W（V）（1.5%，IV（B）（1.5%
临界硬度（HRC）
42
41
44
临界直径/mm
（20-48'C）水
13-16.5
30-38
60-67
，
（1）45钢是普通的中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价
格低、来源广，所以应用广泛.
。
它用做截面尺寸较小或不要求完全碎透的零件，经
过调质处理后，硬度可达到220-250HBS，表面yt火之后硬度为48-52HRC。
（2）40Cr一般用做洋透性较高的零件，合金元素Cr可阻碍碳化物在高温回火时聚集长大，保证钢的高强度，锦还阻碍α相的再结晶，能保持细小的晶块结构，具有优良的机械性使α相也能保持高的强度，40Cr经调质处理后，硬度可达到
220-250H邸，表面碎火后的硬度为52-61HRC。
（3）40MnVB为要求湾透性更高一级的钢种，常用做大截面零件，合金元素Mn的加入对钢的冲击韧性有所改善，能使钢的韧-脆转化温度下降，V可以细化奥氏体品粒，微量的B可以显著提高钢的碎透性，经调质处理后，硬度可达到
220-250HBS，表面i牢火后的硬度为52-61HRC。
由上可以看出合金钢有较高的碎透性，适用于大截面零件，而且还有高的冲击
韧性和低的韧"脆转化温度。
但是合金钢经常遇到的一个特殊问题就是高温回火脆
性，高温回火后的冷却速度是影响钢韧性的主要因素，冷却速度越慢，室温冲击韧性愈低，韧-脆转化温度愈高，因而合金调质钢的热处理过程不易把握。
与合金调质钢相比，碳素结构钢的烨透性较低，尽管如此，由于碳素调质钢价格便宜，来源广，综合考虑:
在满足零件要求（调制硬度235H邸，表面猝火硬度为48日RC）的前提下，应该选择45钢。
4确定加工路线
工艺路线:
锻造→机加工（粗车留精车量4rnm）→调质→机加工（精车磨量
0.5-0.6rnm）→直径48.2mrn局部洋火、回火→机加工（粗磨留精磨量0.15-0.25删）
→A、B中间段降火、回火→机加工（精磨或精磨后超精加工）→成品
5热处理工艺方法选择
5.1调质调质，即洋火力日i鸟'温团火，以获得回火索氏体组织，主要用于中碳碳素结构钢
或低合金结构钢以获得良好的综合机械性能。
5.1.1淳火方法的选择常用的碎火方法有单液浑火法、中断1年火法（双碎火介质碎火法）、分级洋火
法、等温?
卒火法。
（1）单液i年火法，把已加热到浑火温度的工千牛碎入一种湃，火介质，使其完全冷却。
它是最简单的洋火方法，常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。
（2）中断抨火法（双碎火介质碎火法），把加热到部火温度的工件，先在冷却
能力较强的碎火介质中冷却至接近Ms点，然后转入慢冷的洋火介质中冷却至室温，以达到在不同碎火冷却温度区间，有比较理想的碎火冷却速度。
（3）分级?
