2022年GCr轴承钢的热处理工艺设计

1、热处理工艺设 计 题 目GCr15 轴承 钢 的 热 处 理 工 艺 计课程 设 计 说明书课程名称 ： 金 属 热 处 理 工 艺 学设计题目： GCr15轴承钢的热处理工艺设计院 系： 机 械 工 程 学 院班 级： 材料成型及掌握工程 XXXX 学 号： 0 9 1 1 0 1 1 00 同学姓名 ： idealwang 指导老师 ： 黄 老师热处理工艺课程设计任务书学 生 姓 名Idealwang 院系专业机 械 工 程 学 院 材 料 XXXX 目 录设 计 要 求 ：1. 相 变 点 的 确 定 2. 热 处 理 工 艺 参 数 的 制 定 3. 热 处 理 设 备 的 选 择 4

2、. 组 织 特 点 和 性 能 的 分 析 5. 夹 具 的 设 计 或 选 用 6. 工 艺 卡 片 填 写学 生 应 完 成 的 工 作 ：进 行 零 件 的 加 工 路 线 中 有 关 热 处 理 工 序 和 热 处 理 辅 助 工 序 的 设 计 ；根 据 零 件 的 技 术 要 求 , 选 定 能 实 现 技 术 要 求 的 热 处 理 方 法 , 制 定 工艺 参 数 , 画 出 热 处 理 工 艺 曲 线 图 , 选 择 设 备 , 设 计 或 选 定 装 夹 具 ,作 出 热 处 理 工 艺 卡 ； 最 后 , 写 出 设 计 说 明 书 , 说 明 书 中 要 求 对 各 种

3、 热 处 理 工 序 的 工 艺 参 数 的 选 择 依 据 和 各 种 热 处 理 后 的 显 微 组 织 作 出说 明 ；任 务 下 达 日 期 ： 2022 年 12 月 19 日 任 务 完 成 日 期 ： 2022 年 12 月 26 日 答 辩 日 期 ：指 导 教 师 ： 黄 新学 生 签 名 ：1热处 理 工 艺 课 程 设 计 的 目 的- - - - - - - - - - - - - - - -4 2零 件 的 技 术 要 求 及 选 材- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 2. 1 工 作 条 件 和 技 术

4、 要 求- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 2. 2 材 料 的 选 择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 2. 3 化 学 成 分 及 合 金 元 素 的 作 用- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 3 热 处 理 工 艺 课 程 设 计 的 内 容 及 步 骤- - - - - - - - - - - - - - - 7 3.1 相变点的确定 -7 3. 2 热 处 理 工 艺- -

5、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 3 . 2 . 1 工 艺 流 程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 3 . 2 . 2 热 处 理 工 艺 参 数 的 制 定- - - - - - - - - - - - - 1 0 3 . 2 . 3 处 理 工 艺 卡 片 填 写- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 2 3.2.4 作过程中的留意事项 -12 3.3 家具的设计或者选用及

6、零件的摆布-13 3. 4 热 处 理 设 备 的 选 择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 6 3.5 组织特点和性能的分析 -16 4 总 结- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21 5 收 获 和 体 会- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 3 6 参 考 文 献- - - - - - -

7、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 3 7 附 表 1 热 处 理 工 艺 卡- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 5 1 热处理工艺课程设计的目的热 处 理 工 艺 课 程 设 计 是 高 等 学 校 金 属 材 料 工 程 专 业 一 次 专 业 课 设 计 练习 , 是 热 处 理 原 理 与 工 艺 课 程 的 最 后 一 个 教 学 环 节 ； 其 目 的 是 ： （ 1） 培 养学 生 综 合 运 用 所 学 热 处 理 课 程 的 知

8、识 去 解 决 工 程 问 题 的 能 力 , 并 使 其 所 学知 识 得 到 巩 固 和 发 展 ；（ 2） 学 习 热 处 理 工 艺 设 计 的 一 般 方 法 、 热 处 理 设 备 选 用 和 夹 具 设 计 等 ；（ 3） 进 行 热 处 理 设 计 的 基 本 技 能 训 练 , 如 计 算 、 零 件 绘 图 和 学 习 使 用 设 计资 料 、 手 册 、 标 准 和 规 范 ；因 此 , 本 课 程 设 计 要 求 我 们 综 合 运 用 所 学 知 识 来 解 决 生 产 实 践 中 的 热处 理 工 艺 制 定 问 题 , 包 括 工 艺 设 计 中 的 细 节 问

9、题 , 如 设 备 的 选 用 , 夹 具 的设 计 等 ； 要 求 我 们 设 计 工 艺 流 程 , 这 需 要 翻 查 大 量 的 文 献 典 籍 ； 如 何 灵 活使 用 资 料 、 手 册 , 怎 样 高 效 查 找 所 需 信 息 , 以 及 手 册 的 查 找 规 范 和 标 准等 , 均 不 是 一 蹴 而 就 的 事 情 , 需 要 我 们 在 实 践 中 体 会 并 不 断 地 总 结 , 才 能不 断 进 步 ；材 料 热 处 理 工 艺 课 程 设 计 是 培 养 材 料 专 业 学 生 在 热 处 理 原 理 方 面 能 力 的 重 要 环 节 , 纸 上 谈 兵 是

