摘 要：本文着重探讨了蜗杆的热处理工艺设计。蜗杆是指具有一个或几个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副的齿轮。其分度曲面可以是圆柱面，圆锥面或圆环面。根据使用环境和硬度要求，本文对热处理工艺进行了具体设计。首先，根据各种材料的不同元素含量以及后续热处理工艺对材料组织和硬度的影响，确定了所需的热处理材料。经过对比，40Cr被认为是最符合工件制备要求的材料。根据40Cr的特性，制定了具体的热处理工艺：正火、淬火和高温温回火。此外，根据其临界转变温度和查阅热处理手册，得到了各个热处理工艺的保温时间、合适的加热温度以及冷却方式，以获得所需的机械性能和组织结构。最后具体分析了各热处理工艺的缺陷以及预防措施。热处理后可能出现的缺陷为：过热、硬度过高、组织中出现粗大的块状铁素体、工件表面脱碳严重、力学性能过低、淬裂等。 关键词：蜗杆、40Cr、正火、加热工艺、淬火、回火、箱式电阻炉、缺陷、保温、性能要求
混凝土胶粘剂一、零件分析与选材
1.1.选材
1、具有优良的加工性能,能得到良好的表面光洁度和较小的残余内应力,对刀具磨损作用较小。
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2、有良好的热处理工艺性,淬透性好,不易淬裂,组织均匀,热处理变形小,能获得较高的硬度,从而保证蜗材的耐磨性和尺寸的稳定性。
3、材料硬度均匀,金相组织符合标准。由于蜗杆传动类似于螺旋传动，啮合效率较低、相对滑动速度较大，磨损和胶合最易发生，点蚀也会出现。尤其当润滑不良，散热不好时出现的可能性更大。在润滑良好的闭式传动中，若不能及时散热，胶合是其主要的失效形式。在开式和润滑密封不良的闭式传动中，蜗轮轮齿的磨损尤其显著。由于蜗杆传动啮合摩擦较大，且由于蜗轮滚刀的轮齿尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同，被加工出来的蜗轮齿形难以和蜗杆齿精确共轭，必须跑合才能逐渐理想。由失效形式知道，蜗杆的材料不仅要求有足够的强度，更重要的是具有良好的磨合、减磨性耐磨性和抗胶合能力等。
4、蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成。选用40C钢材,主要成分有碳、硅、锰、铬,具有良好的抗拉强度、屈服强度好,价格适中、易加工、综合力学性能好、淬透性好。
1.2.负离子加湿器材料一
40Cr。
40Cr钢为中等淬透性调质钢,是机械制造中应用较广泛的合金结构钢钢种之一。40Cr钢有良好的淬透性,在水淬时可淬透到直径28~60mm,油淬时可淬透到直径15~40mm。 40cr钢经调质处理后,具有良好的综合力学性能,并具有良好的低缺口敏感性和低温冲击韧性。当硬度为174-229HBS时,切削加工性能较好,相对切削加工性为60%。 40Cr钢的抗拉强度、屈服强度及淬透性均比45号钢高 。40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。用于制造承受中等负荷和中等速度工作条件下的机械零件,如汽车的转向节、后半轴及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等;也可经调质并高频淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无大冲击的零件,如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、螺钉、进气阀等;也可经淬火、中温或低温回火,制造承受重负荷的零件；又适用于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件,如直径较大和要求低温韧性好的齿轮和轴。
1.3.材料二
45号钢。
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45号钢具有塑性韧性好、强度高、回收率高的特点，具有较高的强度和较好的切削加工性，在不同的热处理下可以得到优异的物理性能和机械性能。
1.4.材料三
40MnVB。
此钢具有高的 强度、 塑性、 韧性及良好的淬透性，在油中临界淬透直径达27.5～43.5mm。热处理时过热敏感性较小，另外 冷拔、切削、滚丝、 攻丝等工艺性能也均优良，其综合性能比40Cr钢好，但是成本高。
综合考虑材料的性能和成本。选用40Cr钢材,主要成分有碳、硅、锰、铬,具有良好的抗拉强度、屈服强度好,价格适中、易加工、综合力学性能好、淬透性好。
2.热处理工艺路线与方案设计论证
2.1.1.方案一
下料——锻造——正火——粗加工——淬火（单液淬火—油淬）——高温回火——精加工。
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2.1.2.方案二
下料——锻造——正火——粗加工——淬火（等温淬火—盐浴）——高温回火——精加工。
2.1.3.工艺过程
正火是将工件加热至Ac3或Acm以上30~50℃，保温一段时间后，使之完全奥氏体化，炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却，得到珠光体类型组织的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。
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淬火是将钢加热到临界温度Ac₃或Ac₁以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。淬火的目的实在工件截面上获得所需要的马氏体或下贝氏体组织。
回火是将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度Ac1的适当温度，保温一段时间后在
空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。回火的目的是减小或消除淬火钢件中的内应力，或者降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。
方案一与方案二的不同为淬火方法不同，单液淬火是工件在一种介质中冷却，适用于形状简单的碳钢和合金钢。淬火介质为水或油，水淬冷却快，应力大，变形、开裂的倾向也大，一般用于淬透性差的碳钢。油淬冷却效果温和，一般用于淬透性较好的合金钢。40Cr适合选用油淬。双液淬火是工件先在较强冷却能力介质中冷却刀接近Ms点温度时，再立即转入冷却能力较弱的介质中冷却，直至完成马氏体转变。方案一的单液淬火的优点是操作简单，易于实现机械化，应用广泛：缺点是在水中淬火应力大，工件容易变形开裂，在油中淬火，冷却速度小，淬透直径小，大型工件不易淬透。方案二的等温淬火的优点是减少马氏体转变的内应力，检校工件变形开裂的倾向：缺点是难以掌握不利于节能减排，对环境有污染。工件加热出炉时带有废盐及残液，不但造成糟蹋，并且对工件有腐蚀，特别是粘在凹槽及盲孔中的盐。高、中温盐浴炉浴面辐射丢失严峻，热效率低下且不便于机械化、自动化操作。
3.热处理工艺参数制定与设备选择
3.1.方案
下料——锻造——正火——粗加工——淬火（单液淬火—油淬）——高温回火——精加工。
3.1.1.预先热处理—正火
（1）正火目的：细化晶粒，获得一定的硬度，改善钢的切削性能，消除内应力,消除锻造后的组织缺陷， 防止变形和开裂,获得均匀的组织和性能。
（2）正火温度：将工件加热至Ac3或Acm以上30~50℃。由于正火时工件内温差较大，为缩短工件在高温停留的时间，而心部又能达到要求的加热温度，保证工件烧透，所以采用高于Ac3温度50~100℃，故选择加热温度为870℃。
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