卒火法，把工件由奥氏体化温度猝入高于该平1]钢马氏体开始转变温度的摔火介质中，在其中冷却直至工件各部分温度达到海火介质的温度，然后缓慢冷至室温，发生马氏体转变。
（4）等温碎火法，工件湾火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织，这种碎火方法称为等温将火。
因为待加工的零件形状复杂，尺寸较大，为了防止洋火过程中发生变形，开裂，因而我选用中断碎火法。
5.1.2因火方法的选择
钢件t卒火后，再加热到Al以下某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。
回火的目的是稳定组织，消除洋火应力;调整硬度、强度、塑性、韧性。
根据回火温度的不同，分为低温回火、中温回火、高温回火三种。
（1）低温回火（150250.C），组织是回火马氏体，和碎火马氏体相比，因火
马氏体既保持了钢的高硬度、高强度和良好耐磨性，又适当提高了韧性。
硬度为61
65HRC，主要用于高碳钢，合金工具钢制造的刃具、量具，、模具及滚动轴承，渗碳、碳氮共渗和表面碎火件等。
（2）中温回火（350"""'5000C），组织为回火屈氏体，对于一般碳钢和低合金钢，中混回火相当于回火的第三温度区，此时碳化物开始聚集，基体开始回复，洋火应力基本消除。
硬度为3550HRC，具有高的弹性极限，有良好的塑性和韧性，主用于弹性件及模具处理。
（3）高温回火（5006500C），组织为回火索氏体，硬度为220330HBSo1牢火和随后的高温回火称为调质处理，经调质处理后，钢具有优良的综合机械性能。
因此，高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢，用来制作汽车、拖拉机、
机床等承受较大载荷的结构零件，如曲轴、连杆、螺栓、机床主轴及齿轮等重要的
机器零件。
因为该主轴需要进行调M处理，所以采用高温回火。
5.2表面浮火的选择
表面t卒火是指被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到洋火同的的热处理工艺。
利用表面洋火得到表面硬化后，零件的心部仍可保持原来的显微组织和性能不变，从而达到提高疲劳强度、提高耐磨性并保持心部韧性的优良综合性能。
常用的表面加热碎火方法有感应加热表面碎火、火焰痒火、电接触加热表面猝火、电解液加热表面;卒火、激光加热表面洋火、电子柬加热表面碎火、等离子束加热表面洋火等。
（1）感应加热表面洋火，即以电磁感应原理在工件表面产生电流密度很高的涡流来加热工件表面的辩火方法。
根据所产生交流电流的频率不同，可分为高频碎火、中频碎火及高频脉冲溥火三类。
（2）火焰洋火，即用温度极高的可燃气体火焰直接加热工件表面的表面洋火方法。
（3）电接触加热表面洋火，即以当低电压大电流的电极引入工件并与之接触，以电极与工件表面的接触电阻发热来加热工件表面的碎火方法。
（4）电解液加热表面碎火，即工件作为一个电极（阴极）插入电解液中，利用阴极效应来加热工件表面的洋火方法。
综合考虑了上述几种方法各自的特点和局限性后，我:
ìZt用了感应洋火，因为它具有工艺简单、工件变形小、生产效率高、省能、环境污染少、工艺过程易于实现机械化和自动化等优点。
6制定热处理工艺制度
表245铜加热和冷却拍临界点
钢号
Ac，
Ac.
Ar，
Ms
45钢
725.C
780.C
682.C
220-250.C
6.1正火工艺的制定
为了消除毛胚锻造应力，降低硬度以及改善切削加工性能，同时均匀组织，细化晶粒，为了后续加热处理做准备。
（1）正火温度，选用830-850.C。
一般正火加热泪度是将工件加热到ACa或ACCD
以上30-50.C，45钢的临界点温度为780.C，正火时一般采用热炉装料，加热过程中工件内温差较大，为了缩短工件在高温时的停留时间，一般加热温度稍高。
{立命
（2）正火保温时间，保祖时间与钢的化学成分、工件形状、尺寸、炉子类型、装炉量等
多种因素有关，一般按每毫米厚度保括.1.5-2.5min估算。
主铀的直径为115.4m.m，考虑加工余量5mm，因而其有效厚度为50mm，保温时间为4h左右。
（3）正火的冷却方式一般采用空冷。
850.C
6.2调制工艺的制定毛脏经键孔、车出大台阶后进行调制处理，其目的是为了提高主轴整体的强韧
性，满足性能要求。
（1）加热温度，亚共析钢洋火加热温度为Ac汁30-50.C，一般在空气炉中加热比在盐浴中加热高10-30.C，综合考虑洋火力日热温度应选用810-830.C。
（2）碎火加热时间，应包括工件整个截面加热到预定碎火温度，并使之在该
温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需的时间。
常用经验公式
为:
τ=α.k•D
式中τ一一加热时间.mio;
α一一加热时间系数，min/mm;
k一一装炉室修'
正系数;
仕一一工件有效厚度，阳。
对于管型工件的有效厚度，当高度/壁厚运1.5时，可按1.5壁厚计算[51，图l中最大壁厚为15mm，考虑到圆锥部位的壁厚稍大一些，因而取最大壁厚为20mmo工件的有效厚度D=50mm，加热系数α和装炉修正系数k分别见表3和表4，对于45
钢，α=1.0，k=1.0，则τ=1.0X1.0X50=50mio，考虑到透热之后，还需要5寸5min