10、 经 不 起 考 验 的 , 扎 实 的 理 论 唯 有 通 过 实 践 才 能 够 证 明 , 且 科 学 的 实 践 能 够 有 效 巩 固 甚 至 发 展 原 有 的 理 论 , 因 此 , 本 课 程 设 计 通 过 给 出 20 余 种 不 同 牌 号 的 材 料 , 要 求 学 生 以 个 人 （ 允 许 讨 论 ） 或 组 队 的 方 式 完 成 热 处 理 工 艺 的 设 计 , 对 学 生 巩 固 已 学 热 处 理 知 识 、 学 习 使 用 工 具 书 、 增 强 团 队 合 作 意 识 等 是 大 有 裨 益 的 ； 2 零件的技术要求及选材2.1 工作条件和技术要求

11、轴 承 广 泛 用 于 柴 油 机 、 拖 拉 机 、 机 床 、 汽 车 和 火 车 等 各 种 机 械 设 备 与 车 辆 上 , 它 有 轴 承 内 套 、 外 套 、 滚 动 体 和 保 护 器 四 部 分 组 成 的 ； 内 套 紧 装 于 主 轴 上 , 随 轴 一 起 转 动 ； 而 外 套 就 装 在 轴 承 座 中 静 止 不 动 , 在 轴 转 动 过 程 中 , 内 套 和 滚 动 体 发 生 转 动 和 滚 动 , 在 高 速 运 动 下 服 役 , 承 受 点 或 线 的 接 触 的 周 期 性 的 高 压 交 变 载 荷 和 应 力 的 作 用 , 因 此 容 易

12、造 成 局 部 应 力 集 中 ；随 着 科 学 技 术 的 发 展 , 一 些 特 殊 用 途 的 轴 承 想 着 高 转 速 、 高 负 荷 、 高 温 、 低 温 、 特 大 型 、 特 小 型 、 低 噪 声 发 展 ； 例 如 , 轴 承 转 速 Dn 值 已 达 到 4000000r/min； 承 受 局 部 接 触 应 力 达 4000MPa； 工 作 温 度 达 600 以 上 ； 超 低 温 度 达 到 -350 ； 有 的 轴 承 最 大 直 径 达 4.1m 、 质 量 达 到 7700kg ； 办 公 室 自 动 化 机 器 等 小 型 轴 承 就 要 求 抑 制 噪

13、声 ；滚 动 体 和 内 外 套 三 者 之 间 既 呈 现 滚 动 又 呈 现 滑 动 , 故 会 产 生 滚 动 摩 擦 和 滑 动 摩 擦 , 因 此 在 分 析 上 述 过 程 中 可 知 , 滚 动 轴 承 的 损 坏 形 式 为 接 触 疲 劳 破 坏 和 磨 损 , 要 求 滚 动 体 与 内 外 套 应 具 有 高 的 抗 疲 劳 性 能 和 耐 磨 性 , 有 良 好 的 尺 寸 稳 定 性 , 才 能 确 保 轴 承 高 的 使 用 寿 命 ； 所 以 轴 承 钢 的 零 件 热 处理 后 的 硬 度 要 求 见 JB/T 1255-2022标 准 规 定 , 套 圈 硬

14、度 一 般 为 57 65HRC；钢 球 硬 度 一 般 为 58 66HRC, 滚 子 硬 度 一 般 为 57 65HRC； 以 球 轴 承 为 例 ；图 1. 向 心 球 轴 承 及 其 载 荷 分 布 情 况2.2 材料的挑选 本 课 程 设 计 所 要 求 的 轴 承 钢 为 高 碳 铬 钢 ； 轴 承 工 作 时 , 套 圈 与 滚 动 体 之 间 呈 点 接 触 或 线 接 触 , 承 受 着 集 中 的 周 期 性 交 变 载 荷 , 并 在 其 高 速 运 转中 , 同 时 存 在 着 滚 动 摩 擦 和 滑 动 摩 擦 ； 因 此 疲 劳 断 裂 和 磨 损 是 轴 承 破

15、 坏 的 主 要 形 式 ； 基 于 轴 承 的 工 作 条 件 和 破 坏 形 式 , 对 轴 承 钢 的 性 能 提 出 以 下 要 求 ： 具 有 高 的 接 触 疲 劳 强 度 和 抗 压 强 度 ； 具 有 高 的 弹 性 极 限 和 屈 服 极 限 ；具 有 一 定 的 韧 性 ； 据 有 良 好 的 尺 寸 稳 定 性 ； 具 有 一 定 的 抗 腐 蚀 性 能 ； 具 有 高 而 均 匀 的 硬 度 与 耐 磨 性 ； 具 有 良 好 的 工 艺 性 能 ； 根 据 其 性 能 要 求 , 在 材 料 选 择 上 , 也 注 意 以 上 几 点 , 通 常 选 用 高 铬 轴

16、承 钢 来 制 造 轴 承 零 件 , 如 GCr15 ； 其 含 碳 量 为 0.95% 1.05% , 铬 元 素 的 含 量 为 0.5% 1.65%, 确 保 高 硬 度 的 要 求 ； 铬 元 素 的 加 入 明 显 提 高 了 钢 的 淬 透 性 , 同 时 细 化 了 晶 粒 , 淬 火 后 在 马 氏 体 晶 体 基 体 上 分 布 细 小 的 、 均 匀 的 碳 化 物 , 不 会 出 现 纤 维 状 的 碳 化 物 ； 铬 仍 能 提 高 低 温 回 火 的 稳 定 性 ； 因 此 适 合 制 造 轴 承 ；2.3 化学成分及合金元素的作用 GCr15 为 常 用 的 高

