轴承钢球热处理工艺设计
热处理专科毕业设计GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析
GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。
钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。
热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。
关键词：GCr15 轴承钢球热处理设计热处理工艺热处理缺陷引言滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。
缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。
图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构（图 1）：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。
常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。
轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。
当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。
为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。
滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。
在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。
力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。
在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。
滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。
滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。
在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。
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。
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。
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
gcr15轴承钢球的热处理工艺及质量控制
gcr15轴承钢球的热处理工艺及质量控制
GCr15轴承钢球是一种高强度、高硬度、高耐磨性的工业材料，广泛应用于各种机械设备中。
为了保证GCr15轴承钢球的高品质和长寿命，必须采用适当的热处理工艺和严格的质量控制。
GCr15轴承钢球的热处理工艺主要包括：淬火、回火、正火、退火、球磨等。
其中，淬火是最关键的一个步骤，其目的是使钢球表面形成一层硬度高、强度大的贝氏体组织，从而提高其抗磨损性能和耐久性。
回火则是为了消除淬火过程中产生的残余应力和脆性，使钢球具有足够的韧性和塑性，以防止在使用过程中出现断裂等问题。
质量控制方面，需要对GCr15轴承钢球进行严格的化学成分、物理性能、金相组织、尺寸和形状等检测和测试。
特别是球面粗糙度、硬度、圆度和表面质量等指标的控制，直接影响到钢球的使用寿命和性能表现。
总之，GCr15轴承钢球的热处理工艺和质量控制是保证其优良性能和长寿命的重要保障，需要科学、严谨地操作和检测。
- 1 -。
轴承钢的热处理方法
轴承钢的锻造及热处理工艺轴承钢全名叫滚动轴承钢，具有高的抗压强度与疲劳极限，高硬度，高耐磨性及一定韧性，淬透性好，对硫和磷控制极严，是一种高级优质钢，可做冷做摸具钢。
比重：7.81（一）轴承钢锻造温度（1）始锻温度：1150（1120）终缎温度：850（800）度。
（2）锻造前清除表面缺陷，尽量预热后在快速加热。
（3）温加工时，应避免200〜400度的蓝脆区。
热加工时，应避免进入高温脆区（大于1250）。
应尽量避免进入热脆区（800〜〜950度）。
今日焦点：（二）锻后热处理（1）锻后 ---- 预先热处理（球化退火）-------- 最终热处理（淬火+低温回火）（2）球化退火目的：降低硬度，便于加工，为淬火做准备。
球化退火过程：加热到750〜〜770度，保温一定时间，在缓慢冷却到600度以下空冷。
（3）各种轴承钢淬火+M温回火及硬度表钢号淬火温度及淬火介质低温回火硬度HRCGCr6 800〜820 水或油150〜170 62〜64GCr9 800〜830 水或油150〜170 62〜64GCr9SiMn 810〜820 水或油150〜160 62〜64GCr15 820〜846 油150〜160 62〜64 GCr15SiMn 800〜840 油150〜170 62〜64（三）淬火及淬火介质（1）淬火颜色（经验）白色最硬而脆，黄色硬而韧，兰色软而韧。
（2）淬火介质A 水：一般温度不超过40度，不得有油，肥皂等杂质。
B 盐及碱的水溶液：水中加百分之5〜10的盐或碱。
盐溶液冷却速度是水的十倍，硬度高而均匀，但组织应力大，有一定的锈蚀作用。
温度小于60度。
碱溶液（苛性纳水溶液）腐蚀性大，适应范围小。
C油：包括机油，锭子油，变压器油，柴油等。
可减小变形与开裂。
不适用碳钢。
油温度：在60〜〜80度，最高不超过100〜120度。
（四）回火温度轴承钢采用低温回火。
温度：150〜250度。
可在保持高硬度和高耐磨性的前提下，降低内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。
轴承钢球热处理工艺设计
轴承钢球热处理工艺设计The document was finally revised on 2021目录轴承钢球热处理工艺设计摘要：针对轴承钢介绍钢球热处理工艺技术及流程，并对轴承钢球在热处理中出现的问题进行浅析。
