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汽车零部件的热处理.pdf

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汽车零部件 热处理
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汽 车 零 部 件 的 热 处 理 第 一 节 汽 车 零 件 的 渗 碳 热 处 理 ? 渗 碳 热 处 理 的 主 要 目 的 是 使 零 件 获 得 良 好 的 抗 疲 劳 性 能 和 耐 磨 性 , 保 证 零 件 使 用 性 能 的 可 靠 性 。采 用 渗 碳 淬 火 强 化 的 热 处 理 零 件 有 : l 汽 车 驱 动 桥 的 差 速 器 齿 轮 l 变 速 器 轴 齿 类 零 件 l 转 向 器 轴 齿 件 l 发 动 机 活 塞 销 和 齿 轮 零 件 等 。 ? Mn–Cr 系 列 齿 轮 钢 :16MnCr5 、20MnCr5 、27MnCr5 等 ; ? Cr–Mo 系 列 齿 轮 钢: 22CrMoH (SCM420H ) 等 ; ? Cr–Mn–B 系 列 齿 轮 钢: 20CrMnB (ZF7 ) 、16CrMnB (ZF6 ) 等 ; ? Cr–Ni–Mo 系 列 齿 轮 钢: 20CrNiMo 、22CrNiMo 等 和20CrMnTiH 我 国 汽 车 齿 轮 用 钢 有 ? 汽车齿轮钢材料技术标准 ? 一般要求淬透性带宽应控制在不大于7HRC ? 高级齿轮钢要求淬透性带宽应不大于4HRC 。 ? 齿轮钢的纯净度一般要求[O]≤2 ×10 -5 , ? 高纯度齿轮钢要求[O]≤1.5 ×10 -5 , ? 晶粒度要求等于或细于6 级。汽 车 齿 轮 钢 材 料 技 术 标 准 l 淬 透 性 带 宽 – 一 般 要 求 淬 透 性 带 宽 应 控 制 在 不 大 于7HRC – 高 级 齿 轮 钢 要 求 淬 透 性 带 宽 应 不 大 于4HRC 。 l 纯 净 度 – 齿 轮 钢 的 一 般 要 求[O]≤2 ×10 -5 , – 高 纯 度 齿 轮 钢 要 求[O]≤1.5 ×10 -5 , l 晶 粒 度要 求 等 于 或 细 于6 级 。渗 碳 热 处 理 装 备 ? 箱 式 多 用 炉 ? 单 排 、 双 排 以 及 多 排 连 续 炉 ? 真 空 ( 低 压 ) 渗 碳 高 压 气 淬 炉 等 。 对 渗 碳 热 处 理 工 艺 参 数 , 如 温 度 、 时 间 、 碳 势 、 淬 火 过 程 以 及 动 作 程 序 完 全 自 动 控 制 , 甚 至 可 以 根 据 零 件 的 技 术 要 求 、 材 料 牌 号 及 特 性 等 , 系 统 可 以 自 动 生 成 工 艺 , 实 现 智 能 控 制 。 国 内 汽 车 零 件 渗 碳 热 处 理 生 产 线 的 特 点 有 : 传 感 技 术 和 计 算 机 技 术 在 生 产 中 的 应 用计 算 机 控 制 在 渗 碳 处 理 中 的 应 用(1 ) 工 业 计 算 机 对 炉 温 、 碳 势 、 自 动 线 动 作 程 序 的 监 控 与 数 据 自 动 采 集 。(2 ) 对 自 动 线 渗 碳 热 处 理 工 艺 过 程 的 自 动 跟 踪 与 监 控 , 实 现 渗 碳 工 艺 仿 真 与 优 化 和 零 件 渗 碳 质 量 的 预 测 。(3 ) 对 炉 内 温 度 、 碳 势 和 动 作 的 实 时 显 示 及 控 制 , 系 统 故 障 自 动 诊 断 、 显 示 及 报 警 。(4 ) 生 产 工 艺 全 过 程 在 线 自 动 显 示 、 记 录 、 保 存 、 建 档 , 建 立 可 追 踪 的 热 处 理 质 量 管 理 系 统 。 根 据 需 要 可 以 查 询 数 月 或 数 年 前 的 生 产 记 录 。真 空 ( 低 压 ) 渗 碳 技 术 ? 一 般 真 空 ( 低 压 ) 渗 碳 在 小 于2.7kPa 的 低 压 下 进 行 , 渗 碳 温 度 在880 ~980℃ 。 ? 为 适 应 更 高 真 空 渗 碳 的 需 要 , 开 发 了 在1000 ~ 1100℃ 高 温 渗 碳 能 够 保 证 组 织 细 化 的 新 型 齿 轮 钢 。真 空 ( 低 压 ) 渗 碳 具 有 工 艺 时 间 大 大 缩 短 、 原 料 消 耗 极 少 、 零 件 变 形 小 、 热 处 理 质 量 好 、 零 件 表 面 光 洁 、 无 污 染 的 显 着 特 点 , 是 真 正 意 义 上 的 清 洁 、 绿 色 热 处 理 。 