GCr15軸承鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、熱處理工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程名稱： 金 屬 熱 處 理 工 藝 學(xué) 設(shè)計(jì)題目：GCr15軸承鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)院 系： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 班 級(jí)： 材料成型及控制工程 XXXX 學(xué) 號(hào)： 0 9 1 1 0 1 1 00 學(xué)生姓名： idealwang 指導(dǎo)教師： 黃 老師 熱處理工藝課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目GCr15軸承鋼的熱處理工藝計(jì)學(xué)生姓名Idealwang院系專業(yè)機(jī)械工程學(xué)院材料XXXX設(shè)計(jì)要求：1.相變點(diǎn)的確定 2.熱處理工藝參數(shù)的制定3.熱處理設(shè)備的選擇4.組織特點(diǎn)和性能的分析5.夾具的設(shè)計(jì)或選用6.工藝卡片填寫(xiě)學(xué)生應(yīng)完成的工作：進(jìn)行零件的加工路線中有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工

2、序的設(shè)計(jì)。根據(jù)零件的技術(shù)要求，選定能實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù)，畫(huà)出熱處理工藝曲線圖，選擇設(shè)備，設(shè)計(jì)或選定裝夾具，作出熱處理工藝卡。最后，寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，說(shuō)明書(shū)中要求對(duì)各種熱處理工序的工藝參數(shù)的選擇依據(jù)和各種熱處理后的顯微組織作出說(shuō)明。任務(wù)下達(dá)日期：2011年12月19日任務(wù)完成日期：2011年12月26日答辯日期：指導(dǎo)教師：黃新學(xué)生簽名： 目錄1 熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的目的 -42 零件的技術(shù)要求及選材 -42.1工作條件和技術(shù)要求 -42.2材料的選擇 -52.3化學(xué)成分及合金元素的作用 -63 熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟 -73.1相變點(diǎn)的確定 -73.2熱處理工藝 -8工

3、藝流程 -8熱處理工藝參數(shù)的制定 -103.2.3處理工藝卡片填寫(xiě) -123.2.4作過(guò)程中的注意事項(xiàng) -123.3家具的設(shè)計(jì)或者選用及零件的擺布-133.4熱處理設(shè)備的選擇 -163.5組織特點(diǎn)和性能的分析 -164總結(jié)-215 收獲和體會(huì) -236 參考文獻(xiàn) -237 附表1 熱處理工藝卡 -25§1 熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的目的熱處理工藝課程設(shè)計(jì)是高等學(xué)校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設(shè)計(jì)練習(xí)，是熱處理原理與工藝課程的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)熱處理課程的知識(shí)去解決工程問(wèn)題的能力，并使其所學(xué)知識(shí)得到鞏固和發(fā)展。（2）學(xué)習(xí)熱處理工藝設(shè)計(jì)的一般方法、熱處理設(shè)備選

4、用和夾具設(shè)計(jì)等。（3）進(jìn)行熱處理設(shè)計(jì)的基本技能訓(xùn)練，如計(jì)算、零件繪圖和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。因此，本課程設(shè)計(jì)要求我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決生產(chǎn)實(shí)踐中的熱處理工藝制定問(wèn)題，包括工藝設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)問(wèn)題，如設(shè)備的選用，夾具的設(shè)計(jì)等。要求我們?cè)O(shè)計(jì)工藝流程，這需要翻查大量的文獻(xiàn)典籍。如何靈活使用資料、手冊(cè)，怎樣高效查找所需信息，以及手冊(cè)的查找規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等，均不是一蹴而就的事情，需要我們?cè)趯?shí)踐中體會(huì)并不斷地總結(jié)，才能不斷進(jìn)步。材料熱處理工藝課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)材料專業(yè)學(xué)生在熱處理原理方面能力的重要環(huán)節(jié)，紙上談兵是經(jīng)不起考驗(yàn)的，扎實(shí)的理論唯有通過(guò)實(shí)踐才能夠證明，且科學(xué)的實(shí)踐能夠有效鞏固甚至發(fā)展原有的理

