学科代码：080202
学号：************
贵州师范大学（本科）毕业论文
学院：材料与建筑工程学院
专业：金属材料工程
年级：2005级
*名：**
指导教师：马亚芹副教授
冯勇高级工程师
完成时间：2009年05月
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (1)
第一章绪论 (2)
1.1前言 (2)
1.3预先热处理的现状及存在的问题 (3)
第二章预先热处理原理及分析 (3)
2.1渗碳钢的正火工艺 (3)
2.2钢的正火组织、硬度与切削加工性能 (4)
2.3钢的渗碳淬火变形 (6)
第三章实验材料、实验方法及实验结果 (7)
3.1实验材料及实验设备 (7)
3.1.1实验材料 (7)
3.2实验方法 (8)
3.2.1热处理工艺的确定 (8)
3.2.2制备试样 (9)
3.2.3金相组织观察 (9)
3.2.4硬度测试 (9)
3.3实验结果及实验分析 (9)
3.3.1普通正火的金相显微组织与性能分析 (10)
3.3.2等温正火的金相显微组织与性能分析 (12)
3.4锻造余热等温正火工艺参数的优化 (15)
3.4.1钢件等温前冷却速度的影响 (15)
3.4.2钢件等温温度的影响 (17)
3.4.3等温保持时间的影响 (17)
3.4.4锻造毛坯锻造余热等温正火工艺的制定原则 (18)
3.5锻造余热等温正火对渗碳淬火后奥氏体晶粒度的影响 (19)
结论 (20)
参考文献 (21)
致谢辞 (22)
汽车齿轮预先热处理研究
摘要
22CrMoH钢和20MnCr5钢高温锻造直接空冷（或风冷）后获得贝氏体组织，而且晶粒粗大，硬度较高，切削加工性能较差，须进行预先热处理。本文研究了普通正火、等温正火和锻造余热等温正火三种工艺对22CrMoH和20MnCr
两种齿轮钢毛坯组织和性能的影响规律，采用等温正火、锻造余热等
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温正火两种等温正火工艺都可在一个比较宽的温度范围内（580～660℃）获得最佳的显微组织和硬度，生产中容易控制，锻造余热等温正火得到的无论是铁素体组织还是贝氏体组织，都比相同等温温度下等温正火的组织粗大。其次对锻造余热等温正火工艺参数进行了优化。最后介绍了锻造余热等温正火对渗碳淬火后奥氏体晶粒度的影响
关键词：预先热处理；普通正火；等温正火；锻造余热等温正火
A BSTRACT
22CrMoH steel20MnCr5steel and high temperature forging direct air-cooled(or air)was Bain tic organ
izations,and large grains,high hardness,poor machining performance,subject to pre-heat treatment.In this paper,the general normalizing,normalizing and isothermal heat isothermal forging process of normalizing the three22CrMoH and two gear steel20MnCr5 rough performance of organizations and the law of normalizing the use of isothermal, isothermal forging heat two isothermal normalizing Technology can be a relatively wide temperature range(580-660℃)can get the best of the microstructure and hardness,easy to control,Isothermal forging normalizing heat received both ferrite or banister organization, than the same isothermal temperature isothermal normalizing large organizations.The second heat of the isothermal forging normalizing optimized process parameters.Finally,isothermal forging normalizing heat of cementite after quenching effects of austenite grain size.
key words:preheating treatment;General normalizing;isothermal normalizations;isothermal normalizations by forging remaining heat.
