GCr15轴承钢球的热处理工艺及质量控制

1、机械技术学院毕 业 设 计 任 务 书 毕业设计题目GCr15轴承钢球的热处理工艺及质量控制指导教师职称专业名称材料成型及控制技术班级学生姓名学号设计要求1. 完成英文资料翻译2. 搜集毕业论文（设计）资料3. 完成毕业论文（设计）一篇4. 完成毕业设计小结一份完成毕业课题的计划安排：序号内容时间安排1进行英文资料翻译，思考毕业设计框架2搜集毕业设计资料3进行毕业论文（设计）撰写4递交毕业论文（设计）初稿5进行毕业论文（设计）修改、最终定稿答辩提交资料计划答辩时间 - 30 -目录引言·········&

2、#183;·················································&

3、#183;····11、GCr15轴承钢球的组织与性能特点分析································51.1 GCr15轴承钢球的组织要求······&#

4、183;····························51.2 GCr15轴承钢球的化学成分及特点·················

5、3;···········51.3 GCr15轴承钢球所具有的性能要求·····························62、轴承钢球的失效····&#

6、183;···············································83、GCr15轴承钢球一般

7、加工路线········································104、GCr15轴承钢球热处理工艺设计与分析·····

8、83;··························114.1 预先热处理工艺设计·····················

9、···················124.1.1 球化退火设计方案一····························&

10、#183;·······124.1.2 球化退火设计方案二····································144.1.3 球化退火方案比较及选用&

11、#183;·······························154.2 最终热处理设计················

12、····························164.2.1 淬火设计方案一···················

13、83;····················174.2.2 淬火设计方案二···························

14、·············184.2.3 淬火方案比较及选用··································&

15、#183;·194.2.4 低温回火工艺··········································194.3 钢球一般热处理工艺流程最终确定&#

16、183;···························224.4 钢球热处理后的润滑与防锈···················&#

17、183;··············235、GCr15钢球热处理后的检验及缺陷分析·······························235

18、.1 钢球热处理后组织结构与力学性能及检验······················235.2 热处理后缺陷分析······················&

19、#183;···················245.2.1 退火缺陷分析及质量控制···························

20、·····245.2.2 淬火缺陷分析及质量控制································265.2.3 回火缺陷分析及质量控制······

21、3;·························286、结论·······················

22、3;·····································28参考文献···········

23、3;···············································30 GCr15轴承钢球的热处理

24、工艺及质量控制摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析从而确定质量控制方法。钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。关键词：GCr15 轴承钢球 热处理设计 热处理工艺 热处理缺陷 质量控制引言:轴承钢全名叫滚动轴承钢，具有高的抗压强度与疲劳极限，高硬度，高耐磨性及一定韧性，淬透性好，对硫和磷控

25、制极严，是一种高级优质钢。使用的轴承钢大部分都是日本进口的材料，也有一部分采用了国内开发的与日本钢材的成分一致，加工工艺相似的轴承钢，钢种为SUJ2。 SUJ2轴承钢的制作方法：钢厂采用真空脱气的冶炼方式，连续铸造成钢棒（或模铸），锻压成型比6以上，钢材热轧后进行球化退火，再进行冷拔加工；然后，按照规定的各种技术条件供货（如：非金属夹杂物、脱碳层深度、尺寸公差、形状、外观、硬度、组织等指标）。滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承钢是制造各类滚动轴承套圈和滚动体的钢。轴承转动时承受很高的交变应力，除要求材料有较高的抗压强度、接触疲劳强度和耐磨性外，还要有一定的韧性、耐蚀性、良好的

26、尺寸稳定性和工艺性。 高碳铬轴承钢于1901年首先出现于欧洲。1913年美国将其列为标准钢种。70多年来，各国发展出许多提高轴承钢纯洁度和改善碳化物不均匀性的新工艺，真空脱气、炉外精炼等技术已广泛应用于轴承钢生产，并以轴承钢管材制造套圈，进一步提高了钢材利用率和轴承寿命。中国于1951年开始生产轴承钢。常用的滚动轴承钢有高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、耐腐蚀轴承钢、高温轴承钢、防磁轴承钢、不锈轴承钢和中碳合金钢等。一高碳铬轴承钢高碳铬轴承钢是含铬1.301.65的高碳合金钢，其特点是：热处理后的显微组织比较均匀稳定、硬度高而均匀、耐磨性好、接触疲劳强度高、具有良好的尺寸稳定性和耐腐蚀性。经球化退火后

