軸承鋼熱處理工藝及組織分析

1、軸承鋼熱處理工藝及組織分析【摘要】本試驗采用GCr15鋼，分別對其進行了不同的熱處理工藝試驗，對其處理后的組織觀察與分析，并進行了試樣硬度的測定?！娟P(guān)鍵詞】GCr15鋼；正火；等溫球化退火；淬火軸承鋼是指用于制作在不同環(huán)境中工作的各類滾動套圈和滾動體的鋼的統(tǒng)稱。高碳鉻軸承鋼自上世紀初問世至今已有100多年的歷史。從它誕生至今，化學元素的含量幾乎沒有變化，但其疲勞壽命卻成倍甚至幾十倍的提高，原因就在于軸承材料的純凈度提高了。軸承鋼純凈度的提高，主要依賴于冶金工藝的現(xiàn)代化、爐外精煉技術(shù)的普遍采用2。熱處理是通過加熱和冷卻的方法使金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)（有的包括表面化學成分）發(fā)生變化，以獲得預(yù)期性能的工藝

2、方法。這些性能包括工藝性能、力學性能和化學性能，在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中主要指材料的強度、硬度、韌性、耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性等。因此進行熱處理是提高零件使用性能、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改造加工工藝性、發(fā)揮材料潛力和節(jié)約原材料的重要途徑。本試驗針對GCr15鋼制訂不同的熱處理工藝并采用RSX-2.5-10實驗箱式電阻爐對其進行處理，然后制備金相試樣，對磨拋后的試樣用4%的硝酸酒精溶液進行腐蝕，在光學金相顯微鏡上對其組織進行觀察與分析，在硬度試驗計上測定試樣硬度，最后將實驗結(jié)果進行綜合分析。一、試驗材料本實驗用材為供貨態(tài)GCr15鋼棒材。將其加工成1525（mm）試樣，其化學成分和臨界點。表1二、試驗設(shè)備采

3、用UJ-37型測溫直流電位差計進行爐溫校核，熱處理加熱設(shè)備采用RSX-2.5-10型箱式電阻爐，在M3225型臺式砂輪機上進行試樣打磨，分別用200#、400#、600#、800#、1000#帆船牌水砂紙磨制金相試樣，在P-2型拋光機上進行拋光，用4%的硝酸酒精溶液對試樣進行腐蝕，在OLYMPUS PMG3型光學金相顯微鏡上進行顯微組織觀察與分析，在HB-3000型布氏硬度試驗機和HRD-150型電動洛氏硬度試驗計上測定試樣的硬度值。三、參數(shù)擬定GCr15鋼完全退火、正火、高溫淬火工藝，都是將工件加熱到單相奧氏體區(qū)，然后根據(jù)不同性能的需求進行冷卻，其具體工藝見下表。表2GCr15鋼的正常淬火工

4、藝是將工件加熱到Ac1以上5080、等溫球化退火工藝是將工件加熱到Ac1以上2030然后在Ar1以下1020等溫一定時間1，根據(jù)鋼的臨界點及試驗?zāi)康囊?，其具體工藝見表2。四、試驗結(jié)果分析（一）供貨態(tài)組織、完全退火組織的分析GCr15鋼供貨態(tài)組織為索氏體斷續(xù)細網(wǎng)狀滲碳體。GCr15鋼經(jīng)93040min退火的組織為粗大片狀珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體。與T10鋼的完全退火組織相比，珠光體片間距減小，沿晶界析出的網(wǎng)狀滲碳體變細，主要原因是GCr15中含有碳化物形成元素Cr，在隨爐冷卻過程中碳原子擴散受阻，因此從奧氏體中析出量減少，而形成片間距較細的珠光體及沿其晶界析出的細網(wǎng)狀滲碳體4。（二）正火組織、等

5、溫球化退火組織的分析GCr15鋼經(jīng)93040min正火處理后的組織與T10鋼相比，除屈氏體外沿晶界分布的滲碳體顆粒更細小而又少。其原因是冷速快，該鋼的C曲線與T10鋼相比右移，實際相變速度減緩，在相同的冷速下碳從過冷奧氏體中的析出量少所致。等溫球化退火所得組織為球狀珠光體，其組織中的碳化物顆粒與T10鋼相比更細小。原因是鋼中含有鉻元素，碳原子聚集長大傾向較T10鋼小，故形成的顆粒狀滲碳體較小。（三）正常淬火組織、高溫淬火組織的分析正常淬火的組織為細小針狀馬氏體和殘余奧氏體及未溶的顆粒狀的碳化物。軸承鋼淬火溫度雖比T10鋼高出50左右，但該組織中的馬氏體針卻很短。因為軸承鋼中含有碳化物形成元素C

6、r，Cr有抑制奧氏體晶粒長大的作用，故在加熱時形成的奧氏體晶粒細小，淬火后獲得細小針狀的馬氏體。高溫淬火組織為粗大針狀馬氏體和比較多的殘余奧氏體。與T10鋼相比臨界冷速較慢，也就是說過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較好，故淬火后得到粗大的馬氏體和殘余的奧氏體。（四）不同回火溫度下組織的分析正常淬火+低溫回火組織為隱針回火馬氏體和細小粒狀的未溶碳化物。由此可看出，正常淬火+中溫回火組織為回火屈氏體細小未溶的粒狀碳化物。正常淬火+高溫回火組織為回火索氏體細小粒狀的碳化物。正常淬火+更高溫回火組織為回火球狀珠光體。關(guān)于挖掘機回轉(zhuǎn)支承打齒的問題分析引言履帶式液壓挖掘機在挖掘時，鏟斗受到地面的反作用力，由于回轉(zhuǎn)支承

