热处理工艺课程设计指导书f(2010)

金属材料工程专业 热处理工艺课程设计指导书

金属材料及表面研究所 张伟强 商艳

2012年6月 热处理工艺课程设计指导书 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 热处理工艺的最佳方案是在能够保证达到根据零件使用性能和由产品设计者提出的热处理技术要求的基础上，设计的一种高质量、低成本、低能耗、清洁、高效、精确的热处理工艺方法。根据零件使用性能及技术要求，提出所可能实施的几种热处理工艺方案，通过综合经济技术分析，确定最佳热处理工艺方案。确定热处理工艺方案后，首先应根据零件的材料特性及技术要求，选择热处理加热设备、加热、保温时间与冷却方式。在此基础上，制定编制热处理工艺规范，设计零件在有关热处理工序使用的装夹具及校直装置等。最后，编写主要热处理工序的操作守则。 涉及新材料、新技术等特殊零件的热处理工艺，可遵循实验室试验、小批量生产试验、生产验证等程序进行确定。

四. 热处理工艺设计的内容及步骤 1.制订热处理工序的工艺参数 （1） 加热温度 包括：加热温度 加热温度的确定依据 加热温度的确定方法 （2） 加热方法 根据零件材料和批量，选择加热方法，如随炉温加热，到温加热，预加热等，并需要对加热方法的选择理由进行阐述。 （3） 加热介质 金属材料进行热处理加热时的氧化脱碳，使金属烧损、性能降低。如何实现少、无氧化加热，要在加热介质上进行选择。这部分，可以针对所进行热处理零件的材料的要求，选择加热介质，以满足要求。并需要对所选的介质的性能，所能够起到的作用进行分析。 如果进行化学热处理时，则应提出详细配比成分。 （4） 保温时间 包括：保温时间； 保温时间的确定依据； 保温时间的确定方法； 对于化学处理工艺，需要进行渗层深度的计算，从而确定化学热处理保温时间。 （5） 冷却方法 对于同一种热处理工艺，有不同的冷却方法，如完全退火有等温冷却（等温退火）、随炉冷却（普通退火），淬火有单液淬火、分级淬火等等。设计中需要根据零件的材质、尺寸、批量等选择合理的冷却方法，并说明选择的理由。 （6） 冷却介质 对于一般热处理来说，退火和正火的冷却介质选择较容易。对于淬火介质的选择，首先应按工件采用的材料及其对淬硬性和淬透层深度的要求，根据该种材料的端淬曲线，通过一定的图表来进行选择。在满足工件淬透层深度要求的前提下，选择淬火烈度最低的淬火介质。 （7） 热处理后检验方法 硬度、渗层深度、淬透层深度、金相组织、变形、开裂、表面状态等检验。 （8） 画出热处理工艺路线图及工艺曲线图，制定热处理工艺规范，编制主要热处理工序的操作守则。