17、碳 铬 钢 的 一 种 , 是 应 用 最 广 泛 的 的 一 种 轴 承 钢 , 用 于 制 造 中 小 型 轴 承 , 也 可 以 制 造 部 分 大 型 轴 承 ；钢 号表 1.GCr15钢 化 学 成 分 （ %）Cr C Si Mn GCr150.951.05 0.150.35 0.250.45 1.401.65 Mo P S 硬度材料热处理0.10 0.025 0.025 表 2. GCr15钢常温下的物理性能抗拉强度纵向弹性模平均线膨胀密度 gcm-3HV MPa 数/MPa 系数 a/-1淬火772 15691861210000 0.000001 7.85 GCr15 所含元素

18、的作用：碳 保 证 轴 承 在 淬 火 和 低 温 回 火 后 得 到 高 硬 度 、 高 耐 磨 性 和 高 的 接 触 疲 劳 性 能 ；铬 可 以 增 加 淬 透 性 , 仍 能 部 分 溶 于 渗 碳 体 形 成 较 稳 定 的 合 金 渗 碳 体 , 热 处 理 后 得 到 的 细 小 的 均 匀 的 碳 化 物 , 对 提 高 钢 的 耐 磨 性 , 尤 其 是 对 提 高 解 除 疲 劳 强 度 十 分 有 利 ； 铬 仍 能 提 高 马 氏 体 的 低 温 回 火 稳 定 性 , 热 处 理 后 得 到 均 匀 的 高 硬 度 , 从 而 有 效 地 提 高 钢 的 耐 磨 性

19、 ；硅 、 锰 以 进 一 步 提 高 淬 透 性 , 适 合 制 造 大 轴 承 ； 但 是 锰 会 增 加 钢 的 过 热 倾 向 , 含 量 过 高 会 引 起 残 留 奥 氏 体 量 增 加 ； 硅 仍 会 增 加 钢 中 氧 化 夹 杂 ,故 需 要 加 以 限 制 ；钼 主 要 作 用 是 提 高 钢 的 淬 透 性 , 改 善 力 学 性 能 , 特 别 是 具 有 提 高 韧 性 的 效 果 ； 此 外 仍 可 以 提 高 钢 的 耐 磨 性 和 渗 碳 性 能 , 钼 含 量 在 此 类 钢 中 一 般 在 1.00% 以 下 ；磷 、 硫 严 格 控 制 有 害 元 素 磷

20、 和 硫 量 , 磷 在 加 热 时 会 促 使 晶 粒 长 大 ,并 增 加 钢 的 脆 性 , 降 低 硬 度 、 增 加 淬 火 开 裂 倾 向 ； 硫 会 增 加 钢 中 硫 化 夹 杂 ； 3 热处理工艺课程设计的内容及步骤3.1 相变点的确定 GCr15 轴 承 钢 是 一 种 高 碳 铬 钢 , 当 向 高 碳 铬 轴 承 钢 加 入 硅 和 锰 合 金 元 素 后 , 它 的 多 元 状 态 图 变 得 更 加 复 杂 了 ； 硅 的 作 用 主 要 是 引 起 相 变 点 A1、 A3、 Acm 升 高 , 从 而 使 状 态 图 的 A 区 趋 于 封 闭 ； 锰 的 作

21、用 就 是 引 起 S 点 左 移 , 并 使 A1、 A3 下 降 , Acm升 高 , 造 成 A 区 扩 大 ； 钢 中 硅 几 乎 全 部 溶 入 固 溶 体 中 , 而 锰 除 一 部 分 溶 入 固 溶 体 之 外 , 其 余 就 形 成 渗 碳 体 型 碳 化 物（ Fe,Cr , Mn）3C； 通 过 查 找 资 料 , 可 知 Fe-C-Cr状 态 图 上 含 1.6%Cr 的 垂 直 截 面 ：项 目图 2.Fe-C-Cr状 态 图 上 含 1.6%Cr的 垂 直 截 面Ms 表 3. GCr15钢 的 临 界 点Ac 1Ac mAr 1温 度 / 745 900 700

22、240 3.2 热处理工艺3.2.1 工艺流程及目的铬 轴 承 钢 零 件 的 产 生 工 艺 路 线 一 般 如 下 : 轧 制 正 火 球 化 退 火 机 械 加 工 淬 火 冷 处 理 低 温 回 火 磨 加 工 附 加 回 火 成 品1. 正 火 工 艺如 果 毛 坯 锻 造 工 艺 不 当 , 出 现 沿 奥 氏 体 晶 界 析 出 的 二 次 网 状 碳 化 物 和 条 状 珠 光 体 组 织 , 因 为 它 们 在 随 后 的 球 化 退 火 过 程 中 不 能 完 全 消 除 , 从 而 影 响 零 件 的 使 用 寿 命 , 所 以 先 采 用 正 火 工 艺 来 消 除 这

