几类典型零件的热处理实例

名称

工作条件

材料与热处理要求

  

齿

1.低速、轻载又不受冲击

HT200HT250HT300去应力退火

1.机床齿轮按工作条件可分三组

(1)低速转速2m/s单位压力350~600MPa

(2)中速转速2~6m/s单位压力100~1000MPa冲击载荷不大

(3)高速转速4~12m/s弯曲力矩大单位压力200~700MPa

2.机床常用齿轮材料及热处理

(1)45淬火高温回火200~250HB用于圆周速度<1m/s中等压力高频淬火表面硬度52~58HRC用于表面硬度要求高、变形小的齿轮。

(2)20Cr渗碳、淬火、低温回火56~62HRC用于高速、压力中等、并有冲击的齿轮。

(3)40Cr调质220~250HB用于圆周速度不大中等单位压力的齿轮淬火、回火40~50HRC用于中等圆周速度、冲击载荷不大的齿轮除上述条件外如尚要求热处理时变形小则用高频淬火、硬度52~58HRC

3.汽车、拖拉机齿轮的工作条件比机床齿轮要繁重得多要求耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面比机床齿轮高因此一般是载荷重、冲击大多采用低碳合金钢(除左行列出的牌号外尚有20MnMoB30CrMnTi30MnTiB20MnTiB)经渗碳、淬火、低温回火处理。拖拉机最终传动齿轮的传动扭矩较大齿面单位压力较高密封性不好砂土、灰尘容易钻入工作条件比较差常采用20CrNi3A等渗碳

4.一般机械齿轮最常用的材料是4540Cr。其热处理方法选择如下

(1)整体淬火强度、硬度(50~55HRC)提高承载能力增大但韧性减小变形较大淬火后须磨齿或研齿只适用于载荷较大、无冲击的齿轮应用较少

(2)调质由于硬度低韧性也不太高不能用于冲击载荷下工作只适用于低速、中速的齿轮一对调质齿轮的小齿轮齿面硬度要比大齿轮的齿面硬度高出25~40HB

(3)正火受条件限制不适合淬火和调质的大直径齿轮用

(4)表面淬火4540Cr高频淬火机床齿轮广泛采用直径较大的用火焰表面淬火。但对受较大冲击载荷的齿轮因其韧性不够须用低碳钢(有冲击、中小载荷)或低碳合金钢(有冲击、大载荷)渗碳

2.低速(1m/s)、轻载、如车床溜板齿轮等

45调质200~250HB

3.低速、中载,如标准系列减速器齿轮

4540Cr40MnB(5042MnVB)调质220~250HB

4.低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮

40Cr(42MnVB)淬火、中温回火40~45HRC

5.中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮

40Cr40MnB42MnVB调质或正火感应加热表面淬火低温回火时效50~55HRC

6.中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮

45高频淬火350~370℃回火,40~45HRC(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火)

7.中速、重载

40Cr40MnB(40MnVB42CrMo40CrMnMo40CrMnMoVBA)淬火中温回火45~50HRC

8.高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮

152020Cr20MnVB渗碳淬火低温回火56~62HRC38CrAl38CrMoAl渗氮渗氮深度0.5mm900HV

9.高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮

40Cr40MnB(40MnVB)高频淬火50~55HRC

10.高速、中载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如汽车变速箱齿轮(20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧性也较好)

20Cr20MnVB渗碳淬火低温回火或渗碳后高频淬火56~62HRC

18CrMnTi20CrMnTi(锻造→正火→加工齿形→局部镀铜→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸)渗碳层深度1.2~1.6mm齿面硬度58~60HRC心部硬度25~35HRC。表面回火马氏体+残余奥氏体+碳化物。中心索氏体+细珠光体

11.高速、重载、有冲击、模数<5

20Cr渗碳淬火低温回火56~62HRC

12.高速、重载或中载、模数>6,要求高强度、高耐磨性,如立车重要螺旋圆锥齿轮

18CrMnTi渗碳、淬火、低温回火56~62HRC

13.高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如高速柴油机、重型载重汽车、航空发动机等设备上的齿轮