第一章绪论
1.1前言
在汽车生产中，齿轮是必不可少的基本零件。齿轮质量，尤其是后桥齿轮、变速箱齿轮，时常出现总
成装配困难、噪音大及齿面磨损等问题。经调查分析，齿轮渗碳淬火后变形波动是影响总成质量的主要原因之一。渗碳齿轮钢锻件毛坯预先热处理获得的显微组织和硬度对切削加工性能和渗碳淬火的变形规律有重大的影响。目前，改善齿轮毛坯性能的传统预先热处理工艺是再加热正火，即采用普通正火工艺，经大量生产实践证明采用普通正火工艺难以满足切削加工及稳定渗碳淬火后变形规律的要求[1]。在影响渗碳钢变形的诸因素中，人们的注意力往往集中在渗碳淬火方面，而忽视了锻坯预先热处理对变形的影响。近年来随着各类车型材料的引进，制造加工水平的提高，对合金渗碳齿轮钢锻造毛坯预先热处理工艺进行改进提出了更高的要求。20世纪80年代等温正火已在词典中出现，但关于汽车齿轮钢经高温加热、连续冷却的正火显微组织的研究以及在生产中的控制，尤其是利用锻造余热等温正火方面，未见报道[2]。如何改进合金渗碳齿轮钢锻造毛坯预先热处理工艺，改善切削加工性能、稳定渗碳淬火后的变形，提高总成质量及整车的可靠性，成为影响汽车齿轮发展的重大课题，具有重大实际意义和理论学术价值。1.2汽车渗碳钢的现状与发展
汽车齿轮、传动轴等重要零件一般均采用低合金渗碳钢制造，这类钢材是汽车用合金结构钢中使用最广、用量最大的钢种之一，一般都需要经过锻造、预先热处理、切削加工、渗碳、淬火、回火等多道冷热加工工序，以获得高的表面硬度和较好的心部韧性，使工件具有耐磨、耐疲劳和耐点蚀等良好的特性。随着国外先进车型的引进，各种齿轮钢的国产化使我国的齿轮钢水平上了一个新台阶。目前，德国的Cr-Mn钢，日本的Cr-Mo系钢，和美国的SAE86钢满足了中小模数齿轮用钢。针对钢材淬透性
能对轮齿心部的硬度和畸变都有极其重大影响的因素，近年来，由于我国钢材冶炼技术水平的提高以及合金结构钢供应情况的改善，已经有条件把齿轮钢的淬透性带进一步缩窄，长春一汽生产“解放”牌9t载货汽车后桥齿轮时，由于20CrMnTiH 钢易发生早期失效，参考了日本的SCM822H钢，与钢厂协商，生产出了国产化的新钢种22CrMoH钢，其淬透性能指标为J9=36HRC～42HRC，较好地满足了汽车齿轮的使用要求。随着汽车产品技术水平的日益提高及市场竞争的日益激化，汽车齿轮用钢正处于由各大企业的经验型向科学化、国际化方向发展的过度阶段，由各具特的Cr-Ni钢、Cr-Ni-Mo钢、Ni-Mo钢向低成本、通用的Cr-Mo钢、Cr-Mn钢过渡。因此必须采用相应合理的热处理新工艺与
之相配合[3]。
1.3预先热处理的现状及存在的问题
锻造毛坯的预先热处理，不仅对切削加工性能有极大影响，而且对最终热处理变形也有重大影响。为了提高齿坯的可切削性，消除锻造应力，使组织均匀化。目前，国内对渗碳钢齿坯普遍采用正火处理。正火是将钢材或钢件加热到临界点Ac3或Acm以上的适当温度，保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。正火是一种传统的老工艺，因其设备、工艺要求简单，能耗少，一直被广泛采用。但并非完美无缺，随着汽车工业的发展及对产品质量要求的提高，特别是引进车型用钢材料的多样化，普通的正火处理已达不到齿坯预先热处理的目的。鉴于普通正火处理是将钢件加热
到高温奥氏体化后在空气中（有时吹风）冷却到室温，属于毛坯热处理，加之以往对正火钢件要求的硬度范围较宽（HB156～207），一般不检查显微组织，又多在锻造工厂（车间）进行，故通常容易被人们所忽视。对于锻件正火后究竟需要获得什么样的显微组织形态和硬度指标，既缺乏深入理论研究，又缺乏生产性实践探讨。现行的QC/T262-1999汽车渗碳齿轮金相标准是按锻后重新奥氏体化正火工艺提出的，而且要求晶粒度小于5级，对切削加工并非恰当。实际上我国目前普遍存在这类零件切削后表面光洁度差，切削刀具使用寿命低，渗碳淬火前后变形波动较大等问题，与正火显微组织不良，硬度不佳有密切的关系[4]。在生产实际中，渗碳钢锻造毛坯经正火处理后，由于不能控制正火的冷却速度，因此奥氏体分解相变无法控制，必然在一个温度区间内连续进行。因而获得的显微组织和硬度也可能不同，有些钢件由于冷却速度较大，有可能局部甚至全部获得非平衡组织（α-Fe魏氏组织、贝氏体等），这不仅影响切削加工性能，而且也会改变钢件渗碳淬火后的变形规律，会因变形过大而报废。这种情况在淬透性波动较大的钢中更易出现。对于冷却速度较小的钢件，由于钢的硬度过低，切削时易发生塑性变形，形成切削瘤，出现“粘刀”、“烧刀”现象。近年来，随着引进车型带来齿轮材料多样化和对齿轮质量的高标准要求，采用普通正火处理已难以满足汽车生产的要求。锻件的正火处理不仅要求硬度在一个较窄的范围之内（钢件切削加工时易断屑，表面光洁），而且要求获得稳定的显微组织（较粗的铁素体晶粒加较细的珠光体），以改善切削加工性能及稳定渗碳淬火后的变形规律。为了满足上述要求，需对正火工艺进行改进，以获得正火所要求的显微组织和硬度范围[5]。
