汽車發(fā)動機(jī)齒輪材料的選擇及工藝設(shè)計課程設(shè)計

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1、專業(yè)課程設(shè)計任務(wù)書 姓名：呂永丹 班級：材科102 設(shè)計題目：汽車發(fā)動機(jī)齒輪材料的選擇及工藝設(shè)計 設(shè)計內(nèi)容： 1、根據(jù)零件工作原理，服役條件，提出機(jī)械性能要求和技術(shù)要求。 2、選材，并分析選材依據(jù)。 3、制訂零件加工工藝路線，分析各熱加工工序的作用。 4、制訂熱處理工藝卡，畫出熱處理工藝曲線，對各種熱處理工藝進(jìn)行分析，并分析所得到的組織，說明組織及性能的檢測方法與使用的儀器設(shè)備。 5、分析熱處理過程中可能產(chǎn)生的缺陷及補(bǔ)救措施。 6、分析零件在使用過程中可能出現(xiàn)的失效方式及修復(fù)措施。 21

2、 目 錄 1 前言 3 2 汽車發(fā)動機(jī)齒輪工作條件及性能要求 4 2.1 汽車發(fā)動機(jī)齒輪工作條件 4 2.2 汽車發(fā)動機(jī)齒輪的機(jī)械性能要求及技術(shù)要求 4 2.3 汽車發(fā)動機(jī)齒輪材料的選擇及分析 6 2.3.1 汽車發(fā)動機(jī)齒輪材料的選擇 6 2.3.2 汽車發(fā)動機(jī)齒輪材料的分析 7 3 汽車發(fā)動機(jī)齒輪加工工藝 8 3.1 汽車發(fā)動機(jī)齒輪加工工藝流程及各工序作用 8 3.2 汽車發(fā)動機(jī)齒輪具體熱處理工藝及分析 9 3.2.1 鍛造 9 3.2.2 正火 10 3.2.3 滲碳+淬火 11 3.2.4 低溫回火 12 3.2.5 各熱處理工藝后的金相組織分析

3、13 3.2.6 熱處理工藝過程中可能產(chǎn)生的缺陷及處理措施 15 4 汽車發(fā)動機(jī)齒輪使用過程中可能出現(xiàn)的失效方式及預(yù)防措施 17 5 心得體會 19 6 參考文獻(xiàn) 20 1前言 本課程設(shè)計了20CrMnTi適用于汽車發(fā)動機(jī)齒輪的可靠性。汽車發(fā)動機(jī)齒輪作為汽車發(fā)動機(jī)中的重要零部件，其材料是保證其本身工作性能和可靠性的基礎(chǔ)。對發(fā)動機(jī)齒輪的失效形式分析，其主要承受交變載荷，沖擊載荷，剪切應(yīng)力和接觸應(yīng)力大等，因此對齒輪在材料、精度、強(qiáng)度、耐久性和可靠性等方面提出了更高要求。20CrMnTi合金鋼是一種優(yōu)良的滲碳鋼，有高的淬透性，經(jīng)滲碳

4、淬火加低溫回火后，表面硬度很高，心部強(qiáng)度和塑性，韌性配合很好。 關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)齒輪，20CrMnTi，鍛造，淬火+低溫回火 2 汽車發(fā)動機(jī)齒輪工作條件及性能要求 2.1 汽車發(fā)動機(jī)齒輪工作條件 發(fā)動機(jī)和汽車的起動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等主要附件都是由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子通過齒輪傳動裝置帶動的。在整個行駛過程中，齒輪傳動都必須可靠地工作，以保證發(fā)動機(jī)和汽車所有附件的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和所需功率符合設(shè)計要求。隨著汽車發(fā)動機(jī)性能和可靠性要求的不斷提高，齒輪承受的交變載荷和劇烈沖擊載荷在不斷增加，所受應(yīng)力復(fù)雜，工