的组织转变时间，因而我选择lh的保温时间。
表3常用钢的加热系数Cmin/mm）
（2）
工件材料
直径
/Iwn
<600.C气体介质炉中预热
750-850.C盐浴炉中加热或预热
800-900.C气体介质炉中加热
1l00-1300.C盐浴炉中加热
@t索钢
三三50
>50
0.3-0.4
0.4-0.5
1.0-0.2
1.2-1.5
低合金钢
主三50
>50
0.45-0.5
O.5-0.55
1.2-1.5
1.5-1.8
高合金钢高速钢
0.35-0.40
O.3-0.35
O.3-0.35
0.65-0.85
0.17-0.2
O.16-0.18
表4工件装炉修正系数[5）
工件装炉方式修正系数K工件装炉方式修正系数K
@
1.0
1.0
@
1.0
JÆ]一
1.4
似匀。
2.0
仍然归
4.0
。
.5d
d@
1.4
。
.5d
d切
2.2
2d
矿石
1.3
。
ld
ß切
2.0
至是
1.7
2d
切
1.8
（3）冷去IJ方法的选择，考虑到所给主轴的形状复杂，尺寸较大，洋火过程易
发生形变或开裂，我边用中断洋火法。
把加热到淳火温度的工件，先在冷却能力强的盐水中冷却至接近Ms点，然后取出转入油冷，以达到在不同湾火冷却温度区问，有比较理想的卒，火冷却速度。
这样既保证了获得较高的硬度层和碎硬层深度又可减少内应力及防止发生变形或开裂。
在水中停留时间为每5-6mm有效厚度约ls。
由
于tH7]（温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，在水中30S取出可
放入油中油冷。
另外，工件入水宜动不宜静，应按照、工件的几何形状，作规则运动。
静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。
（4）回火温度的确定:
根据零件要求，调质后的硬度为235-265HBS，查表5，选择回火温度为600-640.C。
表545钢调质硬度[5J
钢号
回火
HBS
45
600-640
200-230
560-600
220-250
540-570
250-280
（5）回火时间的确定:
回火时间一般从1二件入炉后炉漏升至回火温度时开始
计算，一般为1-3h，在实践中常用工件的有效厚度估算，表6是单个工件的保温时间表，多个工件堆积可适当延长保温时间。
由于工件的有效厚度是50阳，二十
个工件同时加热，我选择保温时间为3h。
表6中、高温回火保泪时间表2
有效厚度/nUll
<25
25-50
50-75
75-100
100-125
125-150
保温时间
/min
盐炉
20-30
30-45
45-60
75空-9冷0
90-120
120-150
空气炉
40-60
70-90
100-120
150-180
180-210
210-240
，-
（6）回火后的冷却:
回火后工件一般在空气中冷却。
830'C
6.3卒火工艺的制定
6.3.1直径48.2mm局部洋火、回火加热规范的确定其目的是为了提高扭转工件部位的强度、硬度。
（1）碎火温度:
加热温度，亚共析钢洋火加热温度为Ac3+30-50.C，一般在空气
炉中加热比在盐浴中加热高i10-30.C，综合考虑碎火加热温度应边用810-830.C0'
（2）加热时间:
加热系数选择为1.21.5之间，零件有效厚度D为17mm，K装炉修正系数选择为1.0。
有上可得t=1.0x1.0X17rnin=17min，故保温17min，先水
碎20s在油冷。
i牢火回火工件必须要垂直挂吊如图所示:
-._-----------------------_.-.-.-_
.__.....-_-..-..------.-.._...-.--..._------....-
（3）回火温度根据表5选择350.C，@I火时间一般从工件入炉后炉温升至回火祖度时开
始计算，一般为卜3h，在实践中常用工件的有效厚度估算，表6是单个工件的保温时间表，多个工件堆积可适当延长保温时间。
由于工件的有效厚度是17阳，二十个工件同时加热，我选择保温时间2h。
830.C
71<
冷
局部碎火
6.3.2局部CA、B中间段）感应j卒火、回火
A、B中问段感应碎火，回火目的都是为了提高该部位表面硬度及耐磨性。
（1）洋火加热温度和加热方式的选择:
常用加热方式有两种，一种为同时加
热法，即对工件需碎火表面同时加热，一般在设备功率足够、生产批量比较大的情况下采用:
另一种为连续加热法，即对工件需1年火部位中的一部分同时加热，通过感应器与工件之间的相对运动，把己加热部位逐渐移到冷却为之冷却，待加热音位I移至感应器中加热，如此连续进行，直至需硬化的全部部位湾火完毕。
由于所要加工的工件碎火部位比较分散，难以实现对其同时加热，因而选择连续加热法。
一般高频加热t芋，火温度可比普遍加热洋火温度高30-200.C，因而我选880-900.C。
在连续加热条件下，通过控制工件与感应圈相对位移速度来实现。
选用的感应器阳极电压13.5kv，阳极电流队，屏极电流1.2A，工件连续碎火时相对移动速度100mm/min。
（2）冷去iJ方式和冷却介质的选择:
常用的冷却方式是喷射冷却法和浸液冷却法。
喷射冷却法即当反应器加热终了时把工件置于喷射其中，向工件喷射?
