軸承零件的熱處理

軸承零件的熱處理第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月一、軸承套圈熱處理的基礎(chǔ)知識(shí)

1.1鉻軸承鋼鉻軸承鋼是含碳(C)1.0%左右，加入少量鉻(Cr)元素，有的還加入少量硅(Si)錳(Mn)元素的低合金鋼。在典型的GCr15鋼中，硅錳元素不是做為合金元素加入的，對鋼的組織和性能的影響可以忽略不計(jì)。

第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2熱處理的含義為了改變金屬的各種機(jī)械、物理、化學(xué)性能及金屬的冷、熱加工性能，使之能夠滿足設(shè)計(jì)需要的用途，對金屬進(jìn)行加熱，并達(dá)到一定的溫度后，在該溫度停留一段時(shí)間，然后在某種冷卻介質(zhì)中以一定的冷卻速度冷下來。不同的溫度狀況、不同含碳量，金屬的金相組織是不同的。第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3套圈熱處理工序未退火鋼鍛造退火正火退火鋼淬火車加工回火冷處理磨削加工二次回火精研拋丸第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月軸承套圈熱處理中幾種常見的“相”第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、軸承鋼熱處理中的“相”2.1鐵素體——α－Fe，體心立方晶體。鐵素體的塑性很高，屈服強(qiáng)度很低，非常容易塑性變形。第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2奧氏體——γ－Fe，高溫下C溶于鐵素體中的固溶體，面心立方晶體。奧氏體具有較高的塑性，屈服強(qiáng)度低，很容易塑性變形。第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3滲碳體——Fe3C,鐵原子和碳原子構(gòu)成的化合物（碳化物），正火晶系。滲碳體的硬度很高，強(qiáng)度很大，顯脆性。一次滲碳體是殘留化合物，是鋼加熱進(jìn)行奧氏體化時(shí)，未完全融化的碳化物；二次滲碳體是析出碳化物，是鋼在完成奧氏體化后，冷卻過程中從奧氏體中析出的碳化物。第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4珠光體——鐵素體與滲碳體組成的層片狀組織。珠光體中鐵素體與滲碳層片的粗細(xì)及形態(tài)，對其性能影響很大，因此又將層片粗細(xì)不同的珠光體分為普通片狀珠光體、索氏體、屈氏體；另外將片狀珠光體中的碳化物熔斷后形成球狀，得到球狀珠光體。球狀珠光體是鐵素體基體上分布著粒狀滲碳體。第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月片狀珠光體球狀珠光體第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1)均勻的、細(xì)粒狀的珠光體，比粗粒狀、片狀的、粗片狀的珠光體熱處理加熱溫度范圍窄，溫度容易控制；且塑性好、切削阻力小，便于切削加工。2)均勻分布、尺寸大小適宜的粒狀珠光體，為以后的淬火提供了良好的組織狀態(tài)，使得淬火溫度范圍寬，淬火后所得到馬氏體組織細(xì)小、均勻，不易產(chǎn)生過熱及軟點(diǎn)，對提高軸承的內(nèi)在質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。3)若淬火前的原始組織為粗粒狀、片狀及粗片狀的珠光體，則其過熱敏感性大，加熱溫度不易控制，淬火后組織不均勻，使工件易變形與開裂，機(jī)械性能低劣；另外，片狀珠光體硬度較球狀珠光體高，塑性較差，切削阻力大，切削不易分離，使加工表面粗糙度升高。零件的車加工精度很難保證，這種原始組織必須經(jīng)正火后再次退火處理。總之，通過熱處理改變珠光體中碳化物的形狀、粗細(xì)和分布，可以控制鋼的強(qiáng)度和硬度，在相同的抗拉強(qiáng)度下，球狀的珠光體比片狀的疲勞強(qiáng)度有所提高。第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5馬氏體——C在α－Fe中的過飽和固溶體，體心正方晶體。馬氏體最主要的特征就是高硬度、高強(qiáng)度，其硬度隨著馬氏體中碳含量的增加而升高，當(dāng)碳含量達(dá)到0.6%時(shí)，淬火鋼的硬度接近最大值，但塑性和韌性卻明顯下降。第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月軸承套圈熱處理