5、況惡劣。因此，要使齒輪在工作時，從它的失效形式方面的考慮，就必須保證它能在一定的高溫環(huán)境中工作。齒輪是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的重要零件之一。其主要作用是傳遞動力，改變運(yùn)動速度和方向。是主要零件。其服役條件如下： 齒輪工作時，通過齒面的接觸來傳遞動力。兩齒輪在相對運(yùn)動過程中，既有滾動，又有滑動。因此，齒輪表面受到很大的接觸疲勞應(yīng)力和摩擦力的作用。在齒根部位受到很大的彎曲應(yīng)力作用；在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的過載產(chǎn)生振動，承受一定的沖擊力或過載；變速齒輪在換檔時，端部受沖擊，承受一定沖擊力；在一些特殊環(huán)境下，受介質(zhì)環(huán)境的影響而承受其它特殊的力的作用。 2.2 汽車發(fā)動機(jī)齒輪的機(jī)械性能要求及技術(shù)要求 根據(jù)

6、齒輪的受力情況和失效分析可知 ,齒輪一般都需經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚?,以提高承載能力和延長使用壽命 ,齒輪在熱處理后應(yīng)滿足下列性能要求 : ①高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度 ( 抗疲勞點(diǎn)蝕 ) 。 ②齒面具有較高的硬度和耐磨性 。 ③齒輪心部具有足夠的強(qiáng)度和韌性。 ④高的淬透性。 20CrMnTi鋼屬于合金滲碳鋼，有高的淬透性，經(jīng)滲碳淬火加低溫回火后，表面硬度很高，心部強(qiáng)度和韌、塑性配合很好，切削加工性能良好，當(dāng)硬度為HB260～320時，相對切削加工性為60%～70%。另外，鋼退火后硬度低、塑性好。為提高發(fā)動機(jī)齒輪的耐磨性，齒輪開齒后需要進(jìn)行滲碳處理，然后再進(jìn)行淬火和低溫回火，從而保

7、證齒輪表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韌性。對20CrMnTi鋼的硬度要求 齒面硬度：58～64HRC；心部硬度：ms≤8mm時，32～45HRC；ms＞8mm時，29～45HRC。需要進(jìn)行滲碳，滲碳層深度：ms≤5mm時，0.9～1.3mm；5mm＜ms＜8mm時，1.0～1.4mm；ms＞8mm時，1.2～1.6mm。（ms—端面模數(shù)） 表1 20CrMnTi鋼的技術(shù)要求 試樣取樣位置 力學(xué)性能 條鋼按GB2975，鍛件按圖樣 零件表面 σb MPa 930 σ0.2 MPa 685 δ5 % 11 Ψ

8、 % 50 Aku J 88 HB ≤217 HRC 28～45 HRC≥56 2.3 汽車發(fā)動機(jī)齒輪材料的選擇及分析 2.3.1 汽車發(fā)動機(jī)齒輪材料的選擇 22CrMnMo、20CrMnMoH和20CrMoH鋼由于有著較高淬透性而用于中型汽車齒輪。此類鋼可采用滲碳后直接淬火工藝。由于鉻錳鉬鋼和鉻鉬鋼中含有鉻和鉬等形成碳化物的元素，在滲碳過程中將促使輪齒表面碳含量增加，容易在滲碳層組織中出現(xiàn)大量碳化物，使?jié)B碳層性能惡化。因此，齒輪采用鉻錳鉬鋼和鉻鉬鋼滲碳時，宜采用弱滲碳?xì)夥?，以防止形成過量碳化物。22CrMnMo和20CrMnMoH

9、齒輪鍛坯正火后在650～670℃進(jìn)行高溫回火處理，金相組織為細(xì)片狀珠光體+少量鐵素體，硬度為171～229HB。20CrMnH齒輪鍛坯最好在連續(xù)式等溫正火爐中處理，935～945℃加熱，640～650℃先預(yù)冷后等溫，可獲得均勻的鐵素體+珠光體組織，硬度為156～207HB。文獻(xiàn)指出，20CrMoTi鋼冶煉工藝穩(wěn)定，淬透性帶較窄且易于控制，與20CrMnH鋼齒輪比較，具有熱處理畸變?。粷B層有良好、穩(wěn)定的淬透性；金相組織、滲碳淬火后的表面和心部硬度，均能較好地滿足技術(shù)要求；疲勞性能好，比較適合汽車中小模數(shù)齒輪。20CrMnTi是典型的中淬透性鋼，該鋼由于Cr、Mn多元復(fù)合合金化的作用，淬透性好，油