12Cr2Ni4A20Cr2Ni4A18Cr2Ni4WA20CrMnMoVBA(锻造→退火→粗加工→去应力→半精加工→渗碳→退火软化→淬火→冷处理→低温回火→精磨)渗碳层深度1.2~1.5mm59~62HRC

14.载荷不高的大齿轮,如大型龙门刨齿轮

50Mn25065Mn淬火空冷HB241

15.低速、载荷不大、精密传动齿轮

35CrMo淬火低温回火45~50HRC

16.精密传动、有一定耐磨性的大齿轮

35CrMo调质255~302HB

17.要求抗腐蚀性的计量泵齿轮

9Cr16Mo3VRE沉淀硬化

18.要求高耐磨性的鼓风机齿轮

45调质尿素盐浴软氮化

19.要求耐磨、保持间隙精度的25L油泵齿轮

粉末冶金(生产批量要大)

20.拖拉机后桥齿轮(小模数)、内燃机车变速箱齿轮 ( m 6~8)

55DTi60D(均为低淬透性中碳结构钢)中频淬火回火50~55HRC或中频加热全部淬火。可获得渗碳合金钢的质量而工艺简化材料便宜

1.在滑动轴承中工作υ2m/s要求表面有较高的硬度的小轴、心轴如机床走刀箱、变速箱小轴

4550形状复杂的轴用40Cr42MnVB调质228~255HB轴颈处高频淬火45~50HRC

主轴和轴类的材料与热处理选择必须考虑受力大小轴承类型主轴形状及可能引起的热处理缺陷

在滚动轴承或是轴颈上有轴套在滑动轴承中回转轴颈不需特别高的硬度可用4540Cr调质220~250HB50Mn正火或调质28~35HRC。在滑动轴承中工作的轴颈应淬硬可用1520Cr渗碳淬火回火到硬度56~62HRC轴颈处渗碳深度为0.8~1mm。直径或重量较大的主轴渗碳较困难要求变形较小时可用4540Cr在轴颈处作高频淬火

高精度和高转速(2000r/min)机床主轴尚须采用氮化钢进行渗氮处理得到更高硬度。在重载下工作的大断面主轴可用20SiMnVB20CrMnMoVBA渗碳淬火回火56~62HRC

2.在滑动轴承中工作υ3m/s要求高硬度、变形小如中间带传动装置的小轴

40Cr42MnVB调质228~255HB轴颈高频淬火45~50HRC

3.υ3m/s大的弯曲载荷及摩擦条件下工作的小轴如机床变速箱小轴

152020Cr20MnVB渗碳淬火低温回火58~62HRC

4.高载荷的花键轴要求高强度和耐磨变形小

45高频加热水冷低温回火52~58HRC

5.在滚动或滑动轴承中工作轻或中等载荷低速精度要求不高稍有冲击疲劳载荷可忽略的主轴或在滚动轴承中工作轻载υ1m/s的次要花键轴

45调质225~255HB(如一般简易机床主轴)