27、，其切削加工性能良好，且价格也比较便宜。这种钢可以满足在一般工况条件下运转的轴承的使用要求。高碳铬轴承钢在全世界得到广泛采用，最常用的牌号是GCr 15和GCr15SiMn，在我国用量约占轴承钢总量的80以上，这两种钢的性能基本相同，但GCr15SiMn钢的淬透性比GCr15钢好，因此对于较大尺寸的轴承零件，宜采用GCr15SiMn钢，高碳铬轴承钢广泛用于制造滚动轴承套圈和滚动体。GCr15轴承钢大量用来制造汽车、拖拉机、坦克、飞机等使用的发动机轴承、机床、电机等所使用的主轴轴承以及铁路车辆、矿山机械、通用机械用轴承。GCr15SiMn轴承钢主要用来制造壁厚大的轴承，如各种大型和特大型轴承，多

28、用在重型机床及轧钢机上无较大冲击载荷的工作条件下。由于GCr15SiMn钢的裂纹敏感性较大，冲击韧性差，对于有冲击载荷的厚壁轴承还不能完全满足使用要求，铁道部首先提出客车轴承不允许使用GCr15SiMn钢，还有对于大壁厚的轧机和矿山轴承在承受冲击载荷大的条件下，GCr15SiMn钢也限制使用。现已开发出GCr18SiMo和GCr15SiMo等高淬透性钢，其性能比GCr15SiMn钢优越，可在铁路轴承、轧机轴承、矿山机械轴承上替代GCr15SiMn钢使用。 毕业设计论文代做平台 580毕业设计网 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考 QQ 3139476774 QQ3449649974

29、二渗碳轴承钢用于制造轴承零件的渗碳钢主要是低碳钢和优质低碳合金结构钢。用这类钢制造的轴承零件，经渗碳、淬火、回火等热处理工序后，表面具有很高的硬度（硬度HRC60）和一定的耐磨性以及较高的抗接触疲劳强度，而心部又具有良好的韧性，一定的强度和硬度。渗碳轴承钢特别适宜于制造在冲击载荷条件下工作的轴承和尺寸较大的轴承。总之，渗碳钢轴承的优点是：1）渗碳淬火后表面保留压应力状态，抗疲劳强度好。2）承受冲击载荷能力强，表面硬化层有微裂纹也不易向内部扩展。表面具有较高的硬度而心部硬度较低（一般为35HRC40HRC），与高碳铬轴承钢相比，有较好的心部冲击韧度。3）渗碳的深度和浓度可以根据需要加以调节。4）

30、不受轴承零件尺寸和壁厚的限制。三耐腐蚀轴承钢耐腐蚀轴承钢又称不锈钢，在腐蚀介质中工作不易氧化。常用的有奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti），马氏体不锈钢（9Cr18、9Cr18Mo、Cr15Mo4），沉淀硬化不锈钢（0Cr17Ni7AL）及镍基或钴基合金等。其中以9Cr18最为常用，9Cr18Mo次之。耐腐蚀轴承钢用于制造在化学工业、食品工业等腐蚀环境和低温下工作的轴承零件及某些要求低摩擦的仪器和仪表轴承等。9Cr18和9Cr18Mo ,这类马氏体不锈钢经热处理后可得到大部分马氏体组织，具有高硬度、高强度、很好的耐磨性和韧性，主要用于制造在海水、河水、酸、有机盐水以及蒸汽等腐蚀介质中工作的轴承

31、，在-253350下工作的轴承以及某些微型轴承。1Cr18Ni9Ti和0Cr17Ni7AL主要用于制造耐腐蚀保持架、钢球等。其中1Cr18Ni9Ti还可作防磁轴承套圈及滚动体，且经渗氮处理后适用于制造高温、高真空、低载荷及高速条件下工作的套圈和滚动体。四高温轴承钢通常，在150以上温度工作的轴承称为高温轴承。普通铬轴承钢的使用温度超过150时，硬度将急剧下降，尺寸不稳定，并导致轴承无法正常工作。对于工作温度在150250工作的轴承，若套圈和滚动体仍选用普通高碳铬轴承钢制造，则必须对钢的回火温度提出特殊的要求，一般应高于工作温度50下进行回火。经过按上述要求回火处理的轴承钢，能在250下正常工作

32、，但因回火后硬度有所下降，对轴承寿命有所降低。当工作温度高于250时，必须采用耐高温的轴承钢制造，高温轴承钢除应具有一般轴承钢的性能外，还应具有一定的高温硬度和高温耐磨性以及高温接触疲劳强度，还要抗氧化、耐冲击和高温尺寸稳定性。耐高温轴承用钢，主要是选用高速钢和高铬马氏体不锈钢。对于结构复杂，又需承受强大冲击载荷的轴承，也可采用高温渗碳钢制造。当环境温度超过500时，选用钢已难以满足要求，而应选用钴基、镍基合金碳化钛等高温材料。高温轴承主要用于航空喷气发动、燃气轮机、核反应堆系统、X光管钨管，以及高速飞行器、火箭和宇宙飞船。五防磁轴承材料当轴承在强磁场中工作时，为使轴承不被磁化，使轴承摩擦力矩