5、論，因此，本課程設(shè)計(jì)通過(guò)給出20余種不同牌號(hào)的材料，要求學(xué)生以個(gè)人（允許討論）或組隊(duì)的方式完成熱處理工藝的設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生鞏固已學(xué)熱處理知識(shí)、學(xué)習(xí)使用工具書(shū)、增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)等是大有裨益的。§2零件的技術(shù)要求及選材2.1工作條件和技術(shù)要求 軸承廣泛用于柴油機(jī)、拖拉機(jī)、機(jī)床、汽車和火車等各種機(jī)械設(shè)備與車輛上，它有軸承內(nèi)套、外套、滾動(dòng)體和保護(hù)器四部分組成的。內(nèi)套緊裝于主軸上，隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。而外套則裝在軸承座中靜止不動(dòng)，在軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，內(nèi)套和滾動(dòng)體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和滾動(dòng)，在高速運(yùn)動(dòng)下服役，承受點(diǎn)或線的接觸的周期性的高壓交變載荷和應(yīng)力的作用，因此容易造成局部應(yīng)力集中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些特殊用途的軸

6、承想著高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷、高溫、低溫、特大型、特小型、低噪聲發(fā)展。例如，軸承轉(zhuǎn)速Dn值已達(dá)到4000000r/min；承受局部接觸應(yīng)力達(dá)4000MPa；工作溫度達(dá)600以上；超低溫度達(dá)到-350；有的軸承最大直徑達(dá)4.1m、質(zhì)量達(dá)到7700kg；辦公室自動(dòng)化機(jī)器等小型軸承則要求抑制噪聲。滾動(dòng)體和內(nèi)外套三者之間既呈現(xiàn)滾動(dòng)又呈現(xiàn)滑動(dòng)，故會(huì)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦，因此在分析上述過(guò)程中可知，滾動(dòng)軸承的損壞形式為接觸疲勞破壞和磨損，要求滾動(dòng)體與內(nèi)外套應(yīng)具有高的抗疲勞性能和耐磨性，有良好的尺寸穩(wěn)定性，才能確保軸承高的使用壽命。所以軸承鋼的零件熱處理后的硬度要求見(jiàn)JB/T 1255-2001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，套圈硬度一

7、般為5765HRC；鋼球硬度一般為5866HRC，滾子硬度一般為5765HRC。以球軸承為例。 圖1.向心球軸承及其載荷分布情況2.2材料的選擇 本課程設(shè)計(jì)所要求的軸承鋼為高碳鉻鋼。軸承工作時(shí)，套圈與滾動(dòng)體之間呈點(diǎn)接觸或線接觸，承受著集中的周期性交變載荷，并在其高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，同時(shí)存在著滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦。因此疲勞斷裂和磨損是軸承破壞的主要形式?；谳S承的工作條件和破壞形式，對(duì)軸承鋼的性能提出以下要求：具有高的接觸疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度；具有高的彈性極限和屈服極限；具有一定的韌性；據(jù)有良好的尺寸穩(wěn)定性；具有一定的抗腐蝕性能；具有高而均勻的硬度與耐磨性；具有良好的工藝性能。根據(jù)其性能要求，在材料選擇上，

8、也注意以上幾點(diǎn)，通常選用高鉻軸承鋼來(lái)制造軸承零件，如GCr15。其含碳量為 0.95%1.05%，鉻元素的含量為0.5%1.65%,確保高硬度的要求。鉻元素的加入明顯提高了鋼的淬透性，同時(shí)細(xì)化了晶粒，淬火后在馬氏體晶體基體上分布細(xì)小的、均勻的碳化物，不會(huì)出現(xiàn)纖維狀的碳化物。鉻還能提高低溫回火的穩(wěn)定性。因此適合制造軸承。2.3化學(xué)成分及合金元素的作用GCr15為常用的高碳鉻鋼的一種，是應(yīng)用最廣泛的的一種軸承鋼，用于制造中小型軸承，也可以制造部分大型軸承。表1.GCr15鋼化學(xué)成分（%）鋼號(hào)CSiMnCrGCr150.951.050.150.350.250.451.401.65MoPS0.100.

