1、 金属材料综合课程设计金属材料综合课程设计 -汽车变速箱齿轮汽车变速箱齿轮热处理工艺设计热处理工艺设计 2 1. 零件图零件图 图图 1 变速箱齿轮示意图变速箱齿轮示意图 3 2. 零件的零件的服役条件服役条件、性能、性能要求要求及技术指标及技术指标 齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一。 其主要作用是传 递动力，改变运动速度和方向。是主要零件。其服役条件如下： 齿轮工作时，通过齿面的接触来传递动力。两齿轮在相对运动过 程中，既有滚动，又有滑动。因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应 力和摩擦力的作用。在齿根部位受到很大的弯曲应力作用； 高速齿轮在运转过程中的过载产生振动， 承受一定的冲击力或
2、过载； 在一些特殊环境下， 受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用。 因此，齿轮的表面有高的硬度和耐磨性，高接触疲劳强度，有较 高的齿根抗弯强度，高的心部抗冲击能力。 高速高载齿轮技术要求如下： 齿表硬度：5056 HRC 渗碳层深度为： 1.01.2 mm 3. 材材料选择料选择 高速、高载、承受较大冲击载荷的齿轮，一般采用低碳合金 渗碳钢或碳氮共渗钢，工作时表面承受很大的接触疲劳应力和摩 擦力的作用，高速转动承受一定的冲击力或过载。 3.13.1 材料比较及选择材料比较及选择 齿轮常用材料有 20CrMnTi,20CrMo,20Cr,40Cr 1)1) 20CrMnTi20CrMnTi
3、4 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0.3mm。 此外还可以采取预留加工量， 或对不需要渗碳部位用紧密固定的钢套 及轴环等宝华方法。 15 d. 试样的准备 试样的材质应与工件相同。试样有两种：一种是 10mm100mm 的炉前试棒，用于确定出炉时间；另一种是与工件 形状相似的随炉试块， 与工件一起处理，用于检查渗碳层深度及金相 组织。 e. 检查渗剂的数量是否充足。 f. 应定期清理炉内炭黑，以免引起碳层不均。 工件装炉工件装炉 a. 将工件装入料框或挂在吊具上，我的方法是
4、放在我个人设计 的托盘上，然后独个的用吊车吊放在井式炉中，装吊方式要有利于减 少工件的变形。 b. 若每层放入的工件不止一个，工件相互间或工件与料框间的 间隙应大于 5mm，层与层之间也可用丝网隔开，以保证渗碳气氛的 流通，使渗碳层均匀。 c. 在每筐有代表性的位置处方一块试块。 d. 装炉重量及装料总高度硬小于设备规定的最大装载量和炉膛 有效尺寸。 e. 材质相同、渗碳层技术要求相同、渗碳后热处理方式相同的 工件，放在同一路生产。 操作过程操作过程 a. 升温装炉。将空炉升温至 600，启动风扇，在 800开始滴 入渗剂，到渗碳温度 930即可装炉（严禁在750时向炉内滴入任 何有机液体，以
5、防止低温下其滴入炉内造成爆炸） 。 16 b. 工件装炉后，肯定会导致炉温下降，此时应控制炉子的升温 速度，使工件各部分之间不产生明显的温差。20CrMnTi 钢是亚共析 钢，原始组织为铁素体+珠光体，当温度超过 Ac1线时，珠光体转变为 奥氏体， 该转变的驱动力为珠光体与奥氏体的自由焓差。 当温度超过 Ac3线时，会发生铁素体与奥氏体之间的相互转变。当奥氏体晶核在 铁素体的相界面上形成后， 就出现了奥氏体 A 与原始组织之间的新界 面：A/P、A/F。奥氏体晶核的长大时通过渗碳体的溶解、碳原子在奥 氏体中的扩散， 以及奥氏体两侧的界面向铁素体和渗碳体推移来实现 的。奥氏体的长大速率受碳的扩散
6、控制。具有面心立方晶格的 Ni、 Mn、 Cu 等元素以及 C 会扩大奥氏体相区， Cr、 Ti 会缩小奥氏体相区。 20CrMnTi 钢是本质细晶粒钢，奥氏体晶粒比较细，热处理后强度较 高，塑性、韧性也比较好。 c. 排气阶段。工件入炉后，将炉盖压紧密封。开始加热，并启 动风扇。由于炉温大幅度下降，同时还有大量的空气进入炉内，因此 本阶段的作用是要使炉温迅速恢复到规定是渗碳温度，同时，要尽快 排除进入炉内的空气， 防止工件产生氧化。 加大甲醇或煤油的滴量可 增加排气速度， 使炉内较快形成还原性气氛或渗碳性气氛。若用煤油 排气，滴量只能适当增加，因为此时炉温较低，煤油分解不完全，滴 量过大，易产生大量的炭黑。滴量的大小应根据炉子的容积来确定。 排气阶段的时间，通常是炉子达到渗碳温度后再延续 3050min，以 便完全清除炉内的 CO2、H2O、O2等氧化脱碳性气体。当滴入渗碳剂 时，应打开排气孔进行排气，将废气点燃。待炉温达到 900时，加 17 大渗碳剂的滴量， 加速排气， 至 CO2体积分数小于 0.5%是排气结束