10、淬臨界直徑為40mm左右。滲碳后淬火回火具有較高耐磨性和抗彎強(qiáng)度以及高的強(qiáng)韌性，特別是良好的低溫沖擊韌性，鋼的滲碳工藝性較好，晶粒長大傾向小，熱處理工藝簡單，但高溫回火時有回火脆性傾向，滲碳后可直接淬火，變形比較小。 20CrMnTi的熱加工和冷加工性能較好，正火后硬度為HB180～230，相對切削性能好，并可獲得光潔的表面。一般可用于制造截面在30mm以下的承受高速、中速及重載荷以及沖擊和摩擦的重要滲碳零件，如齒輪、齒輪圈、離合器軸、液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)子等。 綜合考慮齒輪的服役條件，既保證齒輪的疲勞壽命，又減少齒輪的熱處理畸變，采用20CrMnTi作為本次課設(shè)的汽車發(fā)動機(jī)齒輪的材料。 2.3.

11、2 汽車發(fā)動機(jī)齒輪材料的分析 表2 20CrMnTi的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%) C Si Mn P S Cr Ni Cu Ti 0.17～0.23 0.17～0.37 0.80～1.10 ≤0.035 ≤0.035 1.00～1.30 ≤ 0.030 ≤0.030 0.04～0.10 成分分析： 鋼的含碳量可保證形成大量的合金碳化物，淬火加熱時，一部分融入奧氏體中，提高其穩(wěn)定性，同時也使馬氏體中的合金元素含量增加，保證其硬度；而未溶的碳化物則起細(xì)化晶粒、提

12、高韌性的作用．并提高鋼的耐磨性。 Cr是20CrMnTi合金鋼中主要的合金元素，它使鋼的淬透性大大增加，提高其回火穩(wěn)定性，并產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象。鈦與碳形成高硬度的碳化物，加熱時未溶的碳化物可細(xì)化晶粒、提高鋼的耐磨性的作用。 錳和硅是煉鋼過程中必須加入的脫氧劑，用以去除溶于鋼液中的氧。它還把鋼液中的氧化鐵還原成鐵，并形成氧化錳和二氧化硅。錳除了脫氧作用外，還有除硫作用，即與鋼液中的硫結(jié)合成MnS,從而在相當(dāng)大成度上消除硫在鋼中的有害影響。這些反應(yīng)產(chǎn)物大部分進(jìn)入爐渣，小部分殘留與鋼中，成為非金屬夾雜物。脫氧劑中的錳和硅會有一部分溶于鋼液中，冷至室溫后即溶于鐵素體中，提高鐵素體的強(qiáng)度。硅溶于鐵素體

13、中后有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度。 Ti也是20CrMnTi合金鋼中的主要元素。它的存在提高了鋼的強(qiáng)度，而不降低其塑性，改善了鋼鐵的低溫韌性降低了鋼鐵的臨界冷卻速度，提高鐵的淬透性擴(kuò)大奧氏體區(qū)，是奧氏體化的有效元素 ，此外其本身具有一定耐蝕性，對一些還原性酸類有良好的耐蝕能力。 3 汽車發(fā)動機(jī)齒輪加工工藝 3.1 汽車發(fā)動機(jī)齒輪加工工藝流程及各工序作用 （1）工藝路線 汽車發(fā)動機(jī)齒輪的制造工序基本上相同，對于不同的鋼種，在其熱處理時有些許差異。一般都采用棒料經(jīng)鍛造—粗車—調(diào)質(zhì)—半精車—粗磨基準(zhǔn)—開齒（包括插齒、刨齒、滾齒、銑齒等）—磨齒—局部滲碳(滲氮或氰化)—低溫回

