熱處理專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)--gcr15軸承鋼球的熱處理工藝及缺陷分析

1、<p>　　GCr15軸承鋼球的熱處理工藝及缺陷分析</p><p>　　摘要：本論文重點(diǎn)對(duì)GCr15軸承鋼球熱處理工藝的設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，同時(shí)對(duì)熱處理后其可能存在的熱處理工藝缺陷進(jìn)行了分析。鋼球在不同熱處理工藝下雖然都能達(dá)到其使用要求，但所需的成本卻大不相同，因此在滿(mǎn)足其使用要求的同時(shí)也應(yīng)該注意生產(chǎn)成本。熱處理常常因操作、原材料等產(chǎn)生缺陷，但只要有正確的熱處理工藝并嚴(yán)格按工藝進(jìn)行加工熱處理缺陷也是可以避

2、免的，即使產(chǎn)生了缺陷也可以采取相應(yīng)的措施及時(shí)修復(fù)缺陷。</p><p>　　關(guān)鍵詞：GCr15 軸承鋼球 熱處理設(shè)計(jì) 熱處理工藝 熱處理缺陷</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　滾動(dòng)軸承是機(jī)械工業(yè)十分重要的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)件之一;</p><p>　　滾動(dòng)軸承依靠元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)承受載荷，與滑

3、動(dòng)軸承相比:滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小、效率高、起動(dòng)容易、安裝與維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是耐沖擊性能較差、高速重載時(shí)壽命低、噪聲和振動(dòng)較大。</p><p>　　圖 1 軸承及鋼球?qū)嵨飯D</p><p>　　滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)（圖 1）：內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架等四部分組成。</p><p>　　常用的滾動(dòng)體有球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子。軸承的內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體，一般是

4、用軸承鋼（如GCr15、GCr15SiMn）制造，熱處理后硬度應(yīng)達(dá)到61～65HRC。</p><p>　　當(dāng)滾動(dòng)體是圓柱或滾針時(shí)，有時(shí)為了減小軸承的徑向尺寸，可省去內(nèi)圈、外圈或保持架，這時(shí)的軸頸或軸承座要起到內(nèi)圈或外圈的作用。為滿(mǎn)足使用中的某些需要，有些軸承附加有特殊結(jié)構(gòu)或元件，如外圈帶止動(dòng)環(huán)、附加防塵蓋等。</p><p>　　滾動(dòng)軸承鋼球的工作條件極為復(fù)雜，承受著各類(lèi)高的交變應(yīng)力。在

5、每一瞬間，只有位于軸承水平面直徑以下的那幾個(gè)鋼球在承受載荷，而且作用在這些鋼球的載荷分布也不均勻。力的變化由零增加到最大，再由最大減小到零，周而往復(fù)得增大和減小。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，鋼球除受到外加載荷外，還受到由于離心力所引起的載荷，這個(gè)載荷隨軸承轉(zhuǎn)速的提高而增加。滾動(dòng)體與套圈及保持架之間還有相對(duì)滑動(dòng)，產(chǎn)生相對(duì)摩擦。滾動(dòng)體和套圈的工作面還受到含有水分或雜質(zhì)的潤(rùn)滑油的化學(xué)侵蝕。在某些情況下，軸承零件還承受著高溫低溫和高腐蝕介質(zhì)的影響。</

6、p><p>　　1、GCr15軸承鋼球的組織與性能特點(diǎn)分析</p><p>　　1.1 GCr15軸承鋼球的組織要求</p><p>　　軸承鋼球的接觸疲勞壽命對(duì)鋼的組織和性質(zhì)的不均勻性特別敏感。因此，對(duì)使用狀態(tài)下的組織和原始組織提出了一系列要求。軸承鋼在使用狀態(tài)下的組織應(yīng)是回火馬氏體基本上均勻分布有細(xì)粒的碳化物，這樣的組織能賦予軸承鋼所需要的性能。對(duì)原始組織的要求主

7、要有兩個(gè)方面：一是純凈，指鋼中雜質(zhì)元素和夾雜物含量要少；二是組織均勻，指鋼中非金屬夾雜物和碳化物應(yīng)當(dāng)細(xì)小分散和分布均勻。所以鋼的純凈度和組織均勻度是衡量軸承鋼冶金質(zhì)量的兩個(gè)重要指標(biāo)。</p><p>　　1.2 GCr15軸承鋼球的化學(xué)成分及影響</p><p>　　GCr15軸承鋼是一種合金含量較少、具有良好性能、應(yīng)用最廣泛的高碳鉻軸承鋼。經(jīng)過(guò)淬火加回火后具有高而均勻的硬度、良好的耐磨

8、性、高的接觸疲勞性能。該鋼冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，對(duì)形成白點(diǎn)敏感性能大，有回火脆性。其中的化學(xué)成分主要是碳（0.95-1.05％）、鉻（1.40-1.65％）、硅（0.15-0.35％）、錳（0.20-0.4％）、磷（≤0.027％）、硫（≤0.020％）、鎳（≤0.30％）、鉬（≤0.10％）等。</p><p><b>　　a、碳的影響 </b></p>

9、<p>　　除了滲碳鋼外，一般軸承鋼的含碳量在0.95—1.05%，屬于過(guò)共析成分。這樣在淬火和低溫回火后能得到高的硬度、高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性。為了形成足夠的碳化物以增加耐磨性，含碳量不能太低，但是過(guò)高的含碳量會(huì)增加碳化物的不均勻性并且會(huì)形成網(wǎng)狀碳化物使力學(xué)性能降低。</p><p>　　b、合金元素的影響 </p><p>　　鉻是軸承鋼的主要化學(xué)成分，鉻能夠提高淬透性，減

10、少過(guò)熱傾向，提高低溫回火穩(wěn)定性。硅、錳在軸承鋼中主要提高淬透性。鎳在滲碳軸承鋼中能使鋼的韌性和塑性有所提高，鎳可以提高鋼對(duì)疲勞的抗力和減小鋼對(duì)缺口的敏感性。鉬在鋼中能提高淬透性和熱強(qiáng)性，防止回火脆性，增加在某些介質(zhì)中的抗蝕性。釩在軸承鋼中提高強(qiáng)度和屈服比，特別是提高比例極限和彈性極限，降低熱處理時(shí)脫碳敏感性，從而提高了表面質(zhì)量，無(wú)鉻含釩的軸承鋼，碳化物彌散度高，使用性能良好。</p><p>　　1.3 GCr

11、15軸承鋼球所具有的性能要求</p><p>　　GCr15大量用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)等所使用的軸承鋼球以及機(jī)床使用的主軸軸承鋼球和鐵路車(chē)輛、礦山機(jī)械、電機(jī)軸承、通用機(jī)械用軸承鋼球。其中滾動(dòng)體材料必須具有的特性：接觸疲勞強(qiáng)度高；硬度高；純潔度高；耐磨性好；組織穩(wěn)定性好；機(jī)械加工性能好。因此滾動(dòng)體的材料要求有高的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和沖擊韌性。常用的軸承材料，一般用強(qiáng)度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造。<

