汽车发动机齿轮材料的选择及工艺设计-课程设计

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1、专业课程设计任务书姓名：吕永丹班级：材科102设计题目：汽车发动机齿轮材料的选择及工艺设计设计内容：1、根据零件工作原理，服役条件，提出机械性能要求和技术要求。2、选材，并分析选材依据。3、制订零件加工工艺路线，分析各热加工工序的作用。4、制订热处理工艺卡，画出热处理工艺曲线，对各种热处理工艺进行分析，并分析所得到的组织，说明组织及性能的检测方法与使用的仪器设备。5、分析热处理过程中可能产生的缺陷及补救措施。6、分析零件在使用过程中可能出现的失效方式及修复措施。20目录1前言32汽车发动机齿轮工作条件及性能要求42.1汽车发动机齿轮工作条

2、件42.2汽车发动机齿轮的机械性能要求及技术要求42.3汽车发动机齿轮材料的选择及分析62.3.1汽车发动机齿轮材料的选择62.3.2汽车发动机齿轮材料的分析73汽车发动机齿轮加工工艺83.1汽车发动机齿轮加工工艺流程及各工序作用83.2汽车发动机齿轮具体热处理工艺及分析93.2.1锻造93.2.2正火103.2.3渗碳+淬火113.2.4低温回火123.2.5各热处理工艺后的金相组织分析133.2.6热处理工艺过程中可能产生的缺陷及处理措施154汽车发动机齿轮使用过程中可能出现的失效方式及预防措施175心得体会196参考文献20201前

3、言本课程设计了20CrMnTi适用于汽车发动机齿轮的可靠性。汽车发动机齿轮作为汽车发动机中的重要零部件，其材料是保证其本身工作性能和可靠性的基础。对发动机齿轮的失效形式分析，其主要承受交变载荷，冲击载荷，剪切应力和接触应力大等，因此对齿轮在材料、精度、强度、耐久性和可靠性等方面提出了更高要求。20CrMnTi合金钢是一种优良的渗碳钢，有高的淬透性，经渗碳淬火加低温回火后，表面硬度很高，心部强度和塑性，韧性配合很好。关键词：发动机齿轮，20CrMnTi，锻造，淬火+低温回火202汽车发动机齿轮工作条件及性能要求2.1汽车发动机齿轮工作条件发

4、动机和汽车的起动系统、燃油系统、滑油系统、液压系统等主要附件都是由发动机转子通过齿轮传动装置带动的。在整个行驶过程中，齿轮传动都必须可靠地工作，以保证发动机和汽车所有附件的转速、转向和所需功率符合设计要求。随着汽车发动机性能和可靠性要求的不断提高，齿轮承受的交变载荷和剧烈冲击载荷在不断增加，所受应力复杂，工况恶劣。因此，要使齿轮在工作时，从它的失效形式方面的考虑，就必须保证它能在一定的高温环境中工作。齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一。其主要作用是传递动力，改变运动速度和方向。是主要零件。其服役条件如下：齿轮工作时，通过齿面的接触来

5、传递动力。两齿轮在相对运动过程中，既有滚动，又有滑动。因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用。在齿根部位受到很大的弯曲应力作用；在运转过程中的过载产生振动，承受一定的冲击力或过载；变速齿轮在换档时，端部受冲击，承受一定冲击力；在一些特殊环境下，受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用。2.2汽车发动机齿轮的机械性能要求及技术要求根据齿轮的受力情况和失效分析可知,齿轮一般都需经过适当的热处理,以提高承载能力和延长使用寿命,齿轮在热处理后应满足下列性能要求:①高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度(抗疲劳点蚀)。②齿面具有较高的硬度和耐磨

6、性。③齿轮心部具有足够的强度和韧性。20④高的淬透性。20CrMnTi钢属于合金渗碳钢，有高的淬透性，经渗碳淬火加低温回火后，表面硬度很高，心部强度和韧、塑性配合很好，切削加工性能良好，当硬度为HB260～320时，相对切削加工性为60%～70%。另外，钢退火后硬度低、塑性好。为提高发动机齿轮的耐磨性，齿轮开齿后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证齿轮表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性。对20CrMnTi钢的硬度要求齿面硬度：58～64HRC；心部硬度：ms≤8mm时，32～45HRC；ms＞8mm时，29～45

7、HRC。需要进行渗碳，渗碳层深度：ms≤5mm时，0.9～1.3mm；5mm＜ms＜8mm时，1.0～1.4mm；ms＞8mm时，1.2～1.6mm。（ms—端面模数）表120CrMnTi钢的技术要求试样取样位置力学性能条钢按GB2975，锻件按图样零件表面σbMPa930σ0.2MPa685δ5%11Ψ%50AkuJ88HB≤217HRC28～45HRC≥56202.3汽车发动机齿轮材料的选择及分析2.3.1汽车发动机齿轮材料的选择22CrMnMo、20CrMnMoH和20CrMoH钢由于有着较高淬透性而用于中型汽车齿轮。此类钢可采用渗

8、碳后直接淬火工艺。由于铬锰钼钢和铬钼钢中含有铬和钼等形成碳化物的元素，在渗碳过程中将促使轮齿表面碳含量增加，容易在渗碳层组织中出现大量碳化物，使渗碳层性能恶化。因此，齿轮采用铬锰钼钢和铬钼钢渗