33、稳定，从而确保其精度，轴承必须用防磁材料制造。例如，在采矿工业中，利用飞机进行大面积控矿，要求控矿仪表零件不受磁性干扰，此仪表轴承应为防磁轴承。目前常用的防磁轴承材料主要有QBe2、Cr18Ni9Ti等，其中最常用的是铍青铜QBe2。滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。 图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。轴承及钢球实物图如图 1所示。常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。轴承的内、外圈和滚动体，一般是

34、用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到6165HRC。当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而

35、增加。滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。1、GCr15轴承钢球的组织与性能特点分析1.1 GCr15轴承钢球的组织要求GCr15轴承钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。轴承钢球的接触疲劳寿命对钢的组织和性质的不均匀性特别敏感。因此，对使用状态下的组织和原始组织提出了一系列要求。轴承钢在使用

36、状态下的组织应是回火马氏体基本上均匀分布有细粒的碳化物，这样的组织能赋予轴承钢所需要的性能。对原始组织的要求主要有两个方面：一是纯净，指钢中杂质元素和夹杂物含量要少；二是组织均匀，指钢中非金属夹杂物和碳化物应当细小分散和分布均匀。所以钢的纯净度和组织均匀度是衡量轴承钢冶金质量的两个重要指标。1.2 GCr15轴承钢球的化学成分及影响GCr15轴承钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。其中的化学成分主要是碳（0.95-1.05

37、）、铬（1.40-1.65）、硅（0.15-0.35）、锰（0.20-0.4）、磷（0.027）、硫（0.020）、镍（0.30）、钼（0.10）等。毕业设计论文代做平台 580毕业设计网 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考 QQ 3139476774 QQ3449649974a、碳的影响 碳 是轴承钢中主要强化元素。轴承钢含碳量一般较高，使用状态主要以隐晶针和细晶针状马氏体为基体，在组织中保留一定数量的淬火未溶碳化物，以提高钢的耐磨性。而适当降低钢中的含碳量，可增加合金元素在基体中的溶解度，虽减少淬火未溶碳化物数量，但提高钢的淬透性和接触疲劳强度；反之，增加含碳量则有利于钢的耐磨性

38、。因此轴承钢中的含碳量根据不同的用途来确定，通常控制在0.81.2%范围内。除了渗碳钢外，一般轴承钢的含碳量在0.951.05%，属于过共析成分。这样在淬火和低温回火后能得到高的硬度、高的接触疲劳强度和耐磨性。为了形成足够的碳化物以增加耐磨性，含碳量不能太低，但是过高的含碳量会增加碳化物的不均匀性并且会形成网状碳化物使力学性能降低。b、合金元素的影响 铬是形成碳化物的主要元素。高碳铬钢在各种热处理状态下都形成M3C型碳化物（M表示金属）。铬可提高钢的力学性能、淬透性和组织均匀性。还能增加钢的耐蚀能力。钢中含铬量一般都不超过2.0%，钼能取代钢中的铬，在增加钢的淬透性上，钼比铬强，所以已发展了高

39、淬透性的含钼高碳铬轴承钢。铬是轴承钢的主要化学成分，铬能够提高淬透性，减少过热倾向，提高低温回火稳定性。硅、锰在轴承钢中主要提高淬透性。镍在渗碳轴承钢中能使钢的韧性和塑性有所提高，镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。钼在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，增加在某些介质中的抗蚀性。钒在轴承钢中提高强度和屈服比，特别是提高比例极限和弹性极限，降低热处理时脱碳敏感性，从而提高了表面质量，无铬含钒的轴承钢，碳化物弥散度高，使用性能良好。1.3 GCr15轴承钢球所具有的性能要求轴承钢一般要在12001250高温下进行长时间扩散退火，以改善碳化物偏析。热加工时要控制炉内气氛，钢坯加热温

40、度不宜过高，保温时间不宜过长，以免发生严重脱碳。终轧（锻）温度通常在800900之间，过高易出现粗大网状碳化物，过低易形成轧（锻）裂纹。轧（锻）材成品应快冷至650，以防止渗碳体在晶界上呈网状析出，有条件时可采用控制轧制工艺。在设计和制造滚动轴承时，一般按如下原则来选择轴承材料。一根据轴承的工作条件选择 1工作温度常温下工作的轴承，采用铬轴承钢。工作温度高于150低于250也采用铬轴承钢，但要经过特殊的热处理（需200或300回火）。2承受冲击载荷的大小承受强大冲击载荷的轴承，一般不采用铬轴承钢，大多数采用优质渗碳结构钢、耐冲击工具钢或调质结构钢。3接触介质在有腐蚀性的介质中使用的轴承必须采用