23、 些 组 织 ； 有 粗 大 的 网 状 碳 化 物 的 GCr15 钢 ,采 用 900 950 的 加 热 温 度 , 工 件 透 热 后 保 温 40 60min , 正 火 ； 如 正 火 的 加 热 温 度 过 高 , 在 冷 却 过 程 中 也 易 析 出 网 状 碳 化 物 , 故 需 要 采 用 较 快 的 冷 却 速 度 ； 在 油 或 水 中 冷 却 时 , 冷 至 500 时 应 取 出 , 以 免 产 生 裂 纹 ；正 火 的 目 的 : 改 善 或 消 除 网 状 碳 化 物 , 提 高 冲 击 韧 度 ；退 火 时 过 热 组 织 的 返 修 ；细 化 原 始 组

24、织 , 为 提 高 抗 回 火 稳 定 性 做 准 备2. 球 化 退 火 工 艺经 过 锻 造 后 的 工 件 , 如 果 其 显 微 组 织 为 细 片 状 珠 光 体 , 就 可 直 接 进 行 球 化 退 火 ； 其 目 的 是 ： 降 低 硬 度 , 便 于 切 削 加 工 , 获 得 均 匀 的 分 布 的 细 颗 粒 珠 光 体 、 为 淬 火 做 好 准 备 , 改 善 热 处 理 的 综 合 力 学 性 能 , 消 除 加 工 硬 化 , 增 加 塑 性 ； GCr15 钢 通 常 采 用 等 温 退 火 ； 其 工 艺 是 将 刚 才 加 热 到 780 810 , 保 温

25、 3 6 个 小 时 , 然 后 再 690 750 , 保 温 4 个 小 时 以 上 , 以 便 组 织 全 部 球 化 ； 790 被 认 为 最 佳 的 球 化 加 热 温 度 ； 因 为 加 热 温 度 过 高 , 大 量 碳 化 物 溶 解 , 球 化 结 晶 核 心 少 , 球 化 后 为 粗 大 的 球 状 珠 光 体 或 部 分 片 状 组 织 ； 加 热 温 度 偏 低 , 球 化 退 火 后 组 织 中 仍 保 留 尚 没 转 变 的 片 状 珠 光 体 ； 最 佳 的 等 温 球 化 退 火 工 艺 如 图 : 温度 /790 10 700 随炉降温0 3h 4h 55

26、0出炉时间图 3. 高 碳 铬 轴 承 钢 等 温 球 化 退 火 工 艺 曲 线 球 化 退 火 的 目 的 : 使 片 状 珠 光 体 转 变 为 细 粒 珠 光 体 , 为 淬 火 准 备 良 好 的 原 始 组 织 ； 降 低 硬 度 使 其 易 于 切 削 加 工 ；提 高 塑 性 使 其 易 于 冷 拉 、 冲 压 、 冷 辗 ；3. 淬 火 工 艺 一 般 采 用 淬 火 和 低 温 回 火 , 其 目 的 是 提 高 钢 的 强 度 、 硬 度 、 耐 磨 性 与 抗 疲 劳 性 能 ； GCr15 钢 的 淬 火 温 度 为 820 860 , 温 度 太 高 , 就 会 出

27、 现 过 热 组 织 , 使 轴 承 的 韧 性 和 疲 劳 强 度 下 降 ； 温 度 过 低 , 奥 氏 体 中 溶 解 Cr 、C 数 量 减 少 , 影 响 淬 火 后 的 硬 度 ； 轴 承 工 件 的 淬 火 组 织 中 马 氏 体 和 残 余 奥 氏 体 是 不 稳 定 相 , 室 温 下 停 留 时 间 过 久 , 将 会 导 致 工 件 尺 寸 发 生 变 化 , 使 轴 承 的 精 度 降 低 , 所 以 , 轴 承 淬 火 后 , 应 及 时 采 用 160 10 的 低 温 回 火 , 回 火 时 间 一 般 为 2 4 个 小 时 ；淬 火 的 目 的 : 充 分 发

28、 挥 材 料 的 各 种 综 合 性 能 潜 力 , 提 高 硬 度 、 强 度 、 耐 磨 性 、 接 触 疲 劳 性 能 等 , 并 为 回 火 提 供 优 良 的 马 氏 体 组 织 ,以 便 最 终 获 得 最 佳 综 合 强 韧 化 的 性 能 ；4. 冷 处 理对 于 精 密 轴 承 零 件 , 冷 处 理 是 淬 火 的 继 续 , 目 的 是 让 淬 火 后 的 残 留 奥 氏 体 转 变 为 马 氏 体 , 从 而 减 少 残 留 奥 氏 体 量 , 以 提 高 零 件 的 尺 寸 稳 定 性 ；冷 处 理 工 艺 的 温 度 一 般 为 -60 -80 , 保 温 时 间

29、为 2 4 小 时 , 冷 处 理 后 恢 复 到 室 温 在 4 小 时 内 进 行 回 火 , 以 防 止 零 件 开 裂 ；冷 处 理 的 目 的 : 使 淬 火 过 程 中 未 能 充 分 转 变 的 残 留 奥 氏 体 继 续 向 马 氏 体 转 变 , 除 能 提 高 零 件 的 尺 寸 稳 定 性 , 仍 能 略 微 提 高 零 件 的 硬 度 和 防 锈 性 能 ； 有 时 也 能 利 用 马 氏 体 比 体 积 大 这 一 原 理 用 冷 处 理 来 挽 救 因 尺 寸 缩 小 而 报 废 的 产 品 ；5. 回 火 的 目 的 : 零 件 淬 火 后 必 须 及 时 进 行

