零件选材及其热处理工艺

零件选材及其热处理工艺零件选材及其热处理工艺 一、机床主轴一、机床主轴 1 1、工作条件及失效形式、工作条件及失效形式 主轴是机床主轴部件的关键零件之一， 主要起支承传动件和传递转矩的作用， 其工作条 件为： （1）承受交变载荷、交变弯曲载荷或拉—压载荷。 （2）局部（轴颈、花键等处）承受摩擦和磨损。 （3）特殊条件下受高温或介质作用。 主轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损， 有时也发生冲击过载断裂， 个别情况下 发生塑性变形或腐蚀失效。 2 2、性能要求、性能要求： （1）由于机床的主运动由其提供，主轴工作时的运动精度对工件加工质量将产生直接 影响，因此必须保证主轴工作时具有很高的运动精度。 （2）高的疲劳强度，以防轴疲劳断裂。 （3）优良的综合力学性能，即较高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性，以防塑性变 形及过载或冲击载荷作用下的折断和扭断。 （4）局部承受摩擦的部位具有高硬度和耐磨性，以防磨损失效。 （5）在特殊条件下工作时应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。 3 3、主轴的选材与热处理、主轴的选材与热处理 不同工作要求的机床主轴， 其性能要求是不同的， 加工工艺也是有差异的， 因此选用的 材料及相应的热处理工艺也会不同． 3.13.1 普通机床主轴的选材与热处理工艺普通机床主轴的选材与热处理工艺 普通机床往往用于一般精度要求的工件加工． 机床主轴通常采用滚动轴承支承， 直接影 响主轴回转工作精度的轴颈没有直接的运动磨损． 因此， 针对主轴工作时承受交变载荷的受 力特性，一般选用综合机械性能较好的材料． 同时，作为提供机床主运动的基准件，主轴的 几何质量好坏直接影响机床主运动的精度， 因此通常对普通机床主轴关键表面的几何质量提出下列要求 ： 1) 轴颈的直径精度为IT6，圆度、圆柱度应限制在直径公差之内； 2) 配合轴颈 (装配传动件的轴颈 )相对支承轴颈 (装配轴承的轴颈 )的径向圆跳动为 0．01～0．03 mm，端面圆跳动为0.005～0.010mm； 3) 支承轴颈的表面粗糙度为Ra0．63～0．16µm，配合轴颈为Ra2.5—0.63µm． 从几何精度要求和经济性两方面考虑， 主轴的加工一般采用车削基础上的磨削工艺来实 现，可见，主轴用材必须同时具有良好的车削工艺性和磨削工艺性． 3.1.13.1.1 主轴选材主轴选材 依据主轴的工作环境和工作要求，普通机床主轴材料通常选用下列3类： 1) 中碳结构钢：常用牌号45，50，55结构钢； 2) 中碳合金钢：常用牌号40Cr，50Cr合金钢； 3) 锰钢：常用牌号65Mn合金钢． 3.1.23.1.2 热处理工艺热处理工艺 一般首先采用整体表面淬火或整体调质后主轴头部内外锥、 主轴颈及花键表面淬火， 然 后进行低温回火的常规热处理工艺根据需要， 硬度一般可控制在42—47HRC， 45—50HRC或48 —53HRC等3种状态． 在工程实际中， 有时为得到较好的耐磨性， 应提高表面硬度， 通常选用含碳量较高的50。 ， 55，50Cr，65Mn等结构钢，其淬火后低温回火的硬度可达52—57HRC。 3.23.2 精密机床主轴的选材及热处理工艺精密机床主轴的选材及热处理工艺 在精密机床上加工的工件精度要求很高， 因此精密机床主轴的工作精度要求就更高． 为 提高机床的使用效率和降低使用成本， 同时要求主轴工作精度具有持久的保持性， 因此，在 进行主轴支承设计时，常采用定心精度很高的动压、 静压或动静压滑动轴承支承． 