軸承鋼熱處理工藝及組織分析

1、軸承鋼熱處理工藝及組織分析【摘要】本試驗(yàn)采用GCr15鋼，分別對其進(jìn)行了不同的熱處理工藝試驗(yàn)，對其處理后的組織觀察與分析，并進(jìn)行了試樣硬度的測定?！娟P(guān)鍵詞】GCr15鋼；正火；等溫球化退火；淬火軸承鋼是指用于制作在不同環(huán)境中工作的各類滾動套圈和滾動體的鋼的統(tǒng)稱。高碳鉻軸承鋼自上世紀(jì)初問世至今已有100多年的歷史。從它誕生至今，化學(xué)元素的含量幾乎沒有變化，但其疲勞壽命卻成倍甚至幾十倍的提高，原因就在于軸承材料的純凈度提高了。軸承鋼純凈度的提高，主要依賴于冶金工藝的現(xiàn)代化、爐外精煉技術(shù)的普遍采用2。熱處理是通過加熱和冷卻的方法使金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)（有的包括表面化學(xué)成分）發(fā)生變化，以獲得預(yù)期性能的工藝

2、方法。這些性能包括工藝性能、力學(xué)性能和化學(xué)性能，在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中主要指材料的強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性等。因此進(jìn)行熱處理是提高零件使用性能、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改造加工工藝性、發(fā)揮材料潛力和節(jié)約原材料的重要途徑。本試驗(yàn)針對GCr15鋼制訂不同的熱處理工藝并采用RSX-2.5-10實(shí)驗(yàn)箱式電阻爐對其進(jìn)行處理，然后制備金相試樣，對磨拋后的試樣用4%的硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕，在光學(xué)金相顯微鏡上對其組織進(jìn)行觀察與分析，在硬度試驗(yàn)計(jì)上測定試樣硬度，最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析。一、試驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)用材為供貨態(tài)GCr15鋼棒材。將其加工成1525（mm）試樣，其化學(xué)成分和臨界點(diǎn)。表1二、試驗(yàn)設(shè)備采

3、用UJ-37型測溫直流電位差計(jì)進(jìn)行爐溫校核，熱處理加熱設(shè)備采用RSX-2.5-10型箱式電阻爐，在M3225型臺式砂輪機(jī)上進(jìn)行試樣打磨，分別用200#、400#、600#、800#、1000#帆船牌水砂紙磨制金相試樣，在P-2型拋光機(jī)上進(jìn)行拋光，用4%的硝酸酒精溶液對試樣進(jìn)行腐蝕，在OLYMPUS PMG3型光學(xué)金相顯微鏡上進(jìn)行顯微組織觀察與分析，在HB-3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)和HRD-150型電動洛氏硬度試驗(yàn)計(jì)上測定試樣的硬度值。三、參數(shù)擬定GCr15鋼完全退火、正火、高溫淬火工藝，都是將工件加熱到單相奧氏體區(qū)，然后根據(jù)不同性能的需求進(jìn)行冷卻，其具體工藝見下表。表2GCr15鋼的正常淬火工

4、藝是將工件加熱到Ac1以上5080、等溫球化退火工藝是將工件加熱到Ac1以上2030然后在Ar1以下1020等溫一定時間1，根據(jù)鋼的臨界點(diǎn)及試驗(yàn)?zāi)康囊螅渚唧w工藝見表2。四、試驗(yàn)結(jié)果分析（一）供貨態(tài)組織、完全退火組織的分析GCr15鋼供貨態(tài)組織為索氏體斷續(xù)細(xì)網(wǎng)狀滲碳體。GCr15鋼經(jīng)93040min退火的組織為粗大片狀珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體。與T10鋼的完全退火組織相比，珠光體片間距減小，沿晶界析出的網(wǎng)狀滲碳體變細(xì)，主要原因是GCr15中含有碳化物形成元素Cr，在隨爐冷卻過程中碳原子擴(kuò)散受阻，因此從奧氏體中析出量減少，而形成片間距較細(xì)的珠光體及沿其晶界析出的細(xì)網(wǎng)狀滲碳體4。（二）正火組織、等

5、溫球化退火組織的分析GCr15鋼經(jīng)93040min正火處理后的組織與T10鋼相比，除屈氏體外沿晶界分布的滲碳體顆粒更細(xì)小而又少。其原因是冷速快，該鋼的C曲線與T10鋼相比右移，實(shí)際相變速度減緩，在相同的冷速下碳從過冷奧氏體中的析出量少所致。等溫球化退火所得組織為球狀珠光體，其組織中的碳化物顆粒與T10鋼相比更細(xì)小。原因是鋼中含有鉻元素，碳原子聚集長大傾向較T10鋼小，故形成的顆粒狀滲碳體較小。（三）正常淬火組織、高溫淬火組織的分析正常淬火的組織為細(xì)小針狀馬氏體和殘余奧氏體及未溶的顆粒狀的碳化物。軸承鋼淬火溫度雖比T10鋼高出50左右，但該組織中的馬氏體針卻很短。因?yàn)檩S承鋼中含有碳化物形成元素C

6、r，Cr有抑制奧氏體晶粒長大的作用，故在加熱時形成的奧氏體晶粒細(xì)小，淬火后獲得細(xì)小針狀的馬氏體。高溫淬火組織為粗大針狀馬氏體和比較多的殘余奧氏體。與T10鋼相比臨界冷速較慢，也就是說過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較好，故淬火后得到粗大的馬氏體和殘余的奧氏體。（四）不同回火溫度下組織的分析正常淬火+低溫回火組織為隱針回火馬氏體和細(xì)小粒狀的未溶碳化物。由此可看出，正常淬火+中溫回火組織為回火屈氏體細(xì)小未溶的粒狀碳化物。正常淬火+高溫回火組織為回火索氏體細(xì)小粒狀的碳化物。正常淬火+更高溫回火組織為回火球狀珠光體。關(guān)于挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承打齒的問題分析引言履帶式液壓挖掘機(jī)在挖掘時，鏟斗受到地面的反作用力，由于回轉(zhuǎn)支承