30、 回 火 ； 回 火 可 以 减 少 并 稳 定 残 余 应 力 , 稳 定 组 织 , 避 免 裂 纹 和 变 形 , 适 当 降 低 硬 度 而 大 幅 度 提 高 韧 性 , 使 零 件 最 终 获 得 最 佳 配 合 的 综 合 强 韧 性 的 力 学 性 能 和 尺 寸 稳 定 性 ；6. 附 加 回 火 ： 淬 火 未 经 冷 处 理 的 轴 承 零 件 , 在 磨 削 加 工 时 , 会 产 生 磨 削 应 力 , 低 温 回 火 时 未 能 完 全 消 除 的 残 留 应 力 在 磨 削 加 工 后 会 重 新 分 布 ； 这 俩 种 应 力 会 导 致 尺 寸 发 生 变 化

31、 , 甚 至 会 产 生 龟 裂 ； 为 此 , 应 在 进 行 一 次 附 加 回 火 , 回 火 温 度 为 120 160 , 保 温 时 间 为 5 10h , 或 更 长 ；回 火 的 目 的 : 回 火 的 作 用 是 消 除 磨 削 应 力 , 进 一 步 稳 定 组 织 , 以 便 于 提 高 零 件 的 尺 寸 稳 定 性 ；3.2.2 热处理工艺参数的制定 根 据 时 间 计 算 公 式 =a K D 【 其 中 K- 装 炉 修 正 系 数 , D- 工 件 有 效 厚 度（ mm）, a- 由 钢 种 决 定 的 加 热 系 数（ min/mm ）】, 以 及 经 验

32、公 式 等 , 查 找 资 料 , 将 工 艺 参 数 制 表 如 下 ：1）装 炉 修 正 系 数 K 的 确 定 ：图 4. 工 件 在 炉 内 不 同 排 布 方 式 的 加 热 时 间 修 正 值装 炉 修 正 系 数 K 取 1.8 ；2） 由 钢 种 决 定 的 加 热 系 数 a（ min/mm ） 的 确 定 ：工件材料表 4. 钢加热系数7508508009001000工件直径50 0.40.5 1.21.5 1.51.8 合金钢0.450.50 1.21.5 0.500.55 高合金钢0.170.20 0.300.35 高速钢0.300.35 0.160.18 0.650.

33、85 0.160.18 奥 氏 体 化 温 度 为 ： 860 ；3） 工 件 有 效 厚 度 的 确 定 ：下 表 为 不 同 形 状 和 尺 寸 的 工 件 加 热 计 算 时 的 特 征 尺 寸 及 形 状 系 数 表 , 有此 可 计 算 出 工 件 的 有 效 厚 度 为 ：D=直 径 形 状 系 数 =50 1.0=50mm ；表 5. 状 和 尺 寸 的 工 件 加 热 计 算 时 的 特 征 尺 寸 及 形 状 系 数工 件 形 状特 征 尺 寸 s 形 状 系 数 k 球球 径0.7 立 方 体边 长0.7 圆 柱直 径1.0 棱 形边 长1.0 环环 宽 度1.5 环 厚

34、度1.5 板厚 度1.5 管 材壁 厚开 口 通 管 2.0 ； 长 管4.0 ； 闭 口 管 4.0 3.2.3 热处理工艺卡片填写见 附 表 1 热 处 理 工 艺 卡 片 ；3.2.4 操作过程中的留意事项1 锻 造 后 必 须 经 过 球 化 退 火 后 才 能 进 行 加 工 ；2 球化退火时应留意加热温度和保温温度之间的区分,并保证足够的球化退火时间；3 球 化 退 火 后 先 炉 冷 后 空 冷 , 减 少 残 余 应 力 ；4 淬 火 时 应 严 防 表 面 氧 化 , 脱 碳 ；5 回 火 不 足 时 , 应 注 意 油 浴 炉 底 部 温 度 偏 低 ；6 球化退火应先将工

35、件放在炉口缓慢升温后才能放入炉内；7 淬 火 加 热 时 应 注 意 控 制 加 热 速 度 ；8 淬火预热时应保证足够的预热时间,使工件温度匀称化；9 严 格 控 制 奥 氏 体 化 温 度 和 加 热 时 间 ；10 控 制 冷 却 的 时 间 , 减 少 奥 氏 体 稳 定 化 ；11 控 制 回 火 温 度 , 回 火 保 温 时 间 , 保 证 碳 化 物 的 析 出 , 从 而 保 证 硬 度 和 红 硬 性 ；12 回火冷却时应空冷至室温后再进行下一次回火,得到较多的回火马氏体；13 淬火加热时,遇到突然停电,应立刻从炉中去除工件,空冷；重新加热淬 火前必需经过退火,否就,将显现

36、萘状端口；14 淬 火 后 应 及 时 回 火 ；15 回 火 出 炉 工 件 应 随 吊 篮 一 起 空 冷 , 不 能 将 工 件 堆 放 进 行 空 冷 ；16 中 温 预 热 和 高 温 加 热 的 盐 浴 应 严 格 校 正 ；17 在生产中要常常检查控温外表,常用光学高温计核对炉温的精确性；18 大批工件进行淬火时必需进行试淬,淬火后检查淬火晶粒度,调剂炉温；19 在 球 化 退 火 和 回 火 过 程 中 应 注 意 添 加 足 够 的 保 护 剂 , 减 少 工 件 表 面 的 氧 化 脱 碳 ；3.3 热处理设备的挑选 球 化 退 火 、 淬 火 的 设 备 ： 为 了 减