关键词：轴承钢球退火淬火回火表面热处理概述钢球发展历程钢球是重要的基础零部件，尤其是精密工业钢球在国民经济发展中起着巨大作用。
在一些特殊条件下，常常需要特殊材质的钢球，来完成不同环境下所要求达到的功能。
其实一些特殊材质钢球已广泛应用于国民经济各个领域中，包括9Cr18、3Cr13不锈钢，铜、铝、钛合金钢以及玛瑙、玻璃、陶瓷球等。
它们的推广应用，不仅推动了钢球生产业的发展，而且也促进了相关行业的技术发展和科技进步。
. 钢球的用途钢球广泛应用于电力、建材、矿山、冶金等领域。
. 影响钢球质量的因素1.3.1 材质影响:钢球、铸铁球、合金钢球等，不同材质的密度不同，钢的密度比铸铁的大，合金钢则依主要合金元素的密度及含量不同而不同。
1.3.2. 钢球制造方法的影响：轧制及锻打的钢球其组织致密，故密度大，铸造的铸钢球、铸铁球或铸造合金球等的组织致密，相对密度小一些。
1.3.3．钢球金相组织的影响：马氏体、奥氏体、贝氏体、铁素体等不同晶体结构下密度也不相同，对结晶细度也有影响。
．国家规定钢球压碎负荷值如表一及铸造磨球的力学性能如表二。
表一表二设计依据为保证轴承钢球在工作中具有高的寿命和可靠性，必须对钢球进行热处理加工，以提高其硬度、刚度等力学性能。
钢球的热处理方法和过程，与套圈热处理大致相同，一般包括退火、淬火、回火、表面热处理、等内容，也有先进的热处理方法，如保护气氛淬火或真空淬火。
. 退火?热镦压后的钢球毛坯要进行球化退火，以得到细粒状珠光体组织、改善机械加工性能。
. 淬火?为了提高钢球的硬度、强度、耐磨性和抗接触疲劳性能，并通过回火得到良好的弹性、韧性和尺寸稳定性等综合力学性能，要进行淬火处理。
自行车轴承热处理工艺设计
前言一、研究的目的及意义滚动轴承是应用广泛的机械基础件，它的质量直接影响到机械的使用性能。
本论文秉承“优质、高产、低成本”的设计原则，在满足普通自行车轴承材料使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺性，并采用对比分析的方法，最终确定最佳材料选择。
随着科学技术的迅速发展，滚动轴承的设计应用理念、制造水平、材料科学也在不断更新与发展，各项滚动轴承的标准也在不断修订与更新。
一般自行车上用的都是挡碗加钢球组合式的轴承,不属于常规轴承，现在高档的自行车都是采用深沟球轴承，为了适应其发展形势，提高滚动轴承的质量，达到精品轴承的制造水平，本论文从普通自行车轴承设计的各个环节来控制其质量，包括其工作环境、受力分析、失效分析，外形结构，以及它的相关标准和技术要求等。
力求使自行车轴承的设计与制造朝着优质、清洁、高效、低耗和安全等方面发展。
本论文所涉及的内容有较强的实用性和可靠性，专业技术应用以先进性、实用性为主，轴承设计内容在多样性、广泛性的同时体现新和应用原则。
从材料的选择到最终热处理方案的确定，都是在查阅大量相关书籍以及分析讨论的基础上，经过反复推敲才最终制定的，对自行车轴承制造与选材都有很强的参考价值和作用，对材料的综合应用有较强的重要性和技术性。
二、自行车轴承的工作环境与失效分析1、自行车轴承的工作环境通过收集资料及实际观察，初步确定自行车轴承所选材料为滚动轴承。
滚动轴承是各类机器广泛应用的基础零件，主要作用在于支撑轴颈。
滚动轴承由内套，滚动体（滚珠，滚柱和滚针）及保持架等四部分组成。
滚动轴承在工作时，其内套与轴紧密配合，随轴一起转动，外套固定在轴承套上。
轴在工作时受到扭拒，扭矩作用，装入轴承部分承受着轴的反作用力，及压力的作用。
滚动轴承的内，外套及滚动体都是在交变应力作用下工作的。
滚动体与内，外套及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦，使轴承磨损。
摩擦表面的温度在工作中将会升高。
2、滚动轴承的受力分析1）．滚动轴承受力分析1．滚动轴承在工作时，滚动体（滚珠）和套圈均受周期性交变载荷，在周期载荷作用下，在套圈和滚动体表面都会产生小块金属剥落而产生疲劳损坏。
轴承热处理加工工艺
滚动轴承的热处理加工工艺：对于轴承，通过热处理可以具备以下性能：高的接触疲劳性，用于抵抗疲劳破坏能延长寿命；高的耐磨性，防止过早磨损，使轴承精度和旋转精度下降，影响机器运转，寿命下降；高的弹性极限，防止在接触应力下发生塑性变形；合适的硬度，能保证轴承的寿命；一定的韧性；良好的尺寸稳定性，防止轴承零件因内在组织或应力变化导致精度丧失；较高的尺寸精度；一定的抗腐蚀性和良好的工艺性（冷、热成形性，热处理性能、机械加工性能等）。
对于大多数滚动轴承钢，其热处理工艺主要为球化退火、淬火和低温回火。
球化退火：一般作为预备热处理，钢经锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，难以切削加工，在淬火过程中也容易变形和开裂。
经球化退火后，可得到球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，不仅硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶体不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。
淬火：淬火时采用较低的淬火温度，即下限的温度，以减少应力和残余奥氏体量，淬火介质的温度不能过高，一般为室温。
低温回火：冷处理后在进行低温及长时间的回火,以及减少应力，并获得M，以保证高硬度和高耐磨性以我国目前常用的GCr15为例：1.淬火：查相关资料，GCr15采用加热到650然后保温一段时间，再继续升温直到（820～840℃），在冷油介质中冷却。
图 12.深冷和回火采用淬火冷却以后（-75～78℃，3h）的冷处理可以使淬火后的残余奥氏体继续转变为马氏体，减少了残余奥氏体量。
冷处理后的低温回火（150～160，3h）是为了减小冷处理时所产生的内应力。
150～160℃3h时间/h冷处理-75～78℃，3h 图 23.低温人工时效和去应力退火采用低温回火处理以后，再进行（110～120℃，36h ）的长时间低温人工时效处理，有利于冷处理后尚存的极少的残余奥氏体得到稳定，并且还可以使马氏体正方度和残余应力减低至最小程度，获得高的硬度和耐磨性。
轴承热处理工艺设计.