41、具有良好耐腐蚀性的耐蚀钢或合金钢制造。二根据轴承的结构类型选择轴承零件结构较复杂，如外圈带安装挡边，而且承受较高的冲击载荷时，宜采用加工性能良好的渗碳钢；冲压滚针轴承外圈可采用08和10低碳钢（塑性好，适于冷冲压加工）；摆动机构或操纵机构上使用的关节轴承，可采用具有优良的冷塑性变形性能的GCr15、9Cr18、9Cr8Mo以及合金结构钢冷挤压成型。三根据轴承疲劳寿命和可靠性要求选择轴承疲劳寿命和可靠性，在一定程度上取决于钢的纯洁度和组织均匀性。对于一般使用场合，多使用酸性平炉或碱性电炉冶炼的普通轴承钢。随着冶炼方法的不断改进，产生了电流重熔、真空冶炼、电子束炉冶炼等新的冶炼方式，由上述方式炼成

42、的轴承钢制成的轴承，其寿命也相应得到提高。适用于疲劳寿命和可靠性有特殊要求的轴承，如铁路车辆轴箱轴承、航空发动机主轴轴承和导航系统轴承等。为了取得良好的切削性和淬火前的预组织，冷加工用轴承钢材要进行完全的球化退火。退火温度一般为780800，退火时要防止脱碳。如果轧制钢材存在过粗的网状渗碳体，则退火前需先进行正火处理。铬轴承钢通常在830860之间加热，油淬，150180回火。精密轴承的组织中，应尽可能降低残余奥氏体量或使残余奥氏体在使用过程中保持稳定，因此常需在淬火后进行-80（或更低温度）冷处理和在 对轴承钢的冶炼质量要求很高，需要严格控制硫、磷和非金属夹杂物的含量和分布，因为非金属夹杂物

43、的含量和分布对轴承钢的寿命影响很大。对轴承钢的基本质量要求就是纯净和组织均匀。纯净就是杂质元素及非金属杂物要少，组织均匀是钢中碳化物要细小，分布要均匀。夹杂物量愈高，寿命就越短。为了改善冶炼质量，近来已采用电炉冶炼并经电渣重熔，亦可采用真空冶炼，真空自耗精炼等新工艺来提高轴承钢的质量。GCr15大量用于制造汽车、拖拉机等所使用的轴承钢球以及机床使用的主轴轴承钢球和铁路车辆、矿山机械、电机轴承、通用机械用轴承钢球。其中滚动体材料必须具有的特性：接触疲劳强度高；硬度高；纯洁度高；耐磨性好；组织稳定性好；机械加工性能好。因此滚动体的材料要求有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。常用的轴承

44、材料，一般用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造。根据这样的工作条件，对材料要求如下：有较高的弹性极限和疲劳强度。能耐微塑性变形；材料致密，非金属夹杂少，显微组织均匀；通过热处理能得到很高的硬度，而且硬度均匀，无软点，在长时期保持硬度稳定不变，淬透性要好，或能淬硬至必要深度，同时要求通过机械加工能够得到很高的表面光洁度，以保证有很好的耐磨性和较低的摩擦系数；有较好的耐腐蚀性和化学稳定性；在制成的成品应有很好的尺寸稳定性，能在较长的工作或库存以后，保持尺寸与几何精度在合格的范围内；当然，还要求加工的工艺性要好。以上为轴承钢球对材料的要求，而对于特殊工况下的轴承钢球，除满足上述一般要求外，根据其对耐高

45、温、抗腐蚀、无磁性、超低温、高精度、特长寿命的特殊要求，应该选用相应的特殊轴承钢球材料。2、轴承钢球的失效在机、电、工业中，轴承是应用最为广泛的基础件之一，尤其是滚动轴承。无论是普通的机械设备、运输工具还是航空、航海、航天，凡是有转动的地方，就有轴承钢球在工作。显然，确保轴承钢球在各种环境条件下都能正常工作，是十分重要的。轴承钢球在工作中丧失其规定功能，从而导致故障或不能正常工作的现象称为失效。轴承钢球失效的原因往往是多因素的，但在一般情况下，大体上可以从外来因素和内在因素。外来因素主要是指安装调整、使用保养、维护修理等是否符合技术要求。安装条件是使用因素中的首要因素之一，轴承往往因安装的不合

