图3-7 钢的等温转变图和连续冷却转变图
3.4热处理工艺方案及工艺参数的论述
3.4.1零件的加工工艺路线及其简单论证 下料 回火
论证：首先正火可以细化晶粒，使组织均匀化，消除切削加工后的组织硬化现象和去除内应力，提高低碳钢零件的硬度，提高切削性能。接着需要表面硬度，发挥结构钢优越的机械性能，常将结构钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC58~62），芯部硬度低，耐冲击。
锻造 喷丸 正火 校直 机加精加 渗碳 检验 淬火 成品 3.4.2锻造工艺曲线
查阅《热处理工艺规范数据手册》可以找出20CrMnMo钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式，如下表所示：
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表3-8 20CrMnMo钢的锻造工艺图表 项目 钢坯
Ac1(Ar1) 710℃(620℃)
Ac3(Ar3) 830℃(740℃)
加热温度/℃ 920~940℃
始锻温度 1200℃
终锻温度 850℃
3.4.3预备热处理工艺方案、工艺参数及其论证
20CrMnMo
正火 870±10℃ 0.5h 空冷 渗碳 925±10℃ 6h 坑冷 重新加热淬火 840±10℃ 0.5h 油冷 低温回火 160±10℃ 1.5h 空冷
论证：20CrMnMo钢经热加工后，必须经过预备热处理来降低硬度，消除热加工时造成的组织缺陷，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做好准备。对于20CrMnMo钢而言，正火可以细化晶粒，使组织均匀化，消除切削加工后的组织硬化现象和去除内应力。接着进行渗碳淬火，得到高强度，高硬度，高抗弯强度和耐磨性，满足加工中心主轴的使用要求。
钢经渗碳后，仅使其表面层的含碳量提高到0.70%～1.05%，仍达不到表层高硬度和耐磨的要求，因此，渗碳后还需淬火和低温回火，使工件表层具有高的硬变和耐磨性。渗碳目的是提高工件表面碳浓度,以便淬火后达到提高表面硬度和耐磨性的目的。 渗碳后淬火加低温回火是达到表层高硬度的热处理方式,淬火后低温回火,表层得到回火马氏体组织,耐磨性达到较高水平. 淬火的目的是提高硬度，淬火是得到尽量多的马氏体组织，得到高硬度，回火是为了马氏体二次分解形成索氏体，以便得到良好的机械性能。
3.4.4最终热处理工艺方案，工艺参数及论证 3. 4. 4.1 正火
1.正火的目的
1) 正火可以细化晶粒，使组织均匀化。
2) 消除切削加工后的组织硬化现象和去除内应力。 3) 消除共析钢中的网状硬化物，为热处理做好组织准备。 2．加热温度
加热温度：870±10℃。
因为20CrMnMo是亚共析钢，钢中含有碳化物形成元素。为使合金中难溶的
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特殊碳化物溶入奥氏体中，使奥氏体合金化程度增高，正火的加热温度为Ac3以上30～50℃，20CrMnMo的含碳量为0.20%，Ac3为830摄氏度，所以将钢件的加热温度确定为870摄氏度。 3． 加热方法
采用到温加热的方法，是指当炉温加热到指定的温度时，再将工件装进热处理炉进行加热。原因是加热速度快，节约时间，便于批量生产 4． 加热介质
加热介质为空气 5． 保温时间
保温时间=保温时间系数×有效尺寸，保温时间用τ 表示. 合金钢保温时间系数α（mm/min）
保温时间=保温时间系数×装炉修正系数×工件厚度。工件加热保温时间与加热介质，材料成分，炉温，工件的形状和大小，装炉量和装炉量等因素有关。一般用经验公式来计算保温时间：保温时间=保温时间系数×装炉系数×工件的有效厚度。合金结构钢选择750~900℃井式电阻炉加热的保温时间系数α选为1.5，装炉系数K一般选择1.4。工件的有效厚度为D=(60-36)／2=12mm。
所以τ=α×K×D=1.5×1.4×12=25.2min取30min 6 正火工艺曲线
根据以上热处理参数的确定工件的正火工艺曲线见图3-9 根据计算结果绘制出工件的正火曲线横轴为时间，纵轴为温度。
温 870±10℃ 度
℃
30min
空冷
时间/分钟 图3-9 正火处理工艺曲线
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7 冷却方式
冷却方式采用出炉空冷。 8 冷却介质
冷却介质：空气。 9 正火组织
细珠光体＋铁素体。
3.4.4.2 20CrMnMo的渗碳工艺
1． 渗碳的目的
渗碳是将钢件置于足够的碳势的介质中加热到奥氏体状态并保温，使其形成一个富碳层的热处理工艺。具体是将含碳(0.1~0.25)的钢放到碳势高的环境介质中，通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火和回火，使工件的表面层得到碳含量高的M，而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量较低的M，提高表面层的耐磨性(碳含量高的M)，同时保持心部有高的耐冲击能力，即强韧性。采用甲醇-煤油滴注式气体渗碳。高温下甲醇的裂解产物H2O、CO2等将CH4和[C]氧化。可使炉气成分和碳势保持在一定范围内。
渗碳可以再多方面提高钢件的机械性能，可以提高钢件的硬度和耐磨性，降低冲击韧性和断裂韧性（冲击韧性和断裂韧性随着表面碳含量的越高、碳层越深，降低的越多），同时可以提高疲劳强度（碳层的高强度有助于疲劳强度的提高）。 2 渗碳温度
目前在生产上广泛使用的温度是920℃~940℃。对于薄层渗碳，温度可以降到880℃ ~900℃，而对于深层渗碳（大于5mm）温度往往提高到980℃ ~1000 ℃ （主要是缩短渗碳时间）。 温度越高渗速越快，但是温度过高会引起奥氏体晶粒长大，降低零件的力学性能，增加零件的畸变，降低使用寿命。通常渗碳的温度选择要根据渗层的深度确定。渗层深度与温度的关系见表3-10
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表3-10 渗层深度与温度的关系表
加工中心主轴的渗层深度为1.3～1.5mm所以选渗层深度的温度应为
925?10℃。
3 渗碳介质
渗碳介质：煤油
渗碳煤油在925℃的分解产物及含量见表3-11，井式炉煤油滴量表 3-12
表3-11 渗碳煤油在925℃的分解产物及含量
CO2 0.2
CO 32.4
H2 66.2
CH4 0.6
CmHn 0.6 RQ3-75-9D 3.0 4.2 2.0 O2＋N2 -- RQ3-90-9D 3.2 4．6 2.2 表 3-12 井式炉煤油滴量 设备型号 RQ3-35-9D RQ3-60-9D 煤油滴量 排气期 2.0 2.4 （ml／min） 强渗期 2.4 3.0 扩散期 1.2 1.6 4 渗碳保温时间
保温时间6小时
依据：渗碳时间的确定：根据公式：??Kt
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热处理工艺课程设计--钢的热处理工艺设计
