机械制图》,学习本课程之前要去工厂见习，对机械制造具有一定的感性认识,学习《机械制图》课程，熟悉典型零件形状，具有一定的图示能力、识图能力、以及绘图的实际技能。 2．与后继课程的关系 本课程阐述的金属材料及热处理的知识贯穿机械设计和制造的全过程，设计时，要根据机械零件的使用条件和性能要求选材；制造时，要根据材料的制造工艺合理安排热处理。更
* * 大学 热处理原理与工艺课程设计 题目： 50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺设计 院（系）：机械工程学院 专业班级：** 学号：******* 学生姓名：** 指导教师：** 起止时间：2014-12-15至2014-12-19
课程设计任务及评语 院（系）：机械工程学院教研室：材料教研室 学号******* 学生姓名** 专业班级*** 课程设计题目50Si 2 Mn弹簧钢的热处理工艺设计 课程设计要求与任务一、课设要求 熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述50Si 2 Mn弹簧钢的热处理工艺，制 定出热处理工艺路线，完成工艺设计；分析50Si 2 Mn弹簧钢的成分特性；阐述 50Si 2 Mn弹簧钢淬火、回火热处理工艺理论基础；阐述各热处理工序中材料的组织和性能；阐明弹簧钢的热处理处理常见缺陷的预防及补救方法；选择设备；给出所用参考文献。 二、课设任务 1.选定相应的热处理方法； 2.制定热处理工艺参数； 3.画出热处理工艺曲线图； 4分析各热处理工序中材料的组织和性能； 5.选择热处理设备 三、设计说明书要求 设计说明书包括三部分：1）概述；2）设计内容；3）参考文献。 工作计划 集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论0.5天，设计6天：1）概述0.5天，2）服役条件与性能要求0.5天，3）失效形式、材料的选择0.5天，4）结构形状与热处理工艺性0.5天，5）冷热加工工序安排0.5天，6）工艺流程图0.5天，7）热处理工艺设计1.5天，8）工艺的理论基础、原则0.5天， 09）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，10）热处理质量分析0.5天，设计验收1天。 指 导 教 师 评 语 及 成 绩成绩：学生签字：指导教师签字： 年月日
金属材料与热处理试题 及答案 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】
金属材料与热处理 一、填空题（30分，每空1分） 1、常见的金属晶体类型有_体心立方_晶格、__面心立方__晶格和密排六方晶格三种。 2、金属的整个结晶过程包括形核_____、___长大_______两个基本过程组成。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为_间隙固溶体_与_置换固溶体_两种。 4、工程中常用的特殊性能钢有_不锈钢__、_耐热钢_、耐磨钢。 5、常用的常规热处理方法有___回火___、正火和淬火、__退火__。 6、随着回火加热温度的升高，钢的__强度__和硬度下降，而_塑性___和韧性提高。 7、根据工作条件不同，磨具钢又可分为_冷作模具钢_、__热作模具钢__和塑料磨具用钢等。 8、合金按照用途可分为_合金渗碳体_、_特殊碳化物_和特殊性能钢三类。 9、合金常见的相图有__匀晶相图__、_共晶相图__、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。 10、硬质合金是指将一种或多种难熔金属_碳化物__和金属粘结剂，通过_粉末冶金__工艺生产的一类合金材料。 11、铸铁的力学挺能主要取决于_基体的组织_的组织和石墨的基体、形态、_数量_以及分布状态。 12、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为_灰口铸铁__、_白口铸铁_和麻口铸铁三类。 13、常用铜合金中，_青铜_是以锌为主加合金元素，_白铜_是以镍为主加合金元素。
