驱动轮轴热处理工艺设计

1西安航空职业技术学院毕业设计（论文）论文题目：驱动轮轴热处理工艺设计所属系部：航空材料工程学院指导老师：职称：学生姓名：班级、学号:12806218专业：金属材料与热处理技术西安航空职业技术学院制年月日2目录1.前言..................................................42驱动轴材料与热处理工艺概况.............................52.1驱动轴的简介.........................................52.2拖拉机驱动轴的服役条件和失效形式.....................62.3拖拉机驱动轴的性能要求...............................72.4驱动轴热处理工艺概况.................................7335CrMo的基本性质.......................................83.135CrMo的化学成分及力学性能...........................83.2合金元素的作用.......................................93.2.135CrMo刚中硅元素的作用..............................93.2.235CrMo刚中铬元素的作用.............................93.2.335CrMo刚中锰元素的作用.............................103.3组织转变及淬透性....................................114.拖拉机驱动轴生产工艺路线及分析........................134.1拖拉机驱动轴的选材...................................134.235CrMo热处理工艺性...................................134.335CrMo拖拉机驱动轴工艺路线热处理方案分析.............134.4热处理工艺的确定.....................................164.5热处理常见的缺陷及防护措施...........................174.5.1氧化和脱碳.........................................1734.5.2过热和过烧.........................................184.5.3淬火硬度不够.......................................184.5.4变形和开裂.........................................194.5.回火缺陷...........................................204.6热处理工艺及曲线图...................................214.6.1正火工艺的制定.....................................214.6.2淬火工艺的制定.....................................214.6.3回火工艺的制定.....................................224.7金相分析.............................................234.7.1正火热处理的金相分析...............................234.7.2调原始组织为热处理的金相组织.......................245质量检验...............................................245.1检验项目.............................................245.1.1硬度...............................................255.1.2变形...............................................255.1.3外观...............................................255.2评定标准.............................................25设计总结.................................................31致谢.....................................................32参考文献.................................................3341前言本毕业设计是在《材料科学基础》《热处理原理》《热处理工艺》和《金属材料学》等课程学习的基础上并且结合本人在校期间学校组织的实习经历，是理论与实际相结合所完成的。通过本次毕业课程设计，可使自己在综合运用化学专业基础和专业知识能力方面得到训练，学习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。现在工业的迅速发展对机械零部件，驱动轴等提出的要求愈来愈高。热处理不仅对锻造机械加工的顺序进行和保证加工效果超着重要作用，而且在改善或消除加工后的缺陷，提高工件使用寿命的方面起着重要作用。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、要求和技术条件入手，认真分析产品在使用过程中的受力状况和可能的失效形式，正确的选择材料，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，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。