7、內(nèi)、外圈存在軸徑向間隙、回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒與減速機殼體間隙，造成回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒與回轉(zhuǎn)支承在軸向上相對傾斜。分析原因后，提出了更改了回轉(zhuǎn)減速機齒形結(jié)構(gòu)及回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈熱處理條件的方案，能夠有效減少打齒的現(xiàn)象。(運轉(zhuǎn)世界大國龍騰 龍出東方 騰達天下 龍騰三類調(diào)心滾子軸承 劉興邦CA CC E MB MA)1、問題背景和描述履帶式液壓挖掘機在作業(yè)過程中，需在各個角度都可以作業(yè)。就需要履帶式液壓挖掘機在360轉(zhuǎn)動?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)（圖1）主要由回轉(zhuǎn)減速機、回轉(zhuǎn)支承組成?；剞D(zhuǎn)減速機與回轉(zhuǎn)平臺用螺栓固定，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈與行走裝置固定，外齒圈與回轉(zhuǎn)平臺固定。高壓液壓油作用回轉(zhuǎn)馬達，使得回轉(zhuǎn)馬達帶動減速機驅(qū)動小齒

8、轉(zhuǎn)動，通過齒輪傳動使得回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)、外齒圈相對轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)履帶式液壓挖掘機在工作中可以實現(xiàn)3600轉(zhuǎn)動。當前技術(shù)系統(tǒng)存在的問題：履帶式液壓挖掘機在挖掘時，鏟斗受到地面的反作用力，使得回轉(zhuǎn)支承出現(xiàn)打齒（圖2）現(xiàn)象。2、問題分析因挖掘機沖擊載荷較大，故回轉(zhuǎn)支承經(jīng)常出現(xiàn)打齒的現(xiàn)象。造成挖掘機回轉(zhuǎn)支承斷齒的原因有多種，經(jīng)對回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈斷裂截面的調(diào)研和分析發(fā)現(xiàn)，斷齒的作用力并非是軸向回轉(zhuǎn)驅(qū)動力，而是與之嚙合的驅(qū)動齒對其施加的徑向擠壓力，且擠壓時驅(qū)動齒的軸線與回轉(zhuǎn)支承的軸線不平行。通過對回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈斷裂截面的分析，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)、外圈存在軸徑向間隙、回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒與減速機殼體間隙、驅(qū)動齒軸的彈性變形

9、，造成回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒與回轉(zhuǎn)支承在軸向上相對傾斜。相對傾斜的回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動齒，本應(yīng)回轉(zhuǎn)支承滾道承擔的徑向載荷卻由齒輪承擔，在齒輪機構(gòu)嚙合過程中對回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈向擠壓力集中作用于齒寬的上部。開始時齒輪由塑性變形來補償齒側(cè)間隙的不足，隨著回轉(zhuǎn)支承滾道及回轉(zhuǎn)減速機軸承等部件的進一步磨合，其徑向間隙漸加大，而變形量確實有限的。通過受力分析可以看到：驅(qū)動齒對回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈的擠壓法向力是地面對斗的發(fā)作用力的幾倍甚至是十幾倍。因此，造成打齒的主要原因是回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動齒的軸線與回轉(zhuǎn)支承的軸線相對傾斜，較大的沖擊載荷集中作用于回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈齒寬的上部。3、問題解決基于以上原因的分析，可得到以下解決方案方案一：

10、為了使挖掘機回轉(zhuǎn)傳動過程中轉(zhuǎn)動相對靈活，需要回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒與減速機殼體和回轉(zhuǎn)支承內(nèi)、外圈的間隙為“正”，但又為了挖掘機在挖掘作業(yè)時回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈不產(chǎn)生相對傾斜，需要回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒與減速機殼體和回轉(zhuǎn)支承內(nèi)、外圈的間隙為“負”，即，回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒與減速機殼體和回轉(zhuǎn)支承內(nèi)、外圈的間隙既要大又要小。將回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈每個齒進行分段熱處理方式，熱處理區(qū)包括正常硬度區(qū)、過渡區(qū)、軟帶區(qū)?；剞D(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒對回轉(zhuǎn)支承的擠壓會使回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈發(fā)生塑性變形而不至于將內(nèi)齒圈擠斷。方案二：原回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒為直齒輪，將驅(qū)動小齒改進為鼓型齒：在軸向方向上直徑不相等呈現(xiàn)上小下大的狀態(tài)，且從齒輪下邊到上邊有半徑為R的圓弧狀方式。帶錐度圓弧狀齒輪形狀，在沖擊或重載荷下，回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒與回轉(zhuǎn)支承相對傾斜時，齒輪嚙合過程中能夠平穩(wěn)的過渡，不至于造成回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈局部受到較大的側(cè)向擠壓力而折斷。4、結(jié)論對于分段熱處理的回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈，軟帶區(qū)在回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒中心線與回轉(zhuǎn)支承中心線相對傾斜時，回轉(zhuǎn)減速機驅(qū)動小齒對回轉(zhuǎn)支承的擠壓會使