金属材料与热处理
•职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
性能要求
高的硬度和耐磨性； 高的接触疲劳强度； 足够的韧性和耐蚀性； 尺寸稳定性
滚珠轴 承
滚针轴承
滚柱专业教学资源库
轴承选材
高碳，Wc = 0.95～1.15%
金属材料与热处理
•职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
轴承热处理
锻造 正火 球化退火 机加工
淬火 + 冷处理 (–60～–80℃；1h )
低温回火 磨削加工
稳定化处理 (120～150℃；5～10h)
金属材料与热处理
•职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
温度/℃ 退火 790±10 700 随炉降温 ≥3h ≥4h
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金属材料与热处理课程
轴承热处理工艺设计
主讲教师：马安博 西安航空职业技术学院
•职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
轴承热处理工艺设计
工作条件
高载荷，交变应力
高转速，一定冲击
金属材料与热处理
•职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
失效形式
接触疲劳破坏 塑性变形 磨损
淬火
830
回火 160±10
550℃出炉 1h 冷处理 -60～-80
2-4h
时间/t
GCr15钢的热处理工艺曲线
金属材料与热处理
轴承钢球的热处理方法
轴承钢球的热处理方法
轴承钢球是工业生产领域中经常使用的轴承部件，在生产过程中，需
要进行热处理，以提高钢球的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。
以下是轴
承钢球的热处理方法。
一、车床球体修磨
在生产过程中，轴承钢球需要经过一定的车床球体修磨，以达到一定
的精度和表面光洁度。
这一步骤需要注意的是要控制车床温度和钢球
的真圆度，保证加工精度。
二、碳化处理
碳化处理的目的是提高钢球的硬度，耐磨性和抗压能力。
这个过程包
括渗碳和回火两个步骤。
首先，将轴承钢球放到加热炉中进行渗碳处理，使钢球表面形成一层碳化层。
然后将钢球放入回火炉中进行回火，以消除碳化层的脆性，提高钢球的强度和韧性。
三、淬火处理
淬火是提高钢球硬度和耐磨性的关键步骤。
淬火时，先将轴承钢球放
入加热炉中进行均热处理，使钢球表面的温度达到淬火温度。
然后将
钢球迅速放入冷却介质中，使钢球表面迅速冷却，形成马氏体，提高
钢球的硬度和强度。
四、极负载加工
对于一些需要特殊用途的轴承钢球，还需要进行极负载加工。
极负载加工是一种高温高压加工方式，可让钢球表面形成一层合金硬质层，提高钢球的耐磨性和负荷能力。
综上所述，轴承钢球的热处理方法包括车床球体修磨、碳化处理、淬火处理和极负载加工。
通过这些热处理工艺，可以提高轴承钢球的硬度、耐磨性和抗压能力，从而保证轴承的稳定运行。
轴承热处理工艺
硬度 （HRC）
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回火方式 150~160℃3h，空冷
硬度 （HRC）
≥60
≥63 ≥63 ≥63 ≥63
150~160℃2~5h，空冷， 回火4次
150~170℃的油炉均热 2~5h，空冷
150~170℃的油炉均热 2~5h，空冷
150~170℃的油炉均热 2~5h，空冷
860℃预热，1055~1065℃淬火加热，淬火后 冷至室温，-78℃冷处理，温度回升至室 温，160℃回火3h 850~860℃淬火加热，油冷，160℃回火2h
850~860℃淬火加热，油冷，160℃回火2h
830~840℃淬火加热，油冷，160℃回火3h
830~840℃淬火加热，油冷，160℃回火3h 920±10℃渗碳，直接淬油（810℃），190
一、轴承钢的类型
类型 高碳铬不锈轴承钢
渗碳轴承钢
高碳铬轴承钢
钢号 9Cr18, 9Cr18Mo G20CrMo,G20CrNiMo, CG20rNi2Mo, G20Cr2Ni4,G10CrNi3Mo,G20Cr2Mn2Mo GCr6, GCr9, GCr9SiMn, GCr15, GCr15SiMn
≤269 ≤321
≤269
880~1000℃保温4-6h, 以15~30℃/h,冷至740℃再 以15~30℃/h,冷至600℃保温2-5h,，出炉空冷
197~241
850~870℃保温4-6h, 以30℃/h,冷至600℃，出炉 空冷
≤255
淬火
冷却
硬度 （HRC）
回火 回火方式
硬度 （HRC）
方式 油
常规轴承热处理工艺