14、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有_铁素体_和_奥氏体_,属于金属化合物的有_渗碳体_，属于混合物的有_珠光体_和莱氏体。 二、选择题（30分，每题2分） 1、铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是（C ） A 铁总是存在加工硬化，而铜没有 B 铜有加工硬化现象，而铁没有 C 铁在固态下有同素异构转变，而铜没有? D 铁和铜的再结晶温度不同 α-是具有（ A ）晶格的铁。 2、Fe A 体心立方 B 面心立方 C密排六方 D 无规则几何形状 3、以下哪种铸铁的断口呈灰黑色（D ） A 马口铁 B 白口铸铁 C 麻口铸铁 D灰铸铁 4、用于制造渗碳零件的钢称为（C ）。 A 结构钢 B 合金钢 C 渗碳钢 D 工具钢 5、合金发生固溶强化的主要原因（ C ）。 A晶格类型发生了变化 B 晶粒细化 C 晶格发生畸形 D 晶界面积发生变化 6、调质处理就是（ A ）的热处理。 A 淬火+高温火 B 淬火+中温回火 C 淬火+低温回火 D 淬火+低温退火 7、零件渗碳后，一般需经过（A ）才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。 A 淬火+低温回火 B 正火 C 调质 D 淬火+高温回火
目录 第一章 热处理工设计目的 (1) 第二章 课程设计任务 (1) 第三章 热处理工艺设计方法 (1) 3.1 设计任务 (1) 3.2 设计方案 (2) 3.2.1 12CrNi3叶片泵轴的设计的分析 (2) 3.2.2 钢种材料 (2) 3.3设计说明 (3) 3.3.1 加工工艺流程 (3)
3.3.2 具体热处理工艺 (4) 3.4分析讨论 (11) 第四章 结束语 (13) 参考文献 (14)
12CrNi3叶片泵轴的热处理工艺设计 一. 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业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的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。 （2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。 （3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。 二. 课程设计的任务 进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。 三. 热处理工艺设计的方法 1. 设计任务 12CrNi3叶片泵轴零件图如图3.1
图3.1 12CrNi3叶片泵轴 2、设计方案 2.1.工作条件 叶片泵是由转子、定子、叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。叶片泵的结构紧凑，零件加工精度要求高。叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油与排油。泵轴在工作时承受扭转和弯曲疲劳，在花键和颈轴处收磨损。因此，要求轴有高的强度，良好的韧性及耐磨性。 2.1.1失效形式 叶片泵轴的主要失效形式是疲劳断裂，在花键和轴颈处可能发生工作面的磨损、咬伤，甚至是咬裂。 2.1.2性能要求 根据泵轴的受力情况和失效分析可知 ,叶片泵轴主要是要求轴具有高的强度，良好的韧性及耐磨性，以保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。 2.2钢种材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢，比12CrNi2A钢有更高的淬透性，因此，可以用于制造比12CrNi2A钢截面稍大的零件。该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能，钢的低温韧性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好，当硬度为HB260～320时，相对切削加工性为60%～70%。另外，钢退火后硬度低、塑性好，因此，既可以采用切削加工方法制造模具，也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性，该钢适宜制造大、中型塑料模具。12CrNi3高级渗碳钢的淬透性较高 ,退火困难。由于不渗碳表面未经镀铜防渗 ,因此渗碳后进行低温回火 , 降低硬度 , 便于切去不渗碳表