工藝及設(shè)備簡介第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月軸承套圈熱處理工序有：正火、退火、淬火、回火、附加回火、各道工序?qū)S承套圈性能的影響不同，下面分別介紹。第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、套圈的正火3.1正火的含義將鋼加熱到奧氏體化溫度以上30~50℃，保溫一定的時(shí)間，使其組織完全奧氏體化，然后使用空冷或者吹風(fēng)冷、噴霧冷等手段，以獲得細(xì)片狀珠光體或索氏體組織的熱處理過程，叫正火。鉻軸承鋼的溫度在800~900℃之間。第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2正火的目的：1)消除網(wǎng)狀碳化物網(wǎng)狀碳化物是由于停軋或停鍛溫度過高、冷卻過慢而使碳化物沿奧氏體境界析出所致；線條狀組織是停軋或終鍛溫度太低，晶粒沿變形方向被拉長的緣故，網(wǎng)狀碳化物及線條狀組織在退火過程中不能完全消除，便會(huì)保留在成品套圈組織中，降低軸承的疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性。第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2)返修退火的不合格品

退火過熱產(chǎn)生的粗大片狀珠光體，不能直接用再次退火的辦法消除，必須先經(jīng)過正火消除過熱組織后，再進(jìn)行第二次退火，否則將造成粗大碳化物。第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3)為了滿足特殊要求的造成性能有些軸承產(chǎn)品要求抗回火性能好，即在淬火后經(jīng)200~250℃回火仍需保持較高的硬度?？梢詫ζ涫┮哉?，而后退火。這樣可以獲得極細(xì)的珠光體組織，這種組織淬火后硬度高、抗回火性能好。第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3正火的工藝目的材質(zhì)溫度℃

正火工藝的關(guān)鍵在于選擇加熱溫度和冷卻方法。由于正火的目的、正火前顯微組織中碳化物的形態(tài)以及套圈的壁厚不同，正火采用的溫度及冷卻方法也有所差異，下表作一簡介：930~950GCr15GCr15SIMn消除不太粗網(wǎng)狀碳化物或返修退火消除粗大網(wǎng)狀碳化物細(xì)化組織890~900880~910900~920910~940870~890第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4正火工藝的其它工藝要求1)正火的保溫時(shí)間為30~50min；2)薄壁鍛件，散開空冷或吹風(fēng)冷卻即可；3)壁厚較厚的鍛件，需采用噴霧、浸油或浸乳化液等手段快速冷卻；4)不論何種冷卻方法，冷速必須≥50℃/min。

第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.5正火處理的設(shè)備正火可以在箱式電爐、井式電爐、推桿式電爐等爐子內(nèi)加熱。見下表簡述：正火加熱設(shè)備名稱應(yīng)用范圍備注RJX型箱式電爐批量不太大的中小型工件1、對小型套圈和滾動(dòng)體返修品需裝箱密封2、一般溫度不超過950℃180KW非標(biāo)準(zhǔn)井式電爐較大批量1、工作室直徑2070mm,深1610mm，功率180KW，分上下兩區(qū)加熱，最大裝載量2000Kg2、加熱910~920℃,保溫1.5~2hRJT-1100聯(lián)合雙室式推桿電爐大批量、大型及壁厚工件兩個(gè)加熱室，第一個(gè)用于正火、第二個(gè)用于退火第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月四、套圈的退火4.1退火的含義把鋼加熱到下臨界點(diǎn)A’C1以上或略低于A’C1（即鋼的再結(jié)晶溫度）的溫度，保溫一段時(shí)間后緩冷下來，這一過程稱為退火。軸承鋼的基本退火形式為球化退火。鉻軸承鋼的A’C1為700~800度左右。第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.2退火的種類

4.2.1低溫退火——在套圈淬火過熱時(shí)需返修的特殊情況下使用，溫度范圍在650~720℃,保溫時(shí)間為4~8h。4.2.2一般退火——溫度范圍在770~810℃,通常認(rèn)為790℃是比較理想的,保溫時(shí)間為2~6h。第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3等溫退火——溫度范圍在780~810℃,保溫2~5h，然后迅速冷卻至680~720℃,保溫2~4h,然后冷卻至室溫。4.2.4快速退火——快速退火是指具有正火組織的工件加熱至一般退火溫度經(jīng)短時(shí)間保溫后快速冷卻的熱處理過程。溫度范圍在780±10℃,保溫2~2.5h，以60~90℃/h的冷速冷卻至650℃。第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3退火的目的

1)獲得均勻分布的細(xì)粒狀珠光體為后道工序的淬火熱處理做好預(yù)準(zhǔn)備。2)把硬度降低到最有利于切削加工的范圍鍛造或熱軋后的套圈硬度一般在255~340HB之間，這種硬度不利于車削。退火后硬度可以控制在170~220HB之間，為車加工提供良好的車削加工性能。3)消除應(yīng)力消除機(jī)加工或沖壓加工時(shí)在零件中形成的剩余應(yīng)力，為零件提供穩(wěn)定的尺寸和精度。第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4各類退火工藝曲線4.4.1低溫退火GCr15670~720GCr15SiMn650~720溫度/℃時(shí)間/h4~8升溫第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.2一般退火（球化）770~810溫度/℃時(shí)間/h2~6升溫1720第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.4.3等溫退火

