GCr15轴承钢的热处理工艺设计.doc

1、热处理工艺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： 材料成型及控制工程 XXXX 学 号： 0 9 1 1 0 1 1 00 学生姓名： idealwang 指导教师： 黄 老师 - 2 -热处理工艺课程设计任务书设 计 题 目 GCr15 轴 承 钢 的 热 处 理 工 艺 计学 生 姓 名 Idealwang 院系专业 机 械 工 程 学 院 材 料 XXXX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.组

2、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 热 处 理 工

3、 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 ： 2011 年 12 月 19 日任 务 完 成 日 期 ： 2011 年 12 月 26 日答 辩 日 期 ：指 导 教 师 ： 黄 新学 生 签 名 ： - 3 -目录1 热处理工艺课程设计的目的 -42 零件的技术要求及选材 -42.1工作条件和技术要求 -42.2材料的选择 -52.3化学成分及合金元素的作用 -63 热处理工艺课程设计的内容及步骤 -73.1相变点的确定 -73.2热处理工艺 -83.2.1工艺流程 -83.2.2热处理工艺参数的制定

4、 -103.2.3处理工艺卡片填写 -123.2.4作过程中的注意事项 -123.3家具的设计或者选用及零件的摆布-133.4热处理设备的选择 -163.5组织特点和性能的分析 -164总结-215 收获和体会 -23- 4 -6 参考文献 -237 附表 1 热处理工艺卡 -251 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

5、课 程 的 知 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

6、的 细 节 问 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

7、上 谈 兵 是 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

8、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- 5 -装 于 主 轴 上 ， 随 轴 一 起 转 动 。 而 外 套 则 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

9、 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 则 要 求 抑 制 噪 声 。滚 动

10、 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 1255-2001 标 准 规 定 ， 套 圈 硬 度 一般 为 5

11、7 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材料的选择 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- 6 -坏 的 主

12、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 承 钢 来制 造 轴

13、 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 还 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 碳 铬 钢 的 一 种 ， 是 应 用

14、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 。表 1.GCr15 钢 化 学 成 分 （ %）钢 号 C Si Mn Cr0.951.05 0.150.35 0.250.45 1.401.65Mo P SGCr150.10 0.025 0.025表 2. GCr15钢常温下的物理性能硬度HV抗拉强度MPa纵向弹性模数/MPa平均线膨胀系数 a/ -1密度gcm -3材料热处理772 15691861 210000 0.000001 7.85 淬火GCr15 所含元素的作用：碳 保 证 轴 承 在 淬 火 和 低

15、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 ， 还 能 部 分 溶 于 渗 碳 体 形 成 较 稳 定 的 合 金 渗 碳- 7 -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 还 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 。硅 、 锰 以 进 一 步 提 高 淬 透

16、 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 还 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 还 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 和 硫 量 ， 磷 在 加 热 时 会 促 使 晶

17、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 用则 是 引 起 S 点 左 移 ， 并 使 A1、 A3 下 降

18、 ， 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 则形 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 ：- 8 -图 2.Fe-C-Cr 状 态 图 上 含 1.6%Cr 的 垂 直 截 面表 3. GCr15 钢 的 临 界 点项 目 Ac1 Acm Ar1 Ms温 度 / 745 900 700 2403.2 热处理工艺3.2.1工艺流程及目的

19、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 些 组 织 。 有 粗大 的 网 状 碳 化 物 的 GC

20、r15 钢 ， 采 用 900 950 的 加 热 温 度 ， 工 件 透热 后 保 温 40 60min， 正 火 。 若 正 火 的 加 热 温 度 过 高 ， 在 冷 却 过 程 中 也- 9 -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 织 ， 为 提 高 抗 回 火 稳 定 性 做 准 备2.

21、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 ， 则 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 3 6 个 小 时 ， 然 后 再690 750 ， 保 温 4

22、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 :79010700随炉降温550出炉温度温度/0 时间3h 4h- 10 -图 3. 高 碳 铬 轴 承 钢 等 温 球 化 退 火 工 艺

23、 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 现 过 热 组 织 ， 使 轴 承 的 韧 性 和 疲 劳 强 度 下 降 ；

24、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 挥 材 料 的 各 种 综 合 性 能 潜 力 ， 提 高 硬 度 、 强 度 、 耐

25、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 为 2 4 小 时 ，冷 处 理 后 恢 复 到 室 温 在 4 小 时 内 进 行 回

26、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 ， 还 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 回 火 。 回 火 可 以 减 少 并 稳 定残 余 应 力 ， 稳 定 组 织 ， 避 免 裂 纹

27、 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 。- 11 -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 ， 甚至 会 产 生 龟 裂 。 为 此 ， 应 在 进 行 一 次 附 加 回 火 ， 回 火 温