14、火(滲碳后擴(kuò)散處理)—淬火—噴丸--精磨基準(zhǔn)—磨齒。 （2）各工序作用 ①鍛造的作用：通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，同時由于保存了完整的金屬流線，鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。 ②正火的作用：用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預(yù)處理；用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處理作為最后熱處理，也可作為用感應(yīng)加熱方法進(jìn)行表面淬火前的預(yù)備處理；用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織；用于鑄鋼件，可以細(xì)化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能；用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時較大的

15、開裂傾向；用于球墨鑄鐵，使硬度、強(qiáng)度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)的曲軸、連桿等重要零件；過共析鋼球化退火前進(jìn)行一次正火，可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，以保證球化退火時滲碳體全部球?；? ③滲碳的作用：是對金屬表面處理的一種，采用滲碳的多為低碳鋼或低合金鋼，具體方法是將工件置入具有活性滲碳介質(zhì)中，加熱到900～950℃的單相奧氏體區(qū)，保溫足夠時間后，使?jié)B碳介質(zhì)中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳，心部仍保持原有成分。相似的還有低溫滲氮處理。這是金屬材料常見的一種熱處理工藝，它可以使?jié)B過碳的工件獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。 ④淬火的作用：獲得強(qiáng)度，硬度和塑性，

16、韌性都較好的綜合機(jī)械性能。 ⑤回火的作用：消除工件淬火時產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，防止變形和開裂；調(diào)整工件的硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性，達(dá)到使用性能要求；穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度；改善和提高加工性能。 ⑥噴丸的作用：是把金屬毛坯，一般是鑄件或鍛件放入密閉的噴丸室內(nèi)，金屬顆粒（噴丸）在壓力空氣的作用下，撞擊毛坯表面。其作用是去除毛坯表面氧化皮，消除毛坯內(nèi)部應(yīng)力。 3.2 汽車發(fā)動機(jī)齒輪具體熱處理工藝及分析 3.2.1 鍛造 造齒輪的毛坯經(jīng)過鍛造后獲得基本的形狀。鍛造是利用鍛壓機(jī)械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，已獲得具有一定機(jī)械性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。齒輪的鍛造工藝是用棒

17、料鐓經(jīng)切削加工制成的，其纖維組織彎曲呈放射狀，所有齒部的正應(yīng)力都平行于纖維組織的方向，力學(xué)性能得到很大的提高。20CrMnTi合金鋼的始鍛溫度為1180℃，中鍛溫度為850℃，鍛后進(jìn)行緩慢冷卻。接觸疲勞試樣由棒料，彎曲疲勞試樣從GF齒圈上截取，改鍛成齒輪式樣毛坯。20CrMnTi合金鋼的終鍛溫度為850℃，鍛后經(jīng)880～920℃正火（空冷）和650～780℃退火（爐冷）處理。 表3 鍛造熱處理溫度 始鍛溫度 終鍛溫度 正火溫度 退火溫度 1180℃ 850℃ 880～920℃ 650～780℃ 3.2.2 正火 鍛坯等溫正火是為消除內(nèi)應(yīng)力，改善、細(xì)化組織，為后續(xù)加

18、做準(zhǔn)備，便于切削加工。 ①正火溫度：正火是將鋼加熱到Ac3以上30℃～50℃,保溫足夠的時間后出爐在空氣中冷卻到室溫。對于一般的齒輪采用正火,正火可以減少碳和其他合金元素的成分偏析;使奧氏體晶粒細(xì)化和碳化物的彌散分布,以便在隨后的熱處理中增加碳化物的溶解量。由于正火的冷卻速度較快,獲得細(xì)小的片層狀滲碳體珠光體,強(qiáng)度、硬度都較高,力學(xué)性能較好。這里選擇的正火溫度為： 加熱920～950℃。 ②冷卻方式：空冷，由于正火的冷卻速度較快,獲得細(xì)小的片層狀滲碳體珠光體,強(qiáng)度、硬度都較高,力學(xué)性能較好。然而正火工藝是空冷,對于尺寸較大零件,內(nèi)外溫差大冷卻速度不穩(wěn)定,在連續(xù)冷卻時,過冷奧氏體在A

