GCr15轴承钢热处理工艺设计解析知识讲解
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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Βιβλιοθήκη Baidu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。
4. Cr15钢的C曲线
（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℃。
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
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。
，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
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。
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。
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。
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。
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。
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～ 3.5um，最小0.5um,最大6um）的206内套，经不同温度 淬火并回火
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 。
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。
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。
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。
4. Cr15钢的C曲线
（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℃。
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
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。
，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
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。
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。
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。
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。
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。
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～ 3.5um，最小0.5um,最大6um）的206内套，经不同温度 淬火并回火
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 。
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。
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。
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。