一、填空（每空0.5 分，共 23 分） 1 、200HBW10/3000表示以毫米压头，加载牛顿的试验力，保持秒测得的 硬度值，其值为。 1、洛氏硬度 C 标尺所用压头为，所加总试验力为牛顿，主要用于测的硬度。 2 、金属常见的晶格类型有、、。α -Fe 是晶格，γ -Fe 是 晶格。 2 、与之差称为过冷度，过冷度与有关，越大，过冷度也越大，实际结晶温 度越。 3 、钢中常存元素有、、、，其中、是有益元素，、是有害 元素。 3、表示材料在冲击载荷作用下的力学性能指标有和，它除了可以检验材料的冶炼和热加工质 量外，还可以测材料的温度。 3 、拉伸试验可以测材料的和指标，标准试样分为种，它们的长度分别是和。 4 、疲劳强度是表示材料在载荷作用下的力学性能指标，用表示，对钢铁材料，它是试验循环数达时的应力值。 4 、填出下列力学性能指标的符号： 上屈服强度，下屈服强度，非比例延伸强度，抗拉强度，洛氏硬度 C 标尺，伸长率，断面收缩率，冲击韧度，疲劳强度，断裂韧度。 5 、在金属结晶时，形核方式有和两种，长大方式有和两种。 5 、单晶体的塑性变形方式有和两种，塑性较好的金属在应力的作用下，主要以方式进行变形。 5 、铁碳合金的基本组织有五种，它们分别是，，，，。 ６、调质是和的热处理。 6 、强化金属的基本方法有、、三种。 6 、形变热处理是将与相结合的方法。 ７、根据工艺不同，钢的热处理方法有、、、、。 ９、镇静钢的主要缺陷有、、、、等。 10、大多数合金元素（除Co 外），在钢中均能过冷奥氏体的稳定性，使 C 曲线的位置，提 高了钢的。 11、按化学成分，碳素钢分为、、，它们的含碳量围分别为、、 。 12、合金钢按用途主要分为、、三大类。 13、金属材料抵抗冲击载荷而的能力称为冲击韧性。 14、变质处理是在浇注前向金属液体中加入促进或抑制的物质。 15、冷塑性变形后的金属在加热过程中，结构和将发生变化，其变化过程分为、、三个 阶段。 10、在机械零件中，要求表面具有和性，而心部要求足够和时，应进行表面热处理。 16、经冷变形后的金属再结晶后可获得晶粒，使消除。 17、生产中以划分塑性变形的冷加工和。 18、亚共析钢随含碳量升高，其力学性能变化规律是：、升高，而、降低。 19、常用退火方法有、、、、等。 20、08 钢含碳量， Si 和 Mn 含量，良好，常轧成薄钢板或带钢供应。
北华航天工业学院 《热处理工艺设计》 课程设计报告 报告题目：CA8480轧辊车床主轴 和淬火量块 热处理工艺的设计 作者所在系部：材料工程系 作者所在专业：金属材料工程 作者所在班级：B10821 作者学号：20104082104 作者姓名：倪新光 指导教师姓名：翟红雁 完成时间：2013.06.27
课程设计任务书 课题名称 CA8480轧辊车床主轴和淬火量块 热处理工艺的设计 完成时间06.27 指导教师翟红雁职称教授学生姓名倪新光班级B10821 总体设计要求 一、设计要求 1.要求学生在教师指导下独立完成零件的选材； 2.要求学生弄清零件的工作环境。 3.要求学生通过对比、讨论选择出最合理的预先热处理工艺和最终热处理工艺方法； 4.要求学生分别制定出预先热处理和最终热处理工艺的正确工艺参数，包括加热方式、加热温度、保温时间以及冷却方式； 5.要求学生写出热处理目的、热处理后组织以及性能。 工作内容及时间进度安排 内容要求时间备注 讲解并自学《金属热处理工艺》课本第六章；收集资料, 分析所给零件的工作环境、性能要求, 了解热处理工艺设计的方法、内容和步骤； 通过对零件的分析，选择合适的材料以及技术要 求 0.5天 热处理工艺方法选择和工艺路线的制定 确定出几种（两种以上）工艺 线及热处理 方案，然后进行讨论对比优缺点, 确定最佳工艺 路线及热处理工艺方案 1.5天 热处理工艺参数的确定及热处理后组织、性能 查阅资料，确定出每种热处理工艺的参数, 包括加热方式、温度和时间，冷却方式等，并绘 出相应的热处理工艺曲线 1.5天 编写设计说明书按所提供的模板 0.5天 答辩1天 课程设计说明书内容要求 一. 分析零件的工作环境，确定出该零件的性能要求，结合技术要求，选出合适的材料，并阐述原因。 二. 工艺路线和热处理方案的讨论。要求两种以上方案进行讨论，条理清晰，优缺点明确。 三. 每种热处理工艺参数的确定（工序中涉及到的所有热处理工艺）。写出确定参数的理由和根据，（尽可能写出所使用的设备）要求每一种热处理工艺都要画出热处理工艺曲线; 四. 写出每个工序的目的以及该零件热处理后常见缺陷。