常规轴承热处理工艺1.高碳铬轴承钢的退火等温球化退火高碳铬轴承钢的球化退火是为了获得铁素体基体上均匀分布着细、小、匀、圆的碳化物颗粒的组织，为以后的冷加工及最终的淬回火作组织准备。
传统的球化退火工艺是在略高于Ac1的温度（如GCr15为780~810℃）保温后随炉缓慢冷却（25℃/h）至650℃以下出炉空冷。
该工艺热处理时间长（20h以上），且退火后碳化物的颗粒不均匀，影响以后的冷加工及最终的淬回火组织和性能。
之后，根据过冷奥氏体的转变特点，开发等温球化退火工艺：在加热后快冷至Ar1以下某一温度范围内（690~720℃）进行等温，在等温过程中完成奥氏体向铁素体和碳化物的转变，转变完成后可直接出炉空冷。
该工艺的优点是节省热处理时间（整个工艺约12~18h）, 处理后的组织中碳化物细小均匀。
另一种节省时间的工艺是重复球化退火：第一次加热到810℃后冷却至650℃，再加热到790℃后冷却到650℃出炉空冷。
该工艺虽可节省一定的时间，但工艺操作较繁。
2. 高碳铬轴承钢的马氏体淬回火常规马氏体淬回火的组织与性能组织：马氏体、残余奥氏体、未溶（残留）碳化物组成马氏体的组织形态：在金相显微镜下（放大倍数一般低于1000倍）马氏体可分为板条状马氏体和片状马氏体两类典型组织，一般淬火后为板条和片状马氏体的混合组织或称介于二者之间的中间形态--枣核状马氏体--轴承行业上所谓的隐晶马氏体、结晶马氏体在高倍电镜下：其亚结构可分为位错缠结和孪晶。
其具体的组织形态主要取决于基体的碳含量奥氏体温度越高，原始组织越不稳定，则奥氏体基体的碳含量越高，淬后组织中残余奥氏体越多，片状马氏体越多，尺寸越大，亚结构中孪晶的比例越大，且易形成淬火显微裂纹。
基体碳含量低于0.3%时，马氏体主要是位错亚结构为主的板条马氏体；基体碳含量高于0.6%时，马氏体是位错和孪晶混合亚结构的片状马氏体；基体碳含量为0.75%时，出现带有明显中脊面的大片状马氏体，且片状马氏体生长时相互撞击处带有显微裂纹。
轴承钢的热处理
轴承钢的热处理轴承钢锭一般要在1200～1250℃高温下进行长时间扩散退火，以改善碳化物偏析。
热加工时要控制炉内气氛，钢坯加热温度不宜过高，保温时间不宜过长，以免发生严重脱碳。
终轧（锻）温度通常在800～900℃之间，过高易出现粗大网状碳化物，过低易形成轧（锻）裂纹。
轧（锻）材成品应快冷至650℃，以防止渗碳体在晶界上呈网状析出，有条件时可采用控制轧制工艺。
为了取得良好的切削性和淬火前的预组织，冷加工用轴承钢材要进行完全的球化退火。
退火温度一般为780～800℃，退火时要防止脱碳。
如果轧制钢材存在过粗的网状渗碳体，则退火前需先进行正火处理。
铬轴承钢通常在830～860℃之间加热，油淬，150～180℃回火。
精密轴承的组织中，应尽可能降低残余奥氏体量或使残余奥氏体在使用过程中保持稳定，因此常需在淬火后进行-80℃（或更低温度）冷处理和在 120～140℃下进行长时间的稳定化处理。
轴承钢热处理工艺包括正火、退火等预先热处理和最终热处理两个主要环节。
GCr15钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。
GCr15轴承钢热处理后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。
（1）预先热处理①正火：铬轴承钢正火工艺，工件透热后保温40~60min，冷却需要较快，正火之后立即转为球化退火。
②球化退火：GCr15铬轴承钢常采用等温球化退火工艺，790℃被认为是最佳的球化加热温度。
退火前需加热到900~920℃，保温2/3~1h后正火。
保温时间随工件大小、加热炉的均匀性、装炉方法及装炉量、退火前的原始组织均匀性而定。
低温球化退火主要适用于冷冲球、冷挤压套圈的再结晶退火。
普通球化退火、等温球化退火主要适用于锻造套圈、热冲球以及横锻球的退火。
铬轴承钢球化退火工艺。
（2）最终热处理①轴承零件：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钢淬火温度在820~860℃，油淬临界直径为25mm。
gcr15轴承钢球的热处理工艺及质量控制
gcr15轴承钢球的热处理工艺及质量控制GCr15轴承钢球作为高精度轴承中常用的材料之一，其性能要求十分高。
热处理是GCr15轴承钢球制造的重要工艺之一，其影响因素较多，合理的热处理工艺以及合格的质量控制能够保证GCr15轴承钢球的性能和质量。
GCr15轴承钢球的热处理工艺主要包括四个阶段：加热、保温、冷却和回火。
加热过程是将原材料加热至适当温度的过程，其温度参考值为810°C-850°C。
保温时间一般为60min-180min，以使钢球内部温度均匀并达到所需组织状态。
冷却过程是将钢球迅速降温至室温以下的过程，常用的冷却介质为冷水、风、油等。
回火温度一般为150°C-250°C，时长为1-2h，旨在消除加热时的应力集中和调整力学性能。
