熱處理常見缺陷分析與解決方案

內容簡介

本書對鋼鐵零件在加熱、淬火、回火、表面淬火以及化學熱處理工藝過程中出現的常見熱處理缺陷進行了系統歸納，重點對缺陷產生的原因、影響因素等進行了分析和探討，提出了針對產品具體缺陷的解決方案，內容豐富詳實，同時結合常見的零件熱處理缺陷進行了實例分析。該書具有較強的實用參考價值，有助於讀者正確分析缺陷原因，對熱處理實際生產作業起到積極的指導與推動作用。

本書可供熱處理企業和科研單位的技術工人、工程技術人員以及管理人員解決工程實際問題時參考，也可供大中專院校的機械工程設計和熱處理專業師生參考。

圖書目錄

第1章常見熱處理缺陷的類型與分析方法1

1.1熱處理常見的缺陷類型1

1.1.1熱處理裂紋3

1.1.2熱處理變形4

1.1.3熱處理性能不合格4

1.2缺陷分析的步驟與方法4

1.3熱處理缺陷的對策方略8

第2章鋼在加熱過程中產生的缺陷分析與解決方案10

2.1氧化與脫碳10

2.1.1氧化與脫碳的機理10

2.1.2零件加熱常用介質的作用和防止氧化與脫碳的措施14

2.1.3其他影響零件氧化和脫碳的因素34

2.1.4鋼鐵零件的表面腐蝕36

2.1.5零件表面氧化和脫碳的後續處理36

2.2過熱與過燒37

2.2.1過熱37

2.2.2過燒39

2.2.3防止零件過熱和過燒的措施40

2.3氧化犁敬禁與脫碳實例分析40

2.3.1鋼板彈簧的氧化和脫碳40

2.3.2螺栓的表面脫碳41

2.3.3汽車連桿的脫碳43

2.3.4熱鍛40Cr連桿螺栓的局部過燒造成斷裂43

2.3.5氣門錐面氧化脫碳原因分析45

2.3.6氣門桿部氧化脫碳對其壽命的影響46

2.3.720鋼冷擠壓挺桿球窩處脫碳分析47

2.3.865Mn鋼製木工鋸條的脫碳分析47

2.3.9抽油桿的熱處理脫碳分析與改進措施48

2.3.10針閥體熱處理鏽蝕分析49

第3章淬火過程中產生的缺陷分析與解決方案51

3.1概述51

3.2淬火應力分析55

3.2.1熱應力55

3.2.2組織應力56

3.3淬火裂紋及其他裂紋58

3.3.1淬火裂紋的特徵58

3.3.2淬火開裂原因和形式59

3.3.3淬火裂紋的一般特點63

3.3.4影響零件開裂的因素和解決方案64

3.3.5導致淬火零件姜設裂紋的淬後加工75

3.4淬火變形76

3.4.1熱處理變形的機理76

3.4.2影響工件變形的因素78

3.4.3減小變形的熱處理工藝的選擇88

3.4.4其他防止零件變形的方法89

3.4.5工件熱處理變形臘煮想妹的矯直方法90

3.5淬火後硬度不均勻、硬度不足95

3.5.1淬火後硬度不均勻95

3.5.2淬火後硬度不足96

3.6工具鋼的淬火缺陷98

3.6.1碳素工具鋼和合金工具鋼常見熱處匪舟贈理質量缺陷99

3.6.2高合金鋼和高速工具鋼常見熱處理質量缺陷102

3.6.3工具鋼熱處理時的基本思路114

3.7實例分析116

3.7.1圓板牙的熱處理及變形的控制116

3.7.2金剛石圓鋸片基體的熱處理和變形的控制118

3.7.3高速鋼拉刀熱處理變形與開裂的控制119

3.7.4柴油機擺臂軸淬火剝落裂紋分析與對策122

3.7.5接柄絲錐裂紋危頁酷故分析與對策123

3.7.6高速鋼製無心磨床支片變形的控制124

3.7.7氣門加熱變形熱處理原因分析與解決方案125

3.7.8高速鋼產生萘狀戰承組斷口原因分析與解決方案125

3.7.945鋼柴油機頂桿座淬火裂紋分析127

3.7.1045鋼零件淬裂分析128