钢的热处理工艺课程设计 一、目的 1、深入理解热处理课程的基本理论。 2、初步学会制定零部件的热处理工艺。 3、了解与本设计有关的新技术、新工艺。 4、设计尽量采用最新技术成就，并注意和具体实践相结合。使设计 具有一定的先进性和实践性。 二、设计任务 1、编写设计说明书。 2、编制工序施工卡片。 3、绘制必要的工装图。 三、设计内容和步骤 （一）零部件简图、钢种和技术要求。 技术要求： 钢种：柄部45#钢刃部W6Mo5Cr4V2高速钢 要求：扁尾硬度为HRC25～45 刃部的3/4硬度为HRC63～65 （二）零部件的工作条件、破坏方式和性能要求分析。 1、高速钢锥柄麻花钻的工作条件： 工具的工作条件比较复杂，各种工具的工作条件又有较大的差异，加工时往往以摩擦为主，常有较大的冲击。机用工具切削速度较高，会产生大量的切削热，有时会发生切削刃软化现象。 作为机床上使用的金属切削工具，其主要工作部分是刀刃或刀尖,刀具在进行切削时，刀尖与工件之间，刀尖与切除的切削之间要产生强烈的
摩擦，刀尖要承受挤压应力，弯曲应力，还要承受不同程度的冲击力。同时伴随摩擦会产生高温。 金属切削工具首先应具备高的硬度和耐磨性。在一定条件下，工具的硬度越高，其耐磨性也越高。同时切削工具还具备足够的韧性，否则可能因为脆性过大，在外力作用下产生蹦刃，折断，破碎等现象。红硬性也是切削工具的重要性能，特别是高速切削工具，红硬性特别重要。 2、高速钢锥柄麻花钻的失效形式 由于工具种类的不同以及使用条件的差异，起失效形式也有所不同。切削工具失效主要由于磨损、横刃、外缘点磨损、崩刃、剥落、折断或加工的工件打不到技术要求等原因造成的 （1）磨损 磨损时切削工具在正常使用情况下最常见的失效形式。当切削工具发生严重磨损时，工具与被加工工件之间摩擦力增大，表现为切削时发出尖叫声或严重的震动，甚至无法切削。 磨损的产生大都是由于工具的切削刃与被切削工件之间的摩擦所产生的。有时也可能是由于在工具表面形成积痟瘤，形成粘合磨损所造成的。（2）崩刃 崩刃也是常见的失效形式，其中包括大的崩刃，小的崩刃，掉牙，掉齿等现象，很多的崩刃产生是由于切削时切削刃长期受循环应力所造成的一种疲劳断裂现象。 对间断切削的工具或切削时承受较大的载荷的工具如何提高韧性，减少崩刃非常重要。这类工具要求材料组织均匀，不应有严重的碳化物偏析，热处理硬度不宜过高，不能产生淬火，过热及回火不足等增加工具脆性的现象。 （3）断裂，破碎
金属材料与热处理 一、填空题（30分，每空1分） 1、常见的金属晶体类型有_体心立方_晶格、__面心立方__晶格和密排六方晶格三种。 2、金属的整个结晶过程包括形核_____、___长大_______两个基本过程组成。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为_间隙固溶体_与_置换固溶体_两种。 4、工程中常用的特殊性能钢有_不锈钢__、_耐热钢_、耐磨钢。 5、常用的常规热处理方法有___回火___、正火和淬火、__退火__。 6、随着回火加热温度的升高，钢的__强度__和硬度下降，而_塑性___和韧性提高。 7、根据工作条件不同，磨具钢又可分为_冷作模具钢_、__热作模具钢__和塑料磨具用钢等。 8、合金按照用途可分为_合金渗碳体_、_特殊碳化物_和特殊性能钢三类。 9、合金常见的相图有__匀晶相图__、_共晶相图__、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。 10、硬质合金是指将一种或多种难熔金属_碳化物__和金属粘结剂，通过_粉末冶金__工艺生产的一类合金材料。 11、铸铁的力学挺能主要取决于_基体的组织_的组织和石墨的基体、形态、_数量_以及分布状态。 12、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为_灰口铸铁__、_白口铸铁_和麻口铸铁三类。 13、常用铜合金中，_青铜_是以锌为主加合金元素，_白铜_是以镍为主加合金元素。 14、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有_铁素体_和_奥氏体_,属于金属化合物的有_渗碳体_，属于混合物的有_珠光体_和莱氏体。 二、选择题（30分，每题2分） 1、铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是（ C ） A 铁总是存在加工硬化，而铜没有 B 铜有加工硬化现象，而铁没有 C 铁在固态下有同素异构转变，而铜没有 D 铁和铜的再结晶温度不同 α-是具有（ A ）晶格的铁。 2、Fe A 体心立方 B 面心立方 C密排六方 D 无规则几何形状