9、0250.025表2. GCr15鋼常溫下的物理性能硬度HV抗拉強(qiáng)度MPa縱向彈性模數(shù)/MPa平均線膨脹系數(shù)a/-1密度gcm-3材料熱處理772156918612100000.0000017.85淬火GCr15所含元素的作用：碳 保證軸承在淬火和低溫回火后得到高硬度、高耐磨性和高的接觸疲勞性能。鉻 可以增加淬透性，還能部分溶于滲碳體形成較穩(wěn)定的合金滲碳體，熱處理后得到的細(xì)小的均勻的碳化物，對(duì)提高鋼的耐磨性，尤其是對(duì)提高解除疲勞強(qiáng)度十分有利。鉻還能提高馬氏體的低溫回火穩(wěn)定性，熱處理后得到均勻的高硬度，從而有效地提高鋼的耐磨性。硅、錳 以進(jìn)一步提高淬透性，適合制造大軸承。但是錳會(huì)增加鋼的過(guò)熱傾向

10、，含量過(guò)高會(huì)引起殘留奧氏體量增加。硅還會(huì)增加鋼中氧化夾雜，故需要加以限制。鉬 主要作用是提高鋼的淬透性，改善力學(xué)性能，特別是具有提高韌性的效果。此外還可以提高鋼的耐磨性和滲碳性能，鉬含量在此類鋼中一般在1.00%以下。 磷、硫 嚴(yán)格控制有害元素磷和硫量，磷在加熱時(shí)會(huì)促使晶粒長(zhǎng)大，并增加鋼的脆性，降低硬度、增加淬火開(kāi)裂傾向。硫會(huì)增加鋼中硫化夾雜。§3熱處理工藝課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟3.1相變點(diǎn)的確定 GCr15軸承鋼是一種高碳鉻鋼，當(dāng)向高碳鉻軸承鋼加入硅和錳合金元素后，它的多元狀態(tài)圖變得更加復(fù)雜了。硅的作用主要是引起相變點(diǎn)A1、A3、Acm升高，從而使?fàn)顟B(tài)圖的A區(qū)趨于封閉；錳的作用則是引

11、起S點(diǎn)左移，并使A1、A3下降，Acm升高，造成A區(qū)擴(kuò)大。鋼中硅幾乎全部溶入固溶體中，而錳除一部分溶入固溶體之外，其余則形成滲碳體型碳化物（Fe，Cr，Mn）3C。通過(guò)查找資料，可知Fe-C-Cr狀態(tài)圖上含1.6%Cr的垂直截面：圖2.Fe-C-Cr狀態(tài)圖上含1.6%Cr的垂直截面表3. GCr15鋼的臨界點(diǎn)項(xiàng)目Ac1AcmAr1Ms溫度/745900700240 3.2 熱處理工藝工藝流程及目的鉻軸承鋼零件的產(chǎn)生工藝路線一般如下:軋制正火球化退火機(jī)械加工淬火冷處理低溫回火磨加工附加回火成品1. 正火工藝 如果毛坯鍛造工藝不當(dāng)，出現(xiàn)沿奧氏體晶界析出的二次網(wǎng)狀碳化物和條狀珠光體組織，因?yàn)樗鼈冊(cè)陔S

12、后的球化退火過(guò)程中不能完全消除，從而影響零件的使用壽命，所以先采用正火工藝來(lái)消除這些組織。有粗大的網(wǎng)狀碳化物的GCr15鋼， 采用900950的加熱溫度，工件透熱后保溫4060min，正火。若正火的加熱溫度過(guò)高，在冷卻過(guò)程中也易析出網(wǎng)狀碳化物，故需要采用較快的冷卻速度。在油或水中冷卻時(shí)，冷至500時(shí)應(yīng)取出，以免產(chǎn)生裂紋。 正火的目的:改善或消除網(wǎng)狀碳化物，提高沖擊韌度。 退火時(shí)過(guò)熱組織的返修。 細(xì)化原始組織，為提高抗回火穩(wěn)定性做準(zhǔn)備2. 球化退火工藝 經(jīng)過(guò)鍛造后的工件，如果其顯微組織為細(xì)片狀珠光體，則可直接進(jìn)行球化退火。其目的是：降低硬度，便于切削加工，獲得均勻的分布的細(xì)顆粒珠光體、為淬火做好