热处理过程中材料的金相组织结构十分重要。
热处理后的GCr15轴承钢球硬度与金相组织密切相关，淬火组织是指钢球经过冷却后的金相组织，其光洁度好、硬度高。
回火组织是指钢球经过回火处理后的金相组织，其硬度低、韧性好。
通过不同的加热温度、保温时间、降温速率等条件的组合，可得到不同的淬火组织状态，再通过回火工艺调整，最终得到合适的组织状态。
对于质量控制而言，热处理过程中钢球尺寸误差、硬度、光洁度等是需要重点关注的方面。
尺寸误差需要在加工前后得到精确控制。
硬度应根据不同的用途需求做出相应调整，一般要求硬度超过HRC60。
光洁度的要求较高，金相组织应平整、无裂纹、无气泡、无夹杂物等缺陷。
在质量控制过程中，可以采用金相显微镜、影像测量仪等设备对钢球组织和尺寸误差进行检测，并通过校正、调整等方式进行质量控制。
同时，对于热处理设备的维护保养也十分重要，设备的热稳定性对于热处理工艺及其效果有直接影响。
综上所述，热处理工艺与质量控制是保证GCr15轴承钢球质量和性能的重要手段。
通过适当的热处理工艺及其质量控制，可以获得适合不同用途的钢球组织状态，提高其耐磨性、耐腐蚀性和寿命。
轴承钢的热处理工艺
轴承钢的热处理工艺轴承钢是一种高碳、高铬的合金钢，因其具有高硬度、高耐磨性和良好的耐疲劳性能，广泛应用于制造各种轴承、齿轮等机械零件。
热处理是轴承钢加工过程中的重要环节，通过合理的热处理工艺，可以显著提高轴承钢的性能，延长使用寿命。
本文将介绍轴承钢的热处理工艺。
一、预热处理预热处理是轴承钢热处理的第一步，其目的是消除材料内部的应力，提高材料的稳定性。
预热处理主要包括以下步骤：1.退火：将轴承钢加热到750℃左右，保温一段时间后缓慢冷却至室温。
退火可以消除材料内部的应力，改善材料的塑性和韧性。
2.球化退火：将轴承钢加热到780℃左右，保温一段时间后缓慢冷却至室温。
球化退火可以使钢中的碳化物呈球状分布，提高材料的耐磨性和韧性。
二、淬火处理淬火处理是轴承钢热处理的关键步骤，其目的是提高材料的硬度和耐磨性。
淬火处理主要包括以下步骤：1.加热：将轴承钢加热到奥氏体化温度（通常为850℃左右），保温一段时间，使钢完全奥氏体化。
2.冷却：将钢快速冷却至室温，通常采用油淬或水淬的方式。
油淬是将钢在淬火油中快速冷却，水淬是将钢在水中快速冷却。
淬火可以使钢中的奥氏体转变为马氏体，提高材料的硬度和耐磨性。
三、回火处理回火处理是轴承钢热处理的最后一步，其目的是调整材料的性能，提高其稳定性和韧性。
回火处理主要包括以下步骤：1.加热：将淬火后的轴承钢加热到回火温度（通常为150℃-650℃之间），保温一段时间。
回火温度的选择取决于所需的材料性能。
2.冷却：将加热后的轴承钢缓慢冷却至室温。
回火可以使钢中的马氏体转变为回火组织，降低材料的内应力，提高其稳定性和韧性。
根据不同的使用要求，可以选择不同的回火温度和时间，以获得所需的材料性能。
例如，低温回火可以提高材料的韧性和抗腐蚀性；高温回火可以提高材料的硬度和耐磨性。
总之，轴承钢的热处理工艺是提高其性能的关键环节。
通过合理的预热处理、淬火处理和回火处理，可以显著提高轴承钢的硬度和耐磨性，延长使用寿命。
轴承套圈热处理工艺设计5
学院：四川工程职业技术学院 系别：材料工程系 班级：2010级金属材料与热处理1班 姓名：宋俊良
一.简述
• 滚动轴承：滚动轴承一般由内圈、 外圈、滚动体和保持架四部分组成， 内圈的作用是不轴相配合并不轴一 起旋转；外圈作用是不轴承座相配 合，起支撑作用；滚动体是借助于 保持架均匀的将滚动体分布在内圈 和外圈之间，其形状大小和数量直 接影响着滚动轴承的使用性能和寿 命；保持架能使滚动体均匀分布， 防止滚动体脱落，引导滚动体旋转 起润滑作用。
三.对轴承零件的性能要求
1.高的淬硬性和足够的淬透性，以保证表面有均匀的、高的 硬度，从而保证其耐磨性。 2.高的接触疲劳强度和抗压强度，以保证其有长的使用寿命。 3.高的弹性极限和冲击韧度，以减少变形和偶然冲击破坏。 4.要有足够的尺寸稳定性，以保证在使用中丌发生尺寸变化。 5.一定的抗蚀性，以便抵抗大气和润滑油的化学腐蚀。 6.良好的工艺性，以保证大量生产的需要。 7.对于在特殊条件下工作的轴承零件要求能耐高温和高的耐 腐蚀性。
六.工艺
(一)：工艺路线: 备料——锻造——正火——等温球化退火——机加工— —淬火——低温回火——磨削加工
• (二)工艺分析：
T/℃
930℃
空 冷
800℃ 710℃
炉冷至 650℃出 840℃ 炉 油 淬
160℃ 3h 空 冷
30min
3h
3h
15min
正火
等温球化退火
淬火
1.工艺目的 2.工艺参数：温度 时间 冷却方式 3.工艺曲线：如上图 4.检验：组织 硬度 外观
Байду номын сангаас
四.材料的性能、化学成分及临界点