6.在滚动或滑动轴承中工作轻或中等载荷转速稍高150N·m/(cm2·s),精度要求较高,冲击,疲劳载荷不大

45正火或调质228~255HB轴颈或装配部位表面淬火45~50HRC

7.在滑动轴承中工作中载或重载转速较高[400N·m/(cm2·s)]精度较高冲击、疲劳载荷较大

40Cr调质228~255HB248~286HB轴颈表面淬火HRC54装配部位表面淬火HRC45

8.其他同上但转速与精度要求比上例高如磨床砂轮主轴

45Cr42CrMo其他同上表面硬度HRC56

9.在滑动或滚动轴承中工作中载高速心部强度要求不高精度不太高冲击不大但疲劳应力较大如磨床重型齿轮铣床等主轴

20Cr渗碳淬火低温回火58~62HRC

1.内心强度不高受力易扭曲变形

2.表面硬度高宜作高速低载荷主轴

3.热处理变形较大

10.在滑动或滚动轴承中工作重载高速[400N·m/(cm2·s)]冲击、疲劳应力都很高

18CrMnTi20CrMnMoVA渗碳、淬火、低温回火HRC59

1.心部有较高的σbak表面有高的硬度及耐磨性

2.有热处理变形

11.在滑动轴承中回转重载高速精度很高0.003mm很高疲劳应力如高精度磨床镗床主轴

38CrAlMoA调质硬度248~286HB轴颈渗氮硬度HV900

1.很高的心部强度表面硬度极高耐磨

2.变形量小

12.电机轴主要受扭

3545正火或正火并回火187HB217HB

860~880℃正火

13.水泵轴要求足够抗扭强度和防腐蚀

3Cr134Cr131000~1050℃油淬,硬度分别为42HRC48HRC

1Cr131100℃油淬,350~400℃回火,56~62HRC

14.C616-416车床主轴45号钢

(1)承受交变弯曲应力、扭转应力有时还受冲击载荷

(2)主轴大端内锥孔和锥度外圆经常与卡盘、顶针有相对摩擦

(3)花键部分经常有磕碰或相对滑动

(4)在滚动轴承中动转中速中载

(1)整体调质后硬度200~230HB金相组织为索氏体

(2)内锥孔和外圆锥面处硬度45~50HRC表面3~5mm内金相组织为屈氏体和少量回火马氏体

(3)花键部分硬度48~53HRC金相组织同上

加工和热处理步骤下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精车外圆钻中心孔精车外圆铣键槽→锥孔及外圆锥局部淬火260~300℃回火→车各空刀槽粗磨外圆滚铣花键槽→花键高频淬火240~260℃回火→精磨

15.跃进-130型载重(2.5t)汽车半轴

承受冲击、反复弯曲疲劳和扭转主要瞬时超载而扭断要求有足够的抗弯、抗扭、抗疲劳强度和较好的韧性

40Cr35CrMo42CrMo40CrMnMo40Cr调质后中频表面淬火表面硬度HRC52深度4~6mm静扭矩6900N·m,疲劳≥3×105次,估计寿命≥3×105km

金相组织:索氏体+屈氏体

(原用调质加高频淬火寿命仅为4×104km)

内燃机曲轴承受周期性变化的气体压力、曲柄连杆机构的惯性力、扭转和弯曲应力以及冲击力等。此外在高速内燃机中还存在扭转振动会造成很大应力

要求有高强度及一定的冲击韧性、弯曲、扭转、疲劳强度和轴颈处高的硬度和耐磨性

低速内燃机采用正火状态的碳钢、球墨铸铁

中速内燃机采用调质碳钢或合金钢4540Cr45Mn250Mn2等及球墨铸铁

高速内燃机采用高强度合金钢35CrMo42CrMo18Cr2Ni4WA

110型柴油机曲轴为例QT60-2正火,中频淬火,σb650MPaak15J/mm2(试样20mm×20mm×110mm),轴体240~300HB,轴颈HRC55,珠光体数量:试棒≥75%,曲轴≥70%

 

1.载荷不大断面较小的蜗杆

45调质220~250HB

1.蜗轮材料与热处理

(1)圆周速度3m/s的重要传动:锡磷青铜QSn10-1

(2)圆周速度≤4m/sQAl9-4

(3)圆周速度≤2m/s,效率要求不高:铸铁防止蜗轮变形一般进行时效处理

2.蜗杆材料与热处理

(1)高速重载1520Cr渗碳淬火56~62HRC404540Cr淬火45~50HRC

(2)不太重要或低速中载4045调质

2.有精度要求(螺纹磨出)而速度2m/s

45淬火回火45~50HRC

3.滑动速度较高、载荷较轻的中小尺寸蜗杆

15渗碳淬火低温回火56~62HRC

4.滑动速度2m/s(最大7~8m/s)精度要求很高表面粗糙度为的蜗杆,如立车中的主要蜗杆

20Cr900~950℃渗碳,800~820℃油淬,180~200℃低温回火,56~62HRC

5.要求高耐磨性、高精度及尺寸大的蜗杆

18CrMnTi处理同上56~62HRC

6.要求足够耐磨性和硬度的蜗杆

40Cr42SiMn45MnB油淬回火45~50HRC

7.中载、要求高精度并与青铜蜗轮配合使用(热处理后再加工丝扣)的蜗杆

35CrMo调质255~303HB(850~870℃油淬,600~650℃回火)