从理论上 分析， 静压轴承支承时主轴颈与轴瓦是不接触的， 动压轴承支承时主轴颈仅在启动阶段与轴 瓦接触，因此其支承方式极有利于主轴回转精度的持久保持． 但在实际运行时，因受运动副 几何精度、不平衡力、热变形、冲击载荷、振动等动、静态因素的影响，轴颈支承油楔的刚 性并非很稳定， 主轴回转中心的漂移运动始终存在， 主轴颈与支承轴瓦的直磨损并不能完全 避免．为此，必须通过合理的选材及热处理来保证主轴颈的耐磨性和几何精度的稳定性． 3.2.13.2.1 主轴选材主轴选材 依据主轴的使用要求和工作环境，精密机床主轴材料通常选用下列4类： 1) 合金渗氮钢：常用牌号38CrMoAIA； 2) 合金工具钢：常用牌号9Mn2V； 3) 滚动轴承钢：常用牌号GCrl5； 4) 合金渗碳钢：常用牌号20Cr，20CrMnTi． 3.2.23.2.2 热处理工艺热处理工艺 1)1) 38CrMoAlA．热处理工艺：退火一调质一高温除应力一渗氮。 退火：完全退火，消除锻造应力，在切削加工前进行； 调质：930℃*3 h油或水冷，650℃*5～6 h高温回火，HB265～295，金相检查离表面10mm 处铁素体量小于5％，在外圆精车前进行； 高温除应力：630℃*5 h炉冷，350℃出炉风冷，消除切削加工引起的残余应力，在粗磨 外圆后进行； 渗氮：500℃～520℃*5 h+550℃～560℃*25 h二段氮化，氮化层深度不小于0．45 mm， 硬度大于950HV，脆化不大于2级，在外圆精磨前进行． 2)2) 9Mn2V．热处理工艺：球化退火一调质一中频淬火一人工时效． 球化退火：760 ℃*4 h或690℃*6 h，球化1.5～5级，网络1～3级，在切削加工前进行； 调质：800℃*3 h油冷，630℃～650℃高温回火，HB250±30，在外圆精车前进行； 中频淬火：2 500周连续加热冷却，有明显变形时校直，850℃水冷，过冷度小于5 mm， 淬硬层3～5 mm， 180℃*8 h低温回火，在外圆精车后进行； 人工时效：160℃*12～24 h，在外圆精磨前进行． 二、齿轮类零件二、齿轮类零件 1 1、齿轮的工作条件和失效形式、齿轮的工作条件和失效形式 齿轮是应用广泛的机械零件， 主要起传递扭矩、 变速或改变传力方向的作用。 其工作 条件是： （1）传递扭矩时齿根部承受较大的交变弯曲应力。 （2）齿啮合时齿面承受较大的接触压应力并受强烈的摩擦和磨损。 （3）换挡、起动、制动或啮合不均匀时承受一定冲击力。 齿轮的失效形式主要是齿的折断 （包括疲劳断裂和冲击过载断裂） 和齿面损伤（包括 接触疲劳麻点剥落和过度磨损） 。 2 2、性能要求、性能要求 根据齿轮的工作条件和失效形式，齿轮材料应具有如下性能： （1）高的抗弯疲劳强度，以防齿轮疲劳断裂。 （2）足够高的齿心强度和韧性，以防齿轮过载断裂。 （3）足够高的齿面接触疲劳强度和高的硬度及耐磨性，以防齿面损伤。 （4）较好的工艺性能，以便于制造和热处理等。 3 3、齿轮的选材及热处理、齿轮的选材及热处理 齿轮用材绝大多数是钢 （锻钢与铸钢） ，某些开式传动的齿轮可用铸铁， 特殊情况下还 可采用有色金属和工程塑料。 确定齿轮用材的主要依据是：齿轮的传动方式（开式或闭式） 、载荷性质与大小（齿面 接触应力和冲击负荷等） 、传动速度（节圆线速度） 、精度要求、淬透性及齿面硬化要求、齿 轮副的材料及硬度值的匹配情况等。 （1）钢制齿轮 钢制齿轮有型材和锻件两种毛坯形式。 一般锻造齿轮毛坯的纤维组织与轴线垂直， 分 布合理，故重要用途的齿轮都采用锻造毛坯。 钢制齿轮按齿面硬度分为硬齿面和软齿面：