2.分析各热处理工序中材料的组织、性能 （1）分析各热处理工序加热到所制订的加热温度后的组织及性能 包括：1）正常温度的组织及性能 2）加热温度不足的组织及性能 3）加热温度过高所产生的组织及性能 4）工件尺寸因素对加热后的组织和性能的影响 （2）分析各热处理工序保温时零件的组织转变 根据零件的尺寸大小和装炉情况，分析在保温过程中零件的组织转变。 （3）分析各热处理工序冷却到室温后的组织及性能 包括：1）正常冷却后的组织及性能 2）冷却速度不足的组织及性能 3）冷却速度过大的组织及性能 (4) 采用所设计的热处理工艺处理的零件可能产生的缺陷预测，分析缺陷产生的原因，防止和消除这些缺陷的方法。 3.选择热处理的设备 选择热处理设备型号。对选择设备性能、规格、温度、加热方式等进行说明。 4. 选择与设计热处理中的挂架、装具、夹具 有些热处理方法需要将欲进行热处理的零件分层摆放或吊挂在炉中，因此需要装具或挂架。根据所选热处理炉的类型，炉内容积，设计合适的装具或挂架。要求给出设计简图。 5.设计的完整性和连贯性 要求设计2个热处理工艺过程，一个普通热处理（四把火），一个特殊热处理（表面热处理、化学人处理等）；一种热处理设计过程涉及到的工艺参数、组织性能分析、选择设备及挂架、装具、夹具等内容阐述全，然后进行下一个热处理过程，进行同样的设计。 设计可以是同一种材料的两种热处理过程，也可以选择两种材料分别进行普通热处理和特殊热处理工艺设计过程，也可选择有色金属进行设计。 6. 填写热处理工艺卡 （1）热处理工艺卡是用于指导现场工艺实施的卡片，它汇集全部指导热处理现场生产的技术信息，简单明了。附表1为一种常见的热处理工艺卡类型，同学们也可以根据所设计的具体的零件的热处理要求，设计其它类型的热处理工艺卡。 （2）热处理工艺卡填写方法 a. 产品型号：按产品图样填写代号，如6120。 b. 产品名称：按产品图样填写名称，如柴油机。 c. 零（部）件图号：按产品图样上的零件号全文照写，如6120-3912。 d. 零（部）件名称：按产品图样上的零件名称全文照写，不得简略，如连杆螺栓，不要只写螺栓。 e. 材料牌号（与强度等级）：一般无强度等级（即屈服点）要求时，只写材料牌号或在钢号后写上钢号标准。如40 Cr/GB3077-88。特别重要件有强度等级要求的，其写法如下：本标准号—组别—强度等级钢号标准—钢号 f. 零件重量：指机械加工后的零件，按产品图样上标注的重量填写。 g. 工艺路线：填写零件在本工厂的所有加工路线。 h. 硬化层深度：按技术条件的规定填写，对渗碳和碳氮共渗件应填写有效硬化层深度。 i. 硬度：按技术要求规定填写，如30~35HRC；对表面淬火或化学热处理的零件，同时有两种硬度要求时，都应填写（如表面和心部硬度）。检验方法应写清楚，如在螺栓头部磨去0.1mm，100%检验等。 j. 金相组织：按技术条件要求，填写组织。 k. 力学性能：按技术条件规定项目进行填写。 l. 允许变形量：按零件形状、尺寸（直径、长度）的要求规定填写。一般用径向摆差或平面不平行表示。 m. 简图：绘制零件简图的要求如下： ① 要把零件在该热处理工序时实际几何形状、尺寸、特征（如螺纹、键槽等—）以及需要局部热处理的、需要保护的部位都清楚地表示出来。一般只画一个视图，表示不清楚时，再补充一个侧视图或俯视图。 ② 除标注零件外形尺寸或轮廓外，与热处理有关的尺寸均应标出。如表示局部热处理的尺寸；要求控制变形尺寸或留量。 ③ 图虽简单，但仍要符合机械制图的一般规则，如线条的粗细，虚实剖面线和中心线，表面粗糙度符号等均应画出。 n. 工序号及工序名称 ④ 工序号：是标明工序的顺序，用1，2，3„„表示。 ⑤ 工序名称处填写工序号对应的工序名称。 o. 设备或炉子型号：凡标准设备只填写型号，不必填写规格（如炉底面积）。非标准设备应同时填写名称及规格，规格填写在名称下面并用括号括起。 p. 装炉栏 装炉的数量指装在炉内零件的总数。 装炉方式指装炉时零件的摆放方式，如堆放、利用吊具或挂具均匀排布等。 装炉温度指零件在装炉开始的温度。 q. 加热栏 ⑥ 加热温度指零件最终所需要的温度，零件加热到此温度需要保温，温度范围均以正负公差表示。 ⑦ 对于零件在盐浴炉、箱式电炉内加热时，热处理的加热及保温时间定义为： 加热——零件自装入炉内起到零件外表面达到要求温度时的一段时间。 保温——零件外表面达到要求温度时起，到零件出炉止的一段时间。 ⑧ 加热总时间指“加热”和“保温”时间的总和。 r. 冷却条件 ⑨ 填写冷却介质种类。 ⑩ 填写对冷却介质的温度要求，即冷却前到冷却后介质温度应保持在规定的范围内。 ⑪ 冷却时间应填写零件在冷却剂中之停留时间。 s. 工时定额：目的在于确定设备及工人需要量。

计算方法如下：nttt21 t——单件作业时间 （min） t1——加热时间 （min） t2——辅助时间 （min） n——在同一炉次中加热的工件数 （件） 单件作业时间在加准备时间与结束时间，以及自然需要的时间，便是单件工时定额。加热、准备与自然需要时间一般通过测定得来，也可根据经验按单件作业时间的20%~30%考虑。 7. 设计说明书包括的内容 1. 热处理工艺课程设计的意义； 2. 上述热处理设计的所有内容（包括热处理工艺卡）； 3. 热处理工艺设计的见解和体会； 4. 主要参考书目。 六．时间安排 第一周 钢的普通热处理工艺设计 第二周 钢的化学热处理工艺设计、表面热处理工艺设计、特种热处理工艺设计、铸铁热处理工艺设计和有色金属材料热处理工艺设计，任选其一。 第三周 周一~周三 撰写设计说明书 周四~周五 答辩 七. 热处理工艺课程设计说明书字数、装订顺序及格式要求 1. 字数要求：课程设计说明书要求字数不少于3000字。 2.装订顺序及格式要求：用A4纸打印，左侧装订。