46、适而导致整套轴承各零件之间的受力状态发生变化，轴承将在不正常的状态下运转并提早失效。轴承在使用时发现异常应立即查找原因，进行调整，使其恢复正常。对润滑剂质量和周围介质、气氛进行分析检验也很重要。这些都是导致轴承钢球失效的主要外在因素。内在因素主要是指设计、制造工艺和材料质量等决定轴承质量的三大因素。也可称之为制造质量因素。结构设计不合理当然不可能有合理的轴承钢球的寿命;只有结构设计同时具有合理性和先进性，才会有较长的轴承寿命。轴承钢球的制造要经过钢材冶炼、锻造、冲压、热处理、车削、磨削和装配等多种加工工序。最直接影响成品轴承钢球质量的是热处理和磨削加工工艺。随着冶金技术的提高，原材料质量得到较

47、大的改善，在轴承钢球失效分析中所占的比重已经明显下降，但至今它仍然是轴承钢球失效的主要影响因素之一。另外，选材是否得当仍然是轴承钢球失效必须考虑的因素。毕业设计论文代做平台 580毕业设计网 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考 QQ 3139476774 QQ3449649974轴承失效的形式与负荷大小有关，转速高低等工作条件以及轴承的精度有关。主要失效形式：a、接触疲劳（疲劳磨损）失效；b、沾附和磨粒磨损失效；c、断裂失效；d、塑形变形失效；e、腐蚀和腐蚀磨损;f、失效游隙变化失效为了防止轴承零件和成品在加工、存放和使用过程中被腐蚀生锈，要求轴承钢应具有良好的防锈性能。大多失效原因

48、是由于装配有毛病，密封不良而造成损坏的。为使轴承能够正常运转，避免零件表面直接接触，减少轴承内部的磨擦及磨损。提高轴承性能，延长轴承的使用性能，必须对轴承进行润滑轴承钢表面处理技术: 轴承钢通常在450650温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的轴承钢的耐火极限为15分钟左右。这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。 要使轴承钢材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将轴承钢的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。防止轴承钢在火灾中迅速升温发生形变塌落，其措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法

49、，如采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧轴承钢，降低热量传递的速度推迟轴承钢温升、强度变弱的时间等。但无论采取何种方法，其原理是一致的。下面介绍几种不同轴承钢的防火保护措施。 一、外包层。就是在轴承钢外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对轴承钢表面涂抹砂泵以形成保护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在轴承钢上。 二、充水(水套)。空心型轴承钢内充水是抵御火灾最有

50、效的防护措施。这种方法能使轴承钢在火灾中保持较低的温度，水在轴承钢内循环，吸收材料本身受热的热量。受热的水经冷却后可以进行再循环，或由管道引入凉水来取代受热的水。 三、屏蔽。轴承钢设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里，只要增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的。这是一种最为经济的防火方法。 四、膨胀材料。采用轴承钢防火涂料保护构件，这种方法具有防火隔热性能好、施工不受轴承钢几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用，属于现代的先进防火技术措施。目前，高层轴承钢建筑日趋增多，尤其是一些超高层建筑，采用轴承钢材料更为广泛。高层

51、建筑一旦发生火灾事故，火不是在短时间内就能扑灭的，这就要求我们在建筑设计时，加大对建筑材料的防火保护，以增强其耐火极限，并在建筑内部制订必要的应急方案，以减少人员伤亡和财产损失。轴承钢是质量要求很严格的钢类。目前对轴承钢提出的要求有：用户免加工和检查、提高质量、规格细化和提高尺寸精度等，而且，对这些要求的重要程度越来越高。为满足这些要求，JFE制钢使用了各种保证产品质量和进行精加工的设备生产轴承钢。这些设备与新开发的提高质量的技术相结合，可以生产尺寸范围宽、质量高、附加值高的热处理和热轧轴承钢。3、GCr15轴承钢球一般加工路线球坯成型（冷镦成型）锉削（光球）软磨热处理（球化退火+淬火+低温回

52、火）硬磨细研精研（或抛光）超精研冷镦工序的主要是为了冲压出合格的球坯，同时可使钢材在冷镦过程中成分更加均匀，有效减少缺陷（夹杂、偏析等不良组织）含量，使工件组织缺陷的影响减小到最小，为后续工序做好形状上和组织上的准备。锉削（光球）工序设计为了去除球坯的环带和两极，纠正镦压偏差，统一钢球直径公差。软磨工序是为了去除锉削加工后遗留下的锉齿齿痕，锉削疲劳及材料的脱碳层，以提高热处理前的钢球精度，使工件外形更接近所需尺寸，为以后工序留好加工余量，以防后续加工出现尺寸偏差无法补救。热处理工序是为了使钢球形成合适的内部组织，具有一定硬度，以保证它具有一定的强度和耐磨性能等。钢球一般热处理工艺顺序：预备热处

