20CrMnMo齿轮热处理
目 录
1 绪 1
11 热处理工艺课程设计目 1
12 课程设计务 1
13 热处理工艺设计方法 1
2 热处理工艺课程设计容步骤 1
21 课题工件简图 1
22 技术求： 2
23 特点 2
24 适范围 2
25 齿轮性求选20CrMnMo 2
26 化学成分作 3
27 20CrMnMo钢淬透性曲线 4
28 淬透性 5
29 渗碳热处理工艺规范 5
210 钢等温转变连续冷转变 5
3 热处理工艺方案参数述 6
31 热处理工艺流程 6
32 热处理工艺方案证 6
321 20CrMnMo处理温度冷方式 6
322 热处理方案制定 6
33 热处理方案 6
331 正火 7
332 正火工艺曲线 7
333 正火冷 8
34 20CrMnMo渗碳工艺 8
341 渗碳目 8
342 渗碳程 8
35 20CrMnMo淬火工艺 9
351 渗碳次重新加热淬火目 9
352 淬火事项 9
36 低温回火工艺 10
361 回火目 10
362 回火温度 11
363 加热介质 11
364 保温时间 11
365 回火工艺曲线 11
366 冷方式 12
4 总热处理工艺曲线 12
41 热处理总工艺曲线 12
42 选择加热设备 12
421 装置选择：井式电阻炉 12
422井式炉示意图 13
431 井式气体渗碳炉型号规格技术数 13
5 工装图 14
51 工装图装件 14
6 工序质量检验 15
7 热处理工艺程中常见缺陷分析 15
71 常见淬火防护措施 15
72 常见渗碳缺陷防护措施 16
8 心体会 17
9 参考文献 17
20CrMnMo齿轮热处理工艺设计
1 绪
11 热处理工艺课程设计目
热处理工艺课程设计高等工业学校金属材料工程专业次专业课设计练热处理原理工艺课程教学环节目：
（1）培养学生综合运学热处理课程知识解决工程问题力学知识巩固发展
（2）学热处理工艺设计般方法热处理设备选装夹具设计等
（3）进行热处理设计基技训练计算工艺图绘制学设计资料手册标准规范
课程设计求综合运学知识 解决生产实践中热处理文艺包括工艺设计中细节问题设备选选该设备温度调节求设计工艺流程需翻阅量文献灵活运书籍中资料精简知识精描绘完整体现出蹴
12 课程设计务
进行零件加工路线中关热处理工序热处理辅助工序设计根零件技术求选定实现技术求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选定装夹具作出热处理工艺卡写出设计说明书说明书中求热处理工序工艺参数选择热处理显微组织作出说明
13 热处理工艺设计方法
热处理工艺佳方案够保证达根零件性产品设计者提出热处理技术求基础设计种高质量低成低耗清洁高效精确热处理工艺方法通综合济技术分析确定佳热处理工艺方案编写热处理工序操作守
2 热处理工艺课程设计容步骤
21 课题工件简图
课题工件简图图21
图21 工件示意图（单位：mm）
材料：20CrMnMo
22 技术求：
1 齿面硬度高具强抗点蚀耐磨损性心部具韧性表面硬化产生残余应力提高齿根强度半齿面硬度范围56～63HRC
2 简流程：料锻造正火粗加工渗碳淬火低温回火精磨成品
23 特点
1 加工性
2 热处理畸变较热处理应磨齿获高精度
24 适范围
广泛求承载力高抗击性精度高体积中型齿轮出应汽车变速器分动箱起动机驱动桥类齿轮拖拉机动力传送装置类齿轮20CrMnMo性20CrMnTi性相较硬
25 齿轮性求选20CrMnMo
保证齿轮正常工作齿轮应具备性
1 高弯曲疲劳强度接触疲劳强材料身性外齿轮表面强化处理实现
2 齿面具高硬度耐磨性防止黏着磨损应力磨损耐磨性提高提高表面硬度降低摩擦数实现
3 齿轮心部具足够强度韧性提高承载力
常渗碳钢20CrMnMo20CrMnTi次设计20CrMnMo20CrMnMo淬火温度850℃需次冷方式20CrMnTi样采油冷般制造雨300mm高速中载受击磨损重零件适拖拉机变速箱齿轮离合器轴车辆动轴某方面优20CrMnTi
表21 20CrMnMo化学成分[1]
C
Si
Mn
Cr
Mo
PS
Ni
C
017～023
017～037
090～120
110～140
020～030
≤0035
≤030