7、內(nèi)、外圈存在軸徑向間隙、回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒與減速機(jī)殼體間隙，造成回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒與回轉(zhuǎn)支承在軸向上相對傾斜。分析原因后，提出了更改了回轉(zhuǎn)減速機(jī)齒形結(jié)構(gòu)及回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈熱處理?xiàng)l件的方案，能夠有效減少打齒的現(xiàn)象。(運(yùn)轉(zhuǎn)世界大國龍騰 龍出東方 騰達(dá)天下 龍騰三類調(diào)心滾子軸承 劉興邦CA CC E MB MA)1、問題背景和描述履帶式液壓挖掘機(jī)在作業(yè)過程中，需在各個角度都可以作業(yè)。就需要履帶式液壓挖掘機(jī)在360轉(zhuǎn)動?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（圖1）主要由回轉(zhuǎn)減速機(jī)、回轉(zhuǎn)支承組成?；剞D(zhuǎn)減速機(jī)與回轉(zhuǎn)平臺用螺栓固定，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈與行走裝置固定，外齒圈與回轉(zhuǎn)平臺固定。高壓液壓油作用回轉(zhuǎn)馬達(dá)，使得回轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動減速機(jī)驅(qū)動小齒

8、轉(zhuǎn)動，通過齒輪傳動使得回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)、外齒圈相對轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)履帶式液壓挖掘機(jī)在工作中可以實(shí)現(xiàn)3600轉(zhuǎn)動。當(dāng)前技術(shù)系統(tǒng)存在的問題：履帶式液壓挖掘機(jī)在挖掘時，鏟斗受到地面的反作用力，使得回轉(zhuǎn)支承出現(xiàn)打齒（圖2）現(xiàn)象。2、問題分析因挖掘機(jī)沖擊載荷較大，故回轉(zhuǎn)支承經(jīng)常出現(xiàn)打齒的現(xiàn)象。造成挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承斷齒的原因有多種，經(jīng)對回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈斷裂截面的調(diào)研和分析發(fā)現(xiàn)，斷齒的作用力并非是軸向回轉(zhuǎn)驅(qū)動力，而是與之嚙合的驅(qū)動齒對其施加的徑向擠壓力，且擠壓時驅(qū)動齒的軸線與回轉(zhuǎn)支承的軸線不平行。通過對回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈斷裂截面的分析，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)、外圈存在軸徑向間隙、回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒與減速機(jī)殼體間隙、驅(qū)動齒軸的彈性變形

9、，造成回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒與回轉(zhuǎn)支承在軸向上相對傾斜。相對傾斜的回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動齒，本應(yīng)回轉(zhuǎn)支承滾道承擔(dān)的徑向載荷卻由齒輪承擔(dān)，在齒輪機(jī)構(gòu)嚙合過程中對回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈向擠壓力集中作用于齒寬的上部。開始時齒輪由塑性變形來補(bǔ)償齒側(cè)間隙的不足，隨著回轉(zhuǎn)支承滾道及回轉(zhuǎn)減速機(jī)軸承等部件的進(jìn)一步磨合，其徑向間隙漸加大，而變形量確實(shí)有限的。通過受力分析可以看到：驅(qū)動齒對回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈的擠壓法向力是地面對斗的發(fā)作用力的幾倍甚至是十幾倍。因此，造成打齒的主要原因是回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動齒的軸線與回轉(zhuǎn)支承的軸線相對傾斜，較大的沖擊載荷集中作用于回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈齒寬的上部。3、問題解決基于以上原因的分析，可得到以下解決方案方案一：

10、為了使挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)傳動過程中轉(zhuǎn)動相對靈活，需要回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒與減速機(jī)殼體和回轉(zhuǎn)支承內(nèi)、外圈的間隙為“正”，但又為了挖掘機(jī)在挖掘作業(yè)時回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒與回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈不產(chǎn)生相對傾斜，需要回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒與減速機(jī)殼體和回轉(zhuǎn)支承內(nèi)、外圈的間隙為“負(fù)”，即，回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒與減速機(jī)殼體和回轉(zhuǎn)支承內(nèi)、外圈的間隙既要大又要小。將回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈每個齒進(jìn)行分段熱處理方式，熱處理區(qū)包括正常硬度區(qū)、過渡區(qū)、軟帶區(qū)。回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒對回轉(zhuǎn)支承的擠壓會使回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈發(fā)生塑性變形而不至于將內(nèi)齒圈擠斷。方案二：原回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒為直齒輪，將驅(qū)動小齒改進(jìn)為鼓型齒：在軸向方向上直徑不相等呈現(xiàn)上小下大的狀態(tài)，且從齒輪下邊到上邊有半徑為R的圓弧狀方式。帶錐度圓弧狀齒輪形狀，在沖擊或重載荷下，回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒與回轉(zhuǎn)支承相對傾斜時，齒輪嚙合過程中能夠平穩(wěn)的過渡，不至于造成回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈局部受到較大的側(cè)向擠壓力而折斷。4、結(jié)論對于分段熱處理的回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒圈，軟帶區(qū)在回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒中心線與回轉(zhuǎn)支承中心線相對傾斜時，回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動小齒對回轉(zhuǎn)支承的擠壓會使