53、理（球化退火）最终热处理（淬火+低温回火）硬磨工序是为了纠正软磨工序的球形误差以及清除热处理时的尺寸变形、脱碳层、氧化皮和表皮组织缺陷使工件的尺寸符合工件所需尺寸，达到技术要求，同时通过硬磨在表层形成加工硬化层，进一步提高工件的力学性能。细研工序是为了使硬磨后的钢球满足所需求的精度要求，减小钢球表面粗糙度，为以后工序的研磨打下良好的基础。抛光通常在表面处理后进行，其目的是去除金属表面细微划痕，降低工件的表面粗糙度值，使工件获得装饰性外观，同时也使工件在使用过程中减小摩擦阻力，尤其是球体类零件，可以先主增强其使用寿命。精研和超精研工序进一步改善钢球的球形误差和减小表面粗糙度，提高表面质量，达到标

54、准。4、GCr15轴承钢球热处理工艺设计与分析热处理分为淬火. 回火 正火 退火淬火与回火：轴承钢的淬火与回火是热处理工艺中很重要的、应用非常广泛的工序。淬火能显著提高钢的强度和硬度。如果再配以不同温度的回火，即可消除（或减轻）淬火内应力，又能得到强度、硬度和韧性的配合，满足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的两道热处理工艺。 （1）淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于临界冷却速度（Vc）冷却，以得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。 （2）回火是将淬火钢加热至A1点以下某一温度保温一定时间后，以适当方式冷到室温的热处理工艺。它是紧接淬火的下道热处理工序，同时决定了钢在使用状态下的组织

55、和性能，关系着工件的使用寿命，故是关键工序。 退火：退火是生产中常用的预备热处理工艺，是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。其目的是消除或减少铸、锻及焊件的内应力与化学成分的组织不均匀性；能改善和调整钢的机械性能及工艺性能，为我们的旋削加工工序作好组织准备（简单的说：降低硬度，便于加工，为淬火做准备）。而我们所使用的钢材实际上在钢厂就进行“球化退火”处理（加热到750770度，保温一定时间，在缓慢冷却到600度以下空冷）。钢的退火工艺种类颇多，有完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火和扩散退火等；也有再结晶退火、去应力和去氢退火等； 同样，对于不锈

56、钢的轴承产品，也必须经过这样的热处理工艺，当然淬火的曲线（温度和时间）有所不同，温度更高（1040±10），时间相对也长。而且在分级淬火后半个小时内还要进行深冷处理（前面对此已经作过论述），其主要作用是减少组织中的残余奥氏体，稳定组织，提高套圈精度的稳定性。但是，在深冷处理时也要控制奥氏体的含量不能过少，因为一定量残余奥氏体有利于轴承寿命的提高。4.1 预先热处理工艺设计预先热处理是球化退火，因此只要讨论球化退火工艺设计。球化目的：使钢球中碳化物球化，并均匀化学成分，达到改善机械加工性能，消除或减少内应力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。球化退火后获得细球状珠光体，硬度低，易于

57、切削加工，表面光洁度较高。球化退火后的细球状珠光体可改善钢热处理后的最终力学性能。球化退火方法：将钢加热到稍低于或稍高于Ac1的温度或者使温度在A1上下周期变化，然后缓慢冷下来，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。4.1.1 球化退火设计方案一（1） 球化退火方案一工艺及设备将钢球加热到780-810，保温2-6h后，随炉冷至600取出空冷，退火方案一曲线图见图 2。时间空冷温度780-810炉冷2-6h 图 2 球化退火方案一曲线图 设备选择：RX3-15-9箱式炉。其设备如图 3所示。 图 3 RX3-15-9箱式炉（2） 球化退火方案一分析：退火温度GCr15轴承钢的热

58、处理加热范围为780-810，而790被认为是最合适的温度，在此温度加热，部分碳化物溶解，细链状碳化物也可以消除。细小未融的碳化物较多，所形成的奥氏体成分不均匀，于是在冷却时，为融碳化物变成核心，渗碳体在晶界区和晶粒内碳浓度较高的区域以球状析出，形成球化组织。如果加热温度过高，奥氏体成分均匀，片状珠光体溶解量过少，冷却时的结晶核心减少，形成的珠光体将呈片状。如果温度过低，片状珠光体溶解不充分，奥氏体成分不均匀，则冷却过程中，碳化物沿原片状层析出或呈细小的链状。在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物

59、存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。 普通球化退火是将钢加热到Ac1以上2030，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到600左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷却至600左右出炉空冷。和普通球化退火相比，球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。退火温度为780-810时，退火硬度最低，温度过高或过低均使硬度升高保温时间从完成组织转变的过程来看，具有正常锻造组织的GCr15轴承钢球在780时，珠光体向奥氏体转变在5-