≤030
26 化学成分作
铬（Cr影响）
铬碳化物形成元素显著提高强度硬度耐磨性时降低塑性韧性阻止晶粒长增加钢淬透性降低钢界冷速度钢热处理时退火正火淬火加热温度提高油中便淬硬降低钢马氏体点增加钢残余奥氏体量钢奥氏体稳定区域变700500℃400250℃提高钢硬度强度增加钢高温回火时强度降低抗力
钼（Mo影响）
提高钢淬透性热强性二次硬化作降低回火脆性
锰（Mn）
降低钢Ac1Ac3钢热处理时温度降低增加奥氏体稳定性降低钢界冷速度参奥氏体量增加减少钢淬火时变形增加钢强度硬度钢回火脆性晶粒长作增
表22 20CrMnMo热处理基参数[2]
界温度
Ac1
Ac3
Ar1
Ar3
Ms
温度℃
710
830
620
740
20CrMnMo属亚析钢缓慢冷室温组织铁素体+珠光体钢分类20CrMnMo钢属高级渗碳结构钢加工加热性良强度塑性韧性较高热倾回火脆性做渗碳钢作调质钢渗碳淬火具较高抗弯强度耐磨性磨削时容易产生裂纹淬火低温挥霍具良综合力学性低温击性20CrMnMo钢采低温回火表面获6065HRC高硬度
20CrMnMo含碳量02属低碳钢渗碳时保证碳元素正常渗入钢中合金元素Cr14Mn12Mo03加工时20CrMnMo进行表面渗碳处理渗碳淬火表面高谈马氏体具较高耐磨性
27 20CrMnMo钢淬透性曲线
图22 20CrMnMo钢淬透性曲线
图22 钢淬透性曲线[3]
28 淬透性
淬透性：淬透性着淬火温度提高增加温度升高奥氏体晶粒尺寸增淬透性提高果温度高奥氏体晶粒粗淬火会产生开裂者变形
29 渗碳热处理工艺规范
表23 渗碳热处理工艺规范[3]
渗碳℃
淬火温度℃
淬火冷℃
回火温度℃
回火冷
920～940
炉降温830～850
油冷
180～200
空冷
210 钢等温转变连续冷转变
图23 钢等温转变图连续冷转变
图23 钢等温转变连续冷转变[3]
3 热处理工艺方案参数述
31 热处理工艺流程
简流程：料锻造正火粗加工渗碳淬火低温回火精磨成品
32 热处理工艺方案证
321 20CrMnMo处理温度冷方式
表31 20CrMnMo处理温度冷方式[4]
正火
渗碳
870±10℃
925±10℃
35min
25h
空冷
空冷
低温回火
160±10℃
05h
空冷
322 热处理方案制定
20CrMnMo钢热加工必须预备热处理降低硬度消热加工时造成组织缺陷细化晶粒改善组织终热处理做准备20CrMnMo钢言正火细化晶粒组织均匀化消切削加工组织樱花现象应力接着进行渗碳淬火高强度高硬度高抗弯强度耐磨性满足加工齿轮求
渗碳仅表面层含碳量提高07～105达表层高硬度耐磨求渗碳需淬火低温回火工件表层具高硬变耐磨性渗碳目提高工件表面碳浓度便淬火达提高表面硬度耐磨性目渗碳淬火加低温回火达表层高硬度热处理方式淬火低温回火表层回火马氏体组织耐磨性达较高水淬火目提高硬度淬火量马氏体组织高硬度回火马氏体二次分解形成索氏体便良机械性
33 热处理方案
331 正火
1正火目
①正火细化晶粒组织均匀化
②消切削加工组织硬化现象应力
③消析钢中网状硬化物热处理做组织准备
2加热温度
加热温度870±10℃ 20CrMnMo亚析钢钢中含碳化物形成元素合金中难溶特殊碳化物溶入奥氏体中奥氏体合金化程度增高正火加热温度Ac330～50℃20CrMnMo含碳量020Ac3830℃钢件加热温度确定870℃
3加热方式
采温加热方法指炉温加热指定温度时工件装进热处理炉进行加热原加热速度快节约时间
保温时间保温时间系数×效尺寸保温时间τ表示合金钢保温时间系数α（mmmin） 保温时间保温时间系数×装炉修正系数×工件厚度工件加热保温时间加热介质材料成分炉温工件形状装炉量装炉量等素关般验公式计算保温时间：保温时间保温时间系数×装炉系数×工件效厚度合金结构钢选择750~900℃井式电阻炉加热保温时间系数α选15装炉系数K般选择14工件效厚度D(10*3)／215mm
τα×K×D15×14×15315min取35min
332 正火工艺曲线
图31 正火工艺曲线
图31 正火工艺曲线
333 正火冷
⑴冷方式采出炉空冷⑵冷介质空气⑶正火组织产生细珠光体
34 20CrMnMo渗碳工艺
341 渗碳目