37、少 轴 承 钢 在 热 处 理 过 程 中 的 氧 化 、 脱碳 , 采 用 中 温 箱 式 保 护 气 氛 电 阻 炉 ；图 5. 中 温 箱 式 保 护 气 氛 电 阻 炉中 温 箱 式 保 护 气 氛 电 阻 炉 ： 额定功率 75kW,最高工作温度 950, 炉膛尺寸mm:800 900 550, 重量 5350kg . 回 火 设 备 ： 中 温 井 式 电 阻 炉图 6. 中 文 普 通 井 式 电 阻 炉型号额定功额定电相数额定温炉膛尺在 890时有关数据寸（直径空炉损空炉升最大装率/kW 压/V 度/X 深度）耗功率温时间载量井式电40 380 3 950 /mm /kW /h

38、 /kg 600X800 9 2.5 350 阻炉 清 洗 设 备 ： 废 水 池 ； 烘 干 设 备 ： 烘 箱 ；3.4 夹 具 的 设 计 或 选 用 及 零 件 的 摆 布 因 为 GCr15 轴 承 钢 在 热 处 理 时 , 种 类 较 多 , 以 及 零 件 小 , 所 以 夹 具 在 这 忽 略 ；3.5 组织特点与性能分析3.5.1 细粒状碳化物高 碳 铬 轴 承 钢 的 淬 火 温 度 为 830 860 , 经 油 淬 后 , 可 获 得 细 小 的 均 匀 的 奥 氏 体 晶 粒 度（ 58 级 ）, 固 溶 体 中 的 碳 含 量 一 般 在 0.5% 0.6% （

39、质 量 ） , 隐 晶 马 氏 体 基 体 上 分 布 着 细 小 的 均 匀 分 布 的 粒 状 碳 化 物 , 其 含 量 为7%8%（ 体 积 ） , 并 含 有 少 量 残 留 奥 氏 体 ； 这 样 的 话 , 组 织 在 性 能 上 可 得 到 最 高 硬 度 , 弯 曲 强 度 和 韧 度 , 根 据 资 料 , 马 氏 体 基 体 上 碳 含 量 在 0.45% 时 疲 劳 性 能 最 好 , 如 马 氏 体 基 体 中 碳 含 量 固 定 在 0.45% 时 , 就 碳 化 物 在 4%6% 体 积 为 宜 , 所 以 , 在 有 些 情 况 下 , 可 以 降 低 钢 中

40、碳 含 量 是 有 利 的 ； 轴 承 零 件 在 淬 火 工 艺 中 应 尽 量 减 少 氧 化 脱 碳 , 为 了 防 止 氧 化 脱 碳 , 我 们 在 热处 理 过 程 中 , 可 以 采 用 保 护 气 氛 加 热 或 者 是 真 空 加 热 ；3.5.2 退火组织和性能 在 等 温 球 化 退 火 过 程 中 , 奥 氏 体 转 变 为 粒 状 珠 光 体 ； 当 片 状 过 共 析 原始 组 织 的 奥 氏 体 体 化 温 度 较 低 时 , 其 中 片 状 碳 化 物 虽 已 溶 解 , 但 奥 氏 体 的成 分 极 不 均 匀 , 且 由 于 大 量 未 溶 二 次 碳 化

41、物 的 存 在 , 将 为 A1 以 下 等 温 时 共 析 碳 化 物 的 析 出 提 供 了 非 均 质 晶 核 , 股 促 进 了 粒 状 珠 光 体 的 形 成 ； 如 图 7. GCr15 钢 锻 造 后 经 球 化 退 火 , 使 钢 中 的 碳 化 物 球 状 化 ； 球 化 退 火 可 降 低 硬 度 , 改 善 切 削 性 能 ； 获 得 均 匀 组 织 , 改 善 热 处 理 工 艺 性 能 ； 可 经 淬火 、 回 火 后 得 到 良 好 的 综 合 性 能 ；图 7.GCr15 钢 常 规 等 温 球 化 退 火 组 织3.5.3 火组织和性能 GCr15 轴 承 钢

42、的 淬 火 组 织 是 由 淬 火 马 氏 体 、 残 余 奥 氏 体 和 剩 余 碳 化 物 组 成 ； 轴 承 钢 的 淬 火 温 度 一 般 为 820 860 , 其 加 热 温 度 从 俩 个 方 面 来 影 响 淬 火 组 织 和 性 能 ； 加 热 温 度 越 高 , 碳 化 物 溶 解 越 多 , 奥 氏 体 中 碳 化 物 及 合 金 元 素 含 量 越 高 , 淬 透 性 （ 如 图 8） 和 淬 火 硬 度 上 升 , 在 适 宜 的 加 热 温 度 和 保 温 时 间 淬 火 , 可 获 得 良 好 的 金 相 组 织 与 硬 度 的 最 佳 配 合 , 如 图 5.1