13、準(zhǔn)備，改善熱處理的綜合力學(xué)性能，消除加工硬化，增加塑性。GCr15鋼通常采用等溫退火。其工藝是將剛才加熱到780810，保溫36個(gè)小時(shí)，然后再690750，保溫4個(gè)小時(shí)以上，以便組織全部球化。790被認(rèn)為最佳的球化加熱溫度。因?yàn)榧訜釡囟冗^(guò)高，大量碳化物溶解，球化結(jié)晶核心少，球化后為粗大的球狀珠光體或部分片狀組織；加熱溫度偏低，球化退火后組織中仍保留尚沒(méi)轉(zhuǎn)變的片狀珠光體。最佳的等溫球化退火工藝如圖:790±10700隨爐降溫550出爐 溫度 溫度/0時(shí)間3h4h 圖3. 高碳鉻軸承鋼等溫球化退火工藝曲線 球化退火的目的: 使片狀珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)粒珠光體，為淬火準(zhǔn)備 良好的原始組織。降低硬

14、度使其易于切削加工。 提高塑性使其易于冷拉、沖壓、冷輾。3. 淬火工藝一般采用淬火和低溫回火，其目的是提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性與抗疲勞性能。GCr15鋼的淬火溫度為820860，溫度太高，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱組織，使軸承的韌性和疲勞強(qiáng)度下降；溫度過(guò)低，奧氏體中溶解Cr、C數(shù)量減少，影響淬火后的硬度。軸承工件的淬火組織中馬氏體和殘余奧氏體是不穩(wěn)定相，室溫下停留時(shí)間過(guò)久，將會(huì)導(dǎo)致工件尺寸發(fā)生變化，使軸承的精度降低，所以，軸承淬火后，應(yīng)及時(shí)采用160±10的低溫回火，回火時(shí)間一般為24個(gè)小時(shí)。 淬火的目的: 充分發(fā)揮材料的各種綜合性能潛力，提高硬度、強(qiáng) 度、耐磨性、接觸疲勞性能等，并為回火提供優(yōu)

15、良的馬氏體組織，以便最終獲得最佳綜合強(qiáng)韌化的性能。4. 冷處理 對(duì)于精密軸承零件，冷處理是淬火的繼續(xù)，目的是讓淬火后的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而減少殘留奧氏體量，以提高零件的尺寸穩(wěn)定性。冷處理工藝的溫度一般為-60-80，保溫時(shí)間為24小時(shí)，冷處理后恢復(fù)到室溫在4小時(shí)內(nèi)進(jìn)行回火，以防止零件開(kāi)裂。 冷處理的目的: 使淬火過(guò)程中未能充分轉(zhuǎn)變的殘留奧氏體繼續(xù)向馬氏體轉(zhuǎn)變，除能提高零件的尺寸穩(wěn)定性，還能略微提高零件的硬度和防銹性能。有時(shí)也能利用馬氏體比體積大這一原理用冷處理來(lái)挽救因尺寸縮小而報(bào)廢的產(chǎn)品。5.回火的目的:零件淬火后必須及時(shí)進(jìn)行回火。回火可以減少并穩(wěn)定殘余應(yīng)力，穩(wěn)定組織，避免裂紋和變形，

16、適當(dāng)降低硬度而大幅度提高韌性，使零件最終獲得最佳配合的綜合強(qiáng)韌性的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定 性。6.附加回火：淬火未經(jīng)冷處理的軸承零件，在磨削加工時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磨削應(yīng)力，低溫回火時(shí)未能完全消除的殘留應(yīng)力在磨削加工后會(huì)重新分布。這倆種應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致尺寸發(fā)生變化，甚至?xí)a(chǎn)生龜裂。為此，應(yīng)在進(jìn)行一次附加回火，回火溫度為120160，保溫時(shí)間為510h，或更長(zhǎng)。回火的目的:回火的作用是消除磨削應(yīng)力，進(jìn)一步穩(wěn)定組織，以便于提高零件的尺寸穩(wěn)定性。熱處理工藝參數(shù)的制定 根據(jù)時(shí)間計(jì)算公式=a×K×D 【其中K-裝爐修正系數(shù)，D-工件有效厚度（mm），a-由鋼種決定的加熱系數(shù)（min/mm）】，以及經(jīng)驗(yàn)公