1.这里轴承套圈所用的材料是GCr15。 2.GCr15是高碳铬轴承钢的代表钢种，综合性能良好，淬火和 回火后具有高而均匀的硬度，良好的耐磨性和高的接触疲劳 寿命，热加工变形性能和切削加工性能均好，但焊接性差， 对白点形成较敏感，有回火脆性倾向。 名称 化学成分
轴承圆柱滚动体热处理设计
轴承圆柱滚动体热处理设计
轴承圆柱滚动体的热处理设计需要考虑以下几个因素：
1. 材料选择：选择适合轴承生产的高质量轴承钢材料。
2. 加热方式：采用感应加热或者盐浴淬火加热方式。
3. 加热温度：加热温度要根据钢材种类、尺寸和用途合理确定,通常控制在 830-880℃。
4. 均热时间：要保证钢材内部温度均匀,均热时间应根据加热温度、钢材厚度和精度要求等因素来决定。
5. 淬火介质：采用合适的淬火介质来控制轴承的组织和硬度。
6. 淬火温度：一般根据轴承的使用条件和负荷要求来选择淬火温度。
7. 回火工艺：在淬火后需要回火处理,回火工艺也是根据轴承的使用条件来确定的。
以上是轴承圆柱滚动体热处理设计需要考虑的因素,需要具体根据所用轴承的具体情况来进行设计和调整。
轴承钢球采用的热处理方法
轴承钢球采用的热处理方法轴承钢球是轴承中最基本的零件之一，其质量的好坏直接影响轴承的性能和寿命。
因此，为了保证轴承的质量和稳定性，轴承钢球必须经过严格的热处理工艺，以提高其硬度、强度和耐磨性。
本文将详细介绍轴承钢球的热处理方法及其影响因素。
一、轴承钢球的材料特性轴承钢球一般采用高碳钢、高合金钢、不锈钢等材料制成。
这些材料具有高硬度、高强度、耐磨性好、耐腐蚀性强等特点。
但是，这些材料也存在一些缺陷，如易氧化、易形成裂纹、易产生变形等。
二、轴承钢球的热处理方法轴承钢球的热处理方法主要包括淬火、回火、冷却、退火等步骤，下面将逐一介绍这些步骤。
1. 淬火淬火是将轴承钢球加热到临界温度以上，然后迅速冷却的过程。
淬火可以提高轴承钢球的硬度和强度，但也容易导致轴承钢球的变形和裂纹。
因此，在淬火过程中需要控制淬火温度、淬火介质、淬火时间等因素，以确保轴承钢球的质量和稳定性。
2. 回火回火是将淬火后的轴承钢球加热到一定温度，然后冷却的过程。
回火可以降低轴承钢球的硬度和强度，使其具有更好的韧性和延展性。
但是，回火过程也容易导致轴承钢球的变形和裂纹。
因此，在回火过程中需要控制回火温度、回火时间等因素，以确保轴承钢球的质量和稳定性。
3. 冷却冷却是将轴承钢球从高温状态迅速冷却的过程。
冷却可以降低轴承钢球的温度，使其达到淬火的要求。
但是，过快的冷却速度也容易导致轴承钢球的变形和裂纹。
因此，在冷却过程中需要控制冷却介质、冷却时间等因素，以确保轴承钢球的质量和稳定性。
4. 退火退火是将轴承钢球加热到一定温度，然后缓慢冷却的过程。
退火可以消除轴承钢球的应力，使其达到更好的塑性和韧性。
但是，过度的退火也容易导致轴承钢球的变形和裂纹。
因此，在退火过程中需要控制退火温度、退火时间等因素，以确保轴承钢球的质量和稳定性。
三、轴承钢球热处理的影响因素轴承钢球的热处理质量和稳定性受到多种因素的影响，下面将逐一介绍这些因素。
1. 材料成分轴承钢球的材料成分对热处理质量和稳定性有着重要的影响。
GCr15轴承钢热处理工艺设计说明书模板
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 器等装置中的轴承。 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。
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2019 16
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。
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℃。
快乐工作，快乐生活！ 感谢您的聆听！ ！
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。
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目录轴承钢球热处理工艺设计 (2)摘要 (2)关键词：轴承钢球退火淬火回火表面热处理 (2)概述 (2)钢球发展历程 (2)1.2. 钢球的用途 (2)1.3. 影响钢球质量的因素 (3)1.3.1 材质影响 (3)1.3.2. 钢球制造方法的影响 (3)1.3.3．钢球金相组织的影响 (3)1.3．国家规定钢球压碎负荷值 (3)设计依据 (4)2.1. 退火 (4)2.2. 淬火 (4)2.3. 回火 (4)2.4.表面处理 (4)设计正文 (4)3.1设计流程 (4)3.2 球化退火 (5)3.3 等温淬火 (5)3.4 回火 (6)3.4.1. 低温回火 (6)3.4.2.回火时间 (7)3.4.3. 回火后的冷却 (7)3.5. 钢球表面热处理 (7)3.6. 钢球的力学性能测试 (9)四．总结 (9)参考文献 (10)轴承钢球热处理工艺设计摘要：针对轴承钢介绍钢球热处理工艺技术及流程，并对轴承钢球在热处理中出现的问题进行浅析。