12、;/p><p>　　根據(jù)這樣的工作條件，對(duì)材料要求如下：</p><p>　　①有較高的彈性極限和疲勞強(qiáng)度。能耐微塑性變形；</p><p>　　②材料致密，非金屬夾雜少，顯微組織均勻；</p><p>　　③通過(guò)熱處理能得到很高的硬度，而且硬度均勻，無(wú)軟點(diǎn)，在長(zhǎng)時(shí)期保持硬度穩(wěn)定不變，淬透性要好，或能淬硬至必要深度，同時(shí)要求通過(guò)機(jī)械加工能夠得到很

13、高的表面光潔度，以保證有很好的耐磨性和較低的摩擦系數(shù)；</p><p>　?、苡休^好的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性；</p><p>　　⑤在制成的成品應(yīng)有很好的尺寸穩(wěn)定性，能在較長(zhǎng)的工作或庫(kù)存以后，保持尺寸與幾何精度在合格的范圍內(nèi)；</p><p>　　當(dāng)然，還要求加工的工藝性要好。以上為軸承鋼球?qū)Σ牧系囊?，而?duì)于特殊工況下的軸承鋼球，除滿(mǎn)足上述一般要求外，根據(jù)其對(duì)耐高

14、溫、抗腐蝕、無(wú)磁性、超低溫、高精度、特長(zhǎng)壽命的特殊要求，應(yīng)該選用相應(yīng)的特殊軸承鋼球材料。</p><p><b>　　2、軸承鋼球的失效</b></p><p>　　在機(jī)、電、工業(yè)中，軸承是應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)件之一，尤其是滾動(dòng)軸承。無(wú)論是普通的機(jī)械設(shè)備、運(yùn)輸工具還是航空、航海、航天，凡是有轉(zhuǎn)動(dòng)的地方，就有軸承鋼球在工作。顯然，確保軸承鋼球在各種環(huán)境條件下都能正常工作，

15、是十分重要的。軸承鋼球在工作中喪失其規(guī)定功能，從而導(dǎo)致故障或不能正常工作的現(xiàn)象稱(chēng)為失效。軸承鋼球失效的原因往往是多因素的，但在一般情況下，大體上可以從外來(lái)因素和內(nèi)在因素。</p><p>　　外來(lái)因素主要是指安裝調(diào)整、使用保養(yǎng)、維護(hù)修理等是否符合技術(shù)要求。安裝條件是使用因素中的首要因素之一，軸承往往因安裝的不合適而導(dǎo)致整套軸承各零件之間的受力狀態(tài)發(fā)生變化，軸承將在不正常的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)并提早失效。軸承在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)異常

16、應(yīng)立即查找原因，進(jìn)行調(diào)整，使其恢復(fù)正常。對(duì)潤(rùn)滑劑質(zhì)量和周?chē)橘|(zhì)、氣氛進(jìn)行分析檢驗(yàn)也很重要。這些都是導(dǎo)致軸承鋼球失效的主要外在因素。</p><p>　　內(nèi)在因素主要是指設(shè)計(jì)、制造工藝和材料質(zhì)量等決定軸承質(zhì)量的三大因素。也可稱(chēng)之為制造質(zhì)量因素。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理當(dāng)然不可能有合理的軸承鋼球的壽命;只有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)具有合理性和先進(jìn)性，才會(huì)有較長(zhǎng)的軸承壽命。軸承鋼球的制造要經(jīng)過(guò)鋼材冶煉、鍛造、沖壓、熱處理、車(chē)削、磨削和裝配等

17、多種加工工序。最直接影響成品軸承鋼球質(zhì)量的是熱處理和磨削加工工藝。隨著冶金技術(shù)的提高，原材料質(zhì)量得到較大的改善，在軸承鋼球失效分析中所占的比重已經(jīng)明顯下降，但至今它仍然是軸承鋼球失效的主要影響因素之一。另外，選材是否得當(dāng)仍然是軸承鋼球失效必須考慮的因素。</p><p>　　軸承失效的形式與負(fù)荷大小有關(guān)，轉(zhuǎn)速高低等工作條件以及軸承的精度有關(guān)。</p><p>　　主要失效形式：a、接觸疲勞

18、（疲勞磨損）失效；b、沾附和磨粒磨損失效</p><p>　　;c、斷裂失效；d、塑形變形失效；e、腐蝕和腐蝕磨損;f、失效游隙變化失效</p><p>　　為了防止軸承零件和成品在加工、存放和使用過(guò)程中被腐蝕生銹，要求軸承鋼應(yīng)具有良好的防銹性能。</p><p>　　大多失效原因是由于裝配有毛病，密封不良而造成損壞的。為使軸承能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免零件表面直接接觸，減

19、少軸承內(nèi)部的磨擦及磨損。提高軸承性能，延長(zhǎng)軸承的使用性能，必須對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑</p><p>　　3、GCr15軸承鋼球一般加工路線(xiàn)</p><p>　　球坯成型（冷鐓成型）→銼削（光球）→軟磨→熱處理（球化退火+淬火+低溫回火）→硬磨→細(xì)研→精研→（或拋光）→超精研</p><p>　　冷鐓工序的主要是為了沖壓出合格的球坯，同時(shí)可使鋼材在冷鐓過(guò)程中成分更加均勻，有

20、效減少缺陷（夾雜、偏析等不良組織）含量，使工件組織缺陷的影響減小到最小，為后續(xù)工序做好形狀上和組織上的準(zhǔn)備。</p><p>　　銼削（光球）工序設(shè)計(jì)為了去除球坯的環(huán)帶和兩極，糾正鐓壓偏差，統(tǒng)一鋼球直徑公差。</p><p>　　軟磨工序是為了去除銼削加工后遺留下的銼齒齒痕，銼削疲勞及材料的脫碳層，以提高熱處理前的鋼球精度，使工件外形更接近所需尺寸，為以后工序留好加工余量，以防后續(xù)加工出現(xiàn)

21、尺寸偏差無(wú)法補(bǔ)救。</p><p>　　熱處理工序是為了使鋼球形成合適的內(nèi)部組織，具有一定硬度，以保證它具有一定的強(qiáng)度和耐磨性能等。</p><p>　　鋼球一般熱處理工藝順序：</p><p>　　預(yù)備熱處理（球化退火）→最終熱處理（淬火+低溫回火）</p><p>　　硬磨工序是為了糾正軟磨工序的球形誤差以及清除熱處理時(shí)的尺寸變形、脫碳層