17、式等，查找資料，將工藝參數(shù)制表如下：1） 裝爐修正系數(shù)K的確定：圖4.工件在爐內(nèi)不同排布方式的加熱時(shí)間修正值裝爐修正系數(shù)K取1.8。2）由鋼種決定的加熱系數(shù)a（min/mm）的確定： 表 4. 鋼加熱系數(shù)工件材料工件直徑/mm<600箱式爐中加熱750850鹽浴中加熱或預(yù)熱800900箱式爐或井式爐中加熱10001300高溫鹽爐中加熱碳鋼50>500.30.40.40.51.01.21.21.5合金鋼0.450.500.500.551.21.51.51.8高合金鋼0.300.400.300.350.170.20高速鋼0.300.350.650.850.160.180.160.18奧

18、氏體化溫度為：860。3）工件有效厚度的確定：下表為不同形狀和尺寸的工件加熱計(jì)算時(shí)的特征尺寸及形狀系數(shù)表，有此可計(jì)算出工件的有效厚度為：D=直徑×形狀系數(shù)=50×1.0=50mm。表5.狀和尺寸的工件加熱計(jì)算時(shí)的特征尺寸及形狀系數(shù)工件形狀特征尺寸s形狀系數(shù)k球球徑0.7立方體邊長(zhǎng)0.7圓柱直徑1.0棱形邊長(zhǎng)1.0環(huán)環(huán)寬度1.5環(huán)厚度1.5板厚度1.5管材壁厚開(kāi)口通管2.0；長(zhǎng)管4.0；閉口管4.03.2.3熱處理工藝卡片填寫(xiě)見(jiàn)附表1 熱處理工藝卡片。3.2.4操作過(guò)程中的注意事項(xiàng)1鍛造后必須經(jīng)過(guò)球化退火后才能進(jìn)行加工。2球化退火時(shí)應(yīng)注意加熱溫度和保溫溫度之間的區(qū)別，并保證足

19、夠的球化退火時(shí)間。3球化退火后先爐冷后空冷，減少殘余應(yīng)力。4淬火時(shí)應(yīng)嚴(yán)防表面氧化，脫碳。5回火不足時(shí)，應(yīng)注意油浴爐底部溫度偏低。6球化退火應(yīng)先將工件放在爐口緩慢升溫后才能放入爐內(nèi)。7淬火加熱時(shí)應(yīng)注意控制加熱速度。8淬火預(yù)熱時(shí)應(yīng)保證足夠的預(yù)熱時(shí)間，使工件溫度均勻化。9嚴(yán)格控制奧氏體化溫度和加熱時(shí)間。10控制冷卻的時(shí)間，減少奧氏體穩(wěn)定化。11控制回火溫度，回火保溫時(shí)間，保證碳化物的析出，從而保證硬度和紅硬性。12回火冷卻時(shí)應(yīng)空冷至室溫后再進(jìn)行下一次回火，得到較多的回火馬氏體。13淬火加熱時(shí)，遇到突然停電，應(yīng)立即從爐中去除工件，空冷。重新加熱淬火前必須經(jīng)過(guò)退火，否則，將出現(xiàn)萘狀端口。14淬火后應(yīng)及時(shí)