43、8 ； 淬 火 加 热 温 度 如 果 太 低 , 会 使 奥 氏 体 中 合 金 元 素 固 容 量 不 足 , 油 冷 后 会 出 现非 马 氏 体 组 织 , 使 硬 度 和 强 度 下 降 , 如 图 9. 当 淬 火 温 度 过 高 时 , 碳 化 物 大 量 溶 解 , 并 均 匀 化 , 阻 止 奥 氏 体 晶 粒 长 大 的 碳 化 物 逐 步 减 少 , 甚 至 消 失 ,晶 粒 开 始 粗 话 , 淬 火 后 , 会 出 现 细 长 针 状 或 者 粗 大 针 状 马 氏 体 组 织 , 形 成的 过 热 组 织 或 者 严 重 过 热 组 织 , 残 留 奥 氏 体 增

44、多 , 强 度 和 韧 性 都 达 不 到 要 求 ；图 8. 淬回火马氏体组织 图 9. 大量屈氏体组织表 6.GCr15 钢不同淬火温度与组织性能的关系由表 5.8 可知,淬火组织为以片状马氏体为主；随着淬火加热温度的上升,奥氏体中含碳量增加,片状马氏体量也随之增多；当基体中碳含量质量分数超过 0.6%时,淬火组织为孪晶马氏体为主；GCr15 轴 承 钢 在 820 860 加 热 淬火 , 基 体 中 含 碳 量 在 0.5% 0.6% 之 间 , 力 学 性 能 最 好 ；图 10.GCr15 轴承钢淬透性曲线如下列图,是 GCr15 轴 承 钢 的 淬 透 性 曲 线 , 至 水 冷

45、 端 的 距 离 越 远 , 其 硬 度 越 低 ；当 冷 却 到 马 氏 体 点 Ms 之 下 时 , 过 冷 奥 氏 体 即 发 生 马 氏 体 相 变 ； 马 氏 体 相 变 也 分 形 核 及 成 长 两 个 阶 段 , 但 成 长 速 度 很 快 , 形 核 后 不 到 万 分 之 一 秒即 生 长 完 毕 , 因 此 马 氏 体 转 变 速 度 几 乎 完 全 是 由 形 核 速 度 所 控 制 ； 马 氏 体转 变 量 只 与 温 度 有 关 , 随 温 度 下 降 转 变 量 增 加 ； 与 保 温 时 间 无 关 , 恒 温 停 留 不 会 使 马 氏 体 量 增 加 , 反

46、 而 会 带 来 其 他 的 问 题 ；马 氏 体 点 Ms 与 奥 氏 体 的 化 学 成 分 有 关 ； 其 中 碳 的 影 响 最 大 , 碳 含 量 增 加 , Ms点 降 低 ； 合 金 元 素 W、 Mo、 Cr 、 V 均 使 Ms点 降 低 ； 淬 火 温 度 高 , 保 温 时 间 长 , 使 奥 氏 体 中 的 碳 和 合 金 元 素 含 量 增 加 , 因 而 使 Ms 点 下 降 ；轴 承 钢 淬 火 后 的 基 体 组 织 中 除 了 马 氏 体 之 外 , 仍 有 的 残 余 奥 氏 体 ； 残 余 奥 氏 体 的 数 量 与 Ms 点 有 关 ； 钢 中 的 碳

47、含 量 愈 高 , 淬 火 温 度 愈 高 , 就 使 残 余 奥 氏 体 量 愈 多 ； 在 淬 火 时 中 断 冷 却 , 也 会 使 残 余 奥 氏 体 量 增 加 , 并 且 中 断 冷 却 的 温 度 愈 高 , 就 残 余 奥 氏 体 量 也 愈 多 ； 淬 火 温 度 对 残 余 奥 氏 体 , 剩 余 碳 化 物 的 影 响 , 如 图图 11.淬火温度对 GCr15 钢硬度、残余渗碳体和残余奥氏体的影响3.5.4 火组织和性能 轴 承 钢 淬 火 后 应 及 时 进 行 回 火 , 以 提 高 零 件 的 组 织 及 尺 寸 的 稳 定 性 ,提 高 力 学 性 能 ； 挥

48、霍 一 般 采 用 160 保 温 3h 或 者 更 长 ； 回 火 组 织 为 回 火 马 氏 体 +弥 散 分 布 的 碳 化 物 +少 量 残 留 奥 氏 体 ； 回 火 后 硬 度 在 62 66HRC； 轴 承 零 件 的 尺 寸 不 稳 定 性 的 基 本 原 因 在 于 存 在 有 内 应 力 和 残 留 奥 氏 体 , 增 加 组 织 稳 定 性 和 减 少 应 力 常 用 的 措 施 是 进 行 冷 处 理 和 附 加 回 火 ； 特 别 是 对 于 精 密 轴 承 , 为 了 保 证 零 件 的 稳 定 性 , 必 须 要 求 消 除 残 留 奥 氏 体 ； 一 般 采 用

49、 淬 火 后 立 即 进 行 冷 处 理 ； 轴 承 在 磨 削 加 工 后 腰 进 行 消 除 磨 削 应 力 的 回 火 , 一般 应 根 据 轴 承 精 密 等 级 来 选 取 不 同 的 保 温 时 间 和 回 火 次 数 ；回 火 可 以 减 小 并 稳 定 残 余 应 力 , 稳 定 组 织 , 避 免 裂 纹 和 变 形 ； 轴 承 钢 中 碳 化 物 经 过 细 化 处 理 和 采 用 低 温 回 火 , 可 以 获 得 碳 化 物 和 晶 粒 同 时 发 展 的 效 果 ； 淬 回 火 后 残 留 碳 化 物 均 匀 、 细 小 、 圆 整 , 组 织 中 黑 白 区 不 很

