GCr15轴承钢热处理工艺设计解析

图 3 箱式电炉
图4 淬火炉
7. GCr15轴承钢热处理内容及要求
7.1 硬度检查 GCr15钢制套圈、滚子和滚针淬火后的硬度不小于63HRC ，回火后的硬度为61～65HRC。 7.2 金相组织检查 轴承零件淬、回火后显微组织应有隐晶、细小结晶马氏体 和均匀分布的细小残留碳化物以及少量残余奥氏体组成。 淬、回火后的显微组织应根据马氏体粗细程度，残留碳化 物颗粒大小和数量以及托氏体的形状、大小和数量评价。 7.3 断口检查 滚动轴承零件淬、回火后，其断口应为浅灰色细瓷状，按 本标准第四级别图评定，2级为合格断口，不允许有1级欠 热断口，或3级过热断口存在。
4. Cr15钢的C曲线
图1 GCr15钢的C曲线
5. GCr15轴承钢的热处理工艺设计
5.1 GCr15轴承钢的工艺流程 （1）加工路线 材料→冲压或锻制毛坯（材料加热）→热处理（退火）→ 车削加工→热处理（淬火、回火）→研磨加工。 （2） 锻造工艺设计 锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性 变形，已获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件 的加工方法。查阅《热处理工艺规范数据手册》可以找出 GCr15轴承钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方式 ，本设计具体的锻造工艺参数如表1所示。
7.4 裂纹检查 滚动轴承淬、回火后不允许有裂纹，一般用磁粉探伤法查 裂纹。 7.5 回火稳定性 滚动轴承零件淬、回火后必须进行回火稳定性检查，回 火稳定性是指被测定零件第二次回火前后相应点的最大落 差，硬度落差不大于1HRC为合格。GCr15的回火稳定性 试验温度范围为155℃±5℃。
6. 选择设备、仪表和工夹具
6.1设备 （1）球化退火设备 该炉适用于低合金钢、GCr15轴承钢中小型零件的球化退 火处理等。实现温度PID自动控制、定时间隔送料、故障 报警记录、自动安全逻辑操作、进出料自动检测及计数功 能，可提供生产日报表等功能。它的工艺流程是进 料 → 预热 → 保温 → 强风冷却(等温转变)→ 保温(等温分 解)→ 出料 。 （2）淬火设备 轴承淬火，可选用淬火炉进行。如图4所示。 （3）回火设备 RJ-25-6低温井式电阻炉： 额定功率25KW,额定电压380V ，额定温度650℃。
3.5um，最小0.5um,最大6um）的206内套，经不同温度
淬火并回火
轴承钢球化退火温度：GCr15钢为780～810℃，锻件经 特殊热处理后，其退火温度应降低10～20℃。其球化退火 工艺曲线如图2所示。
（2） 最终热处理工序—淬火、低温回火 该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形 成白点敏感性能大，有回火脆性。所以选择淬火加回火， 使其具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳 性能。其工艺曲线如图3所示。
2. 性能要求
1.高的弹性极限、抗拉强度和接触疲劳强度； 2.高的淬硬性和必要的淬透性，以保证高耐磨性，其硬度为 （HRC）61～65； 3.一定的冲击韧性； 4.良好的尺寸稳定性（或组织稳定性），这对精密轴承特别 重要； 5.在和大或润滑油接触时要能抵抗化学腐蚀； 6.好的工艺性能，以满足大规模生产的需要。
GCr15轴承钢热处理工艺设计
§GCr15轴承钢的服役条件、失效形式 §GCr15轴承钢的性能要求 §轴承钢材料的选择 §Cr15钢的C曲线 §GCr15轴承钢的热处理工艺设计 §选择设备、仪表和工夹具 §GCr15轴承钢热处理内容及要求
1. 服役条件、失效形式
滚动轴承运转时，内外套圈与滚动体之间呈点接触或线接 触，受到周期性的载荷作用，由于接触面积极小，在接触 面上承受极大的压应力和交变载荷，接触应力可达2000～ 5000MPa，应应力交变次数可达每分钟数万次甚至更高 ，从而容易造成轴承钢的接触疲劳破换。轴承在工作中， 滚动体和套圈及保持器之间还会有相对滑动，产生相互摩 擦；大气和润滑剂对轴承还有一定的腐蚀作用；某些情况 情况下轴承还会受到冲击负荷的作用。轴承的破坏形式是 多种多样的，如疲劳剥落、卡死、套圈断裂、磨损、锈蚀 等。
5.2. GCr15轴承钢的热处理工艺设计
（1）预备热处理工序—球化退火 球化退火目的是使组织变为均匀分布的细粒状珠光体，获 得最佳的机加工性能并未淬火提供良好的原始组织，淬火
、回火后获得最佳的力学性能。Cr15钢退火组织为细粒状
珠光体（碳化物平均直径为0.5～1.0um,最小0.2um,最大 2.5um）和不均匀粗粒状珠光体（碳化物平均直径为2.5～
高速钢如Cr4Mo4V(M50)、W6Mo5Cr4V2、W9Cr4V2这 类钢的特点是含有大量的Mn、Mo、Cr、V等碳化物形成 元素，经淬火后可获得高合金化的高碳马氏体，具有良好 的回火稳定性，并在高温回火后产生二次硬化现象，因此 能在高温下保持高硬度、高耐磨性和良好的接触疲劳强度 。但其加工复杂，成本高，适用于在高温、高速和高载荷 下工作的航空发电机、宇航飞行器、燃气轮机和涡轮增压 器等装ຫໍສະໝຸດ Baidu中的轴承。 综上所述，GCr15钢含有较少的合金元素，综合性能良好 ，淬火回火后具有高而均匀的硬度，耐磨性能好，接触疲 劳强度高。钢的热加工性好，球化退火后有良好的可切削 性。适宜制造各种轴承套圈及较宽尺寸范围的滚动体、滚 针；还可用于制造量具、冲压模具、机床丝杠以及柴油机 油泵油嘴上的精密零件等。
3. 轴承钢材料的选择
轴承钢一般要经球化退火处理和淬火加低温回火处理，球 化退火的目的是降低硬度，改善切削加工性，同时获得均 匀分布的细粒状珠光体，为最终热处理做好组织上的准备 GCr15SiMn(A)钢是在GCr15基础上，提高Si、Mn含量改 型钢，以改善其淬透性和弹性极限，耐磨性也有所提高。 但其热处理工艺麻烦，成本高。 渗碳钢如20Mn、20NiMo、12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、 20Cr2Mn2MoA等，经渗碳-淬火低温回火处理后，表面 有高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度，而心部具有很高的 冲击韧性。用渗碳钢做轴承，加工工艺性能好，可以采用 冷冲压技术，提高材料的利用率，再经渗碳淬火处理后， 在表层形成有利的残余应力，提高轴承的使用寿命。但适 用于轧钢机械、矿山挖掘机和其他一些受冲击负载荷较大 的机械使用的轴承。