22、、氧化皮和表皮組織缺陷使工件的尺寸符合工件所需尺寸，達(dá)到技術(shù)要求，同時(shí)通過(guò)硬磨在表層形成加工硬化層，進(jìn)一步提高工件的力學(xué)性能。</p><p>　　細(xì)研工序是為了使硬磨后的鋼球滿(mǎn)足所需求的精度要求，減小鋼球表面粗糙度，為以后工序的研磨打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　拋光通常在表面處理后進(jìn)行，其目的是去除金屬表面細(xì)微劃痕，降低工件的表面粗糙度值，使工件獲得裝飾性外觀，同時(shí)也使工件在使用

23、過(guò)程中減小摩擦阻力，尤其是球體類(lèi)零件，可以先主增強(qiáng)其使用壽命。</p><p>　　精研和超精研工序進(jìn)一步改善鋼球的球形誤差和減小表面粗糙度，提高表面質(zhì)量，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　4、GCr15軸承鋼球熱處理工藝設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　4.1 預(yù)先熱處理工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　預(yù)先熱處理是球化退火，因此只要討論球化退火

24、工藝設(shè)計(jì)。</p><p>　　球化目的：使鋼球中碳化物球化，并均勻化學(xué)成分，達(dá)到改善機(jī)械加工性能，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，并為零件最終熱處理準(zhǔn)備合適的內(nèi)部組織。球化退火后獲得細(xì)球狀珠光體，硬度低，易于切削加工，表面光潔度較高。球化退火后的細(xì)球狀珠光體可改善鋼熱處理后的最終力學(xué)性能。</p><p>　　球化退火方法：將鋼加熱到稍低于或稍高于Ac1的溫度或者使溫度在A1上下周期變化，然后緩慢冷下

25、來(lái)，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。</p><p>　　4.1.1 球化退火設(shè)計(jì)方案一</p><p>　?。?） 球化退火方案一工藝及設(shè)備</p><p>　　將鋼球加熱到780-810℃，保溫2-6h后，隨爐冷至600℃取出空冷，退火方案一曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖 2。</p><p>　　設(shè)備選擇：RX3-15-9箱式爐（如

26、圖 3）</p><p>　　圖 2 球化退火方案一曲線(xiàn)圖</p><p>　　圖 3 RX3-15-9箱式爐</p><p>　　（2） 球化退火方案一分析：</p><p><b>　　①退火溫度</b></p><p>　　GCr15軸承鋼的熱處理加熱范圍為780-810℃，而790℃被

27、認(rèn)為是最合適的溫度，在此溫度加熱，部分碳化物溶解，細(xì)鏈狀碳化物也可以消除。細(xì)小未融的碳化物較多，所形成的奧氏體成分不均勻，于是在冷卻時(shí)，為融碳化物變成核心，滲碳體在晶界區(qū)和晶粒內(nèi)碳濃度較高的區(qū)域以球狀析出，形成球化組織。如果加熱溫度過(guò)高，奧氏體成分均勻，片狀珠光體溶解量過(guò)少，冷卻時(shí)的結(jié)晶核心減少，形成的珠光體將呈片狀。如果溫度過(guò)低，片狀珠光體溶解不充分，奧氏體成分不均勻，則冷卻過(guò)程中，碳化物沿原片狀層析出或呈細(xì)小的鏈狀。在球化退火時(shí)奧氏

28、化是“不完全”的，只是片狀珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體，及少量過(guò)剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物，如過(guò)共析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進(jìn)行正火，將其消除，才能保證球化退火正常進(jìn)行。 </p><p>　　普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫適當(dāng)時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到600℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進(jìn)行等溫，等溫時(shí)間

29、為其加熱保溫時(shí)間的1.5倍。等溫后隨爐冷卻至600℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比，球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能?chē)?yán)格地控制退火后的硬度。</p><p>　　退火溫度為780-810℃時(shí)，退火硬度最低，溫度過(guò)高或過(guò)低均使硬度升高</p><p><b>　?、诒貢r(shí)間</b></p><p>　　從完成組織轉(zhuǎn)變的過(guò)程來(lái)看

30、，具有正常鍛造組織的GCr15軸承鋼球在780℃時(shí)，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變?cè)?-10min內(nèi)可完成。適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，可降低網(wǎng)狀滲碳體的級(jí)別如果保溫30-40min，可使＜3.5級(jí)的網(wǎng)狀碳化物基本球化。因此退火保溫時(shí)間實(shí)際上一個(gè)小時(shí)就夠了。但對(duì)于大批量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，由于爐內(nèi)溫度不易均勻，通常需要保溫2-6h，這視工件大小、裝爐量、裝爐方式及原始組織不均勻而定。</p><p><b>　?、弁嘶鹄鋮s</b

31、></p><p>　　球化退火冷卻速度決定了碳化物的分散度。冷卻速度大時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變的形核率增加，會(huì)形成大量極細(xì)密的碳化物，硬度較高，冷卻速度低，則形成顆粒較大的碳化物，硬度較低。實(shí)際生產(chǎn)中速度控制在10-30℃/h范圍內(nèi)，冷卻到600℃以下時(shí)，可以出爐空冷，一般隨爐冷卻即可達(dá)要求。</p><p>　　4.1.2 球化退火設(shè)計(jì)方案二</p><p>　　

32、（1） 球化退火方案二工藝及設(shè)備</p><p>　　將鋼球加熱到780℃-800℃，保溫4-6h，隨爐冷至710-730℃保溫3-5h，隨爐冷至650℃后取出空冷。退火方案二曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖 4。</p><p>　　設(shè)備：RX3-15-9箱式爐</p><p>　　圖 4 球化退火方案二曲線(xiàn)圖</p><p>　?。?） 球化退火方案二分析：

33、</p><p><b>　?、偻嘶饻囟?lt;/b></p><p>　　GCrl5鋼加熱溫度超過(guò)Ac1時(shí)，珠光體開(kāi)始向奧氏體轉(zhuǎn)變。溫度越高，奧氏體化后鋼的組織越趨于均勻。未溶的碳化物越少，這對(duì)珠光體的球化是不利的奧氏體化條件與等溫溫度對(duì)硬度的影響，結(jié)果表明在臨界區(qū)對(duì)鋼加熱，一旦加熱溫度升高，則鋼的淬火硬度明顯增高。這說(shuō)明發(fā)生了奧氏體的富碳過(guò)程，即碳化物溶解過(guò)多，這樣會(huì)導(dǎo)

34、致球化困難。同時(shí)還指出，在高的溫度奧氏體化下，若保溫時(shí)間延長(zhǎng)。同樣會(huì)使球化困難，而且影響十分明顯。這樣看來(lái)，退火加熱溫度是一個(gè)關(guān)鍵。為此根據(jù)GCr15鋼的Ac1將循環(huán)曲線(xiàn)的加熱溫度制定為790℃。</p><p><b>　?、诒貢r(shí)間</b></p><p>　　等溫溫度即珠光體轉(zhuǎn)變溫度對(duì)球化過(guò)程的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)若將等溫溫度降低，即使在奧氏體中有大量的未溶碳化物，也