20、回火。15回火出爐工件應(yīng)隨吊籃一起空冷，不能將工件堆放進(jìn)行空冷。16中溫預(yù)熱和高溫加熱的鹽浴應(yīng)嚴(yán)格校正。17在生產(chǎn)中要經(jīng)常檢查控溫儀表，常用光學(xué)高溫計(jì)核對(duì)爐溫的準(zhǔn)確性。18大批工件進(jìn)行淬火時(shí)必須進(jìn)行試淬，淬火后檢查淬火晶粒度，調(diào)節(jié)爐溫。19在球化退火和回火過(guò)程中應(yīng)注意添加足夠的保護(hù)劑，減少工件表面的氧化脫碳。3.3熱處理設(shè)備的選擇 球化退火、淬火的設(shè)備：為了減少軸承鋼在熱處理過(guò)程中的氧化、脫碳，采用中溫箱式保護(hù)氣氛電阻爐。 圖5.中溫箱式保護(hù)氣氛電阻爐 中溫箱式保護(hù)氣氛電阻爐：額定功率75kW,最高工作溫度950,爐膛尺寸(mm):800×900×550,重量5350kg.

21、回火設(shè)備：中溫井式電阻爐圖6.中文普通井式電阻爐型號(hào)額定功率/kW額定電壓/V相數(shù)額定溫度/爐膛尺寸（直徑X深度）/mm在890時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)空爐損耗功率/kW空爐升溫時(shí)間/h最大裝載量/kg井式電阻爐403803950600X80092.5350清洗設(shè)備：廢水池。烘干設(shè)備：烘箱。3.4 夾具的設(shè)計(jì)或選用及零件的擺布 因?yàn)镚Cr15軸承鋼在熱處理時(shí)，種類較多，以及零件小，所以?shī)A具在這忽略。3.5組織特點(diǎn)與性能分析細(xì)粒狀碳化物高碳鉻軸承鋼的淬火溫度為830860，經(jīng)油淬后，可獲得細(xì)小的均勻的奧氏體晶粒度（58級(jí)），固溶體中的碳含量一般在0.5%0.6%（質(zhì)量），隱晶馬氏體基體上分布著細(xì)小的均勻分布的

22、粒狀碳化物，其含量為7%8%（體積），并含有少量殘留奧氏體。這樣的話，組織在性能上可得到最高硬度，彎曲強(qiáng)度和韌度，根據(jù)資料，馬氏體基體上碳含量在0.45%時(shí)疲勞性能最好，若馬氏體基體中碳含量固定在0.45%時(shí)，則碳化物在4%6%(體積)為宜，所以，在有些情況下，可以降低鋼中碳含量是有利的。軸承零件在淬火工藝中應(yīng)盡量減少氧化脫碳，為了防止氧化脫碳，我們?cè)跓崽幚磉^(guò)程中，可以采用保護(hù)氣氛加熱或者是真空加熱。退火組織和性能在等溫球化退火過(guò)程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榱钪楣怏w。當(dāng)片狀過(guò)共析原始組織的奧氏體體化溫度較低時(shí)，其中片狀碳化物雖已溶解，但奧氏體的成分極不均勻，且由于大量未溶二次碳化物的存在，將為A1以下

23、等溫時(shí)共析碳化物的析出提供了非均質(zhì)晶核，股促進(jìn)了粒狀珠光體的形成。如圖7.GCr15鋼鍛造后經(jīng)球化退火，使鋼中的碳化物球狀化。球化退火可降低硬度，改善切削性能；獲得均勻組織，改善熱處理工藝性能；可經(jīng)淬火、回火后得到良好的綜合性能。 圖7.GCr15鋼常規(guī)等溫球化退火組織3.5.3火組織和性能GCr15軸承鋼的淬火組織是由淬火馬氏體、殘余奧氏體和剩余碳化物組成。軸承鋼的淬火溫度一般為820860，其加熱溫度從倆個(gè)方面來(lái)影響淬火組織和性能。加熱溫度越高，碳化物溶解越多，奧氏體中碳化物及合金元素含量越高，淬透性（如圖8）和淬火硬度上升，在適宜的加熱溫度和保溫時(shí)間淬火，可獲得良好的金相組織與硬度的最佳