19、1-550℃溫度范圍內(nèi)分解為珠光體,在550℃-Ms溫度范圍內(nèi),因轉(zhuǎn)變溫度較低轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w組織(即含碳量具有一定過飽和度的鐵素體和分散的滲碳體(或碳化物)的混合物),其特征是過飽和碳的鐵素體中分布粒狀或長條狀的碳化物。鍛造毛坯正火產(chǎn)生的粒狀貝氏體引起硬度增高,導(dǎo)致了齒型加工困難,使刀具早期磨損。對于車輛齒輪或大批量的小型齒輪越來越多采用等溫正火工藝。這樣可以得到很硬的馬氏體組織，從而能夠減少變形和開裂。 ③正火得到的組織：珠光體+少量鐵素體組織。 ④硬度檢測：在正常情況下，用HRS-150洛氏硬度計測得的硬度值為156～207HBS。 設(shè)備：RJX-75-9 t/h

20、 930~950℃ 60010℃ ℃ 2 1 空冷 圖1 20CrMnTi的正火工藝曲線 3.2.3滲碳+淬火 滲碳：使機(jī)械零件獲得高的表面硬度，耐磨性和高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。 滲碳溫度：920～950℃，保溫時間按滲碳層深度確定，取t＝6h，滲碳層深度：1.8～1.9mm 20CrMnTi滲碳采用井式氣體滲碳爐滲碳，滲碳?xì)怏w使用碳?xì)浠衔镉袡C(jī)液體，如煤油、丙酮等直接滴入爐內(nèi)氣體而得，為提高滲入速度，是表面達(dá)到合適的含碳量，將滲入過程分兩個過程進(jìn)行，即滲入階段和擴(kuò)散階段。 淬火：20CrMnTi經(jīng)滲碳后直接進(jìn)行淬火。 齒輪滲碳后可預(yù)冷到870～8

21、80℃并保溫一段時間，預(yù)冷過程中滲碳層析出二次滲碳體，深層中殘余奧氏體量減少，預(yù)冷溫度不應(yīng)過低，以免心部游離鐵素體增多，降低心部硬度，預(yù)冷應(yīng)在爐內(nèi)進(jìn)行，并應(yīng)防止表面脫碳，選擇870℃，預(yù)冷2h。 淬火介質(zhì)選擇10﹟機(jī)械油，因為20CrMnTi淬透性好，油淬臨界直徑DO≤40mm油淬后可減少滲碳層中殘余奧氏體，提高耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度而心部有較高強(qiáng)度和韌性，淬火表面硬度HRC58～63,心部HRC33～45。 設(shè)備：RQ3-75-9T。 圖2 20CrMnTi的滲碳工藝曲線 3.2.4 低溫回火 ①回火溫度：160～180℃，在這個溫度下，齒輪表面不僅硬而耐磨，同時心部有較好的韌

22、性和塑性。 ②冷卻方式：空冷。 ③回火設(shè)備：RJ2-75-6 ④回火得到的組織：表層：回火馬氏體+K+Ar；芯部：低C-M。 ⑤硬度檢測：在正常情況下，用HRS-150洛氏硬度計測得的硬度值為58～62HRC。 180~200℃ 2 空冷 ℃ t/h 圖3 20CrMnTi的低溫回火工藝曲線 3.2.5 各熱處理工藝后的金相組織分析 ①20CrMnTi等溫正火后金相組織如下所示： 圖4 100 圖5 500 浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕 組織說明：均勻細(xì)小等軸狀的珠光體和鐵素體組織 20CrMnTi