35、將導(dǎo)致大量的片狀珠光體形成。因而讓珠光體在比較高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間保溫對(duì)球化組織的形成很重要。一般第一次保溫時(shí)間為4-6h，而第二次保溫時(shí)間可以相對(duì)的縮短一般3-5h左右就可達(dá)到所需的要求。</p><p><b>　?、劾鋮s介質(zhì)</b></p><p>　　鋼球經(jīng)空冷所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過(guò)程中也容易變形和開(kāi)裂

36、。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開(kāi)裂小。</p><p>　　4.1.3 球化退火方案比較及選用</p><p>　?。?） 球化退火熱處理方案確定</p><p>　　熱處理工藝相差不大，兩種熱處理方案都能達(dá)到鋼

37、球的所需性能要求，但加工工藝經(jīng)濟(jì)性差距比較大 方案一 比 方案二 熱處理工序少，成本相比就低。方案一適合一般軸承鋼球使用。方案二思路可能適合精密鋼球生產(chǎn)制造。</p><p>　　因此選擇球化退火設(shè)計(jì)方案一，作為預(yù)先熱處理工藝，即球化退火工藝。</p><p>　?。?） 球化退火后質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目</p><p>　　①顯微組織（如圖 5） 細(xì)球狀珠光體，根據(jù)第

38、一級(jí)別球?qū)Ρ惹蚧M織進(jìn)行評(píng)級(jí)，2-4級(jí)為合格</p><p>　　圖 5 球化退火后組織圖</p><p>　　②硬度 GCr15軸承鋼球?yàn)?1HRC</p><p>　?、厶蓟瘜?按第三級(jí)別圖評(píng)定，＜2.5級(jí)為合格</p><p>　?、苊撎紝由疃?不得超過(guò)車(chē)削加工余量的2/3</p><p>　

39、　4.2 最終熱處理設(shè)計(jì)</p><p>　　最終熱處理是淬火+低溫回火，低溫回火工藝一樣，主要討論淬火工藝設(shè)計(jì)。</p><p>　　（1） 淬火目的及方法</p><p>　　淬火目的：把工件加熱到奧氏體化后，以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s（通常是快冷）獲得馬氏體和貝氏體組織。再經(jīng)回火使鋼材獲得需要的使用性能，以充分發(fā)揮材料的潛力。</p><p>

40、　　淬火方法：奧氏體被冷至低溫區(qū)域下發(fā)生相變，由于相變溫度低，原子擴(kuò)散極困難。相變只發(fā)生點(diǎn)陣畸變型位移和切變（鐵原子只做短程位移）而不發(fā)生碳原子的擴(kuò)散，因此，馬氏體是碳在γ—Fe中的過(guò)飽和固溶體，形成以碳原子為中心的應(yīng)力場(chǎng)。該應(yīng)力場(chǎng)會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，也可以理解為碳原子對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用，從而使馬氏體硬度和強(qiáng)度提高。</p><p>　?。?） 回火目的及方法</p><p>　　回火目的：GC

41、r15軸承鋼球淬火后處于高應(yīng)力狀態(tài)，沖擊韌度、疲勞強(qiáng)度等性能都很低。淬火組織中馬氏體和參與奧氏體是不穩(wěn)定相，影響組織和尺寸的穩(wěn)定性。因此，GCr15軸承鋼球淬火后要及時(shí)回火，以消除淬火應(yīng)力，提高組織和尺寸的穩(wěn)定性，并提高綜合力學(xué)性能。GCr15軸承鋼球回火后的組織為隱晶或細(xì)小結(jié)晶狀馬氏體和細(xì)小殘余碳化物和少量殘余奧氏體，硬度為61—65HRC</p><p>　　回火方法：將淬火成馬氏體的鋼加熱到臨界點(diǎn)A1以下某

42、個(gè)溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，再冷到室溫的一種熱處理工藝。當(dāng)鋼球全淬成馬氏體再加熱到150℃-180℃回火時(shí)，隨著回火溫度升高，按其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變化，分四個(gè)階段進(jìn)行：a、馬氏體的分解；b、殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變；c、碳化物的轉(zhuǎn)變；d、相狀態(tài)的變化及碳化物的聚集長(zhǎng)大．</p><p>　　當(dāng)鋼中含有較多的碳化物形成元素時(shí)，在回火第四階段溫度區(qū)(約為500-550℃)形成合金滲碳體或者特殊碳化物。這些碳化物的析出，將使硬度再次提高

43、，稱(chēng)為二次硬化形象。</p><p>　　4.2.1 淬火設(shè)計(jì)方案一</p><p>　?。?） 淬火方案一工藝及設(shè)備</p><p>　　將鋼球加熱到830-850℃，加熱前可先預(yù)熱到530-550℃以減少經(jīng)濟(jì)成本，再按1.2-1.5min/mm的速率保溫，一般保溫時(shí)間為10-15min，然后在30-80℃的10號(hào)、20號(hào)機(jī)油中冷卻。淬火方案一曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖 6。&

44、lt;/p><p>　　設(shè)備選擇：小型推桿式電爐（如圖 7）</p><p>　　圖 6 淬火方案一曲線(xiàn)圖</p><p>　　圖 7 小型推桿式電爐</p><p>　?。?） 淬火方案一分析： </p><p><b>　　①淬火溫度</b></p><p>　　GCr

45、15軸承鋼球的淬火溫度范圍為830—850℃，在840℃加熱淬火，能得到最高的硬度，彎曲疲勞強(qiáng)度和沖擊韌度，如淬火溫度太高，奧氏體晶粒粗大，殘余奧氏體增多,未溶碳化物過(guò)少。如淬火溫度過(guò)低,由于奧氏體中的合金元素濃度低,造成淬火組織中出現(xiàn)屈氏體組織,同時(shí)馬氏體中含碳量偏低,未溶解碳化物數(shù)量過(guò)多,淬火溫度過(guò)高過(guò)低都會(huì)使零件強(qiáng)度和疲勞壽命降低。</p><p>　　可在淬火加熱前的加預(yù)熱，其目的主要是，縮短淬火加熱時(shí)間

46、、減少變形開(kāi)裂、同時(shí)也可減少過(guò)熱和脫碳的傾向，本工藝采用箱式電爐預(yù)熱，溫度在530—550℃左右保溫10-15分鐘。</p><p><b>　　②保溫時(shí)間</b></p><p>　　GCr15軸承鋼球在爐中的保溫時(shí)間可按鋼球的直徑計(jì)算。對(duì)大GCr15軸承鋼球?yàn)?.2-1.5min/mm。小鋼球則裝在籃筐中加熱，其保溫時(shí)間可按籃筐的直徑來(lái)計(jì)算，為17-20s/mm。

47、</p><p><b>　?、鄞慊鹄鋮s</b></p><p>　　由于GCr15軸承鋼球含有合金元素較多，阻礙了成分的均勻化，也為了防止GCr15軸承鋼球變形并且還要有一定的韌性和抗疲勞強(qiáng)度，所以用油冷，油溫控制在20-60℃。</p><p>　　4.2.2 淬火設(shè)計(jì)方案二</p><p>　?。?） 淬火方案二