渗碳具体方法工件置入具活性渗碳介质中加热900950℃单相奥氏体区保温足够时间渗碳介质中分解出活性碳原子渗入钢件表层获表层高碳心部保持原成分 相似低温渗氮处理金属材料常见种热处理工艺渗碳工件表面获高硬度提高耐磨程度
渗碳方面提高钢件机械性提高钢件硬度耐磨性降低击性断裂韧性(击韧性断裂性着表面碳含量越高碳层越深降低越)事提高疲劳强度采炉滴注式气体渗碳高温甲醇裂解产物H2OCO2等CH4[C]氧化炉气成分碳势保持定范围
渗碳温度目前生产广泛温度920940℃通常渗碳温度选择根渗层深度确定根次材料途决定渗层深度0912渗碳温度925±10℃
342 渗碳程
1保温时间
采渗碳介质煤油渗碳保温时间25时
公式：
δ(mm)：渗碳层深度K：渗碳温度关系数925℃时K0633t(min)：渗碳保温时间计算选渗碳时间t（09063）×（09063）201h≈25h
2冷方法
空冷
3渗碳组织
表面碳化物+珠光体心部珠光体
420CrMnMo钢渗碳工艺曲线
图32 20CrMnMo钢渗工艺曲线
温度 925℃
30min 1h 2h
850℃
排气 强渗 降温 保温
图32 钢渗碳工艺曲线
5渗碳组织性分析
降低渗碳温度具节降耗减工件变形减材料晶粒粗化倾细化组织等优点渗碳层硬度梯度趋缓
35 20CrMnMo淬火工艺
351 渗碳次重新加热淬火目
提高硬度耐磨性刃具量具模具等
提高强韧性提高耐腐蚀性耐热性
352 淬火事项
1淬火温度
840±10℃亚析钢加热温度选AC3+（3050℃）样保证充分奥氏体化保持奥氏体晶粒细
2保温时间
淬火加热时间包括升温保温时间两时间段升温时间包括想变重结晶时间保温时间实际考虑碳化物溶解奥氏体成分均匀化需时间
公式：t×K×D
t保温时间（min）a：钢介质中加热时保温系数（min／mm）(里取12)k：零件装炉调整系数（13）D：零件效厚度（15mm）次保温时间 t234min时间05h
3淬火组织
表面高碳马氏体+碳化物+残余奥氏体
心部低碳马氏体+残余奥氏体
4淬火工艺曲线
图33淬火工艺曲线
图33 淬火工艺曲线
5淬火程中组织转变分析
正常加热冷：工件加热860℃珠光体转变奥氏体保温时组织变晶粒细化出炉油冷室温获马氏体少量残余奥氏体具高耐磨性硬度
36 低温回火工艺
361 回火目
回火淬火零件加热A1某温度保温定时间适形式冷室温热处理工艺
回火目零件高硬度耐磨性消淬火应力脆性改善零件淬火韧性组织稳定性降低消淬火引起残余应力淬火马氏体残余奥氏体稳定组织工件中会发生分解导致工件尺寸精确某碳含量较高钢制型零件复杂零件甚淬火等回火期间发生突然爆裂说淬火零件回火投入时危险允许
渗碳碳氮渗淬火零件般进行低温回火处理低温回火时马氏体发生分解回火马氏体淬火应力部分消淬火时产微纹部分愈合低温回火少降低硬度时钢韧性明显提高
362 回火温度
回火加热温度选择160±10℃
：低温回火时马氏体发生分解析出碳化物成马氏体淬火应力部分消淬火时产生微纹部分愈合低温回火少降低硬度时钢韧性明显提高通常渗碳渗氮零件回火温度﹤180℃
363 加热介质
加热介质：空气
364 保温时间
保温时间15h
确定回火保温时间般做法根工件截面厚度定般25mm厚度保温12h温度高酌情缩短
回火保温时间般13时
365 回火工艺曲线
回火工艺曲线 图34示
图34 回火工艺曲线
366 冷方式
冷方式：出炉空冷
4 总热处理工艺曲线
41 热处理总工艺曲线
图41 热处理总工艺曲线
图41 热处理总工艺曲线
42 选择加热设备
421 装置选择：井式电阻炉
表41 RJ3759井式电阻炉产品规格技术参数[5]
型号
功率kw
电压V
相数
额定温度℃
炉膛尺寸（直径深度）mmmm
炉温850℃时指标
空炉损耗功率kw
空炉升温时间h
装载量kg
RJ2409
40
380
3
950
600×800
9
25
350
材料20CrMnMo正火温度870℃左右考虑中温炉中温测量时较准确选中温井式炉
422 井式炉示意图
图42 井式炉示意图
图42 井式炉示意图[6]
43 井式渗碳炉
渗碳炉新型节周期作业式热处理电炉供钢制零件进行气体渗碳选超轻质节卢琛材料先进体化水冷炉密封风机渗碳炉炉温均匀升温快保温工件渗碳速度加快渗碳气氛均匀渗层均匀炉压提高时泄漏提高生产效率渗碳质量
431 井式气体渗碳炉型号规格技术数