热处理工艺设计是整个机械加工过程中的一个重要环节，他与工件设计及其他加工工艺间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所需要的各种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。52驱动轴材料与热处理概况2.1驱动轴的简介驱动轴是传动系统的一个重要组成部分，它是用来将差速器半轴齿轮输出的动力传给驱动轮或轮边减速器，对于采用非独立式旋架的驱动桥，根据其驱动轴内端与外端的手里状况，一般又分为全浮式驱动轴、四分之三浮式驱动轴与半浮式驱动轴三种。驱动轴内端以花键连接着驱动轴齿轮，驱动轴齿轮在工作时只将扭矩传给驱动轴，因而，驱动轴内端只受扭矩而不受弯曲力矩。驱动轴是拖拉机的轴类零件中承受扭矩最大的零件，为了满足驱动轴的强度要求。多年来，世界各国除了用各种各样的计算方法外，还在材料选择、毛坯成型、机械加工和热处理等方面进行着不懈的努力。驱动轴齿轮广泛用于汽车、拖拉机等一切行走机械的差速器中，应用面广，需求量大。驱动轴已普遍采用精密模锻工艺生产。其工艺流程是：下料—加热—粗锻—切飞边—精锻—切飞边—表面清理—钻孔、车大端面—车孔、齐端面—拉花键—热处理—磨大端面和内孔。感应加热表面淬火亦感应淬火，由于它的加热速度和却速度都很快，使零件的表面至心部有着巨大的温度梯度，而且淬火后零件由表及里存在着激烈的组织变化，这些特点决定它有着特殊的残余压应力形态。一般说，轴类零件感应淬火后，表面层存在残余压应力，次表层和淬火区域存在残余拉应力。残余拉应力的合理分布，能够大大提高零件强度，特别是疲劳强度。驱动轴的合理用料，合理选择淬火层的深度及其分布，将大大提高驱动轴的使用寿命。62.2拖拉机驱动轴的服役条件和失效形式拖拉机驱动轴是重要的传力部件，不仅要传递来自发动机的扭矩，还要承受车轮上作用的垂直力、侧向力及牵引力所形成的纵向力，使拖拉机易损部件之一。失效形式主要是由于扭转力矩作用，工作时频繁启动、变速、反向、路面颠簸和部分磨损而引起的疲劳破坏，断裂位置主要集中于轴杆部或花键根部。2.3拖拉机驱动轴的性能要求拖拉机驱动轴是传递扭矩的重要部件，要求材料有足够的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性，耐磨性，具有合理的最佳静扭强度和抗扭转疲劳性能，要求其轴颈部硬度为48～52HRC，盘部外圆硬度为34～49HRC，花键部位硬度46～52HRC。2.4驱动轴热处理工艺概况推荐采用预调质处理后表面中频淬火处理工艺，预调质处理后心部硬度为28—36HRC；中频淬火处理后杆部表面硬度不允许低于52HRC；，杆部硬化层深度范围为杆部直径的10—20%，硬化层深度变化不大于杆部直径的5%，杆部圆角应淬硬，法兰盘硬度不低于44HRC。在保证驱动轴性能指标要求条件下，也允许采用其它热处理工艺，如正火处理后表面中频淬火工艺。感应淬火后驱动轴的金相组织为：1.预调质处理后表面中频淬火7处理，硬化层为回火马氏体，心部为回火索氏体：2.正火处理后表面中频淬火处理，硬化层为回火马氏体，心部为珠光体加铁素体。335CrMo的基本性质3.135CrMo的化学成分及力学性能化学成分：碳的含量为0.37~0.44%钼的含量为0.15~0.25%锰的含量为0.40~0.70%铬的含量为0.80~1.10%力学性能：退火硬度：小于207HBS正火硬度：小于250HBS调制处理：试样直径为59mm,850℃淬火加热油淬520℃回火后，抗拉强度为980兆帕，屈服点为785兆帕，断面收缩率为45%，冲击吸收功为47J,冲击韧性为588.3千焦/平方米.特性：调质后，有良好的综合性能，低温冲击性良好，缺口敏感性较低，有好的淬透性，正火调质后加工性能良好。但是焊接性能不佳，容易产生裂纹，焊接之前要预热到100~150。应用举例：较重要的调质件如汽车转向螺杆，连杆螺栓，进气阀，齿轮等。3.2合金元素的作用3.2.135CrMo钢中硅元素的作用有利于体心立方的铁素体组织的形成，在钢中不形成碳化物，在周期表中处于铁左边，主要固溶于铁中。其对碳在奥氏体中的扩散系数影响不大，对奥氏体形成速度无甚影响，可升高A1点，相对的减缓了奥氏体的形成速度。对加热时奥氏体晶粒大小稍有阻碍或不起作用，可推迟珠光体相变使C曲线右移，使C曲线上的鼻子移向高温区域，8使Ms点降低，提高过冷奥氏体的稳定性，从而降低淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。可显著地减慢马氏体在较低温度的分解，但不减慢在400～500℃回火时马氏体的分解，显著阻碍碳化物的聚集，阻碍钢在回火时消除各类畸变的作用，而且一般都推迟了淬火钢α相的回复、再结晶和碳化物聚集过程，从而抑制了钢的硬度、强度的降低，增强了钢的回火稳定性。可提高α相的再结晶温度，可使钢回火脆性显著增强，可改变钢的各相组织，增加珠光体数量。主要目的是增大钢的淬透性，全部淬透零件在高温回火后可获得高而均匀的综合力学性能，特别是高的屈强比，显著强化铁素体，比在一定范围内还能提高钢的韧性。3.2.235CrMo钢中铬元素的作用可封闭γ相区的元素，含量达到一定量时，γ相区被封闭，即使相图上的γ区域收缩成一个很小的范围，超过此含量合金发生γ到α相变，有利于体心立方的铁素体组织的形成。在钢中可形成碳化物，其为过渡过度族元素，在周期表中位于铁的左边，可降低钢的共析点含碳量以及碳在γ中的最大固溶度，大量加入可使γ相区消失，得到全部铁素体组织。是强化物形成元素，降低碳在奥氏体中的扩散系数，因而大大推迟了珠光体向奥氏体转变过程，在钢中由于形成的特殊碳化物不易溶解，将使奥氏体形成速度减慢，可升高A1点，相对的减缓了奥氏体的形成速度。显著的将α相的再结晶温度推向高温，使钢中明显出现回火脆性，强烈的阻止马氏体分解的进一步发展，可改变钢的各相组织，增加珠光体数量。增大钢的淬透性，全部淬透零件在9高温回火后可获得高而均匀的综合力学性能，特别是高的屈强比，显著强化铁素体，比在一定范围内还能提高钢的韧性。如果形成难溶解的特殊碳化