8.要求高硬度和最小变形的蜗杆

38CrMoAlA38CrAlA正火或调质后渗氮硬度HV850

9.汽车转向蜗杆

35Cr815℃氰化、200℃回火,渗层深度0.35~0.40mm,表面锉刀硬度,心部硬度<35HRC

1.形状简单断面较小受力不大的弹簧

65785~815℃油淬,300℃、400℃、500℃、600℃回火,相应的硬度512HB430HB340HB369HB75780~800℃油淬或水淬,400~420℃回火,42~48HRC

弹簧热处理一般要求淬透晶粒细残余奥氏体少。脱碳层深度每边应符合:<f 6mm的钢丝或钢板1.5%直径或厚度;>f 6mm的钢丝或钢板1.0%直径或厚度

大型弹簧在热状态加工成型随即淬火-回火,中型弹簧在冷态加工成型(原材料要求球化组织或大部分球化),再淬火­回火。小型弹簧用冷轧钢带、冷拉钢丝等冷态加工成型后,低温回火

处理后可经喷丸处理:40~50N/cm2的压缩空气或离心机70m/s的线速度,将f 0.3~f 0.5mm(对小零件、汽门弹簧、齿轮等)f 0.6~f 0.8mm(对板簧、曲轴、半轴等)铸铁丸或淬硬钢丸喷射到弹簧表面强化表层。疲劳循环次数可提高8~13寿命可提高2~2.5倍以上

2.中等载荷的大型弹簧

60Si2MnA65Mn870℃油淬,460℃回火,40~45HRC(农机座位弹簧65Mn淬火回火280~370HB)

3.重载荷、高弹性、高疲劳极限的大型板簧和螺旋弹簧

50CrVA60Si2MnA860℃油淬,475℃回火,40~45HRC

4.在多次交变载荷下工作的直径8~10mm的卷簧

50CrMnA840~870℃油淬,450~480℃回火,387~418HB

5.机车、车辆、煤水车板弹簧

55Si2Mn60Si2Mn39~45HRC(363~432HB)(解放牌汽车板簧55Si2Mn363~441HB)

6.车辆及缓冲器螺旋弹簧、汽车张紧弹簧

55Si2Mn60Si2Mn60Si2CrA淬火回火40~47HRC370~441HB

7.柴油泵柱塞弹簧、喷油嘴弹簧、农用柴油机气阀弹簧及中型、重型汽车的气门弹簧和板弹簧

50CrVA淬火回火40~47HRC

8.在高温蒸汽下工作的卷簧和扁簧自来水管道弹簧和耐海水浸蚀的弹簧f 10~f 25mm

3Cr1339~46HRC

4Cr1348~50HRC48~49HRC47~49HRC37~40HRC31~35HRC33~37HRC

9.在酸碱介质下工作的弹簧

2Cr18Ni91100~1150℃水淬,绕卷后消除应力,400℃回火60min160~200HB

10.弹性挡圈δ4f 85

60Si2400℃预热,860℃油淬,430℃回火空冷,40~45HRC

1.8级精度受力不大如各类机床传动丝杠

4545Mn2一般丝杠可用正火170HB受力较大的丝杠调质250HB方头、轴颈局部淬硬42HRC

1.丝杠的选材与热处理

(1)丝杠的主要损坏形式一般丝杠(7级精度)为弯曲及磨损;≥6级精度丝杠为磨损及精度丧失或螺距尺寸变化

(2)丝杠材料应具有足够的力学性能优良的加工性能不易产生磨裂能得到低的表面粗糙度和低的加工残余内应力热处理后具有较高硬度最少淬火变形和残余奥氏体

 

常用于不要求整体热处理至高硬度的材料4540Mn40CrT10T10AT12AT12等。淬硬丝杠材料GCr159Mn2VCrWMnGCr15SiMn38CrMoAlA