表42 RQ3759 950℃井式气体渗碳炉型号规格技术数[7]
额定功率KW
额定电压V
额定温度℃
加热区数
电热原件接法
工作空间尺寸（直径×深）
空炉升温时间h
空炉损耗功率KW
装载量
75
380
950
1
Y
450×900
≦25
≦14
≦220
44 井式气体渗碳炉
图43 井式气体渗碳炉
图 43井式气体渗碳炉[8]
1—渗碳工件 2—耐热罐 3—加热元件 4—风扇 5—液体渗碳剂 6—废气 7—沙封
5 工装图
51 工装图装件
图51工装图
图51 工装图
52 装件
底面圆盘中中间两圆盘通孔干整工装筐底盘中间支撑轴工件固定杆组成时工装筐置齿轮水套进工件固定杆工件固定杆间距离固定防止工件工件间相互接触磨损导致淬火均匀工件间摆放位置井然序节省空间量提升空间利率中间轴设计弯钩方便勾吊 装炉量：16*696
6 工序质量检验
检查轴外观表面渗层深度硬度金相组织否达设计求
1 外观：表面损伤烧伤眼中腐蚀等缺陷测量工具测量显微镜表面否裂纹
2 渗层深度检测断试样磨光腐蚀
3 硬度检测6065HRC洛氏硬度计硬度
4 金相组织：马氏体残余奥氏体少量条状碳化物采重载齿轮渗碳金相检验评定
5 工件变形检验：根图样技术检验工件挠曲变形尺寸形状变化
7 热处理工艺程中常见缺陷分析
71 常见淬火防护措施
表71 淬火缺陷产生原预防措施[9]
缺陷
产生原
预防措施
硬度 足
①亚析刚加热足未溶铁素体
②冷速度够
③淬火介质中停留时间够
④氧化脱碳导致淬火硬度降低
①正确选择严格控制加热温度保留时间炉温均匀性
②合理选择淬火介质控制淬火介质温度超高温度定期检查更换淬火介质
③正确控制淬火介质中停留时间
④采取防氧化脱碳措施采线加热温度600℃左右预热然加热淬火温度缩短高温加热时间
72 常见渗碳缺陷防护措施
表72 常见渗碳缺陷原防止措施[10]
常见缺陷
产生原
防止方法
表面碳质量分数低
1 炉温低
2 渗剂滴量少
3 炉子漏气
4 工件表面干净
1校检仪表调整温度
2工艺规范调整滴量
3检查炉子密封性
4清理工件表面补渗
渗层深度够
1 保温时间够
2 表面碳质量分数低
1 适延长保温时间
2 正常渗剂滴量补渗
渗层均匀
1炉温均匀
2零件表面清洁锈点油污
1合理装炉量工件间间隙均匀
2装炉前严格清洗零件表面
碳化物出现网状分布
1淬火温度低保温时间够
2淬火冷程慢
渗层表面浓度高
1适提高淬火温度采两次淬火
2冷操作迅速正确
3降低渗剂活性严格控制碳势
淬火变形
1淬火方式错误
2淬火冷速度
3淬火加热温度高
1制定正确淬火方式严格操作流程进行
2选择合适淬火介质
3选择正确淬火加热温度
表面贫碳脱碳
1炉气氛碳势低
2高温出炉空气中缓冷时氧化脱碳
1碳势较高渗碳介质中进行补碳
2脱碳层002mm采磨喷丸等方法补救
8 心体会
通3周课程设计学3周中仅见识热处理项工艺严谨性检验学知识培养角度思考件事情然动脑完成件事情十分享受程什动手学互相探讨相互学
通次课程设计方面提高课程理知识实际操作领掌握许前懂计算机知识绘图力熟悉规范标准事解科相关知识认清认识足发现前搞懂更加清晰呈现眼前学更加动力事岗位更信心热处理门技术含量发展潜力技术门技术发展年然高魅力设计力限设计中难免出现错误恳请老师指点
谢谢老师次机会锻炼辛苦选课
9 参考文献
[1]杨满 实热处理技术手册机械工业出版社2010：100—110
[2]胡光立钢铁热处理实技术化学工业学出版社2008年：155—200
[3]颂赞张静江陈质钢铁金相图谱海科技文献出版社2003年6
[4]热处理工艺手册编写组热处理手册14机械工业出版社1982年12
[5]叶宏金属热处理原理工艺[M]北京：化学工业出版社20116：137138
[6]齿轮热处理手册陈保华热处理机械工业出版社
[7]范逸明简明金属热处理手册国防工业出版社2006年3月
[8]樊东黎徐跃明杨满 热处理技术数手册机械工业出版社2006：158—187
[9]叶宏金属热处理原理工艺[M]北京：化学工业出版社20116：137138
[10]李国斌热处理工艺规范数手册北京：化学工业出版社201298585
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目 录