60、10min内可完成。适当延长保温时间，可降低网状渗碳体的级别如果保温30-40min，可使3.5级的网状碳化物基本球化。因此退火保温时间实际上一个小时就够了。但对于大批量生产来说，由于炉内温度不易均匀，通常需要保温2-6h，这视工件大小、装炉量、装炉方式及原始组织不均匀而定。退火冷却球化退火冷却速度决定了碳化物的分散度。冷却速度大时，珠光体转变的形核率增加，会形成大量极细密的碳化物，硬度较高，冷却速度低，则形成颗粒较大的碳化物，硬度较低。实际生产中速度控制在10-30/h范围内，冷却到600以下时，可以出炉空冷，一般随炉冷却即可达要求。4.1.2 球化退火设计方案二（1） 球化退火方案二工艺及

61、设备将钢球加热到780-800，保温4-6h，随炉冷至710-730保温3-5h，随炉冷至650后取出空冷。退火方案二曲线图见图 4。设备：RX3-15-9箱式炉3-5h780-800710-7304-6h温度炉冷空冷时间图 4（2） 球化退火方案二分析：退火温度GCrl5钢加热温度超过Ac1时，珠光体开始向奥氏体转变。温度越高，奥氏体化后钢的组织越趋于均匀。未溶的碳化物越少，这对珠光体的球化是不利的奥氏体化条件与等温温度对硬度的影响，结果表明在临界区对钢加热，一旦加热温度升高，则钢的淬火硬度明显增高。这说明发生了奥氏体的富碳过程，即碳化物溶解过多，这样会导致球化困难。同时还指出，在高的温度奥

62、氏体化下，若保温时间延长。同样会使球化困难，而且影响十分明显。这样看来，退火加热温度是一个关键。为此根据GCr15钢的Ac1将循环曲线的加热温度制定为790。保温时间等温温度即珠光体转变温度对球化过程的影响规律，发现若将等温温度降低，即使在奥氏体中有大量的未溶碳化物，也将导致大量的片状珠光体形成。因而让珠光体在比较高的温度下长时间保温对球化组织的形成很重要。一般第一次保温时间为4-6h，而第二次保温时间可以相对的缩短一般3-5h左右就可达到所需的要求。毕业设计论文代做平台 580毕业设计网 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考 QQ 3139476774 QQ3449649974冷却介

63、质钢球经空冷所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂小。4.1.3 球化退火方案比较及选用（1） 球化退火热处理方案确定热处理工艺相差不大，两种热处理方案都能达到钢球的所需性能要求，但加工工艺经济性差距比较大 方案一 比 方案二 热处理工序少，成本相比就低。方案一适合一般轴承钢球使用。方案二思路可能适合精密钢球生产制造。因此选择球化退火设计方案一

64、，作为预先热处理工艺，即球化退火工艺。（2） 球化退火后质量检验项目显微组织（如图 5） 细球状珠光体，根据第一级别球对比球化组织进行评级，2-4级为合格 图 5 球化退火后组织图硬度 GCr15轴承钢球为61HRC碳化层 按第三级别图评定，2.5级为合格脱碳层深度 不得超过车削加工余量的2/34.2 最终热处理设计最终热处理是淬火+低温回火，低温回火工艺一样，主要讨论淬火工艺设计。（1） 淬火目的及方法淬火目的：把工件加热到奥氏体化后，以适当的方式冷却（通常是快冷）获得马氏体和贝氏体组织。再经回火使钢材获得需要的使用性能，以充分发挥材料的潜力。淬火方法：奥氏体被冷至低温区域下发生相变，由于相

65、变温度低，原子扩散极困难。相变只发生点阵畸变型位移和切变（铁原子只做短程位移）而不发生碳原子的扩散，因此，马氏体是碳在Fe中的过饱和固溶体，形成以碳原子为中心的应力场。该应力场会阻碍位错运动，也可以理解为碳原子对位错的钉扎作用，从而使马氏体硬度和强度提高。（2） 回火目的及方法回火目的：GCr15轴承钢球淬火后处于高应力状态，冲击韧度、疲劳强度等性能都很低。淬火组织中马氏体和参与奥氏体是不稳定相，影响组织和尺寸的稳定性。因此，GCr15轴承钢球淬火后要及时回火，以消除淬火应力，提高组织和尺寸的稳定性，并提高综合力学性能。GCr15轴承钢球回火后的组织为隐晶或细小结晶状马氏体和细小残余碳化物和少