3.7.11T7A絞肉機孔板淬火開裂分析130

3.7.1235CrMo鋼螺栓催笑挨淬火裂紋缺陷分析與防止措施130

3.7.1342CrMo鋼高強度螺母裂紋分析131

3.7.1460Su2MnA鋼汽車懸架橫向穩定桿的變形分析132

3.7.1550CrV鋼紡織鋼針變形的控制133

3.7.16大型彈簧片淬火開裂分析135

3.7.17桿狀零件的熱處理變形分析136

3.7.18汽車用彈簧淬火開裂分析138

3.7.19特殊結構銷軸的熱處理裂紋分析140

3.7.20某型飛機綜合掛架內30Cr13鋼滾輪開裂失效分析142

3.7.21合金鑄鋼件淬火裂紋分析及工藝改進143

3.7.2220MnTiB螺栓失效分析146

3.7.23鋁合金壓鑄模具龜裂失效原因分析149

3.7.24OU型吊環開裂原因及解決措施150

3.7.25發動機排氣管連線螺栓斷裂失效分析152

3.7.26推土機變速箱操縱軸裂紋分析153

3.7.27道岔鋼軌頂斷的原因分析及控制措施154

3.7.2840Cr鋼管開裂的原因分析156

3.7.29汽輪機緊固件淬火裂紋分析及改進措施158

3.7.30制動盤的熱處理變形及矯正160

3.7.31圓盤剪失效分析161

3.7.32帶輪軸淬火開裂分析及預防措施161

3.7.33高速鋼滾刀的失效分析162

3.7.3420CrMnB高強度螺栓斷裂原因分析164

3.7.35汽車前軸斷裂失效分析166

3.7.36軸承鋼球的失效分析168

3.7.37大型齒圈畸變原因分析170

3.7.38φ200mm及以上鋸片銑刀熱處理變形開裂分析及對策170

3.7.39磨床鉗口件開裂分析及對策172

3.7.40柴油機連桿早期斷裂分析及調質工藝最佳化改進173

3.7.41高碳馬氏體鋼球淬火開裂失效分析及工藝改進174

3.7.42掘進機（TBM）盤形滾刀磨損早期失效分析及工藝改進175

3.7.43鉚釘頭部台階斷裂分析及對策176

3.7.44斷裂剷頭的失效分析178

3.7.45機車十字銷頭斷裂原因分析與工藝最佳化改進180

3.7.46D6鋼製大圓刀片熱處理工藝研究181

3.7.4742CrMo4風機空心主軸數位化淬火設備解決淬火開裂183

3.7.48鎳鈦合金醫療器械產品疲勞測試斷裂原因分析185

3.7.49減速電機主軸斷裂分析188

3.7.50Cr12MoV鋼冷沖模失效分析190

3.7.5138CrMoAl鋼鏜桿斷裂原因分析193

第4章淬火鋼在回火過程中產生的缺陷分析與解決方案196

4.1硬度不足196

4.1.1加熱溫度和保溫時間的影響196

4.1.2回火溫度的影響196

4.1.3冷卻速度、冷卻介質以及化學成分的影響197

4.1.4零件表面脫碳198

4.2硬度偏高198

4.3回火裂紋199

4.4回火脆性200

4.5實例分析201

4.5.1M56高速鋼絲錐熱處理回火硬度不足原因分析201

4.5.2高速鋼滾刀產生的回火裂紋原因分析202

4.5.39Cr18Mo2V鋼氣門回火後水冷調直斷裂分析202

4.5.4GCr15SiMn鋼製高壓閥體開裂分析與解決方案202

4.5.5ML22CrMnB低碳合金鋼製冷鐓高強度螺栓裂紋分析與解決方案203

4.5.6控制閥芯冷處理裂紋原因及工藝改進204

4.5.742CrMo鋼拉桿矯直開裂分析與解決方案207

4.5.8承壓設備用鉻鉬焊縫韌性不達標原因分析與解決方案208

4.5.9發動機氣門斷裂分析與解決方案211