1 绪 1
11 热处理工艺课程设计目 1
12 课程设计务 1
13 热处理工艺设计方法 1
2 热处理工艺课程设计容步骤 1
21 课题工件简图 1
22 技术求： 2
23 特点 2
24 适范围 2
25 齿轮性求选20CrMnMo 2
26 化学成分作 3
27 20CrMnMo钢淬透性曲线 4
28 淬透性 5
29 渗碳热处理工艺规范 5
210 钢等温转变连续冷转变 5
3 热处理工艺方案参数述 6
31 热处理工艺流程 6
32 热处理工艺方案证 6
321 20CrMnMo处理温度冷方式 6
322 热处理方案制定 6
33 热处理方案 6
331 正火 7
332 正火工艺曲线 7
333 正火冷 8
34 20CrMnMo渗碳工艺 8
341 渗碳目 8
342 渗碳程 8
35 20CrMnMo淬火工艺 9
351 渗碳次重新加热淬火目 9
352 淬火事项 9
36 低温回火工艺 10
361 回火目 10
362 回火温度 11
363 加热介质 11
364 保温时间 11
365 回火工艺曲线 11
366 冷方式 12
4 总热处理工艺曲线 12
41 热处理总工艺曲线 12
42 选择加热设备 12
421 装置选择：井式电阻炉 12
422井式炉示意图 13
431 井式气体渗碳炉型号规格技术数 13
5 工装图 14
51 工装图装件 14
6 工序质量检验 15
7 热处理工艺程中常见缺陷分析 15
71 常见淬火防护措施 15
72 常见渗碳缺陷防护措施 16
8 心体会 17
9 参考文献 17
20CrMnMo齿轮热处理工艺设计
1 绪
11 热处理工艺课程设计目
热处理工艺课程设计高等工业学校金属材料工程专业次专业课设计练热处理原理工艺课程教学环节目：
（1）培养学生综合运学热处理课程知识解决工程问题力学知识巩固发展
（2）学热处理工艺设计般方法热处理设备选装夹具设计等
（3）进行热处理设计基技训练计算工艺图绘制学设计资料手册标准规范
课程设计求综合运学知识 解决生产实践中热处理文艺包括工艺设计中细节问题设备选选该设备温度调节求设计工艺流程需翻阅量文献灵活运书籍中资料精简知识精描绘完整体现出蹴
12 课程设计务
进行零件加工路线中关热处理工序热处理辅助工序设计根零件技术求选定实现技术求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选定装夹具作出热处理工艺卡写出设计说明书说明书中求热处理工序工艺参数选择热处理显微组织作出说明
13 热处理工艺设计方法
热处理工艺佳方案够保证达根零件性产品设计者提出热处理技术求基础设计种高质量低成低耗清洁高效精确热处理工艺方法通综合济技术分析确定佳热处理工艺方案编写热处理工序操作守
2 热处理工艺课程设计容步骤
21 课题工件简图
课题工件简图图21
图21 工件示意图（单位：mm）
材料：20CrMnMo
22 技术求：
1 齿面硬度高具强抗点蚀耐磨损性心部具韧性表面硬化产生残余应力提高齿根强度半齿面硬度范围56～63HRC
2 简流程：料锻造正火粗加工渗碳淬火低温回火精磨成品
23 特点
1 加工性
2 热处理畸变较热处理应磨齿获高精度
24 适范围
广泛求承载力高抗击性精度高体积中型齿轮出应汽车变速器分动箱起动机驱动桥类齿轮拖拉机动力传送装置类齿轮20CrMnMo性20CrMnTi性相较硬
25 齿轮性求选20CrMnMo
保证齿轮正常工作齿轮应具备性
1 高弯曲疲劳强度接触疲劳强材料身性外齿轮表面强化处理实现
2 齿面具高硬度耐磨性防止黏着磨损应力磨损耐磨性提高提高表面硬度降低摩擦数实现
3 齿轮心部具足够强度韧性提高承载力
常渗碳钢20CrMnMo20CrMnTi次设计20CrMnMo20CrMnMo淬火温度850℃需次冷方式20CrMnTi样采油冷般制造雨300mm高速中载受击磨损重零件适拖拉机变速箱齿轮离合器轴车辆动轴某方面优20CrMnTi
表21 20CrMnMo化学成分[1]
C
Si
Mn
Cr
Mo
PS
Ni
C
017～023
017～037
090～120
110～140
020～030
≤0035
≤030
≤030