48、工藝及設(shè)備</p><p>　　將鋼球加熱到830-850℃，保溫3-5h，冷卻到230-250℃進(jìn)行等溫，放入KNO3+50％NaNO3溶液中等溫，等溫時(shí)間為3-5h，取出清洗，空冷。淬火方案二曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖 8.</p><p>　　設(shè)備：等溫淬火爐（如圖 9）</p><p>　　圖 8 淬火方案二曲線(xiàn)圖</p><p><b>

49、;　　圖 9 等溫淬火爐</b></p><p>　　（2） 淬火設(shè)計(jì)方案二分析：</p><p><b>　?、俅慊饻囟?lt;/b></p><p>　　淬火溫度為840℃時(shí)，沖擊韌性達(dá)到頂峰，超過(guò)840℃，沖擊韌性將急劇下降。同時(shí)，加熱溫度過(guò)高將引起工件表面脫碳、淬火變形大和等溫時(shí)間延長(zhǎng)等缺點(diǎn)，因此，加熱溫度不宜超過(guò)850℃。根據(jù)所

50、處理的零件尺寸不同，推薦加熱溫度為830-850℃。</p><p>　　隨等溫溫度升高，硬度及耐磨性下降，沖擊韌性升高。關(guān)于等溫溫度對(duì)接觸疲勞性能的影響，各研究結(jié)論不一。本研究結(jié)果表明，隨等溫溫度升高，接觸疲勞壽命提高；有研究表明，隨等溫溫度升高，接觸疲勞壽命下降，這可能與試驗(yàn)條件有關(guān)，尚需進(jìn)一步研究。綜合而言，要獲得高韌性，則應(yīng)適當(dāng)提高等溫溫度；對(duì)性能要求以高硬度和耐磨性為主時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低等溫溫度。另外，在獲

51、得相同數(shù)量下的前提下，適當(dāng)提高等溫溫度可縮短等溫時(shí)問(wèn)。獲得較好綜合力學(xué)性能的等溫溫度為230-250℃。</p><p><b>　?、诒貢r(shí)間</b></p><p>　　眾所周知，在相同加熱條件及等溫濕度下，隨等溫時(shí)間延長(zhǎng)，等溫淬火后得到的貝氏體增多，硬度降低。但等溫時(shí)間對(duì)其他性能的影響尚缺乏系統(tǒng)研究，有研究表明，貝氏體組織可得到最佳的韌性、接觸疲勞性能；隨等溫時(shí)

52、間延長(zhǎng)，韌性升高，耐磨性及接觸疲勞性能下降。從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)角度上來(lái)看，要獲得合適比例的貝氏體下，其等溫時(shí)間較難控制。</p><p><b>　?、劾鋮s介質(zhì)</b></p><p>　　由于等溫時(shí)溫度較低在正常情況下空冷可達(dá)到鋼球的性能要求，因此在鋼球采用等溫淬火時(shí)一般可采用空冷的方式，也可采用油冷。</p><p>　　4.2.3 淬火方案比較

53、及選用</p><p>　?。?） 淬火方案確定</p><p>　　從性能上來(lái)看兩種熱處理方案都能達(dá)到鋼球的性能要求，但方案二采用等溫淬火加工時(shí)花費(fèi)的成本要比方案一大，且方案二操作比較復(fù)雜。因此一般鋼球的淬火工藝可用方案一，方案二的淬火工藝思路可能適合精密鋼球的熱處理。</p><p>　　因此在此選用淬火方案一，作為一般鋼球淬火加工工藝。</p>

54、<p>　?。?） 淬火后檢查項(xiàng)目</p><p>　　①外觀 淬火后GCr15軸承鋼球表面無(wú)裂紋、傷痕、軟點(diǎn)等。</p><p>　?、谟捕?GCr15軸承鋼球淬火后應(yīng)符合技術(shù)要求＞63HRC。</p><p>　?、埏@微組織（如圖 10） 軸承鋼球淬火后組織為隱晶或細(xì)小結(jié)晶狀馬氏體和細(xì)小殘余碳化物和少量殘余奧氏體所組成。不允許有過(guò)熱針

55、狀馬氏體或托氏體組織超過(guò)規(guī)定。淬火后殘留粗大碳化物顆粒直徑＜4.2um</p><p>　　圖 10 淬火未回火組織圖</p><p>　?、軘嗫?鋼球淬火斷口具有細(xì)小晶粒閃爍光澤的斷口，不允許有欠熱，過(guò)熱以及其他形式的斷口存在。</p><p>　　4.2.4 低溫回火工藝</p><p>　　由于低溫回火工藝比較簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單

56、，在此只設(shè)計(jì)一種一般的低溫回火工藝，且工藝以上兩種淬火工藝都可采用此工藝回火。</p><p>　?。?）低溫回火工藝及設(shè)備</p><p>　　GCr15軸承鋼球的回火是將鋼球加熱到150-180℃，保溫3-6h,然后出爐空冷?；鼗鸸に嚽€(xiàn)圖見(jiàn)圖 11。</p><p>　　設(shè)備：回火爐（如圖 12）</p><p>　　圖 11 回火工

57、藝曲線(xiàn)圖</p><p><b>　　圖 12 回火爐</b></p><p>　?。?）回火工藝分析：</p><p><b>　?、倩鼗饻囟?lt;/b></p><p>　　GCr15軸承鋼球?yàn)榱双@得高硬度和較好的接觸疲勞強(qiáng)度、沖擊韌度和使用壽命，通常采用160±5℃的低溫回火?；鼗鸷蟮慕M

58、織為回火馬氏體。因此鋼球具有高硬度和高耐磨性，但內(nèi)應(yīng)力和脆性降低。</p><p><b>　　②保溫時(shí)間</b></p><p>　　回火時(shí)間應(yīng)包括按工件截面均勻地達(dá)到回火溫度所需加熱時(shí)間以及按M參數(shù)達(dá)到要求回火硬度完成組織轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間，如果考慮內(nèi)應(yīng)力的消除，則尚應(yīng)考慮不同回火溫度下應(yīng)力弛豫所需要的時(shí)間。</p><p>　　對(duì)以應(yīng)力弛豫為

59、主的低溫回火時(shí)間應(yīng)比表列數(shù)據(jù)長(zhǎng)，長(zhǎng)的可達(dá)幾十小時(shí)。對(duì)二次硬化型高合金鋼，其回火時(shí)間應(yīng)根據(jù)碳化物轉(zhuǎn)變過(guò)程通過(guò)試驗(yàn)確定。當(dāng)含有較多殘余奧氏體，而靠二次淬火消除時(shí)， 還應(yīng)確定回火次數(shù)。</p><p>　　由于回火溫度較低，回火進(jìn)程進(jìn)展比較緩慢，短時(shí)間內(nèi)回火得不到穩(wěn)定的組織和性能，而且內(nèi)應(yīng)力的消除也比較緩慢，故取較長(zhǎng)的保溫時(shí)間。GCr15軸承鋼球一般回火時(shí)間為3-6h。</p><p><