23、是一種滲碳用鋼，滲碳前一般應(yīng)進(jìn)行正火處理，以細(xì)化晶粒、改善組織分布，為正常滲碳作好組織準(zhǔn)備。 ②20CrMnTi（930℃滲碳后淬火、回火處理）金相組織如下圖： 圖6 100 圖7 400 浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕 組織說明： 圖6：表面滲碳層至心部組織分布形貌，回火溫度較低，表面合金高碳馬氏體區(qū) 較難浸蝕。 圖7：齒的節(jié)圓處滲碳層組織，針狀及隱針狀馬氏體(3～4級)，殘余奧氏體(8級)，白色小條狀碳化物(4～5級)。 圖8：齒角處滲碳層組織，基本與節(jié)圓相同，但碳化物趨網(wǎng)狀分布，可評為7～8

24、級。 圖8 400 3.2.6 熱處理工藝過程中可能產(chǎn)生的缺陷及處理措施 ①滲碳淬火后齒輪的檢驗項目、內(nèi)容和要求 檢驗項目 檢驗內(nèi)容及要求 原材料質(zhì)量 用試樣檢查 化學(xué)成分﹑低倍組織﹑晶粒度、淬透性、帶狀組織 毛坯力學(xué)性能 用試樣檢查 檢查布氏硬度，按圖樣檢查σb、σ0.2、δ、Ψ、Ak 外觀質(zhì)量 用齒輪檢查 滲碳淬火后100％檢查表面氧化、裂紋及碰傷 滲層深度 用試樣檢查 按圖樣要求，從表面測到HV550深度處為有效硬化層深度，顯微檢查滲碳總深度時，碳鋼為過共析＋共析＋1/2過渡區(qū)；合金鋼為過共析＋共析＋全部過渡區(qū)。過共析＋共析層應(yīng)占總深度為50％～70％

25、 表面硬度 用齒輪檢查 按圖樣要求，為HRC58～62 心部硬度組織 用齒輪檢查 按圖樣要求，為HRC33～45 心部組織 為板條馬氏體＋少量鐵素體 表面碳濃度 用試樣檢查 按圖樣要求，為0.75％～1.0％ 表層顯微組織 用試樣檢查 按ZB/T04 001-1988檢查，細(xì)針馬氏體＋分散細(xì)小碳化物＋少量殘余奧氏體為佳，按標(biāo)準(zhǔn)圖，馬氏體和殘余奧氏體1～5 表面裂紋 不允許有裂紋,100﹪磁粉探傷,批量件≥5件可抽查 齒部磁粉探傷 模數(shù)/mm 缺陷最大尺寸/mm ≤2.5

26、 0.8 ＞2.5～8 1.6 ＞8 2.4 畸變 用齒輪檢查 按圖樣和工藝要求檢查 ②滲碳齒輪的常見缺陷及防止措施 缺陷名稱 產(chǎn)生原因 防止措施 毛坯硬度偏高 正火溫度偏低或保溫時間不足使組織中殘留少量硬度較高（HV≥250）的魏氏組織，正火溫度超過鋼材晶粒顯著長大的溫度 應(yīng)重新制訂正火工藝；檢查控溫儀表，校準(zhǔn)溫度，控制正火冷卻速度 毛坯硬度偏低 正火冷卻過緩 重新正火，加強(qiáng)冷卻 帶狀偏析 鋼材合金元素和雜質(zhì)偏析，一般正

27、火難以消除 更換材料 層深不足 碳勢偏低；溫度偏低或滲期不足 提高碳勢；檢查爐溫，調(diào)整工藝，延長滲碳時間 滲層過深 碳勢過高，滲碳溫度偏高；滲期過長 降低碳勢；縮短周期，調(diào)整工藝 滲層不均 爐內(nèi)各部分溫度不均；碳勢不均；爐氣循環(huán)不佳；工件相互撞碰；齒面有臟物；滲碳時在齒面結(jié)焦 齒輪表面清洗干凈；合理設(shè)計夾具；防止齒輪相互碰撞；在齒輪料盤上加導(dǎo)流罩，保證爐內(nèi)各部溫度均勻；嚴(yán)格控制滲碳劑中不飽和碳?xì)浠衔? 過共析＋共析層比例過大（大于總深度的3／4） 爐氣碳勢過高；強(qiáng)滲和擴(kuò)散時間的比例選擇不當(dāng) 降低碳勢；調(diào)整強(qiáng)滲與擴(kuò)散期的比例，如果滲層深度允許，可返修進(jìn)行擴(kuò)散處理 過共