《金属材料与热处理》课程教学大纲 一、课程性质、目的和任务 属材料与热处理是一门技术基础课。其要紧内容包括：金属的性能、金属学基础知识、钢的热处理、常用金属材料及非金属材料的牌号等。 二、教学差不多要求 本课程的任务是使学生掌握金属材料与热处理的差不多知识，为学习专业理论，掌握专业技能打好基础。通过本课程的学习，学生应达到下列差不多要求： (1)了解金属学的差不多知识。 (2)掌握常用金属材料的牌号、性能及用途。 (3)了解金属材料的组织结构与性能之间的关系。 (4)了解热处理的一般原理及其工艺。 (5)了解热处理工艺在实际生产中的应用。 三、教学内容及要求 绪论 教学要求： 1、明确学习本课程的目的。 2、了解本课程的差不多内容。 教学内容： 1、学习金属材料与热处理的目的 2、金属材料与热处理的差不多内容 3、金属材料与热处理的进展史
4、金属材料在工农业生产中的应用 教学建议： 1、结合实际生产授课，以激发学生学习本课程的兴趣。 2、展望金属材料与热处理的进展前景。 第一章金属的性能 教学要求： 1、掌握金属的力学性能，包括强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳等概念及各力学性能的衡量指标。 2、了解金属的工艺性能。 教学内容： §1—1 金属的力学性能 一、强度 二、塑性 三、硬度 四、冲击韧性 五、疲劳强度 §1-2金属的工艺性能 一、铸造性能 二、锻造性能 三、焊接性能 四、切削加工性能
第二章金属的结构与结晶 教学要求： 1、了解金属的晶体结构。 2、掌握纯金属的结晶过程。 3、掌握纯铁的同素异构转变。 教学内容： §2-1 金属的晶体结构 一、晶体与非晶体 二、晶体结构的概念 三、金属晶格的类型 §2—2纯金属的结晶 一、纯金属的冷却曲线及过冷度 二、纯金属的结晶过程 三、晶粒大小对金属力学性能的阻碍 ＊四、金属晶体结构的缺陷 §2—3 金属的同素异构转变 教学建议： 1、晶体结构较抽象，可使用模型配合讲课。 2、讲透同素异构转变与结晶过程之间的异同点。 ＊第三章金属的塑性变形与再结晶 教学要求： 1、了解金属塑性变形的差不多原理。
沈阳理工大学热处理工艺课程设计 目录 第一章 热处理工设计目的 (1) 第二章 课程设计任务 (1) 第三章 热处理工艺设计方法 (1) 3.1 设计任务 (1) 3.2 设计方案 (2) 3.2.1 12CrNi3叶片泵轴的设计的分析 (2) 3.2.2 钢种材料 (2) 3.3设计说明 (3) 3.3.1 加工工艺流程 (3) 3.3.2 具体热处理工艺 (4) 3.4分析讨论 (11) 第四章 结束语 (13) 参考文献 (14)
沈阳理工大学热处理工艺课程设计 12CrNi3叶片泵轴的热处理工艺设计 一. 热处理工艺课程设计的目的 热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业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的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。 （2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。 （3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。 二. 课程设计的任务 进行零件的加工路线中有关热处理工序和热处理辅助工序的设计。根据零件的技术要求，选定能实现技术要求的热处理方法，制定工艺参数，画出热处理工艺曲线图，选择热处理设备，设计或选定装夹具，作出热处理工艺卡。最后，写出设计说明书，说明书中要求对各热处理工序的工艺参数的选择依据和各热处理后的显微组织作出说明。 三. 热处理工艺设计的方法 1. 设计任务 12CrNi3叶片泵轴零件图如图3.1 图3.1 12CrNi3叶片泵轴