4.5.1030CrMnSiA鋼回火脆性控制與預防技術研究212

4.5.11柴油機潤滑油泵高強度螺栓斷裂失效分析與解決方案216

4.5.1212.9級高強度螺栓斷裂原因分析與解決方案220

4.5.13V150高強度鑽桿斷裂失效分析與解決方案222

4.5.14三角桿自攻螺栓斷裂分析與解決方案226

4.5.15齒輪軸斷裂原因分析與解決方案229

第5章表面淬火缺陷分析與解決方案232

5.1高頻和中頻感應淬火缺陷233

5.1.1感應淬火的意義和作用233

5.1.2感應加熱表面質量的檢查234

5.1.3常見的高頻和中頻感應表面淬火缺陷235

5.1.4提高高頻和中頻感應淬火件性能的措施和要求242

5.2火焰加熱表面淬火缺陷243

5.2.1火焰加熱表面淬火的意義和套用243

5.2.2火焰加熱表面淬火常見缺陷和解決方案243

5.2.3影響火焰淬火表面質量的因素245

5.3電接觸加熱表面淬火缺陷246

5.4雷射表面淬火缺陷247

5.4.1雷射表面淬火的原理和特點247

5.4.2雷射表面淬火的套用247

5.4.3雷射表面淬火常見缺陷248

5.5實例分析248

5.5.1齒輪的表面淬火開裂248

5.5.260鋼軸的高頻感應淬火出現螺旋狀軟帶249

5.5.3感應淬火時孔洞的邊緣出現淬火裂紋250

5.5.4汽車半軸花鍵淬火裂紋251

5.5.5工具機活塞超音頻感應加熱淬火開裂251

5.5.6凸輪軸中頻感應淬火桃尖開裂253

5.5.74Cr5WMoSiV鋼大圓弧剪刃雷射淬火表面剝落253

5.5.8冷激鑄鐵挺桿高頻感應淬火開裂254

5.5.9內燃機氣門錐面高頻感應淬火裂紋255

5.5.1042CrMo鋼汽車前軸淬火開裂258

5.5.11迴轉支承感應淬火後軟帶裂紋261

5.5.12鐘形殼感應淬火裂紋263

5.5.13微型載貨汽車半軸的結構最佳化267

5.5.14汽車半軸法蘭盤內端面開裂268

5.5.15叉車橋半軸工藝改進271

5.5.16採用中頻感應熱處理控制槍管尾座的變形272

5.5.17減速器小齒輪軸斷齒273

5.5.1840Cr鋼鏈輪開裂274

5.5.19變速箱撥叉軸斷裂277

5.5.20活塞桿斷裂279

5.5.21花鍵軸的失效282

第6章滲碳熱處理缺陷分析與解決方案285

6.1滲碳及其熱處理285

6.1.1滲碳的作用285

6.1.2滲碳後的熱處理286

6.2滲碳零件的加工工藝路線分析290

6.3滲碳後常見的熱處理缺陷和解決方案291

6.3.1滲碳熱處理零件的變形294

6.3.2滲碳熱處理零件裂紋的形成及解決方案300

6.4零件滲碳後的機械加工302

6.5實例分析303

6.5.1滲碳齒輪的磨削裂紋303

6.5.2大型滲碳齒輪熱處理畸變303

6.5.3滲碳導軌淬火變形304

6.5.4滲碳軸螺紋淬火崩牙305

6.5.5細長軸零件滲碳淬火開裂306

6.5.6滾珠絲槓滲碳淬火變形307

6.5.7汽車後橋主動錐齒輪熱處理裂紋308

6.5.8汽車同步器齒輪淬火變形308

6.5.920CrMnMo活塞失效310

6.5.10主動齒輪裂紋311

6.5.11曲軸芯孔斷裂313

6.5.12越野車後橋主動錐齒輪軸螺紋斷裂314

6.5.13內花鍵齒輪熱處理變形316

6.5.14Ⅱ級齒輪軸裂紋317

6.5.15小齒輪滲碳層剝落320

6.5.16傳動滲碳齒輪斷裂321

6.5.178M型風機斜齒輪軸開裂322