28、析＋共析層比例過?。ㄐ∮诳偵疃鹊?／2） 爐氣碳勢過低，強(qiáng)滲時間過短 提高爐氣碳勢；增加強(qiáng)滲時間；可在爐氣碳勢較高的爐中補(bǔ)滲 表面碳濃度過高形成大塊碳化物網(wǎng) 爐氣碳勢過高，強(qiáng)滲時間過長 降低碳勢，縮短強(qiáng)滲時間；如果滲層深度允許，可在較低碳勢爐中進(jìn)行擴(kuò)散處理；適當(dāng)提高淬火溫度；進(jìn)行一次滲層的球化退火 表面殘留奧氏體過多 碳含量過高；滲后冷卻過快，碳量析出不夠，淬火溫度偏高 調(diào)整滲碳工藝控制碳含量；從滲碳爐或預(yù)冷爐中出爐的溫度不宜過高；降低淬火溫度 表面含碳量過低 爐氣碳勢過低，爐溫偏高；擴(kuò)散時間過長 提高碳勢；檢查爐溫，調(diào)整強(qiáng)滲與擴(kuò)散時間的比例 表層馬氏體針粗大 淬火溫

29、度偏高 降低淬火溫度 表層出現(xiàn)非馬氏體組織 升溫排氣不充分；爐子密封性差，漏氣，使表層合金元素氧化，淬火冷卻速度低 從設(shè)備和工藝操作上減少空氣進(jìn)入爐內(nèi)；適當(dāng)提高淬火冷卻速度；在滲碳最后10min左右通入適量氨氣 表層脫碳 滲后出爐溫度過高；爐子出現(xiàn)嚴(yán)重漏氣；淬火時產(chǎn)生氧化 防止?fàn)t子漏氣；降低出爐溫度；控制淬火時爐內(nèi)氣氛；鹽爐淬火脫氧要充分；補(bǔ)滲碳 心部硬度偏低 淬火溫度過低；冷卻速度不當(dāng)，心部游離鐵素體過多；選材不當(dāng) 提高淬火溫度；加強(qiáng)淬火冷卻；采用兩次淬火；更換材料 畸變 淬火溫度偏高；冷卻方法不當(dāng)；夾具設(shè)計不合理，材料選擇不當(dāng) 調(diào)整淬火工藝，合理設(shè)計夾具，改善冷卻

30、條件，改換鋼材 4汽車發(fā)動機(jī)齒輪使用過程中可能出現(xiàn)的失效方式及預(yù)防措施 （1）疲勞斷裂 齒輪在交變應(yīng)力和摩擦力的長期作用下，導(dǎo)致齒輪點(diǎn)面接疲勞斷裂。其產(chǎn)生是由于當(dāng)齒輪受到彎曲應(yīng)力超過其持久極限就出現(xiàn)疲勞破壞而超過材料抗彎強(qiáng)度時，就造成斷裂失效；處理措施：直接更換零件。 （2）表面損傷 點(diǎn)蝕：是閉式齒輪傳動中最常見的損壞形式，點(diǎn)蝕進(jìn)一步發(fā)展，表現(xiàn)為蝕坑至斷裂; 硬化層剝落：由于硬化層以下的過渡區(qū)金屬在高接觸應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形，使表面壓應(yīng)力降低，形成裂紋造成碳化層剝落；預(yù)防措施是適當(dāng)提高齒面硬度和光潔度，大小齒輪應(yīng)采取不同鋼種，低速傳動采用粘度大的潤滑油，高速轉(zhuǎn)動時，設(shè)法降低油溫，

