軸承鋼球熱處理工藝設(shè)計(jì)

1、軸承鋼球熱處理工藝設(shè)計(jì)摘 要 關(guān)鍵詞：軸承鋼球退火 淬火 回火 表面熱處理概述 鋼球發(fā)展歷程1.2. 鋼球的用途1.3. 影響鋼球質(zhì)量的因素1.3.1 材質(zhì)影響鋼球制造方法的影響1.3.3 鋼球金相組織的影響1.3國(guó)家規(guī)定鋼球壓碎負(fù)荷值設(shè)計(jì)依據(jù)2.1. 退火 2.2. 淬火 2.3. 回火 2.4. 表面處理設(shè)計(jì)正文3.1 設(shè)計(jì)流程3.2 球化退火3.3 等溫淬火3.4 回火 低溫回火回火時(shí)間回火后的冷卻3.5 . 鋼球表面熱處理3.6 . 鋼球的力學(xué)性能測(cè)試四總結(jié)參考文獻(xiàn)軸承鋼球熱處理工藝設(shè)計(jì)摘 要： 針對(duì)軸承鋼介紹鋼球熱處理工藝技術(shù)及流程，并對(duì)軸承鋼球在熱處理中出現(xiàn)的問題進(jìn)行淺析。關(guān)鍵詞：

2、軸承鋼球退火 淬火 回火 表面熱處理概述鋼球發(fā)展歷程鋼球是重要的基礎(chǔ)零部件，尤其是精密工業(yè)鋼球在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著巨大作用。在一些特殊條件下，常常需要特殊材質(zhì)的鋼球，來完成不同環(huán)境下所要求達(dá)到的功能。其實(shí)一些特殊材質(zhì)鋼球已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中，包括9Cr18、 3Cr13 不銹鋼，銅、鋁、鈦合金鋼以及瑪瑙、玻璃、陶瓷球等。它們的推廣應(yīng)用，不僅推動(dòng)了鋼球生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且也促進(jìn)了相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和科技進(jìn)步。1.2. 鋼球的用途鋼球廣泛應(yīng)用于電力、建材、礦山、冶金等領(lǐng)域。1.3. 影響鋼球質(zhì)量的因素1.3.1. 材質(zhì)影響：鋼球、鑄鐵球、合金鋼球等，不同材質(zhì)的密度不同，鋼的密度比鑄鐵的大，

3、合金鋼則依主要合金元素的密度及含量不同而不同1.3.2. 鋼球制造方法的影響：軋制及鍛打的鋼球具組織致密， 故密度大，鑄造的鑄鋼球、鑄鐵球或鑄造合金球等的組織致密，相對(duì)密度小一些。1.3.3. 鋼球金相組織的影響：馬氏體、奧氏體、貝氏體、鐵素體等不同晶體結(jié)構(gòu)下密度 也不相同，對(duì)結(jié)晶細(xì)度也有影響。1.3 .國(guó)家規(guī)定鋼球壓碎負(fù)荷值如表一及鑄造磨球的力學(xué)性能如表二。鋼球直徑（mm壓碎負(fù)荷值HRC< 3061-6630-5059-64>5058-64名稱牌號(hào)表向硬度（HRC落球沖擊疲勞壽前淬火態(tài)A淬火態(tài)B高銘鑄鐵磨球ZQCr26>56>45>8000高銘鑄鐵磨球ZQCr2

4、>56>45>8000高銘鑄鐵磨球ZQCr1>56>49>8000中鑄鐵磨球ZQCr8一>48>8000低銘鑄鐵磨球ZQCr2一>45>8000貝氏體球墨鑄鐵磨球ZQSi3>50一>8000表二設(shè)計(jì)依據(jù)為保證軸承鋼球在工作中具有高的壽命和可靠性，必須對(duì)鋼球進(jìn)行熱處理加工，以提高其硬度、剛度等力學(xué)性能。鋼球的熱處理方法和過程，與套圈熱處理大致相同，一般包括退火、淬火、回火、表面熱處理、等內(nèi)容，也有先進(jìn)的熱處理方法，如保護(hù)氣氛淬火或真空淬火。2.1. 退火 熱鐓壓后的鋼球毛坯要進(jìn)行球化退火，以得到細(xì)粒狀珠光體組織、改善機(jī)械加工

5、性能。2.2. 淬火為了提高鋼球的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和抗接觸疲勞性能，并通過回火得到良好的彈性、韌性和尺寸穩(wěn)定性等綜合力學(xué)性能，要進(jìn)行淬火處理。2.3. 回火回火可以降低內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，并在稍微降低硬度的情況下大大提高韌性和得到良好的綜合力學(xué)性能2.4. 表面處理表面處理可以使零件表面具有高的強(qiáng)度、硬度、和耐磨性，心部有一定的強(qiáng)度、足夠的塑形和韌性。設(shè)計(jì)正文3.1 設(shè)計(jì)流程鋼球球化退火（加熱到7500 C）-彳溫3小時(shí)爐冷至600° C出爐空冷至室溫將 鋼球淬入3200 C的硝酸鉀鹽浴中-保溫一段時(shí)間-取出空冷-將鋼球加熱到150°C-1700 C回火-保溫3小時(shí)左