关键词：轴承钢球退火淬火回火表面热处理概述钢球发展历程钢球是重要的基础零部件，尤其是精密工业钢球在国民经济发展中起着巨大作用。
在一些特殊条件下，常常需要特殊材质的钢球，来完成不同环境下所要求达到的功能。
其实一些特殊材质钢球已广泛应用于国民经济各个领域中，包括9Cr18、3Cr13不锈钢，铜、铝、钛合金钢以及玛瑙、玻璃、陶瓷球等。
它们的推广应用，不仅推动了钢球生产业的发展，而且也促进了相关行业的技术发展和科技进步。
1.2. 钢球的用途钢球广泛应用于电力、建材、矿山、冶金等领域。
1.3. 影响钢球质量的因素1.3.1 材质影响:钢球、铸铁球、合金钢球等，不同材质的密度不同，钢的密度比铸铁的大，合金钢则依主要合金元素的密度及含量不同而不同。
1.3.2. 钢球制造方法的影响：轧制及锻打的钢球其组织致密，故密度大，铸造的铸钢球、铸铁球或铸造合金球等的组织致密，相对密度小一些。
1.3.3．钢球金相组织的影响：马氏体、奥氏体、贝氏体、铁素体等不同晶体结构下密度也不相同，对结晶细度也有影响。
1.3．国家规定钢球压碎负荷值如表一及铸造磨球的力学性能如表二。
表一表二设计依据为保证轴承钢球在工作中具有高的寿命和可靠性，必须对钢球进行热处理加工，以提高其硬度、刚度等力学性能。
钢球的热处理方法和过程，与套圈热处理大致相同，一般包括退火、淬火、回火、表面热处理、等内容，也有先进的热处理方法，如保护气氛淬火或真空淬火。
2.1. 退火热镦压后的钢球毛坯要进行球化退火，以得到细粒状珠光体组织、改善机械加工性能。
2.2. 淬火为了提高钢球的硬度、强度、耐磨性和抗接触疲劳性能，并通过回火得到良好的弹性、韧性和尺寸稳定性等综合力学性能，要进行淬火处理。
2.3. 回火回火可以降低内应力，稳定组织和尺寸，并在稍微降低硬度的情况下大大提高韧性和得到良好的综合力学性能2.4.表面处理表面处理可以使零件表面具有高的强度、硬度、和耐磨性，心部有一定的强度、足够的塑形和韧性。
设计正文3.1设计流程钢球球化退火（加热到750°C）→保温3小时→炉冷至600°C出炉空冷至室温→将钢球淬入320°C的硝酸钾盐浴中→保温一段时间→取出空冷→将钢球加热到150°C-170°C回火→保温3小时左右→取出油冷至室温3.2 球化退火球化退火是使钢球中碳化物球化而进行的退火工艺。
将钢球加热到750度，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
钢球经空冷所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。
而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂小。
球化退火加热温度为727度以上，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。
在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。
因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。
普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。
等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。
等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。
和普通球化退火相比，球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。
3.3 等温淬火将奥氏体化钢球加热到320°C并在硝酸钾的盐浴中，等温保持足够长的时间，使之转化为下贝氏体组织，然后取出在空气中冷却。
下贝氏体组织的强度、硬度较高而韧性良好，提高了钢球的综合力学性能。
等温淬火减小了钢球与淬火介质的温差，从而减小了淬火应力，又由于贝氏体的体积比马氏体小，而且钢球内外温度一致，故淬火组织应力也小。
等温淬火可以显著减小钢球变形和开裂倾向。
等温淬火曲线如下图曲线4。
各种淬火方法冷却曲线示意图3.4 回火当钢球全淬成马氏体再加热到150°C-170°C回火时，随着回火温度升高，按其内部组织结构变化，分四个阶段进行：1）马氏体的分解；2）残余奥氏体的转变；3）碳化物的转变；4）e相状态的变化及碳化物的聚集长大．二次硬化：当钢中含有较多的碳化物形成元素时，在回火第四阶段温度区(约为500～550℃)形成合金渗碳体或者特殊碳化物。
这些碳化物的析出，将使硬度再次提高，称为二次硬化形象。