24、配合，如圖5.18。淬火加熱溫度若果太低，會(huì)使奧氏體中合金元素固容量不足，油冷后會(huì)出現(xiàn)非馬氏體組織，使硬度和強(qiáng)度下降，如圖9.當(dāng)淬火溫度過(guò)高時(shí)，碳化物大量溶解，并均勻化，阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的碳化物逐步減少，甚至消失，晶粒開(kāi)始粗話，淬火后，會(huì)出現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)針狀或者粗大針狀馬氏體組織，形成的過(guò)熱組織或者嚴(yán)重過(guò)熱組織，殘留奧氏體增多，強(qiáng)度和韌性都達(dá)不到要求。圖8.淬回火馬氏體組織 圖9.大量屈氏體組織 表6.GCr15鋼不同淬火溫度與組織性能的關(guān)系由表5.8可知，淬火組織為以片狀馬氏體為主。隨著淬火加熱溫度的升高，奧氏體中含碳量增加，片狀馬氏體量也隨之增多。當(dāng)基體中碳含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.6%時(shí)，淬火組織為

25、孿晶馬氏體為主。GCr15軸承鋼在820860加熱淬火，基體中含碳量在0.5%0.6%之間，力學(xué)性能最好。 圖10.GCr15軸承鋼淬透性曲線如圖所示，是GCr15軸承鋼的淬透性曲線，至水冷端的距離越遠(yuǎn)，其硬度越低。當(dāng)冷卻到馬氏體點(diǎn)Ms之下時(shí)，過(guò)冷奧氏體即發(fā)生馬氏體相變。馬氏體相變也分形核及成長(zhǎng)兩個(gè)階段，但成長(zhǎng)速度很快，形核后不到萬(wàn)分之一秒即生長(zhǎng)完畢，因此馬氏體轉(zhuǎn)變速度幾乎完全是由形核速度所控制。馬氏體轉(zhuǎn)變量只與溫度有關(guān)，隨溫度下降轉(zhuǎn)變量增加；與保溫時(shí)間無(wú)關(guān)，恒溫停留不會(huì)使馬氏體量增加，反而會(huì)帶來(lái)其他的問(wèn)題。馬氏體點(diǎn)Ms與奧氏體的化學(xué)成分有關(guān)。其中碳的影響最大，碳含量增加，Ms點(diǎn)降低；合金元素

26、W、Mo、Cr、V均使Ms點(diǎn)降低。淬火溫度高，保溫時(shí)間長(zhǎng)，使奧氏體中的碳和合金元素含量增加，因而使Ms點(diǎn)下降。軸承鋼淬火后的基體組織中除了馬氏體之外，還有的殘余奧氏體。殘余奧氏體的數(shù)量與Ms點(diǎn)有關(guān)。鋼中的碳含量愈高，淬火溫度愈高，則使殘余奧氏體量愈多。在淬火時(shí)中斷冷卻，也會(huì)使殘余奧氏體量增加，并且中斷冷卻的溫度愈高，則殘余奧氏體量也愈多。淬火溫度對(duì)殘余奧氏體，剩余碳化物的影響，如圖圖11.淬火溫度對(duì)GCr15鋼硬度、殘余滲碳體和殘余奧氏體的影響3.5.4火組織和性能軸承鋼淬火后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火，以提高零件的組織及尺寸的穩(wěn)定性，提高力學(xué)性能。揮霍一般采用160保溫3h或者更長(zhǎng)?；鼗鸾M織為回火馬氏體

27、+彌散分布的碳化物+少量殘留奧氏體。回火后硬度在6266HRC。軸承零件的尺寸不穩(wěn)定性的基本原因在于存在有內(nèi)應(yīng)力和殘留奧氏體，增加組織穩(wěn)定性和減少應(yīng)力常用的措施是進(jìn)行冷處理和附加回火。特別是對(duì)于精密軸承，為了保證零件的穩(wěn)定性，必須要求消除殘留奧氏體。一般采用淬火后立即進(jìn)行冷處理。軸承在磨削加工后腰進(jìn)行消除磨削應(yīng)力的回火，一般應(yīng)根據(jù)軸承精密等級(jí)來(lái)選取不同的保溫時(shí)間和回火次數(shù)。回火可以減小并穩(wěn)定殘余應(yīng)力，穩(wěn)定組織，避免裂紋和變形。軸承鋼中碳化物經(jīng)過(guò)細(xì)化處理和采用低溫回火，可以獲得碳化物和晶粒同時(shí)發(fā)展的效果。淬回火后殘留碳化物均勻、細(xì)小、圓整，組織中黑白區(qū)不很明顯，帶狀碳化物和液析碳化物基本消除，淬