6、右取出油冷至室溫3.2 球化退火球化退火是使鋼球中碳化物球化而進(jìn)行的退火工藝。將鋼球加熱到750 度，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。鋼球經(jīng)空冷所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過程中也容易變形和開裂。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開裂小。球化退火加熱溫度為727 度以上，保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時(shí)奧氏化是“不完全”的，只是片狀珠光

7、體轉(zhuǎn)變成奧氏體，及少量過剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物，如過共析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進(jìn)行正火，將其消除，才能保證球化退火正常進(jìn)行。普通球化退火是將鋼加熱到 Ac1以上2030C,保溫適當(dāng)時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1 的溫度進(jìn)行等溫，等溫時(shí)間為其加熱保溫時(shí)間的1.5 倍。等溫后隨爐冷至500左右出爐空冷。和普通球化退火相比，球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能嚴(yán)格地控制退火后的硬度。3.3 等溫淬火將奧氏體化鋼球加熱到3200 C并在硝酸鉀的鹽浴中，等溫保持足夠

8、長(zhǎng)的時(shí)間，使之轉(zhuǎn)化為下貝氏體組織，然后取出在空氣中冷卻。下貝氏體組織的強(qiáng)度、硬度較高而韌性良好，提高了鋼球的綜合力學(xué)性能。等溫淬火減小了鋼球與淬火介質(zhì)的溫差，從而減小了淬火應(yīng)力，又由于貝氏體的體積比馬氏體小，而且鋼球內(nèi)外溫度一致，故淬火組織應(yīng)力也小。等溫淬火可以顯著減小鋼球變形和開裂傾向。等溫淬火曲線如下圖曲線4。各種淬火方法冷卻曲線示意圖3.4 回火當(dāng)鋼球全淬成馬氏體再加熱到150° C-170° C 回火時(shí)，隨著回火溫度升高，按其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變化，分四個(gè)階段進(jìn)行：1）馬氏體的分解；2）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變；3）碳化物的轉(zhuǎn)變；4） e 相狀態(tài)的變化及碳化物的聚集長(zhǎng)大二次硬化：

9、當(dāng)鋼中含有較多的碳化物形成元素時(shí)，在回火第四階段溫度區(qū)（約為500550 ） 形成合金滲碳體或者特殊碳化物。這些碳化物的析出，將使硬度再次提高，稱為二次硬化形象?；鼗鹉康模簻p少或消除淬火應(yīng)力，提高韌性和塑性，獲得硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性的適當(dāng)配合，以滿足鋼球的性能要求。3.3.1 碳鋼的回火特性淬火鋼回火后的力學(xué)性能，常以硬度來衡量。在未完全淬透情況下，沿工件截面硬度差別隨著回火溫度的提高及回火時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小合金鋼的回火特性，基本和碳鋼類似。但對(duì)具有二次硬化現(xiàn)象的鋼則不同，也不能簡(jiǎn)單地用M參數(shù)來表征回火程度。1.1.1. 低溫回火低溫回火又稱“消除應(yīng)力回火”。回火溫度范圍為 150-250

10、 攝氏度，回火后的組織為回火馬氏體。鋼具有高硬度和高耐磨性，但內(nèi)應(yīng)力和脆性降低。經(jīng)滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為58-64HRC。1.1.2. 回火時(shí)間回火時(shí)間應(yīng)包括按工件截面均勻地達(dá)到回火溫度所需加熱時(shí)間以及按M 參數(shù)達(dá)到要求回火硬度完成組織轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間，如果考慮內(nèi)應(yīng)力的消除，則尚應(yīng)考慮不同回火溫度下應(yīng)力弛豫所需要的時(shí)間。對(duì)以應(yīng)力弛豫為主的低溫回火時(shí)間應(yīng)比表列數(shù)據(jù)長(zhǎng)，長(zhǎng)的可達(dá)幾十小時(shí)。對(duì)二次硬化型高合金鋼，其回火時(shí)間應(yīng)根據(jù)碳化物轉(zhuǎn)變過程通過試驗(yàn)確定。當(dāng)含有較多殘余奧氏體，而靠二次淬火消除時(shí)，還應(yīng)確定回火次數(shù)。1.1.3. 回火后的冷卻回火后鋼球在空氣中冷卻。以防止開裂。回火后應(yīng)進(jìn)