2、设计方案 2.1.工作条件 叶片泵是由转子、定子、叶片和配油盘相互形成封闭容积的体积变化来实现泵的吸油和压油。叶片泵的结构紧凑，零件加工精度要求高。叶片泵转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴在定子内表面上。这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸油再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油与排油。泵轴在工作时承受扭转和弯曲疲劳，在花键和颈轴处收磨损。因此，要求轴有高的强度，良好的韧性及耐磨性。 2.1.1失效形式 叶片泵轴的主要失效形式是疲劳断裂，在花键和轴颈处可能发生工作面的磨损、咬伤，甚至是咬裂。 2.1.2性能要求 根据泵轴的受力情况和失效分析可知 ,叶片泵轴主要是要求轴具有高的强度，良好的韧性及耐磨性，以保证轴在良好的服役条件下长时间的工作。 2.2钢种材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢，比12CrNi2A钢有更高的淬透性，因此，可以用于制造比12CrNi2A钢截面稍大的零件。该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能，钢的低温韧性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好，当硬度为HB260～320时，相对切削加工性为60%～70%。另外，钢退火后硬度低、塑性好，因此，既可以采用切削加工方法制造模具，也可以采用冷挤压成型方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性，该钢适宜制造大、中型塑料模具。12CrNi3高级渗碳钢的淬透性较高 ,退火困难。由于不渗碳表面未经镀铜防渗 ,因此渗碳后进行低温回火 , 降低硬度 , 便于切去不渗碳表面的渗碳层。材料加工成叶片泵轴需进行复杂的化学热处理，使心部硬度为 HRC31～HRC41，表面硬度不低于HRC60，从而使泵轴表面有较高硬度，心部呈现
金属材料与热处理（低倍） 一．填空（每空0.5分共15分） 1.纯铁在室温下具有体心立方晶体结构，马氏体是碳在α-Fe 中的过饱 和固溶体 2.钢的基本组织（相）包括铁素体、渗碳体、奥氏体。 3.通常钢按化学成分碳素钢、合金钢。 4.铁碳合金中的共析线指PSK ，A3线指GS 。 5.一种物质均匀地分布（溶解）于另一种固体物质中所形成的溶合体叫做固 溶体。可分为间隙固溶体和置换固溶体两种基本类型。 6.金属晶体中最常见的晶格类型有面心立方、体心立方、密排六方。 7.一般钢中硫（S）元素的有害作用是使钢产生热脆性，而磷（P）元素的 有害作用为使钢产生冷脆性。 8.40Cr钢中碳的平均质量分数为0.40% 。 9.金属的性能一般分为使用性能和工艺性能。 10.表征钢试样淬硬层深度和硬度分布的特性就钢的淬透性。 11.湘钢常用的检验钢的宏观组织的检验方法有酸浸试验、硫印试验、 塔形发纹试验三种。 12.典型的铸锭结晶的宏观组织由表面细晶区，次表面柱状晶区和中心 等轴晶区三部分组成。 13.硫印试样受检面的表面粗糙度要求为0.8μ。 14.在物质内部，凡原子作有序、有规则排列的称为晶体，凡原子呈无序堆 积状况的，称为非晶体。 二．选择（每题1分共20分） 1.下列哪种组织不属于铁碳合金的基本组成相（C） A．铁素体 B．奥氏体 C．珠光体 D．渗碳体 2.马氏体的硬度主要取决于（B）
A．淬火加热温度 B．碳含量 C．淬火冷却速度 3.下列几种钢中，（B）是合金结构钢 A．Q235 A.F B．40Cr C．T10 D．W18Cr4V 4.调质处理就是（A）的热处理工艺。 A．淬火+高温回火 B．淬火+中温回火 C．淬火+低温回火 5.下列性能中属于金属使用性能的是（B） A．热处理性能 B．物理性能 C．锻造性能 6.下列各纯铁的素异构体中，具有相同晶体结构的一组为（C） A．δ-Fe γ-Fe B．γ-Fe α-Fe C．δ-Fe α-Fe 7.晶粒细化对强度和塑韧性的影响分别是（B） A．晶粒越细，强度越高，塑韧性越差 B．晶粒越细，强度越高，塑韧性越好 C．晶粒越细，强度越低，塑韧性越差 D．晶粒越细，强度越低，塑韧性越好 8.下列属于钢的常存元素的为（A） A．Si Mn P S B．Si Mn Cr Nb C．Si Cr P S D．Si P C S 9.钢的热处理过程中，临界温度的关系为（A） A．A c1﹥A1﹥A r1 B．A r1﹥A1﹥A c1 C．A c1﹥A r1﹥A1 D．A r1﹥A c1﹥A1