【例1】某工厂生产精密丝杠，尺寸为φ40×800mm，要求热处理后变形小，尺寸稳定，表面硬度为60～64HRC，用CrWMn钢制造;其工序如下：热轧钢棒下料→球化退火→粗加工→淬火、低温回火→精加工→时效→精磨。

试分析：

1. 用CrWMn钢的原因。

2. 分析工艺安排能否达到要求，如何改进？

 

丝杠是机床重要的零件之一，应用于进给机构和调节移动机构，它的精度高低直接影响机床的加工精度、定位精度和测量精度，因此要求它具有高精度和高的稳定性、高的耐磨性。在加工处理过程中，每一工序都不能产生大的应力和大的应变；为保证使用过程中的尺寸稳定，需尽可能消除工件的应力，尽可能减少残余奥氏体量。丝杠受力不大，但转速很高，表面要求有高的硬度和耐磨性，洛氏硬度为60～64 HRC。

根据精密丝杠的上述要求，选用CrWMn钢较为合适。其原因如下：

（1）CrWMn钢是高碳合金工具钢，淬火处理后能获得高的硬度和耐磨性，可满足硬度和耐磨性的要求。

（2）CrWMn钢由于加入合金元素的作用，具有良好的热处理工艺性能，淬透性好，热处理变形小，有利于保证丝杠的精度。目前，9Mn2V和CrWMn用得较多，但前者淬透性差些，适用于直径较小的精密丝杠。对原工艺安排分析：原工艺路线中，由于在球化退火前没有安排正火；机加工后没有安排去应力退火；淬火、低温回火后没有安排冰冷处理等项原因，使得精密丝杠在加工过程中会产生很大的应力和变形，很难满足精密丝杠的技术要求。所以原工艺路线应改为：下料→正火→球化退火→粗加工→去应力退火→淬火、低温回火→冷处理→低温回火→精加工→时效→半精磨→时效→精磨。

 

【例2】有一载重汽车的变速箱齿轮，使用中受到一定的冲击，负载较重，齿表面要求耐磨，硬度为58～62HRC齿心部硬度为30～45HRC，其余力学性能要求为σb＞1000MPa，σOF≥600MPa，AK ＞48J。试从所给材料中选择制造该齿轮的合适钢种。

35、45 、20CrMnTi 、38CrMoAl 、T12

 

分析：从所列材料中可以看出35、45 、T12钢不能满足要求。20CrMnTi能全面满足齿轮的性能要求。

其工艺流程如下：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→喷丸→磨齿。

 

【例3】机械式计数器内部有一组计数齿轮，最高转速为350r/min，该齿轮用下列哪些材料制造合适，并简述理由。40Cr、20CrMnTi、尼龙66。

 

工作条件分析：计数器齿轮工作时，运转速度较低、承受的扭矩很小，齿轮间存在摩擦，因此要求摩擦系数小，耐磨性好。由于该结构特点要求选材时重量要轻，工作噪音要小，在无润滑条件下长时间工作，制造工艺简单，价格便宜，很明显，40Cr，20CrMnTi等合金钢由于价格太贵、太重、加工复杂而不合适。而尼龙66工程塑料较为合适。其原因：

（1）有足够的抗弯强度（≥70～90MPa）和冲击吸收功（10～45J）。

（2）耐磨、减磨、消音、耐应力开裂。

（3）－40～100℃可长期使用。

（4）有较好的弹性，吸震，防冲击，噪声小。

（5）重量轻。

（6）耐蚀性好。

（7）可用注射法一次成型，制造工艺简单，生产率高，成本低。

 

 

【例4】现有一碳钢制支架刚性不足，采用以下三种方法中的哪种方法可有效解决此问题？为什么？

①改用合金钢；

②进行热处理改性强化；

③改变该支架的截面与结构形状尺寸。

 

答：选③，改变该支架的截面与结构形状尺寸。因为金属材料的刚度决定于基体金属的性质，当基体金属确定时，难于通过合金化、热处理、冷热加工等方法使之改变。

 

 

【例5】某一用45钢制造的零件，其加工路线如下：

备料→锻造→正火→粗机械加工→调质→精机械加工→高频感应加热淬火＋低温回火→磨削，请说明各热处理工序的目的及热处理后的组织。

 

答：正火目的:消除锻造应力,改善切削加工性,同时均匀组织,细化晶粒,为后续热处理作组织准备。组织: 晶粒均匀细小的F 和S。

调质目的:提高塑性、韧性,使零件获得较好的综合力学性能。组织: S 回。

高频感应加热淬火目的:提高工件表面的硬度和耐磨性,而心部仍保持良好的塑性和韧性。

低温回火目的:降低内应力和脆性。表层组织: M 回，心部组织：S 回。

 

【例6】选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）：

（1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45 钢；

（2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC 50-55），材料选用45 钢；

（3）镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoALA。

（4）M12 丝锥，要求刃部硬度为60～62HRC，柄部硬度为30～40HRC，材料选用T12A。

 

答: ⑴45 钢机床变速箱齿轮: 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→超音频感应加热淬火+低温回火→精磨→成品；

⑵45 钢机床主轴: 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火+低温回火→精磨→成品；

⑶38CrMoAlA 镗床镗杆: 下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→氮化→研磨→成品；

⑷T12A 丝锥: 锻造→球化退火→机加工→淬火＋低温回火→柄部盐浴加热快速退火→精加工。

 

 

【例7】确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：

（1）经冷轧后的15 钢钢板，要求降低硬度；

（2）ZG35 的铸造齿轮；

（3）锻造过热后的60 钢锻坯；

（4）改善T12 钢的切削加工性能。

 

答: （1）再结晶退火, 目的：细化晶粒，均匀组织，使变形晶粒重新转变为等轴晶粒，以消除加工硬化现象，降低了硬度，消除内应力。得到P+F（P 为等轴晶）；

（2）去应力退火, 目的：消除（铸造）内应力。得到P+F；

（3）重结晶退火（完全退火、等温退火）, 目的：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。得到P+F；

（4）球化退火, 目的：使片状渗碳体变为球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。得到颗粒状P+Fe3C。

 

例8：选材设计一个车床主轴。该主轴受交变弯曲和扭转的复合应力，载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，轴颈部要求耐磨。请选材并设计热处理工序。需说明各热处理工序的作用，画出工艺曲线，并指出热处理后的组织。（备选材料45、T8、20CrMnTi）

 

答：（1)   正火（或完全退火）：消除锻造应力、调整硬度、细化晶粒；组织：S+F

       （2)   调质（淬火+高温回火）：使钢获得综合性能好；组织：S_回

       （3)   表面淬火+低温回火：提高表面硬度和耐磨性；组织：表面M_回  心部S_回