60、b>　?、劾鋮s介質(zhì)</b></p><p>　　回火后鋼球在空氣中冷卻。以防止開(kāi)裂?；鼗鸷髴?yīng)進(jìn)行油冷，以抑制回火脆性。在防止開(kāi)裂條件下，可進(jìn)行油冷或水冷，然后進(jìn)行一次低溫補(bǔ)充回火，以消除快冷產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。</p><p>　　附加回火（穩(wěn)定化處理） 減少殘余應(yīng)力的方法是附加回火。經(jīng)過(guò)淬火、回火的鋼球在磨削加工中，又將產(chǎn)生磨削應(yīng)力，據(jù)測(cè)試磨削應(yīng)力可高達(dá)500—600Mp

61、a。它和低溫回火時(shí)未能完全消除的殘余應(yīng)力疊加在一起，引起軸承的尺寸變化，甚至導(dǎo)致表面龜裂。因此軸承在磨削加工后要進(jìn)行回火，即附加回火。一般軸承鋼球附加回火采用130—150℃回火3—6小時(shí)，回火一次。精密軸承鋼球回火時(shí)間是15—24小時(shí)，回火兩到三次。</p><p>　?。?）回火后質(zhì)量檢查項(xiàng)目</p><p>　?、儆捕?回火后硬度符合工件技術(shù)要求達(dá)到61HRC或以上硬度。<

62、;/p><p>　　圖 13 回火后組織圖</p><p>　?、诮鹣嘟M織（如圖 13） GCr15軸承鋼珠的回火組織為在隱晶馬氏體基體上均勻分布著細(xì)小的碳化物顆粒。不允許有過(guò)熱針狀馬氏體和大于6、7級(jí)的屈氏體組織。碳化物平均直徑小于4.2微米和碳化物網(wǎng)狀≤級(jí)為合格</p><p>　　③斷口 回火后斷口為灰色綢褶狀斷口。不應(yīng)有過(guò)熱、欠熱和碳化物網(wǎng)狀大于

63、3級(jí)的小亮點(diǎn)斷口。</p><p>　　4.3 鋼球一般熱處理工藝流程最終確定</p><p>　?。?）預(yù)備熱處理選擇：球化退火設(shè)計(jì)方案一</p><p>　?。?）最終熱處理選擇：淬火設(shè)計(jì)方案一 + 低溫回火</p><p>　?。?）熱處理具體流程：</p><p>　　鋼球球化退火（加熱到790℃）→保溫4小

64、時(shí)左右→爐冷至600℃出爐空冷至室溫→將鋼球加熱到840℃淬火→保溫一段時(shí)間→取出油冷→將鋼球加熱到150℃-180℃回火→保溫4小時(shí)左右→取出油冷至室溫</p><p>　　4.4 鋼球熱處理后的潤(rùn)滑與防銹</p><p>　　潤(rùn)滑是保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件，不論采用任何種類(lèi)的潤(rùn)滑形式，潤(rùn)滑在軸承中都能起著減少金屬間的摩擦，減緩其磨損的作用，從而延長(zhǎng)軸承的使用壽命。在采用油和脂作潤(rùn)滑

65、劑潤(rùn)滑時(shí)，滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑摩擦面上會(huì)形成一層在一定條件下能使相對(duì)滑動(dòng)表面隔離，并能傳遞負(fù)荷的潤(rùn)滑膜，也正由于這層彈性流體動(dòng)力膜的存在。從而保證了滾動(dòng)軸承能在高頻率接觸力下長(zhǎng)時(shí)間地正常運(yùn)轉(zhuǎn)，滿(mǎn)足了現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備性能的要求。軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中，內(nèi)部各零件存在著不同形式、不同程度的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致摩擦發(fā)熱和磨損，甚至燒傷。因此軸承鋼球必須有可靠的潤(rùn)滑。</p><p>　　軸承的防銹工作是軸承管理的重要方面。一般普通級(jí)精度的

66、軸承的有效防銹期，自軸承制造廠(chǎng)出廠(chǎng)日期起不應(yīng)少于12月，精密級(jí)軸承或經(jīng)特殊防銹處理和包裝的軸承，其有效防銹期自軸承制造廠(chǎng)出廠(chǎng)日期起不應(yīng)少于24個(gè)月，如果采用全密封或真空包裝的軸承、并在嚴(yán)格遵守存儲(chǔ)規(guī)則的前提下，有效防銹期可延長(zhǎng)至5年。</p><p>　　長(zhǎng)期儲(chǔ)存的軸承應(yīng)進(jìn)行防銹抽檢，抽檢周期一般為三個(gè)月，抽驗(yàn)的主要目的是檢查軸承的有效防銹日期、軸承包裝油封完好情況及是否發(fā)生銹蝕，同時(shí)檢查庫(kù)房里的防銹設(shè)施是否符合

67、要求。</p><p>　　庫(kù)存軸承在驗(yàn)收或檢查過(guò)程中，均需進(jìn)行：</p><p>　　軸承啟封→去除原油封→檢查或除銹處理→涂防銹油（脂）→軸承內(nèi)包裝→軸承外包裝。</p><p>　　5、GCr15鋼球熱處理后的檢驗(yàn)及缺陷分析</p><p>　　5.1鋼球熱處理后組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能及檢驗(yàn)</p><p>　?。?

68、）GCr15軸承鋼球最終組織</p><p>　　GCr15軸承鋼球最終的組織為隱晶或細(xì)小結(jié)晶狀馬氏體和細(xì)小殘余碳化物和少量殘余奧氏體。圖7為鋼球熱處理后的組織圖 </p><p>　　圖 14 GCr15鋼球熱處理后組織圖</p><p>　?。?）GCr15軸承鋼球檢驗(yàn)項(xiàng)目</p><p>　　GCr15軸承鋼球硬度符合要求要達(dá)到61H

69、RC或以上硬度，有符合標(biāo)準(zhǔn)的接觸疲勞強(qiáng)度、耐磨性、沖擊韌性、尺寸穩(wěn)定性、彈性極限、防銹性能等。</p><p>　　鋼球經(jīng)最終加工完成后，均應(yīng)進(jìn)行一次綜合性的全面檢查，以保證能夠達(dá)到符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的技術(shù)條件，最終檢測(cè)時(shí)，對(duì)測(cè)量溫度、測(cè)量?jī)x器、測(cè)力及支撐點(diǎn)都是有特定要求的。</p><p>　?、黉撉虮砻嫱庥^質(zhì)量檢查 包括鋼球表面質(zhì)量和表面粗糙度。鋼材表面質(zhì)量通常用肉眼檢查，肉眼