28、回火馬氏體組織細(xì)小、均勻，從而對(duì)軸承鋼接觸疲勞壽命的提高帶來(lái)非常有利的影響。 如圖是用不同含碳量的鋼淬回火后，使其馬氏體含碳量和殘余奧氏體含量相同而未溶碳化物含量不同，經(jīng)160回火后的力學(xué)性能。從圖可知，未溶碳化物少量增高對(duì)硬度增高值不大，反映強(qiáng)度和韌性的壓碎載荷則有所降低，對(duì)應(yīng)力集中的敏感的解除疲勞壽命則明顯降低，所以適當(dāng)?shù)亟档洼S承鋼的含碳量是提高制件使用壽命的途徑之一。圖12.高碳鉻鋼淬回火后未溶碳化物對(duì)硬度、壓碎載荷和接觸疲勞壽命的影響 圖13.GCr15鋼回火溫度和回火時(shí)間對(duì)硬度的影響3.5.5GCr15軸承鋼的過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變 GCr15軸承鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖GCr15軸承鋼在A

29、1至馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)之間，過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變分為珠光體型高溫轉(zhuǎn)變和貝氏體型中溫轉(zhuǎn)變；而過(guò)冷至Ms點(diǎn)以下時(shí)，則屬于馬氏體型非等溫轉(zhuǎn)變。過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍和最短孕育期，隨著其中鉻、碳、錳等元素的實(shí)際含量而改變，并取決于奧氏體化時(shí)的加熱溫度、保溫時(shí)間以及原始組織的分散度。如圖是GCr15軸承鋼經(jīng)860和1050奧氏體后所測(cè)得的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖：圖14.GCr15鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖（TTT）根據(jù)GCr15軸承鋼在860奧氏體化的等溫轉(zhuǎn)變曲線，A1至520之間過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為碳化物與鐵素體片相間分布的珠光體型組織，并隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低 ，片間距相應(yīng)減小。520245

30、之間則為貝氏體型組織，其中，500400等溫時(shí)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為羽毛狀上貝氏體，而在350以下則為針狀下貝氏體。 根據(jù)GCr15軸承鋼在1050的等溫轉(zhuǎn)變曲線可知，當(dāng)二次碳化物全部固化時(shí)，圖上出現(xiàn)了二次碳化物開(kāi)始析出曲線（其最不穩(wěn)定溫度約為700左右），即過(guò)冷奧氏體在發(fā)生珠光體或者貝氏體轉(zhuǎn)變之前，將首先沿奧氏體晶界析出網(wǎng)狀碳化物。二次碳化物的析出主要取決于冷卻速度，其析出的數(shù)量不僅與碳在奧氏體中的過(guò)飽和度有關(guān)，而且碳化物形成元素的擴(kuò)散條件也具有一定的影響。由于這些元素沿奧氏體晶界的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)大于晶內(nèi)擴(kuò)散，故二次碳化物多沿晶界析出，從而形成斷續(xù)或連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀。通過(guò)GCr15鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線可估算，網(wǎng)狀碳化物析出的臨界冷卻速度約為12/s，所以過(guò)冷奧氏體在實(shí)際冷卻過(guò)程中為了避免網(wǎng)狀碳化物的析出，應(yīng)控制好冷卻速度，且不低于5070/min。§4 總結(jié) 根據(jù)工藝流程及目的制定總的熱處理工藝如圖：790±10700隨爐降溫550出爐 溫度 溫度/時(shí)間/t3h4h硬度：6266HRC830160±10退火淬火回火2-4h-60-802-4h冷處理§5收獲和體會(huì) 這次課程設(shè)計(jì)我與方濤同學(xué)一組，進(jìn)行了GCr15軸承鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)