以 C A — 1 0 B 载 重 汽 车 变 速 箱 中 间 轴 的 三 档 齿 轮 为 例 ( 齿 轮 材 料 为 2 0 C r M n T i ) 说 明 渗 碳 钢 加 工 工 艺 。 其 加 工 工 艺 流 程 为 : ? 下 料-- 锻 造-- 正 火-- 机 械 加 工 齿 形-- 渗 碳 (930(C )- - 预 冷 淬 火 (830(C )-- 低 温 回 火 (200(C )-- 磨 削 精 加 工-- 装 配 ? 其 中 预 备 热 处 理 - - 正 火 后 的 组 织 为 F + S , 目 的 是 改 善 锻 造 组 织 , 并 得 到 合 适 的 硬 度 ( H B 1 7 0 ~ 2 1 0 ) , 以 利 于 机 械 加 工 ; ? 齿 轮 最 终 热 处 理 后 得 到 的 组 织 为 : ? 表 面 至 心 部 M 回 + 碳 化 物 颗 粒 + A r - - M 回 + A r , 完 全 淬 透 时 心 部 组 织 为 低 碳 M 回 + F , 未 淬 透 时 则 为 F + S 。l 合金渗碳钢渗碳后的热处理工艺(最终热处 理): u 渗碳后直接淬火,再低温回火。 3.1 合 金 渗 碳 钢 图3-4 20CrMnTi 钢 齿 轮 的 热 处 理 规 范 采 用 这 种 工 艺 的 零 件 通 常 只 要 求 表 面 高 硬 度 和 耐 磨 性 , 而 对基体性能 要求不高。 è 主要用于渗 碳后不容易过 热的钢种。第 二 节 汽 车 零 件 调 质 热 处 理 ? 汽 车 零 件 的 调 质 热 处 理 可 分 保 护 气 氛 调 质 热 处 理 和 一 般 调 质 热 处 理 。 ? 保 护 气 氛 热 处 理 能 够 保 证 零 件 在 热 处 理 过 程 中 不 会 产 生 表 面 氧 化 、 脱 碳 等 缺 陷 , 确 保 零 件 的 表 面 质 量 。 ? 当 调 质 处 理 后 零 件 工 作 面 需 要 后 续 加 工 时 , 采 用 一 般 热 处 理 。 根 据 零 件 的 质 量 、 大 小 , 调 质 热 处 理 装 备 有 ? 网 带 炉 ? 铸 链 炉 ? 料 盘 ( 料 筐 ) 推 杆 式 炉 ? 托 架 炉 ? 悬 挂 式 连 续 炉 。汽 车 连 杆 螺 栓 的 热 处 理 ? 服 役 条 件? 工 艺 流 程调 质 热 处 理 技 术 的 发 展 (1 ) 炉 型 由 于 辐 射 管 加 热 和 网 带 寿 命 的 大 幅 度 提 高 , 国 内 标 准 件 行 业 网 带 炉 得 到 普 遍 应 用 。 网 带 炉 具 有 炉 内 布 料 、 加 热 均 匀 , 零 件 质 量 稳 定 , 工 作 环 境 好 等 优 点 。 特 别 对 高 强 度 螺 栓 热 处 理 , 采 用 网 带 炉 使 质 量 有 了 可 靠 保 证 。(2 ) 碳 势 控 制 技 术 的 应 用 碳 势 控 制 技 术 在 保 护 气 氛 调 质 生 产 线 上 得 到 普 遍 应 用 。 采 用 碳 势 控 制 技 术 使 炉 内 碳 势 控 制 精 度 可 达 到±0.03% , 保 证 了 零 件 热 处 理 质 量 。(3 ) 计 算 机 技 术 的 应 用 通 过 计 算 机 能 够 按 照 工 艺 设 定 自 动 完 成 工 件 的 生 产 全 过 程 , 记 录 、 保 存 工 件 生 产 中 的 各 种 工 艺 参 数 , 具 有 完 善 的 故 障 诊 断 、 显 示 , 安 全 警 示 及 连 锁 功 能 。 (4 ) 快 速 淬 火 油 和 水 基 淬 火 介 质 的 应 用 快 速 淬 火 油 的 应 用 保 证 了 高 强 度 螺 栓 件 的 热 处 理 内 在 质 量 。 水 基 淬 火 介 质 的 应 用 解 决 了 零 件 淬 油 不 硬 、 淬 水 开 裂 以 及 零 件 淬 火 变 形 的 质 量 问 题 。 第 三 节 汽 车 零 件 的 感 应 热 处 理 ? 目 前 , 实 施 感 应 淬 火 的 汽 车 零 件 主 要 是 传 递 动 力 转 矩 的 汽 车 轴 类 零 件 , 如 曲 轴 、 半 轴 、 花 键 轴 、 传 动 轴 、 凸 轮 轴 以 及 各 种 销 轴 类 零 件 。 ? 十 几 年 来 , 感 应 电 源 也 有 了 迅 猛 发 展 。 现 在 , 美 、 英 、 日 、 德 、 西 班 牙 等 工 业 发 达 国 家 生 产 的 全 固 态 晶 体 管 电 源 已 达 几 十 种 , 产 品 规 格 齐 全 , 体 积 小 , 电 能 转 换 效 率 可 达92% 以 上 , 功 率 频 率 可 以 覆 盖 整 个 感 应 加 热 的 领 域 。 