卒火介质进行洋火冷却，其冷却速度可以通过调节液体压力、混度及喷射时间来控制。
浸液
1年火法即当工件加热终了时，浸入碎火介质中进行冷却。
考虑到零件加工部位的分散性，零件形状复杂，我选择喷射冷却法，这样比较容易控制冷却速度。
冷却介质使用水溶液。
（1）回火温度根据下表选择300.C
表545钢调质硬度（5J
钢号
回火温度（.C）
硬度CHRC）
45
150
55
200
55
300
50
400
41
500
33
550
26
600
22
（2）回火时间的确定:
回火时间一般从工件入炉后炉温升至回火温度时开始
计算，一般为卜拙，在实践中常用工件的有效厚度估算，选择2h。
900.C
/
感应悴火
匹火
7热处理设备选择
常用的热处理加热设备按能源分有燃料加热设备和电加热设备:
按工作温度可
C00
C-I000C）和低温炉（6500C）。
生产上
常用的加热设备有电阻炉、浴炉、气体渗碳炉、高颇感应加热设备等。
炉型的选择应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定。
热处理设备的选择要从设备经济性、可靠性、配套性、安全性、安全性以及工厂的实际情况等来选择（6）。
7.1箱式电阻炉的选择热处理电阻炉是以电为能源的，通过炉内电热元件将电能转化为热能而加热工
件的炉子，是一种造价相对便宜的炉子，以降低成本。
中温箱式电阻炉可用于退火、正火、回火或团体渗碳等。
表6为中温箱式电阻炉各种参数，主轴的尺寸为
222X115.4X48.2mm，并且为单件小批生产，故在回火过程中选择RX3-30-9型号的箱式电阻炉。
主轴平放在炉膛内，一次最多可放20根。
表6中温箱式电阻炉产品规格及技术参数[7]
型号
/KIV
/V
温度℃
宽×高）/（mmX
mmXmm）
空载耗能
/KW
空炉fl温时间/h
最大装载
障/kg
80
RX3-15-9
15
380
950
600X300X250
5
2.5
RX3-30-9
30
380
3
950
950X450X350
7
2.5
200
RX3-45-9
45
380
3
950
1200X600X400
9
2.5
400
RX3-60-9
60
380
3
950
1500X750X450
12
3
700
RX3-75-9
75
380
3
950
1800X900X550
16
3.5
1200
项目单位
RDM一RDM-.ROM一RDM-RIJM-RDM-RDM-RDM一RDM-ROM-
30-845-1330-…S45-870-1345-670-8
90-1390-6
130-8
.电饭也Æv25.1225.JZ玉1.23$.12825.12828.14Z8.H28
棚It3333333333
领Ii度"c8501300òSO85013CO6508501300650850
空炉4民章电功率kW-
<13<26<8<18<3S<12<24<50<34<50
•
mm3003创}350350350450450450i90。
900
炉'童尺寸"、凹'250250350300300350350350450450
自Rmm7007001007007001007007007007∞
妖目1π1n6012601210lZ10131013101310141015601560
侨贵R..;町，π、9101010960960J06010101010111013101310
fimlJl1070107010701070107010701070107010701010
••kg1230136015201530173'）16301640177027002670
及JSGsZUSG，ZUS（hZU
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