(3)热处理

一般丝杠正火(45)或退火(40Cr)去应力处理和低温时效调质和轴颈、方头高频淬火与回火

精密不淬硬丝杠去应力处理低温时效球化退火调质球化如遇原始组织不良等还需先经900(T10T10A)~950(T12T12A)正火处理然后再球化退火,或直接调质球化

精密淬硬丝杠:退火或高温正火后退火,去应力处理,淬火和低温时效

2.考虑热加工工艺性丝杠结构设计注意事项

(1)结构尽可能简单避免各种沟槽、突变的台阶、锐角等尤其是氮化丝杠更应避免一切棱角

(2)丝杠一端应留有空刀槽凸起台阶或吊装螺钉孔便于冷热加工中吊挂用

(3)不应有较大的凸阶以免除局部镦粗的锻造工序

3.滚珠丝杠副的材料与热处理

(1)材料选用

滚珠丝杠L2mf 40~f 80mm、变形小、耐磨性高的6~8级丝杠用CrWMn整体淬火

f 50mm、耐磨性高、承受较大压力的6~8级丝杠用GCr15整体或中频淬火

f 50mm、耐磨性高、6~8级丝杠用GCr15SiMn整体或中频淬火

f 40mmL2m、变形小、耐磨性高的6~8级丝杠用9Mn2V、整淬冰冷处理

有防蚀要求特殊用途的丝杠用9Cr18中频加热表面淬火

L1m、变形小、耐磨性高的6~7级丝杠用20CrMoA渗碳淬火

L2.5m、变形小、耐磨性高的6~7级丝杠用40CrMoA高频或中频淬火

7~8级的丝杠用5550Mn60Mn高频淬火

L2.5m、变形小、耐磨性高的5~6级精度的丝杠38CrMoAlA38CrWVAlA氮化

螺母GCr15CrWMn9CrSi也有用18CrMnTi12CrNiA等渗碳钢的

(2)硬度要求

推荐60HRC±2HRC,螺母取上限,当丝杠L1.5m或精度为56级时硬度可低一些但需56HRC

采用表面热处理的淬透层深度磨削后应为

中频处理   2mm

高频渗碳处理>1mm

氮化处理    0.4mm

7级精度以上的丝杠应作消除残余应力的稳定处理

2.7级精度受力不大轴颈、方头等处均不需淬硬如车床走刀丝杠

45Mn易切削钢和45热轧后σb600~750MPa除应力后170~207HB。金相组织片状珠光体+铁素体

3.7~8级精度受力较大如各类大型镗床、立车、龙门铣和刨床等的走刀和传动丝杠

40Cr42MnVB(65Mn)调质220~250HBσb850MPa方头、轴颈局部淬硬42HRC。金相组织均匀索氏体

4.8级精度中等载荷要求耐磨如平面磨床砂轮架升降丝杠与滚动螺母啮合

40Cr42MnVB调质250HB中频表淬54HRC。调质后基体组织均匀索氏体+细粒状珠光体

5.6级精度要求具有一定耐磨性,尺寸稳定较高强度和较好的切削加工性如丝杠车床、齿轮机床、坐标镗床等的丝杠

T10T10AT12T12A球化退火163~193HB球化等级3~5网状碳化物3调质201~229HB。金相组织细粒状珠光体

6.6级精度要求抗腐蚀、较高的抗疲劳性和尺寸稳定性如样板镗床或其他特种机床精密丝杠

38CrMoAlA调质280HB渗氮850HV。调质后基体组织均匀的索氏体。渗氮前表面应无脱碳层

7.6级精度要求耐磨、尺寸稳定但载荷不大如螺纹磨床、齿轮磨床等高精度传动丝杠(硬丝杠)

9Mn2V(直径60mm)CrWMn(直径60mm)球化退火后球状珠光体1.5~4网状碳化物3硬度227HB淬火硬度(56+0.5)HRC。金相组织回火马氏体无残余奥氏体存在