66、量残余奥氏体，硬度为6165HRC回火方法：将淬火成马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度，保温适当时间，再冷到室温的一种热处理工艺。当钢球全淬成马氏体再加热到150-180回火时，随着回火温度升高，按其内部组织结构变化，分四个阶段进行：a、马氏体的分解；b、残余奥氏体的转变；c、碳化物的转变；d、相状态的变化及碳化物的聚集长大当钢中含有较多的碳化物形成元素时，在回火第四阶段温度区(约为500-550)形成合金渗碳体或者特殊碳化物。这些碳化物的析出，将使硬度再次提高，称为二次硬化形象。4.2.1 淬火设计方案一（1） 淬火方案一工艺及设备将钢球加热到830-850，加热前可先预热到530-55

67、0以减少经济成本，再按1.2-1.5min/mm的速率保温，一般保温时间为10-15min，然后在30-80的10号、20号机油中冷却。淬火方案一曲线图见图 6。设备选择：小型推杆式电炉。其设备如图7所示。 530-550830-85010-15min10-15min油冷温度时间图 6 淬火方案一曲线图 图 7 小型推杆式电炉 （2） 淬火方案一分析： 淬火温度GCr15轴承钢球的淬火温度范围为830850，在840加热淬火，能得到最高的硬度，弯曲疲劳强度和冲击韧度，如淬火温度太高，奥氏体晶粒粗大，残余奥氏体增多,未溶碳化物过少。如淬火温度过低,由于奥氏体中的合金元素浓度低,造成淬火组织中出现

68、屈氏体组织,同时马氏体中含碳量偏低,未溶解碳化物数量过多,淬火温度过高过低都会使零件强度和疲劳寿命降低。可在淬火加热前的加预热，其目的主要是，缩短淬火加热时间、减少变形开裂、同时也可减少过热和脱碳的倾向，本工艺采用箱式电炉预热，温度在530550左右保温10-15分钟。毕业设计论文代做平台 580毕业设计网 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考 QQ 3139476774 QQ3449649974保温时间GCr15轴承钢球在炉中的保温时间可按钢球的直径计算。对大GCr15轴承钢球为1.2-1.5min/mm。小钢球则装在篮筐中加热，其保温时间可按篮筐的直径来计算，为17-20s/mm。

69、淬火冷却由于GCr15轴承钢球含有合金元素较多，阻碍了成分的均匀化，也为了防止GCr15轴承钢球变形并且还要有一定的韧性和抗疲劳强度，所以用油冷，油温控制在20-60。4.2.2 淬火设计方案二（1） 淬火方案二工艺及设备将钢球加热到830-850，保温3-5h，冷却到230-250进行等温，放入KNO3+50NaNO3溶液中等温，等温时间为3-5h，取出清洗，空冷。淬火方案二曲线图见图 8.设备：等温淬火炉。其设备如图 9所示。 830-8503-5h3-5h230-250时间空冷温度 图 8 淬火方案二曲线图 图 9 等温淬火炉（2） 淬火设计方案二分析：淬火温度淬火温度为840时，冲击韧

70、性达到顶峰，超过840，冲击韧性将急剧下降。同时，加热温度过高将引起工件表面脱碳、淬火变形大和等温时间延长等缺点，因此，加热温度不宜超过850。根据所处理的零件尺寸不同，推荐加热温度为830-850。随等温温度升高，硬度及耐磨性下降，冲击韧性升高。关于等温温度对接触疲劳性能的影响，各研究结论不一。本研究结果表明，随等温温度升高，接触疲劳寿命提高；有研究表明，随等温温度升高，接触疲劳寿命下降，这可能与试验条件有关，尚需进一步研究。综合而言，要获得高韧性，则应适当提高等温温度；对性能要求以高硬度和耐磨性为主时，应适当降低等温温度。另外，在获得相同数量下的前提下，适当提高等温温度可缩短等温时问。获得

71、较好综合力学性能的等温温度为230-250。保温时间众所周知，在相同加热条件及等温湿度下，随等温时间延长，等温淬火后得到的贝氏体增多，硬度降低。但等温时间对其他性能的影响尚缺乏系统研究，有研究表明，贝氏体组织可得到最佳的韧性、接触疲劳性能；随等温时间延长，韧性升高，耐磨性及接触疲劳性能下降。从生产现场角度上来看，要获得合适比例的贝氏体下，其等温时间较难控制。冷却介质由于等温时温度较低在正常情况下空冷可达到钢球的性能要求，因此在钢球采用等温淬火时一般可采用空冷的方式，也可采用油冷。4.2.3 淬火方案比较及选用（1） 淬火方案确定从性能上来看两种热处理方案都能达到钢球的性能要求，但方案二采用等温淬火加工时花费的成本要比方案一大，且方案二操作比较复杂。因此一般钢球的淬火工艺可用方案一，方案二的淬火工艺思路可能适合精密钢球