28、 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 =aKD 【 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 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

29、：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 ：表 4. 钢加热系数工 件 材 料工 件 直 径/mm500.3 0.40.4 0.51.0 1.21.2 1.5合 金 钢0.45 0.500.50 0.551.2 1.5 1.5 1.8高 合 金 钢 0.30 0.40 0.30 0.35 0.17 0.20高 速 钢0.30 0.350.65 0.850.16 0.180.16 0.18奥 氏 体 化 温 度 为 ： 860 。3）

30、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 =501.0=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 宽 度 1.5环环 厚 度 1.5板 厚 度 1.5管 材 壁 厚 开 口 通 管 2.0；

31、长 管4.0； 闭 口 管 4.03.2.3热处理工艺卡片填写见 附 表 1 热 处 理 工 艺 卡 片 。3.2.4操作过程中的注意事项1 锻 造 后 必 须 经 过 球 化 退 火 后 才 能 进 行 加 工 。- 13 -2球化退火时应注意加热温度和保温温度之间的区别，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 球化退火应先将工件放在炉口缓慢升温后才能放入炉内。7 淬 火 加 热 时 应 注

32、 意 控 制 加 热 速 度 。8 淬火预热时应保证足够的预热时间，使工件温度均匀化。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，应立即从炉中去除工件，空冷。重新加热淬火前必须经过退火，否则，将出现萘状端口。14 淬 火 后 应 及 时 回 火 。15 回 火 出 炉

33、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 在生产中要经常检查控温仪表，常用光学高温计核对炉温的准确性。18 大批工件进行淬火时必须进行试淬，淬火后检查淬火晶粒度，调节炉温。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热处理设备的选择 球 化 退 火 、 淬 火 的 设 备 ： 为 了 减 少 轴 承 钢 在 热 处 理 过 程 中 的 氧 化 、 脱碳 ， 采 用

34、中 温 箱 式 保 护 气 氛 电 阻 炉 。- 14 -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):800900550,重量 5350kg .回 火 设 备 ： 中 温 井 式 电 阻 炉- 15 -图 6.中 文 普 通 井 式 电 阻 炉在 890时有关数据型号额定功率/kW额定电压/V相数额定温度/炉膛尺寸（直径 X 深度）/mm空炉损耗功率/kW空炉升温时间/h最大装载量/kg井式电阻炉40 380 3 950 600X800 9 2.5 350- 16 - 清 洗 设

35、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 （ 5 8 级 ） ， 固 溶 体 中 的 碳 含 量 一 般 在0.5% 0.6%（ 质 量 ） ， 隐 晶 马 氏 体 基 体 上 分 布 着 细 小 的

36、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 ， 若 马 氏 体 基 体 中 碳 含 量 固 定 在0.45%时 ， 则 碳 化 物 在 4% 6%(体 积 )为 宜 ， 所 以 ， 在 有 些 情 况 下 ， 可 以降 低 钢 中 碳 含 量 是 有 利 的 。 轴 承 零 件 在 淬 火 工 艺 中 应 尽

37、 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 物 的 存 在 ， 将 为 A1 以下 等 温 时 共 析 碳 化 物 的 析 出

38、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 。- 17 -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 的 淬 火 组 织 是 由 淬 火 马 氏 体 、 残 余 奥 氏 体 和 剩 余

39、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 5.18。 淬 火 加 热 温 度 若 果 太 低 ， 会 使 奥 氏 体 中 合 金 元 素 固

40、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 多 ， 强 度 和 韧 性 都 达 不 到 要 求 。- 18 -图 8.淬回火马氏体组织 图 9.

41、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升高，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。G Cr15 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- 19 -如图所示，是 GCr15 轴 承 钢 的 淬 透 性 曲 线 ， 至 水 冷 端 的 距 离 越 远 ， 其硬 度 越 低 。当 冷 却 到 马 氏 体 点 Ms

42、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 而 会 带 来 其 他 的 问 题 。马 氏 体 点 Ms 与 奥 氏 体 的 化 学 成

43、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 ， 还 有 的 残 余 奥 氏 体 。残 余 奥 氏 体 的 数 量 与 Ms 点 有 关 。 钢 中 的 碳 含 量 愈 高 ， 淬 火 温 度 愈 高 ，则 使 残 余 奥 氏 体 量 愈 多 。 在 淬 火

44、 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 ， 则 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 霍 一 般 采 用 160 保 温 3h 或 者 更 长 。 回 火 组 织 为 回- 20 -火 马 氏 体

45、 +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 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

46、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

47、 、 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 则 有 所 降 低 ， 对 应 力 集 中 的 敏 感 的 解 除 疲 劳 寿 命 则 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- 21 -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 至