50、 明 显 , 带 状 碳 化 物 和 液 析 碳 化 物 基 本 消 除 , 淬 回 火 马 氏 体 组 织 细 小 、 均 匀 ,从 而 对 轴 承 钢 接 触 疲 劳 寿 命 的 提 高 带 来 非 常 有 利 的 影 响 ；如 图 是 用 不 同 含 碳 量 的 钢 淬 回 火 后 , 使 其 马 氏 体 含 碳 量 和 残 余 奥 氏 体 含 量 相 同 而 未 溶 碳 化 物 含 量 不 同 , 经 160 回 火 后 的 力 学 性 能 ； 从 图 可 知 ,未 溶 碳 化 物 少 量 增 高 对 硬 度 增 高 值 不 大 , 反 映 强 度 和 韧 性 的 压 碎 载 荷 就

51、有所 降 低 , 对 应 力 集 中 的 敏 感 的 解 除 疲 劳 寿 命 就 明 显 降 低 , 所 以 适 当 地 降 低 轴 承 钢 的 含 碳 量 是 提 高 制 件 使 用 寿 命 的 途 径 之 一 ；图 12. 高 碳 铬 钢 淬 回 火 后 未 溶 碳 化 物 对 硬 度 、 压 碎 载 荷 和 接 触 疲 劳 寿 命 的 影 响图 13.GCr15 钢 回 火 温 度 和 回 火 时 间 对 硬 度 的 影 响3.5.5GCr15 轴 承 钢 的 过 冷 奥 氏 体 的 转 变 GCr15 轴 承 钢 过 冷 奥 氏 体 等 温 转 变 图 GCr15 轴 承 钢 在 A1

52、 至 马 氏 体 开 始 转 变 温 度 Ms 点 之 间 , 过 冷 奥 氏 体 的 等 温 转 变 分 为 珠 光 体 型 高 温 转 变 和 贝 氏 体 型 中 温 转 变 ； 而 过 冷 至 Ms 点 以 下 时 , 就 属 于 马 氏 体 型 非 等 温 转 变 ； 过 冷 奥 氏 体 最 不 稳 定 的 温 度 范 围 和 最 短 孕 育 期 , 随 着 其 中 铬 、 碳 、 锰 等 元 素 的 实 际 含 量 而 改 变 , 并 取 决 于 奥 氏 体 化 时 的 加 热 温 度 、 保 温 时 间 以 及 原 始 组 织 的 分 散 度 ； 如 图 是 GCr15 轴 承 钢

53、 经 860 和 1050 奥 氏 体 后 所 测 得 的 过 冷 奥 氏 体 等 温 转 变 图 ：图 14.GCr15 钢 过 冷 奥 氏 体 等 温 转 变 图 （ TTT ）根 据 GCr15 轴 承 钢 在 860 奥 氏 体 化 的 等 温 转 变 曲 线 , A1 至 520 之 间 过 冷 奥 氏 体 的 等 温 转 变 产 物 为 碳 化 物 与 铁 素 体 片 相 间 分 布 的 珠 光 体 型 组织 , 并 随 着 转 变 温 度 的 降 低, 片 间 距 相 应 减 小 ； 520 245 之 间 就 为 贝 氏体 型 组 织 , 其 中 , 500 400 等 温 时

54、 转 变 产 物 为 羽 毛 状 上 贝 氏 体 , 而 在 350 以 下 就 为 针 状 下 贝 氏 体 ；根 据 GCr15 轴 承 钢 在 1050 的 等 温 转 变 曲 线 可 知 , 当 二 次 碳 化 物 全 部 固 化 时 , 图 上 出 现 了 二 次 碳 化 物 开 始 析 出 曲 线 （ 其 最 不 稳 定 温 度 约 为 700 左 右 ）, 即 过 冷 奥 氏 体 在 发 生 珠 光 体 或 者 贝 氏 体 转 变 之 前 , 将 首 先 沿 奥 氏 体晶 界 析 出 网 状 碳 化 物 ； 二 次 碳 化 物 的 析 出 主 要 取 决 于 冷 却 速 度 , 其

55、 析 出 的 数 量 不 仅 与 碳 在 奥 氏 体 中 的 过 饱 和 度 有 关 , 而 且 碳 化 物 形 成 元 素 的 扩 散 条件 也 具 有 一 定 的 影 响 ； 由 于 这 些 元 素 沿 奥 氏 体 晶 界 的 扩 散 速 度 远 大 于 晶 内 扩 散 , 故 二 次 碳 化 物 多 沿 晶 界 析 出 , 从 而 形 成 断 续 或 连 续 的 网 络 状 ； 通 过 GCr15 钢 等 温 转 变 曲 线 可 估 算 , 网 状 碳 化 物 析 出 的 临 界 冷 却 速 度 约 为 12 /s , 所 以 过 冷 奥 氏 体 在 实 际 冷 却 过 程 中 为 了 避 免 网 状 碳 化 物 的 析 出 , 应 控 制 好 冷 却 速 度 , 且 不 低 于 50 70 /min ； 4 总结