31、并采用活化性潤滑油，設(shè)計上采取措施提高制造精度和裝配質(zhì)量。 （3）磨損失效 摩擦磨損：汽車、拖拉機(jī)上變速齒輪屬于主載荷齒輪，受力比較大，摩擦產(chǎn)生熱量較大，齒面因軟化而造成塑性變形，在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時粘結(jié)而后又被撕裂，造成齒面摩擦磨損失效；預(yù)防措施是在相同油膜溫度和壓力下，保證油的高粘度。避免在低速、重載、極端溫度、相對比較粗糙不規(guī)則的表面、供油不足和油粘度太低的情況下使用。 磨粒磨損：外來質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入相互嚙合的齒面間，使齒面產(chǎn)生機(jī)械擦傷和磨損，比正常磨損的速度來得更快。預(yù)防措施是保證潤滑油的清潔度，并且避免外來顆粒的影響。 另外，齒輪除上述失效形式外，還有在換檔時，齒端相互撞擊，而造成的齒端磨損

32、，或因換檔過猛或過載造成斷裂以及齒面塑性變形，崩角等失效形式；應(yīng)對措施：預(yù)防措施是適當(dāng)提高齒輪的模數(shù)，且重合度大于2，對防止斷齒較有利，控制齒寬，采用大尺寸倒角，并對齒端銳角齒面進(jìn)行修磨。 5 心得體會 通過分析可知，20CrMnTi鋼經(jīng)淬火低溫回火或高溫回火后都具有良好的綜合力學(xué)性能，鋼的低溫韌性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好。目前導(dǎo)致模具損壞的因素很多，但主要的還是鍛造工藝或熱處理工藝不盡合理而造成的。零件的綜合性能處理與組成其本身的元素基體外，最主要的影響因素是熱處理工藝。通過良好的熱加工工藝，可以有效的將合金材料的綜合性能提高。從而使零件的壽命得以延長，從而獲得更好

33、的效益。 通過對汽車發(fā)動機(jī)齒輪的工藝設(shè)計，綜合了《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《金屬熱處理工藝學(xué)》、《失效分析》、《金屬力學(xué)性能》等知識。更重要的是使我懂得了運(yùn)用知識的重要性和理論聯(lián)系實際的妙處。經(jīng)過這次課程設(shè)計，我學(xué)到了不少的東西，同時也發(fā)現(xiàn)了不少的問題。主要的問題就是找來工具書以后，不知道怎樣找到自己所需要的內(nèi)容，同時在對知識的匯總時，總覺得自己有些混亂，不知道從何處下手。其實有問題并不可怕，只要找到解決的方法，就能不斷地提高自己。最終，在老師的指導(dǎo)下，我也算是順利的完成了這次課程設(shè)計。我還發(fā)現(xiàn)，課程設(shè)計中細(xì)節(jié)問題還真是不少，尤其是課程設(shè)計報告的格式問題讓我覺得有些不習(xí)慣，但老師著重強(qiáng)調(diào)這個問題，也

34、是讓我們關(guān)注細(xì)節(jié)，也是讓我們?yōu)楫厴I(yè)設(shè)計做準(zhǔn)備。 最后，我還要感謝老師的細(xì)心指導(dǎo)和幫助，使我解決了一個個困惑，讓我在知識和能力方面都有不少的提升，為我以后的學(xué)習(xí)生活打下了很好的基礎(chǔ)。 6 參考文獻(xiàn) [1]雷廷權(quán)，傅家騏.金屬熱處理工藝方法500種[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. [2]林約利，程芝蘇.簡明金屬熱處理工手冊[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003. [3]陳南平，顧守仁，沈萬慈等.機(jī)械零件失效分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，1988. [4]趙程，楊建民.機(jī)械工程材料[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. [5]王忠誠，王東.熱處

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