70、檢查必須在散光燈下進(jìn)行二次100％的目視外觀檢查，以挑出各種廢品和缺陷。對(duì)經(jīng)超精研加工的鋼球，還要在表面粗糙度測(cè)量?jī)x上測(cè)表面粗糙度，對(duì)于低噪音軸承采用的鋼球要測(cè)量鋼球振動(dòng)值。</p><p>　?、阡撉虻挠捕葯z查 在洛式硬度計(jì)上檢查其硬度，并抽取一定數(shù)量成品鋼球進(jìn)行壓碎載荷或壓縮試驗(yàn)</p><p>　?、鄹弑督M織檢查 高倍組織用金相顯微鏡進(jìn)行檢查，檢驗(yàn)的項(xiàng)目有：退火組織（放大

71、500倍）脫碳層深度（放大100倍），在鋼材的橫截面上檢查。碳化物液析、碳化物帶狀、非金屬夾雜物（放大100倍）在鋼材的縱向截面上檢查。</p><p>　　5.2 熱處理后缺陷分析</p><p>　　5.2.1 退火缺陷分析及防止辦法</p><p>　　退火由于加熱或冷卻不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)一些與預(yù)期目的相反的組織，造成缺陷。常見(jiàn)的退火缺陷有硬度過(guò)高，組織反常，表

72、面脫碳等。</p><p>　　（1）硬度過(guò)高 中高碳鋼退火的重要目的之一是降低硬度，便于切削加工，因而對(duì)退火后的硬度有一定要求，但是如果退火時(shí)加熱溫度過(guò)高，冷卻速度過(guò)塊，特別是合金元素高、過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定的鋼，就會(huì)出現(xiàn)索氏體、屈氏體、甚至貝氏體、馬氏體組織。因而硬度高于規(guī)定的硬度范圍。 </p><p>　　防止方法：為了獲得所需硬度，應(yīng)重新進(jìn)行退火，調(diào)整工藝進(jìn)行二次退火；先進(jìn)行正

73、火然后進(jìn)行退火</p><p>　?。?）反常組織（圖 15） 其組織特征是：在亞共析鋼中，在先共析鐵素體晶界上有粗大的滲碳體存在，珠光體片間距也很大。在過(guò)共析鋼中，在先共析滲碳體周?chē)泻軐掕F素體條，而先共析滲碳體網(wǎng)也很寬出現(xiàn)反常組織的原因是：當(dāng)亞共、析鋼或過(guò)共析鋼退火時(shí)，在Ar1點(diǎn)附近冷卻過(guò)慢，特別在略低于Ar1點(diǎn)(例如低10)℃的溫度下長(zhǎng)期停留。這種組織的形成過(guò)程是待先共析相析出后，在后續(xù)的珠光體轉(zhuǎn)變中

74、，鐵素體或滲碳體自由長(zhǎng)大，而形成游離著的鐵素體或滲碳體.結(jié)果在亞共析鋼中出現(xiàn)非共析滲碳體，而在過(guò)共析鋼中出現(xiàn)游離鐵素體。這和正常組織相反,因而稱(chēng)為反常組織。反常組織將造成淬火軟點(diǎn)。</p><p>　　圖 15 反常組織</p><p>　　防止方法：出現(xiàn)這種組織時(shí)應(yīng)進(jìn)行重新退火消。</p><p>　　（3）表面脫碳（圖 16） 軸承鋼球在熱處理過(guò)程中，如

75、果是在氧化性介質(zhì)中加熱，表面會(huì)發(fā)生氧化作用使零件表面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，造成表面脫碳。表面脫碳層的深度超過(guò)最后加工的留量就會(huì)使零件報(bào)廢。表面脫碳層深度的測(cè)定在金相檢驗(yàn)中可用金相法和顯微硬度法。以表面層顯微硬度分布曲線(xiàn)測(cè)量法為準(zhǔn)，可做仲裁判據(jù)。</p><p>　　圖 16 表面脫碳</p><p>　　防止方法：加強(qiáng)對(duì)原材料和鍛件的脫碳控制；正確執(zhí)行工藝，防止跑溫；盡可能不進(jìn)行正火和不重復(fù)

76、退火；提高爐子密封性，在中性火焰爐中加熱。</p><p>　　5.2.2 淬火缺陷分析及防止辦法</p><p>　　常見(jiàn)的淬火缺陷有過(guò)熱、欠熱、淬火裂紋、變形、表面脫碳、軟點(diǎn)等．</p><p>　?。?）過(guò)熱（圖 17） 從軸承零件粗糙口上可觀察到淬火后的顯微組織過(guò)熱。但要確切判斷其過(guò)熱的程度必須觀察顯微組織。若在GCr15鋼球的淬火組織中出現(xiàn)粗針狀馬

77、氏體，則為淬火過(guò)熱組織。形成原因可能是淬火加熱溫度過(guò)高或加熱保溫時(shí)間太長(zhǎng)造成的全面過(guò)熱；也可能是因原始組織帶狀碳化物嚴(yán)重，在兩帶之間的低碳區(qū)形成局部馬氏體針狀粗大，造成的局部過(guò)熱。過(guò)熱組織中殘留奧氏體增多，尺寸穩(wěn)定性下降。由于淬火組織過(guò)熱，鋼的晶體粗大，會(huì)導(dǎo)致零件的韌性下降，抗沖擊性能降低，軸承的壽命也降低。過(guò)熱嚴(yán)重甚至?xí)斐纱慊鹆鸭y。</p><p><b>　　圖 17 過(guò)熱組織</b>

78、</p><p>　　防止方法：合理制定工藝，嚴(yán)格執(zhí)行工藝；改善爐溫均勻性；裝爐量合理，放置要均勻；嚴(yán)格控制原材料及鍛件質(zhì)量降低淬火溫度；按材料標(biāo)準(zhǔn)控制碳化物不均勻程度；提高退火質(zhì)量，使退火組織為均勻細(xì)粒狀珠光體。</p><p>　?。?）欠熱 淬火溫度偏低或冷卻不良則會(huì)在顯微組織中產(chǎn)生超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的托氏體組織，稱(chēng)為欠熱組織，它使硬度下降，耐磨性急劇降低，影響軸承壽命。</p

79、><p>　　防止方法：提高淬火溫度；合理制定工藝，嚴(yán)格執(zhí)行工藝；改善爐溫均勻性；裝爐量合理，放置要均勻；控制冷卻速度不宜過(guò)快。</p><p>　?。?）淬火裂紋（圖 18） 軸承零件在淬火冷卻過(guò)程中因內(nèi)應(yīng)力所形成的裂紋稱(chēng)淬火裂紋。造成這種裂紋的原因有：由于淬火加熱溫度過(guò)高或冷卻太急，熱應(yīng)力和金屬質(zhì)量體積變化時(shí)的組織應(yīng)力大于鋼材的抗斷裂強(qiáng)度；工作表面的原有缺陷（如表面微細(xì)裂紋或劃痕）或