11、行油冷，以抑制回火脆性。在防止開裂條件下，可進(jìn)行油冷或水冷，然后進(jìn)行一次低溫補(bǔ)充回火，以消除快冷產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。3.5. 鋼球表面熱處理1 . 感應(yīng)加熱表面淬火定義：是采用一定方法使工件表面產(chǎn)生一定頻率的感應(yīng)電流，將零件表面迅速加熱，然后迅速淬火冷卻的一種熱處理操作方法。原理：如圖所示，電磁感應(yīng)產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流即渦流。渦流在工件截面上的分布是不均勻的，心部幾乎等于零，而表面電流密度極大，稱為“集膚效應(yīng)”，頻率愈高，電流密度極大的表面層愈薄。依靠這種電流和工件本身的電阻，使工件表面迅速加熱到淬火溫度，而心部溫度仍接近室溫，然后立即噴水冷卻，使工件表面淬硬。感應(yīng)加熱表面淬火示意圖分類：感應(yīng)加熱可

12、分為三類：(1)高頻加熱常用頻率為(200300) KHZ淬硬層7知變?yōu)?0.52.5) mm(2)中頻加熱常用頻率為(25008000) H乙淬硬層7劉變?yōu)?210) mm(3)工頻加熱電流頻率為50HZ不需要頻設(shè)備，城市用交流電即可，硬層深度為(1020) mm 上，城市用交流電即。優(yōu)缺點(diǎn)：感應(yīng)加熱表面淬火加熱速度快，生產(chǎn)率高，加熱溫度和淬硬層深度容易控 制，鋼球表面氧化和脫碳少，鋼球變形小，可以使全部淬火過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。2感應(yīng)表面淬火后的性能1 .表面硬度：經(jīng)高、中頻感應(yīng)加熱表面淬火的工件，具表面硬度往往比普通淬火高 23個(gè)單位(HRC。2 .耐磨性：高頻淬火后的工件耐磨性比普通

13、淬火要高。這主要是由于淬硬層馬氏體 晶粒細(xì)小，碳化物彌散度高，以及硬度比較高，表面的高的壓應(yīng)力等綜合的結(jié)果。3 .疲勞強(qiáng)度：高、中頻表面淬火使疲勞強(qiáng)度大為提高，缺口敏感性下降。對(duì)同樣材 料的工件，硬化層深度在一定范圍內(nèi)，隨硬化層深度增加而疲勞強(qiáng)度增加，但硬化層深 度過深時(shí)表層是壓應(yīng)力，因而硬化層深度增打疲勞強(qiáng)度反而下降，并使工件脆性增加。 一般硬化層深6= (1020) %D。較為合適，其中D為工件的有效直徑。2 .化學(xué)熱處理滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼 的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中 心部分仍然保持著低

14、碳鋼的韌性和塑性。3.6. 鋼球的力學(xué)性能測(cè)試試樣件送力學(xué)性能測(cè)試室進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)性能測(cè)試。(1)用落球沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試落球沖擊壽命。(2)用壓碎值試驗(yàn)儀測(cè)試鋼球壓碎負(fù)荷值6 s=HRC 。四.總結(jié)鋼球在熱處理過程中經(jīng)可能采用油劑而不要輕易采用水劑；堿浴的冷卻特性是理想的。淬火顯微裂紋是伴隨產(chǎn)物，通過對(duì)鋼球大量實(shí)驗(yàn)和測(cè)定，證明顯微裂紋是客觀存在的，它是淬火狀態(tài)下組織結(jié)構(gòu)中不可忽視的組織之一。由于它的存在極大的影響著材料的性能。由于對(duì)顯微裂紋疏忽，造成現(xiàn)行熱處理工藝設(shè)計(jì)理論依據(jù)的不完整性，即缺乏統(tǒng)籌辯證地認(rèn)識(shí)奧氏體中溶碳量的提高，是材料強(qiáng)度、硬度、抗磨性和回火穩(wěn)定性的保證；而溶碳量的提高又促使孿晶

15、馬氏體的量和微裂紋的增高，而且材料的強(qiáng)度和韌性等下降。從工藝上不僅要認(rèn)識(shí)到淬火溫度的高低是抑制顯微裂紋尺寸大小的有效途徑，還要認(rèn)識(shí)到淬火溫度的高低、過冷奧氏體的冷卻速度的快慢和回火溫度的高低與急事性是孿晶馬氏體的量、顯微裂紋的量及材料強(qiáng)度高低的關(guān)鍵影響因素。參考文獻(xiàn)1王健安.金屬學(xué)與熱處理M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980.2 汪復(fù)興.金屬物理M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19813金屬學(xué)機(jī)械性能編寫組.金屬學(xué)機(jī)械性能M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19824劉云旭.金屬熱處理原理M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19815趙連城.金屬熱處理原理M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19876熱處理手冊(cè)編委會(huì).熱處理手冊(cè)：第1卷M.3版.機(jī)械工業(yè)出版社，20017 W F史密斯.工程材料的組織與性能M.張泉，等譯.北京：冶金工業(yè)出版社，19838 黃天佑.材料加工工藝M.北京：清華大學(xué)出版社，20049韓文祥，等.工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)M.天津：天津教育出版社，199610 任福東 . 熱加工工藝基礎(chǔ)M. 北京 : 機(jī)械