6.5.18主動錐齒輪崩齒323

6.5.1920CrMnMo鋼軸滲碳斷裂325

6.5.20起重機十字銷滲碳開裂326

6.5.21大功率風力發電機中間軸斷齒327

6.5.22DC04鋼衝壓外圈滲碳淬火過程中屈氏體問題330

6.5.23齒輪零件表面產生黑斑333

6.5.2420CrMnTi鋼凸輪軸表面磨損335

6.5.25滲碳淬火行星齒輪內孔畸變控制338

6.5.26G13Cr4Mo4Ni4V軸承套圈酸洗白斑340

第7章碳氮共滲熱處理缺陷分析與解決方案342

7.1碳氮共滲熱處理342

7.2常見的碳氮共滲熱處理缺陷分析與解決方案342

7.3實例分析346

7.3.1汽車變速箱齒輪碳氮共滲“黑色組織”缺陷346

7.3.220CrMnTi鋼製碳氮共滲主動錐齒輪斷裂347

7.3.3細長軸碳氮共滲變形348

7.3.4曲軸離子碳氮共滲表面白斑缺陷349

7.3.5驅動齒輪的碳氮共滲後熱處理變形350

7.3.6錐形套收口變形350

第8章滲氮熱處理缺陷分析與解決方案355

8.1滲氮零件的技術要求356

8.2滲氮工藝特點358

8.3滲氮用材及其加工工藝路線分析363

8.4常見的滲氮熱處理缺陷分析和解決方案363

8.5實例分析367

8.5.1鋼製活塞環滲氮變形367

8.5.240Cr鋼製薄片齒輪滲氮變形368

8.5.3油泵驅動齒輪的過早失效369

8.5.4一種薄壁導套熱處理工藝研究371

8.5.5柴油機十字花盤裂紋373

8.5.638CrMoAl鋼表面離子滲氮剝落原因分析376

第9章氮碳共滲熱處理缺陷分析與解決方案380

9.1氣體氮碳共滲熱處理工藝特點381

9.2鹽浴氮碳共滲熱處理工藝特點383

9.3氮碳共滲用材及其加工工藝路線分析386

9.4常見的氮碳共滲缺陷分析和解決方案388

9.5實例分析390

9.5.1氣門液體軟氮化後表面腐蝕和粗糙度超差390

9.5.2Cr12W鋼製挺桿氮碳共滲後開裂393

9.5.3套筒形零件氮碳共滲變形394

9.5.4氣門鍛模非正常開裂缺陷395

9.5.5鑿岩機活塞氣體氮碳共滲畸變超差397

9.5.6鹽浴氮碳共滲氣門盤部表面鏽蝕397

9.5.7鹽浴氮碳共滲氣門表面花斑398

9.5.8液體氮碳共滲氣門桿部鏽蝕399

9.5.9液體氮碳共滲氣門清潔度超差400

9.5.10液體氮碳共滲氣門桿部與錐面凹坑401

9.5.11液體氮碳共滲氣門桿部拋光後顏色不一致402

9.5.12液體氮碳共滲氣門錐面跳動大404

9.5.13篩片磨損斷裂失效分析及熱處理工藝改進405

9.5.144Cr14Ni14W2Mo鋼件滲氮層剝落缺陷406

9.5.15曲軸離子氮碳共滲表面白斑缺陷408

9.5.16發動機曲軸早期斷裂失效分析及工藝改進408

參考文獻411

作者簡介

王忠誠，男，1966年4月出生，山東省成武人，1988年畢業於山東工業大學金屬材料及熱處理專業，高級工程師，熱處理專家。畢業後在山東工具廠與濟南模具廠從事螺紋刀具、量具、模具等的熱處理工藝編制、金相質量檢驗以及管理工作。

2003年以來，在濟南沃德汽車零部件有限公司（原濟南汽車配件廠）從事內燃機氣門與挺桿的常規熱處理、鹽浴軟氮化以及其他表面處理等工藝研究與技術管理工作。

在國內刊物上發表科技論文30餘篇，編著、參與編著書籍20餘部，總計1200餘萬字，獲得三項發明專利。

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