26 化学成分作
铬（Cr影响）
铬碳化物形成元素显著提高强度硬度耐磨性时降低塑性韧性阻止晶粒长增加钢淬透性降低钢界冷速度钢热处理时退火正火淬火加热温度提高油中便淬硬降低钢马氏体点增加钢残余奥氏体量钢奥氏体稳定区域变700500℃400250℃提高钢硬度强度增加钢高温回火时强度降低抗力
钼（Mo影响）
提高钢淬透性热强性二次硬化作降低回火脆性
锰（Mn）
降低钢Ac1Ac3钢热处理时温度降低增加奥氏体稳定性降低钢界冷速度参奥氏体量增加减少钢淬火时变形增加钢强度硬度钢回火脆性晶粒长作增
表22 20CrMnMo热处理基参数[2]
界温度
Ac1
Ac3
Ar1
Ar3
Ms
温度℃
710
830
620
740
20CrMnMo属亚析钢缓慢冷室温组织铁素体+珠光体钢分类20CrMnMo钢属高级渗碳结构钢加工加热性良强度塑性韧性较高热倾回火脆性做渗碳钢作调质钢渗碳淬火具较高抗弯强度耐磨性磨削时容易产生裂纹淬火低温挥霍具良综合力学性低温击性20CrMnMo钢采低温回火表面获6065HRC高硬度
20CrMnMo含碳量02属低碳钢渗碳时保证碳元素正常渗入钢中合金元素Cr14Mn12Mo03加工时20CrMnMo进行表面渗碳处理渗碳淬火表面高谈马氏体具较高耐磨性
27 20CrMnMo钢淬透性曲线
图22 20CrMnMo钢淬透性曲线
图22 钢淬透性曲线[3]
28 淬透性
淬透性：淬透性着淬火温度提高增加温度升高奥氏体晶粒尺寸增淬透性提高果温度高奥氏体晶粒粗淬火会产生开裂者变形
29 渗碳热处理工艺规范
表23 渗碳热处理工艺规范[3]
渗碳℃
淬火温度℃
淬火冷℃
回火温度℃
回火冷
920～940
炉降温830～850
油冷
180～200
空冷
210 钢等温转变连续冷转变
图23 钢等温转变图连续冷转变
图23 钢等温转变连续冷转变[3]
3 热处理工艺方案参数述
31 热处理工艺流程
简流程：料锻造正火粗加工渗碳淬火低温回火精磨成品
32 热处理工艺方案证
321 20CrMnMo处理温度冷方式
表31 20CrMnMo处理温度冷方式[4]
正火
渗碳
870±10℃
925±10℃
35min
25h
空冷
空冷
低温回火
160±10℃
05h
空冷
322 热处理方案制定
20CrMnMo钢热加工必须预备热处理降低硬度消热加工时造成组织缺陷细化晶粒改善组织终热处理做准备20CrMnMo钢言正火细化晶粒组织均匀化消切削加工组织樱花现象应力接着进行渗碳淬火高强度高硬度高抗弯强度耐磨性满足加工齿轮求
渗碳仅表面层含碳量提高07～105达表层高硬度耐磨求渗碳需淬火低温回火工件表层具高硬变耐磨性渗碳目提高工件表面碳浓度便淬火达提高表面硬度耐磨性目渗碳淬火加低温回火达表层高硬度热处理方式淬火低温回火表层回火马氏体组织耐磨性达较高水淬火目提高硬度淬火量马氏体组织高硬度回火马氏体二次分解形成索氏体便良机械性
33 热处理方案
331 正火
1正火目
①正火细化晶粒组织均匀化
②消切削加工组织硬化现象应力
③消析钢中网状硬化物热处理做组织准备
2加热温度
加热温度870±10℃ 20CrMnMo亚析钢钢中含碳化物形成元素合金中难溶特殊碳化物溶入奥氏体中奥氏体合金化程度增高正火加热温度Ac330～50℃20CrMnMo含碳量020Ac3830℃钢件加热温度确定870℃
3加热方式
采温加热方法指炉温加热指定温度时工件装进热处理炉进行加热原加热速度快节约时间
保温时间保温时间系数×效尺寸保温时间τ表示合金钢保温时间系数α（mmmin） 保温时间保温时间系数×装炉修正系数×工件厚度工件加热保温时间加热介质材料成分炉温工件形状装炉量装炉量等素关般验公式计算保温时间：保温时间保温时间系数×装炉系数×工件效厚度合金结构钢选择750~900℃井式电阻炉加热保温时间系数α选15装炉系数K般选择14工件效厚度D(10*3)／215mm
τα×K×D15×14×15315min取35min
332 正火工艺曲线
图31 正火工艺曲线
图31 正火工艺曲线
333 正火冷
⑴冷方式采出炉空冷⑵冷介质空气⑶正火组织产生细珠光体
34 20CrMnMo渗碳工艺
341 渗碳目
