轴承钢材料及热处理2.ppt

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张志宏20100720o轴承钢的牌号及用途o轴承钢的生产o轴承零件的热处理o轴承钢的热处理检验o常见质量问题及处理o轴承钢分类轴承钢分类:

o轴承钢一般可分为高碳铬轴承钢，渗碳轴承钢,不锈轴承钢,回转支承轴承用钢和特殊性能钢.型号类别钢种高碳铬轴承钢GCr15GCr15SiMnGCr15SiMoGCr18Mo渗碳轴承钢G20CrMo（A）G20CrNiMo（A）（C-8620）G20CrNi2Mo（A）（C-4320）G20Cr2Ni4（A）G10CrNi3Mo（A）（E-9310）G20Cr2Mn2Mo（A）不锈轴承钢9Cr189Cr18Mo1Cr134Cr13回转支承轴承用钢42CrMo5CrMnMo50Mn特殊性能钢Cr4Mo4VQBe2o常用轴承钢世界主要国家的牌号（化学成分相近）:

中国美国日本德国SKFGCr1552100SUJ2100Cr6SKF3GCr15SiMn52100.1100CrMn6SKF2GCr18Mo100CrMo7SKF24G20CrNiMo8620SNCM22021NiCrMo22506G20CrNi2Mo4320SNCM22G20Cr2Ni43316SNC81514NiCr14中外高碳铬轴承钢化学成分比较（重量%）元素GCr15SUJ252100100Cr6SKF3C0.95-1.050.95-1.100.93-1.050.93-1.050.93-1.05Si0.15-0.350.15-0.350.15-0.350.15-0.350.15-0.35Mn0.25-0.450.500.25-0.450.25-0.450.25-0.45Cr1.40-1.651.30-1.601.35-1.601.35-1.601.35-1.65S0.0250.0250.0150.0100.015P0.0250.0250.0250.0250.025Mo0.100.080.100.100.10Ni0.300.250.250.300.25Cu0.250.250.300.300.30中外高碳铬轴承钢化学成分比较（重量%）元素GCr15SUJ252100100Cr6SKF3Ni+Cu0.50O0.00150.00150.00150.00150.0015Al0.050.050.05Ti0.0030.003Ca0.001As0.040Sn0.030Sb0.005Pb0.002常用轴承钢的化学成分（重量%）成分牌号CSiMnCrPSNiCuMoGCr150.95-1.050.15-0.350.25-0.451.40-1.650.0250.0250.300.250.10GCr15SiMn0.95-1.050.45-0.750.95-1.251.40-1.650.0250.0250.300.250.10GCr18Mo0.95-1.050.20-0.400.25-0.401.65-1.950.0250.0200.250.250.15-0.25G20CrNiMo0.17-0.230.15-0.400.60-0.900.35-0.650.0300.0300.40-0.700.250.15-0.30G20CrNi2Mo0.17-0.230.15-0.400.40-0.700.35-0.650.0300.0301.60-2.000.250.20-0.30G20Cr2Ni40.17-0.230.15-0.400.30-0.601.25-1.750.0300.0303.25-3.750.25中国GB美国AISI日本JIS德国DIN法国NF瑞典SS1442CrMo4140SCM44042CrMo442CD422445CrMnMoSKT540CrMnMo750Mn1053S50C1674回转支承轴承用钢各国编号对照:

o冶炼浇铸扩散退火清理开坯轧制（球化退火）o我国轴承钢材料的主要生产厂家有:

兴澄特钢、东北特钢、大冶钢厂、上钢五厂、郑州永通、西宁特钢、无锡特钢、重钢、本钢等。

o材料及热处理标准主要有GB/T18254-2002,JB/T1255-2001,JB/T8881-2001等.o高碳铬轴承钢棒材交货状态主要有热轧退火棒材/热轧不退火棒材（锻件）/冷拔退火棒材等，渗碳轴承钢是热轧（正火）材。

o高碳铬轴承钢制造的零件：

套圈：

热轧不退火棒材锻造球化退火车削热处理淬回火（贝氏体淬火）磨削附加回火磨削装配滚动体：

热轧不退火棒材热冲（锻造）球化退火车削热处理淬回火磨削（附加回火）磨削装配退火棒材冷冲车削热处理淬回火磨削（附加回火）磨削装配o渗碳轴承钢制造的零件：

套圈及滚动体：

棒材锻造（冷热冲）正火车削渗碳淬回火（高温回火+热处理淬回火）磨削装配热处理:

将金属材料加热至一定的温度,保温一定的时间,然后以一定的速度冷却下来的工艺方法.金属材料通过正确的热处理方法,可以获得所需的性能.T保温冷却加热0t1.退火退火:

定义:

将材料加热到一定温度,保温一定时间,然后缓慢冷却下来的方法.目的:

消除内应力,降低硬度,便于车削加工;改善组织,为最终热处理做组织准备.工艺方法:

扩散退火,去应力退火,再结晶退火,（等温）球化退火,时效处理等.特别要注意等温球化退火的快冷阶段，防止网状碳化物的析出及退火组织的不均匀。

7901072010炉冷650GCr15轴承钢球化退火工艺0t锻造组织500X球化退火组织500X片状珠光体球状珠光体2.正火正火:

定义:

将金属材料加热到较高（Ac3或Acm以上）的温度,保温一定时间,然后空冷下来的一种工艺.目的:

便于车削加工;改善组织.对于高碳钢轴承零件,一般用正火来消除网状组织或消除退火过热的片状组织,在球化退火前进行正火处理可以细化晶粒。

对于渗碳钢轴承零件，锻造后的正火便于切削加工；对于要求较高的轴承零件，一般渗碳后正火，然后高温回火，再进行淬火及低温回火处理。

3.淬火淬火:

定义:

将金属材料加热到Ac1以上温度,保温一定时间,然后快速冷却下来的一种工艺.目的:

提高硬度,强度,耐磨性，对于冶金轴承还要有较高的韧性.高碳铬轴承钢淬火分为马氏体淬火和贝氏体淬火。

工艺：

马氏体淬火：

显微组织为隐晶或细小结晶马氏体,残留碳化物和残留奥氏体.贝氏体淬火：

显微组织为下贝氏体,残留碳化物和残留奥氏体.o淬火注意事项：

淬火注意事项：

淬火组织一定不能粗大，加热时间要保证；可采用低温慢速的办法。

加热气氛的碳势要维持在1.0%C左右，保证零件表面没有脱贫碳。

优化工艺参数，尽量减少变形；要认识到淬回火再整形是不得已的措施，整形后会留下质量隐患。

贝氏体淬火一定要保证在盐浴中的淬火时间（GCr15最低4小时，GCr18Mo最低5小时）,以保证组织的转变时间。

淬火介质对产品的质量非常重要。

PM+K+A4.冷处理冷处理:

由于残留奥氏体不稳定,为减少它,需要把工件冷到室温以下继续淬火,这种方法就是冷处理.由于马氏体转变终了点在-70左右,因此,冷处理温度一般是-70-90.由于马氏体转变的不完全性,冷处理后仍保留有少量的残留奥氏体.冷处理必须在淬火后马上进行，一般不能超过30分钟，更不能回火后冷处理，不然冷处理的效果会大大降低；冷处理后，要自然冷到室温马上回火。

如需要继续减少残留奥氏体,可采用:

冷处理+活化处理+冷处理+回火对于冶金轴承，除非有很高的尺寸稳定性要求，一般不进行冷处理。

5.回火回火:

定义:

将淬火后的零件加热到一定温度,保温一定时间,然后冷却下来的一种工艺.目的:

减少内应力,稳定组织和尺寸,获得所需要的性能.工艺方法:

低温回火,中温回火,高温回火.注意事项：

轴承零件通常采用低温回火,一般为150200,对于尺寸稳定性较高要求的可采用多次回火的办法,或适当提高回火温度的办法（行业内常称高温回火）.附加回火：

在粗磨后进行回火，附加回火的温度要低于原回火温度，目的是为了减少或消除磨削应力，进一步稳定组织和尺寸。

5.渗碳处理渗碳处理:

定义:

在一定温度,一定气氛,一定时间下,将工件表面层渗入碳原子,提高工件表面含碳量,通过适当的热处理工艺,获得所需性能的工艺.目的:

提高表面硬度和耐磨性,心部仍保持高的韧性.工艺方法:

气体渗碳,固体渗碳,液体渗碳./（浅层,中层,深层）.化学热处理的基本过程主要由介质分解表层吸收扩散三个基本步骤组成。

注意:

渗碳温度一般比较高（90090）.渗碳时间一般比较长（0.050.10mm/Hr）.渗碳介质一般为甲醇，煤油,乙醇,苯,丙烷等等.渗碳钢一般为低碳（合金）钢。

820-840（GCr15）800-820（GCr15SiMn）150200油冷0t-70-80850-880（GCr18Mo）840-860（GCr15）APABMs230-240盐浴AM0t910-940890150200油冷0t原材料（锻件）的检验项目原材料（锻件）的检验项目:

o化学成分,氧含量。

o表面缺陷（裂纹/折叠/结疤/气泡等）o低倍组织（偏析/缩孔/疏松/白点/发纹等）o显微组织（非金属夹杂物/碳化物网状,碳化物带状,碳化物液析/脱碳/退火组织等）o退火硬度o尺寸热处理检验项目热处理检验项目:

尺寸：

圆度/（翘曲/锥度）/留量/硬度：

表面硬度/硬度均匀性/硬度稳定性/心部硬度组织：

马氏体/贝氏体/屈氏体/脱贫碳（/碳化物网状/碳化物带状/非金属夹杂物）/残余奥氏体等裂纹：

软点：

断口：

牌号热处理特点有效壁厚退火HB正火（HB）淬火HRC回火HRCGCr15马氏体淬火12mm179-2076360-6512-30mm6258-64贝氏体淬火15mm58-6215mm58-62GCr15SiMn马氏体淬火12mm179-2176360-6512-30mm6258-64GCr18Mo贝氏体淬火30mm179-21758-6230mm57-61渗碳钢渗碳淬火22962-6660-64（心部30-45）金属材料的机械性能一般有强度,硬度,塑性,韧性等.1.1.硬度硬度:

定义:

金属材料抵抗外力压入的能力.一般常用的硬度试验有:

布氏硬度:

HB用一定的负荷P,将淬硬钢球压入金属表面,卸载后留下一直径为d的球面压痕.生产上一般测得压痕直径,可直接查表.布氏硬度一般使用在硬度较低的材料检验.洛氏硬度:

HR根据压头和载荷不同,可分为HRC,HRB,HRA等等.洛氏硬度试验与布氏硬度试验原理相同,但不同的是:

洛氏硬度是测量压痕的深度,并以0.002mm深度作为一个硬度单位.HR=（K-h）/0.002生产上洛氏硬度的值直接在硬度计刻度盘上指示出来.HRC:

一般是测量硬度较高的材料.HRB:

一般是测量硬度较低的材料,可以代替HB.HRA:

一般是测量硬度较高的材料或薄壁材料或宽度小的零件.维氏硬度:

HV里氏硬度:

HL几种硬度的换算可以查表.2.2.强度与塑性强度与塑性:

金属材料抵抗变形或断裂的能力.一般有抗拉强度/抗压强度/抗弯强度/抗扭强度等.测量材料的抗拉性能采用静拉伸试验抗拉试验:

b（Rm）抗拉强度,s（Re）屈服强度;（A）延伸率,（Z）截面收缩率它们是衡量材料强度和塑性的重要指标.3.3.韧性韧性:

材料的韧性可以通过做冲击试验来获得,一般用k（KV）表示.k=Ak/F检验仪器-布氏硬度计检验仪器-维氏硬度计检验仪器-显微镜光学显微镜500X扫描电子显微镜2500XX500X100X100X500X500X1.硬度：

o退火硬度：

热处理前要检验退火状态的零件硬度及组织。

GCr15:

179-207HB（88-94HRB）,其他为179-217HB（88-97HRB）.若硬度不合格（过高、过低或不均匀），都要认真分析原因，可能对淬火产生影响（如，硬度不够，脱碳，过热，椭圆大等）。

o淬回火硬度：

壁厚不大于12mm时，淬火后63HRC，回火后60-65HRC；可能会遇到客户提出特殊的硬度要求，如61-64HRC等，但回火后硬度公差范围要大小于3HRC；正常淬火时，硬度值主要取决于回火温度。

硬度均匀性：

标准规定