回火目的：减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足钢球的性能要求。
3.3.1碳钢的回火特性淬火钢回火后的力学性能，常以硬度来衡量。
在未完全淬透情况下，沿工件截面硬度差别随着回火温度的提高及回火时间的延长而逐渐减小．合金钢的回火特性，基本和碳钢类似。
但对具有二次硬化现象的钢则不同，也不能简单地用M参数来表征回火程度。
3.4.1. 低温回火低温回火又称“消除应力回火”。
回火温度范围为150-250摄氏度，回火后的组织为回火马氏体。
钢具有高硬度和高耐磨性，但内应力和脆性降低。
经渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为58-64HRC。
3.4.2.回火时间回火时间应包括按工件截面均匀地达到回火温度所需加热时间以及按M参数达到要求回火硬度完成组织转变所需的时间，如果考虑内应力的消除，则尚应考虑不同回火温度下应力弛豫所需要的时间。
对以应力弛豫为主的低温回火时间应比表列数据长，长的可达几十小时。
对二次硬化型高合金钢，其回火时间应根据碳化物转变过程通过试验确定。
当含有较多残余奥氏体，而靠二次淬火消除时，还应确定回火次数。
3.4.3. 回火后的冷却回火后钢球在空气中冷却。
以防止开裂。
回火后应进行油冷，以抑制回火脆性。
在防止开裂条件下，可进行油冷或水冷，然后进行一次低温补充回火，以消除快冷产生的内应力。
3.5. 钢球表面热处理1.感应加热表面淬火定义：是采用一定方法使工件表面产生一定频率的感应电流，将零件表面迅速加热，然后迅速淬火冷却的一种热处理操作方法。
原理：如图所示，电磁感应产生同频率的感应电流即涡流。
涡流在工件截面上的分布是不均匀的，心部几乎等于零，而表面电流密度极大，称为“集肤效应”，频率愈高，电流密度极大的表面层愈薄。
依靠这种电流和工件本身的电阻，使工件表面迅速加热到淬火温度，而心部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使工件表面淬硬。
感应加热表面淬火示意图分类：感应加热可分为三类：(1)高频加热常用频率为（200～300）KHZ，淬硬层深度为（0.5～2.5）mm。
(2)中频加热常用频率为（2500～8000）HZ，淬硬层深度为（2～10）mm。
(3)工频加热电流频率为50HZ，不需要频设备，城市用交流电即可，硬层深度为（10～20）mm以上，城市用交流电即。
优缺点：感应加热表面淬火加热速度快，生产率高，加热温度和淬硬层深度容易控制，钢球表面氧化和脱碳少，钢球变形小，可以使全部淬火过程实现机械化、自动化。
2感应表面淬火后的性能1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高 2～3 个单位（HRC）。
2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。
这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。
3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。
对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。
一般硬化层深δ＝（10～20）％D。
较为合适，其中D为工件的有效直径。
2.化学热处理渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。
也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。
3.6. 钢球的力学性能测试试样件送力学性能测试室进行相应的力学性能测试。
（1）用落球冲击试验机测试落球冲击寿命。
(2)用压碎值试验仪测试钢球压碎负荷值δs= HRC。
四．总结钢球在热处理过程中经可能采用油剂而不要轻易采用水剂；碱浴的冷却特性是理想的。
淬火显微裂纹是伴随产物，通过对钢球大量实验和测定，证明显微裂纹是客观存在的，它是淬火状态下组织结构中不可忽视的组织之一。
由于它的存在极大的影响着材料的性能。
由于对显微裂纹疏忽，造成现行热处理工艺设计理论依据的不完整性，即缺乏统筹辩证地认识奥氏体中溶碳量的提高，是材料强度、硬度、抗磨性和回火稳定性的保证；而溶碳量的提高又促使孪晶马氏体的量和微裂纹的增高，而且材料的强度和韧性等下降。
从工艺上不仅要认识到淬火温度的高低是抑制显微裂纹尺寸大小的有效途径，还要认识到淬火温度的高低、过冷奥氏体的冷却速度的快慢和回火温度的高低与急事性是孪晶马氏体的量、显微裂纹的量及材料强度高低的关键影响因素。
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