感 应 淬 火 机 床 正 朝 柔 性 化 、 自 动 化 、 智 能 化 控 制 方 向 发 展 。 具 有 零 件 识 别 、 能 量 控 制 、 工 艺 参 数 显 示 及 故 障 诊 断 、 显 示 、 报 警 的 感 应 淬 火 装 置 在 生 产 中 得 到 普 遍 应 用 。 第 四 节 锻 造 余 热 热 处 理 ? 大 部 分 汽 车 结 构 零 件 采 用 热 锻 成 形 工 艺 。 ? 利 用 锻 造 余 热 实 施 毛 坯 的 热 处 理 是 节 能 的 重 要 措 施 。 如 采 用 锻 造 余 热 等 温 退 火 、 锻 造 余 热 淬 火 , 可 以 获 得 利 于 后 续 加 工 所 需 要 的 组 织 和 硬 度 , 省 去 了 再 次 加 热 热 处 理 能 耗 , 节 能 效 果 十 分 显 着 。 ? 利 用 锻 造 余 热 热 处 理 的 零 件 有 各 类 齿 轮 毛 坯 、 前 轴 、 转 向 节 、 摇 臂 、 花 键 轴 、 曲 轴 、 连 杆 等 。 ? 对 齿 坯 的 余 热 等 温 退 火 , 为 了 保 证 锻 造 余 热 热 处 理 的 组 织 、 硬 度 均 匀 性 , 需 要 严 格 控 制 终 锻 温 度 、 中 冷 过 程 、 等 温 温 度 等 。 ? 对 余 热 淬 火 的 零 件 , 为 保 证 零 件 的 强 韧 化 性 能 , 除 了 直 接 淬 火 工 艺 外 , 也 可 以 采 用 预 冷 至550 ~650℃ , 完 成 珠 光 体 转 变 后 , 再 次 加 热 至 奥 氏 体 化 温 度 的 方 法 。 主 要 目 的 是 细 化 组 织 , 获 得 良 好 的 强 韧 化 性 能 。第 五 节 免 退 火 冷 镦 钢 和 非 调 质 钢 ? 一 般 冷 镦 钢 为 了 保 证 冷 成 形 性 能 , 材 料 需 要 预 先 进 行 球 化 退 火 处 理 。 所 谓 免 退 火 冷 镦 钢 , 就 是 通 过 对 冷 镦 钢 化 学 成 分 的 调 整 , 轧 制 过 程 中 控 制 轧 制 和 冷 却 技 术 , 使 珠 光 体 部 分 球 化 、 变 态 , 减 小 冷 成 形 过 程 中 的 变 形 抗 力 , 可 以 直 接 用 于 冷 镦 成 形 。 由 于 免 去 球 化 退 火 , 既 有 显 着 节 能 效 果 , 又 缩 短 了 生 产 周 期 , 是 节 能 经 济 型 新 材 料 。非 调 质 钢 ? 非 调 质 钢 由 于 钢 中 加 入 了 微 量 强 碳 ( 氮 ) 化 物 形 成 元 素 (V 、Nb 、Ti 等 ) , 在 锻 造 及 锻 后 控 冷 过 程 中 产 生 析 出 强 化 及 晶 粒 细 化 作 用 , 其 强 韧 化 性 能 可 以 达 到 或 接 近 调 质 钢 的 水 平 , 且 省 去 了 调 质 热 处 理 工 序 , 减 少 大 量 能 耗 并 具 有 良 好 的 加 工 性 能 , 受 到 国 内 外 许 多 汽 车 厂 家 的 重 视 。 ? 德 国 奔 驰 、 大 众 汽 车 公 司 , 瑞 典Volvo 汽 车 公 司 , 英 国 Austin 公 司 , 美 国G.M 、 福 特 汽 车 公 司 , 意 大 利 菲 亚 特 汽 车 公 司 大 量 采 用 非 调 质 钢 制 造 发 动 机 曲 轴 、 连 杆 、 前 轴 等 重 要 零 件 。 ? 日 本 在 非 调 质 钢 的 研 究 及 应 用 方 面 更 是 走 在 世 界 的 前 面 , 如 日 本 三 菱 汽 车 公 司 的 转 向 系 统 及 传 动 系 统 所 采 用 的 热 锻 件 几 乎 全 部 采 用 了 非 调 质 钢 , 日 产 、 五 十 菱 汽 车 公 司 曲 轴 、 连 杆 几 乎 全 部 采 用 非 调 质 钢 制 造 。 ? 十 几 年 来 , 东 风 汽 车 公 司 采 用 非 调 质 钢 生 产 曲 轴 、 连 杆 、 汽 车 前 轴 、 转 向 节 等 零 件 , 年 用 非 调 质 钢 数 万 吨 , 已 累 计 生 产 曲 轴 、 连 杆 、 前 轴 等 汽 车 零 件 有 数 百 万 件 , 取 得 显 着 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 。
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