80、是鋼材內(nèi)部缺陷（如夾渣、嚴(yán)重的非金屬夾雜物、白點(diǎn)、縮孔殘余等）在淬火時(shí)形成應(yīng)力集中；嚴(yán)重的表面脫碳和碳化物偏析；零件淬火后回火不足或未及時(shí)回火；前面工序造成的冷沖應(yīng)力過(guò)大、鍛造折疊、深的車(chē)削刀痕、油溝尖銳棱角等?？傊?，造成淬火裂紋的原因可能是上述因素的一種或多種，內(nèi)應(yīng)力的存在是形成淬火裂紋的主要原因。</p><p><b>　　圖 18 淬火裂紋</b></p><p&

81、gt;　　防止方法：降低淬火溫度；提高零件出油溫度或提高淬火油溫度；降低車(chē)加工表面粗糙度；增加去應(yīng)力工序；減少表面的脫碳，貧碳以及從設(shè)計(jì)和加工中避免零件產(chǎn)生應(yīng)力集中。</p><p>　　（4）變形 軸承零件在熱處理時(shí)，存在有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力能相互疊加或部分抵消，是復(fù)雜多變的，因?yàn)樗茈S著加熱溫度、加熱速度、冷卻方式、冷卻速度、零件形狀和大小的變化而變化，所以熱處理變形是難免的。當(dāng)然在熱處理過(guò)程

82、中的機(jī)械碰撞也會(huì)使零件產(chǎn)生變形，但這種變形是可以用改進(jìn)操作加以減少和避免的。</p><p>　　防止方法：提高退火組織的均勻性；增加去應(yīng)力退火工序；降低淬火加熱溫度；提高加熱和冷卻的均勻性；在熱油中冷卻或壓模淬火；消除加熱和冷卻中機(jī)械碰撞等。</p><p>　　5.2.3 回火缺陷分析及防止辦法</p><p>　　常見(jiàn)的回火缺陷有硬度過(guò)高或過(guò)低，硬度不均勻，

83、以及回火產(chǎn)生變形及脆性等。</p><p>　?。?）回火硬度 回火硬度過(guò)高、過(guò)低或不均勻，主要由于回火溫度過(guò)低、過(guò)高或爐溫不均勻所造成?；鼗鸷笥捕冗^(guò)高還可能由于回火時(shí)間過(guò)短。硬度不均勻的原因，可能是由于一次裝爐量過(guò)多，或選用加熱爐不當(dāng)所致。如果回火在氣體介質(zhì)爐中進(jìn)行，爐內(nèi)應(yīng)有氣流循環(huán)風(fēng)扇，否則爐內(nèi)溫度不可能均勻。</p><p>　　防止方法：回火后硬度過(guò)低需返修，重新淬火回火；選

84、擇合適的裝爐量；選擇合適的溫度進(jìn)行加熱保溫。</p><p>　?。?）變形 回火后工件發(fā)生變形，常由于回火前工件內(nèi)應(yīng)力不平衡，回火時(shí)應(yīng)力松弛或產(chǎn)生應(yīng)力重分布所致。表面脫碳后，在回火過(guò)程中可能形成網(wǎng)狀裂紋。因?yàn)楸砻婷撎己?，馬氏體的比容減少，以致產(chǎn)生多向拉應(yīng)力而形成網(wǎng)狀裂紋。此外，高碳鋼件在回火時(shí)，如果加熱過(guò)快，表面先回火，比容減少，產(chǎn)生多向拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。</p><p>

85、　　防止方法：采用回火校直法或熱點(diǎn)校直法。多次校直，多次加熱，或采用壓具回火。</p><p>　　（3）回火脆性 回火后脆性的出現(xiàn)，主要由于所選回火溫度不當(dāng)，或回火后冷卻速度不夠(笫二類(lèi)回火脆性)所致。</p><p>　　防止方法：防止脆性的出現(xiàn)，應(yīng)正確選擇回火溫度和冷卻方式．一旦出現(xiàn)回火脆性，對(duì)第一類(lèi)回火脆性，只有通過(guò)重新加熱淬火，另選溫庹回火；對(duì)第二類(lèi)回火脆性，可以采取重新加

86、熱回火，然后加速回火后冷卻速度的方法消除。</p><p><b>　　9、結(jié)輪</b></p><p>　　本次論文討論了GCr15軸承鋼球的失效，并重點(diǎn)設(shè)計(jì)了鋼球從預(yù)先熱處理到最終熱處理的工藝，還分析了熱處理后所可能產(chǎn)生的熱處理缺陷，最終得到了以下結(jié)論：</p><p>　　GCr15鋼球在生產(chǎn)、制造中由于會(huì)產(chǎn)生失效的同時(shí)，鋼球在使用過(guò)程中

87、由于安裝、潤(rùn)滑等也會(huì)造成鋼球的失效。</p><p>　　GCr15軸承鋼球的一般熱處理工藝路線(xiàn)：</p><p>　　將鋼球加熱到790℃進(jìn)行球化退火，球化退火工藝是將鋼球保溫4小時(shí)左右，然后爐冷至600℃出爐空冷直至室溫，再將鋼球加熱到840℃進(jìn)行淬火，淬火保溫相應(yīng)的時(shí)間（10-15min），然后取出油冷，最后將鋼球加熱到150℃-180℃進(jìn)行回火，回火保溫時(shí)間約為4小時(shí)，取出油冷至室

88、溫。</p><p>　　雖然設(shè)計(jì)的方法多種多樣，只要能達(dá)到產(chǎn)品的性能要求且工藝成本盡量的低，就能找到一個(gè)比較完美的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于有特殊性能要求的鋼球而言以上的方案可能存在著缺陷，但只要熟悉了設(shè)計(jì)思路，掌握了設(shè)計(jì)方法，都可以給以后不同種類(lèi)的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　GCr15軸承鋼球在熱處理后可能產(chǎn)生的缺陷雖然多種多樣，但只要我們了解工藝，嚴(yán)格按照工藝流程制造產(chǎn)品，就不會(huì)產(chǎn)生十分

89、嚴(yán)重的錯(cuò)誤，也不會(huì)使鋼球產(chǎn)生嚴(yán)重的熱處理缺陷。產(chǎn)品出現(xiàn)了缺陷也應(yīng)該及時(shí)反思自己的工藝與操作，找到解決修復(fù)的方法。產(chǎn)生的缺陷雖然可以通過(guò)一些措施修復(fù)，但能夠避免的應(yīng)該盡量避免。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.熱處理手冊(cè)編委會(huì).熱處理手冊(cè)（2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993</p><p>　　2.卜炎主

90、.實(shí)用軸承技術(shù)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　3.王振華.實(shí)用軸承手冊(cè).上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1991</p><p>　　4.徐年保.熱處理及工程材料.無(wú)錫：無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2007</p><p>　　5.王曉江.鑄造合金及其熔煉.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011</p><p>　　6.丁建生.金屬學(xué)與