渗碳具体方法工件置入具活性渗碳介质中加热900950℃单相奥氏体区保温足够时间渗碳介质中分解出活性碳原子渗入钢件表层获表层高碳心部保持原成分 相似低温渗氮处理金属材料常见种热处理工艺渗碳工件表面获高硬度提高耐磨程度
渗碳方面提高钢件机械性提高钢件硬度耐磨性降低击性断裂韧性(击韧性断裂性着表面碳含量越高碳层越深降低越)事提高疲劳强度采炉滴注式气体渗碳高温甲醇裂解产物H2OCO2等CH4[C]氧化炉气成分碳势保持定范围
渗碳温度目前生产广泛温度920940℃通常渗碳温度选择根渗层深度确定根次材料途决定渗层深度0912渗碳温度925±10℃
342 渗碳程
1保温时间
采渗碳介质煤油渗碳保温时间25时
公式：
δ(mm)：渗碳层深度K：渗碳温度关系数925℃时K0633t(min)：渗碳保温时间计算选渗碳时间t（09063）×（09063）201h≈25h
2冷方法
空冷
3渗碳组织
表面碳化物+珠光体心部珠光体
420CrMnMo钢渗碳工艺曲线
图32 20CrMnMo钢渗工艺曲线
温度 925℃
30min 1h 2h
850℃
排气 强渗 降温 保温
图32 钢渗碳工艺曲线
5渗碳组织性分析
降低渗碳温度具节降耗减工件变形减材料晶粒粗化倾细化组织等优点渗碳层硬度梯度趋缓
35 20CrMnMo淬火工艺
351 渗碳次重新加热淬火目
提高硬度耐磨性刃具量具模具等
提高强韧性提高耐腐蚀性耐热性
352 淬火事项
1淬火温度
840±10℃亚析钢加热温度选AC3+（3050℃）样保证充分奥氏体化保持奥氏体晶粒细
2保温时间
淬火加热时间包括升温保温时间两时间段升温时间包括想变重结晶时间保温时间实际考虑碳化物溶解奥氏体成分均匀化需时间
公式：t×K×D
t保温时间（min）a：钢介质中加热时保温系数（min／mm）(里取12)k：零件装炉调整系数（13）D：零件效厚度（15mm）次保温时间 t234min时间05h
3淬火组织
表面高碳马氏体+碳化物+残余奥氏体
心部低碳马氏体+残余奥氏体
4淬火工艺曲线
图33淬火工艺曲线
图33 淬火工艺曲线
5淬火程中组织转变分析
正常加热冷：工件加热860℃珠光体转变奥氏体保温时组织变晶粒细化出炉油冷室温获马氏体少量残余奥氏体具高耐磨性硬度
36 低温回火工艺
361 回火目
回火淬火零件加热A1某温度保温定时间适形式冷室温热处理工艺
回火目零件高硬度耐磨性消淬火应力脆性改善零件淬火韧性组织稳定性降低消淬火引起残余应力淬火马氏体残余奥氏体稳定组织工件中会发生分解导致工件尺寸精确某碳含量较高钢制型零件复杂零件甚淬火等回火期间发生突然爆裂说淬火零件回火投入时危险允许
渗碳碳氮渗淬火零件般进行低温回火处理低温回火时马氏体发生分解回火马氏体淬火应力部分消淬火时产微纹部分愈合低温回火少降低硬度时钢韧性明显提高
362 回火温度
回火加热温度选择160±10℃
：低温回火时马氏体发生分解析出碳化物成马氏体淬火应力部分消淬火时产生微纹部分愈合低温回火少降低硬度时钢韧性明显提高通常渗碳渗氮零件回火温度﹤180℃
363 加热介质
加热介质：空气
364 保温时间
保温时间15h
确定回火保温时间般做法根工件截面厚度定般25mm厚度保温12h温度高酌情缩短
回火保温时间般13时
365 回火工艺曲线
回火工艺曲线 图34示
图34 回火工艺曲线
366 冷方式
冷方式：出炉空冷
4 总热处理工艺曲线
41 热处理总工艺曲线
图41 热处理总工艺曲线
图41 热处理总工艺曲线
42 选择加热设备
421 装置选择：井式电阻炉
表41 RJ3759井式电阻炉产品规格技术参数[5]
型号
功率kw
电压V
相数
额定温度℃
炉膛尺寸（直径深度）mmmm
炉温850℃时指标
空炉损耗功率kw
空炉升温时间h
装载量kg
RJ2409
40
380
3
950
600×800
9
25
350
材料20CrMnMo正火温度870℃左右考虑中温炉中温测量时较准确选中温井式炉
422 井式炉示意图
图42 井式炉示意图
图42 井式炉示意图[6]
43 井式渗碳炉
渗碳炉新型节周期作业式热处理电炉供钢制零件进行气体渗碳选超轻质节卢琛材料先进体化水冷炉密封风机渗碳炉炉温均匀升温快保温工件渗碳速度加快渗碳气氛均匀渗层均匀炉压提高时泄漏提高生产效率渗碳质量
431 井式气体渗碳炉型号规格技术数