升溫780~810時(shí)間/h溫度/℃快冷680~720爐冷至650℃后出爐2~52~4快冷第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.4快速退火780±10900~910溫度/℃正火退火時(shí)間/h30~50min2~2.5冷卻60~90℃/h至650℃第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月五、套圈的淬火5.1淬火的含義將鋼加熱到臨界點(diǎn)A”c1~AcM之間某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后快速(大于臨界速度)冷卻下來的熱處理過程叫淬火。第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2淬火的目的軸承鋼淬火的目的是為了得到隱晶或細(xì)小的馬氏體、細(xì)小而分布均勻的碳化物及少量殘余奧氏體所組成的顯微組織。一般淬回火情況下，軸承鋼顯微組織中馬氏體占80%以上，碳化物占5~10%，殘余奧氏體占9~15%左右。具有這種組織的軸承鋼的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和耐疲勞性能都很好。經(jīng)過回火，還可以使軸承鋼獲得一定彈性、韌性、尺寸穩(wěn)定性等良好的綜合機(jī)械性能。第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3淬火工藝—工藝曲線圖時(shí)間/h溫度/℃Acm升溫A”c1保溫冷卻第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月5.4淬火工藝過程套圈進(jìn)爐加熱、保溫冷卻第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月5.5軸承鋼套圈的常規(guī)淬火工藝溫度淬火加熱溫度的選擇和許多因素有關(guān)，如套圈尺寸、淬火后性能要求等，一般對于含碳量1.0%的軸承鋼來說，淬火加熱溫度見下表所示：鋼材牌號GCr15GCr15SiMn套圈有效壁厚mm＜2.02.0~3.53.5~6.06.0~9.09.0~12＜1212~1515~1818~2121~25淬火加熱溫度℃835~

840840~

845845~

850850~

855855~

860820~

825825~

830830~

835835~

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845保溫時(shí)間min5~76~87~109~1211~1514~1616~1818~2020~2424~26第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月5.6淬火加熱時(shí)間的計(jì)算在淬火溫度范圍內(nèi)，還要根據(jù)具體工藝條件來確定具體的溫度和時(shí)間，淬火加熱時(shí)間的計(jì)算見下式：t=a√st—套圈在連續(xù)加熱爐中加熱時(shí)間（min）,并考慮裝爐量s—套圈壁厚a—系數(shù)，見下表：淬火加熱用爐系數(shù)a備注震底式或輸送帶式15隨著爐子容量、裝爐量及其它工藝因素的不同，

a值可以偏高20~50%.輥底式13鼓形爐12第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月5.7套圈的淬火油1)普通淬火油，用于中小型軸承套圈；2)快速淬火油，中大型、截面尺寸較大的套圈；3)超（高）速淬火油，用于截面尺寸較大而又有較深淬硬層的套圈；4)分級淬火油，用于要求變形小的大直徑、薄壁和形狀復(fù)雜的套圈；5)真空淬火油，用于在真空條件下對套圈進(jìn)行淬火冷卻；6)快速光亮，用于可控氣氛加熱的零件淬火后保持表面光亮；7)機(jī)械油，精制礦物潤滑油，N32、N15。第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月六、套圈的回火6.1回火的定義把淬火鋼加熱到Ac1以下的某一個(gè)溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻至室溫的熱處理過程叫回火。第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2回火的目的回火可以減輕淬火內(nèi)應(yīng)力，防止開裂，穩(wěn)定組織，從而穩(wěn)定尺寸，還能在硬度稍有降低的情況下，大大提高韌性，獲得良好的綜合力學(xué)性能。第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3回火工藝—工藝曲線圖溫度/℃Ac1升溫保溫冷卻時(shí)間/h第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.4套圈的淬、回火流程圖上料區(qū)冷卻油槽淬火爐回火爐輸送帶清洗機(jī)第40頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月6.5一般回火工藝規(guī)范名稱公差等級回火設(shè)備回火溫度/℃回火時(shí)間/h中小型套圈P0油爐或電爐150~1702.5~3P4、P6油爐150~1703.5~4大型套圈P0電爐150~1606~12第41頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月6.6高溫回火有些軸承有特殊要求，如要求在較高溫度下要保證組織、性能和尺寸的穩(wěn)定。則這些套圈的回火溫度可以比一般的回火溫度要高一些，這就是所謂的高溫回火。這些軸