8.6级精度受点载荷的,如螺纹或齿轮磨床、各类数控机床的滚珠丝杠

GCr15(直径70mm)GCr15SiMn(直径80mm)球化退火后球状珠光体1.5~4网状碳化物360~62HRC。金相组织回火马氏体

推土机用销套承受重载、大冲击和严重磨损

20Mn25MnTiB渗碳二次淬火低温回火59HRC渗碳层深2.6~3.8mm

推土机履带板承受重载、大冲击和严重磨损

40Mn2Si调质履带齿中频淬火或整体淬火中频回火距齿顶淬硬层深30mm

推土机链轨节承受重载、大冲击和严重磨损

50Mn40MnVB调质工作面中频淬火回火淬硬层深6~10.4mm

推土机支承轮

55SiMn45MnB滚动面中频淬火回火淬硬层深6.2~9.1mm

推土机驱动轮

45SiMn轮齿中频淬火淬硬层深7.5mm

活塞销受冲击性的交变弯曲剪切应力、磨损大主要是磨损、断裂

20Cr渗碳淬火低温回火59HRC(双面)

刮板弹簧转子发动机用要求在高温下保持弹性和抗疲劳性能

718耐热合金1050℃固溶处理,冷变形,690℃真空时效,8h(620℃下8h500℃下松弛8h)

受冲击性的迅速变化着的拉应力和装配时的预应力作用在发动机运转中连杆螺栓折断会引起严重事故要求有足够的强度、冲击韧性和抗疲劳能力

40Cr调质31HRC不允许有块状铁素体

下料→锻造→退火或正火→加工→调质(回火水冷防止第二类回火脆性)→加工→装配

牙轮钻头主要是磨坏

20CrMo渗碳淬火低温回火61HRC

输煤机溜槽(原用16Mn钢板未处理仅用3~6个月)

16Mn钢板中频淬火(寿命可提高一倍)

铁锹(原用低碳钢固体渗碳淬火回火质量很差)

低碳钢淬火低温回火得低碳马氏体质量大大提高

石油钻井提升系统用吊球(原用35)、吊卡(原用40CrNi35CrMo)正火或调质质量差笨重

20SiMn2MoVA淬火低温回火得低碳马氏体质量大大提高

石油射孔枪承受火药爆炸大能量高温瞬时冲击类似于枪炮。主要是过量塑性变形引起开裂

20SiMn2MoVA淬火低温回火得低碳马氏体σb1610MPaak80J/mm2

煤矿用圆环牵引链要求高抗拉强度和抗疲劳主要是疲劳断裂及加工时冷弯开裂

20MnV25Mn2V弯曲后闪光对焊正火880℃淬火,250℃回火获得低碳马氏体,预变形强化。σb850MPaσs650MPaak100J/mm2

凿岩机钎尾受高频冲击要求抗多次冲击能力强耐疲劳主要是断裂与凹陷

30SiMnMoV32SiMnMoV56HRC渗碳淬火→650℃回火,二次加热260~280℃等温淬火→螺纹部分滚压强化

凿岩机钎杆受高频冲击与矿石摩擦严重要求多冲抗力大耐疲劳和磨损主要是折断与磨损

30SiMnMoV59HRC900~920℃下用“603”液体渗碳2h,至880℃空冷25~30s,油冷,230℃回火3h

中压叶片油泵定子要求槽口耐磨和抗弯曲性能好。主要是槽口磨损、折断

38CrMoAl渗氮900HV

调质→粗车→去应力→精车→渗氮

机床导轨要求轨面耐磨和保持高精度。主要是磨损和精度丧失

HT200HT300表面电接触加热淬火56HRC

化工用阀门、管件等腐蚀大的零件要求抗腐蚀性高

普通碳素钢渗硅

锅炉排污阀主要是锈蚀要求抗腐蚀性好

45渗硼

1t蒸汽锤杆f 120L2345m

10t模锻锤锤杆

受较剧烈多次冲击和疲劳应力。主要是疲劳断裂

45Cr850℃淬火,10%盐水冷,450℃回火,45HRC

35CrMo860~870℃水淬,450~480℃回火,40HRC

电耙耙斗、电铲铲斗的齿部冲击大、摩擦严重。主要是磨坯

ZGMn13水韧处理180~220HB(工作时在冲击和压力下450~550HB)

f 840mmf 650mm的矿车轮

ZG55ZGCrMnSi280~330HB