表42 RQ3759 950℃井式气体渗碳炉型号规格技术数[7]
额定功率KW
额定电压V
额定温度℃
加热区数
电热原件接法
工作空间尺寸（直径×深）
空炉升温时间h
空炉损耗功率KW
装载量
75
380
950
1
Y
450×900
≦25
≦14
≦220
44 井式气体渗碳炉
图43 井式气体渗碳炉
图 43井式气体渗碳炉[8]
1—渗碳工件 2—耐热罐 3—加热元件 4—风扇 5—液体渗碳剂 6—废气 7—沙封
5 工装图
51 工装图装件
图51工装图
图51 工装图
52 装件
底面圆盘中中间两圆盘通孔干整工装筐底盘中间支撑轴工件固定杆组成时工装筐置齿轮水套进工件固定杆工件固定杆间距离固定防止工件工件间相互接触磨损导致淬火均匀工件间摆放位置井然序节省空间量提升空间利率中间轴设计弯钩方便勾吊 装炉量：16*696
6 工序质量检验
检查轴外观表面渗层深度硬度金相组织否达设计求
1 外观：表面损伤烧伤眼中腐蚀等缺陷测量工具测量显微镜表面否裂纹
2 渗层深度检测断试样磨光腐蚀
3 硬度检测6065HRC洛氏硬度计硬度
4 金相组织：马氏体残余奥氏体少量条状碳化物采重载齿轮渗碳金相检验评定
5 工件变形检验：根图样技术检验工件挠曲变形尺寸形状变化
7 热处理工艺程中常见缺陷分析
71 常见淬火防护措施
表71 淬火缺陷产生原预防措施[9]
缺陷
产生原
预防措施
硬度 足
①亚析刚加热足未溶铁素体
②冷速度够
③淬火介质中停留时间够
④氧化脱碳导致淬火硬度降低
①正确选择严格控制加热温度保留时间炉温均匀性
②合理选择淬火介质控制淬火介质温度超高温度定期检查更换淬火介质
③正确控制淬火介质中停留时间
④采取防氧化脱碳措施采线加热温度600℃左右预热然加热淬火温度缩短高温加热时间
72 常见渗碳缺陷防护措施
表72 常见渗碳缺陷原防止措施[10]
常见缺陷
产生原
防止方法
表面碳质量分数低
1 炉温低
2 渗剂滴量少
3 炉子漏气
4 工件表面干净
1校检仪表调整温度
2工艺规范调整滴量
3检查炉子密封性
4清理工件表面补渗
渗层深度够
1 保温时间够
2 表面碳质量分数低
1 适延长保温时间
2 正常渗剂滴量补渗
渗层均匀
1炉温均匀
2零件表面清洁锈点油污
1合理装炉量工件间间隙均匀
2装炉前严格清洗零件表面
碳化物出现网状分布
1淬火温度低保温时间够
2淬火冷程慢
渗层表面浓度高
1适提高淬火温度采两次淬火
2冷操作迅速正确
3降低渗剂活性严格控制碳势
淬火变形
1淬火方式错误
2淬火冷速度
3淬火加热温度高
1制定正确淬火方式严格操作流程进行
2选择合适淬火介质
3选择正确淬火加热温度
表面贫碳脱碳
1炉气氛碳势低
2高温出炉空气中缓冷时氧化脱碳
1碳势较高渗碳介质中进行补碳
2脱碳层002mm采磨喷丸等方法补救
8 心体会
通3周课程设计学3周中仅见识热处理项工艺严谨性检验学知识培养角度思考件事情然动脑完成件事情十分享受程什动手学互相探讨相互学
通次课程设计方面提高课程理知识实际操作领掌握许前懂计算机知识绘图力熟悉规范标准事解科相关知识认清认识足发现前搞懂更加清晰呈现眼前学更加动力事岗位更信心热处理门技术含量发展潜力技术门技术发展年然高魅力设计力限设计中难免出现错误恳请老师指点
谢谢老师次机会锻炼辛苦选课
9 参考文献
[1]杨满 实热处理技术手册机械工业出版社2010：100—110
[2]胡光立钢铁热处理实技术化学工业学出版社2008年：155—200
[3]颂赞张静江陈质钢铁金相图谱海科技文献出版社2003年6
[4]热处理工艺手册编写组热处理手册14机械工业出版社1982年12
[5]叶宏金属热处理原理工艺[M]北京：化学工业出版社20116：137138
[6]齿轮热处理手册陈保华热处理机械工业出版社
[7]范逸明简明金属热处理手册国防工业出版社2006年3月
[8]樊东黎徐跃明杨满 热处理技术数手册机械工业出版社2006：158—187
[9]叶宏金属热处理原理工艺[M]北京：化学工业出版社20116：137138
[10]李国斌热处理工艺规范数手册北京：化学工业出版社201298585
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