滚动轴承钢及其热处理.ppt

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材料物理化学系生产实习技术讲座：

滚动轴承钢及其热处理,钢的热处理,一、热处理概述将固态的金属通过加热保温冷却的方法，改变其内部的组织结构，从而获得使用性能的一种工艺方法。

二、钢的退火与正火1、退火：

退火是将钢加热到奥氏体转变温度以上某一温度，保温一定时间,然后随炉冷却500以下出炉空冷，以获得接近于平衡状态组织的一种工艺方法。

2、正火：

正火是钢加热到Ac3或Accm以上某一温度，保温一定时间，使钢的组织全部奥氏体化，然后从炉中取出，在空气中冷却的一种工艺法。

退火与正火通常用于毛坯另件的预备热处理。

其目在于：

改善或消除钢在铸造、轧制、锻造、焊接过程中所造成的各种组织缺陷。

细化晶粒，为最终热处理做好组织准备。

降低硬度，改善组织，便于切削加工。

退火后组织正火后组织,三、钢的淬火与回火1、淬火:

1）、概述：

淬火：

淬火是将钢或合金加热到临界温度Ac1或Ac3以上3050，保温一定时间，使钢的组织全部或大部分奥氏体化，然后在水或油等介质中快速冷却，以得到高硬度的淬火马氏体工艺方法。

2）、目的：

提高硬度和耐磨性；提高弹性；提高强韧性；提高耐蚀性和耐热性。

总之，钢的强度、硬度、耐磨性、弹性、韧性、疲劳强度等等，都可以利用淬火与回火使之大大提高，所以，淬火是强化钢铁的主要手段之一。

3）、淬火温度的选择：

选择淬火温度的原则是获得均匀细小的奥氏体。

亚共析钢：

t=Ac3+（3050），组织为马氏体。

共析钢和过共析钢：

t=Ac1+（3050），组织为细马氏体加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体。

合金钢：

一般淬火温度为临界点以上50100。

提高淬火温度有利于合金元素在奥氏体中充分溶解和均匀。

4）、淬火方法：

常用的淬火操作方式有四种：

单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温。

1单液淬火：

将钢加热到奥氏体后，在一种淬火介质中冷却的淬火称为单液淬火。

一般情况下，碳钢采用水淬（包括各种水溶液）。

合金钢采用油淬（包括冷却能力与油相近似的其它介质），直径小于5毫米的碳钢零件也可采用油淬。

2双介质淬火：

将钢加热到奥氏体化后，先在冷却能力较强的介质（如水）中，待其冷却到Ms点稍上，即300400时，立即转入另一种冷却速度较弱的淬火介质（如油或空气）中进行冷却，以降低马氏体区的冷速，从而减小淬火应力，防止开裂变形，直至马氏体转变结束，称为双液淬火。

生产中常用是水油双液淬火（水淬油冷），有时也用水空气双液淬火（水淬空冷）。

淬火后的组织（板条马氏体）,2、回火回火是将淬火后的钢重新加热到A1以下的某一温度，保温一定时间后，在油或空气中冷却的一种热处理工艺。

（1）低温回火（150250）。

低温回火的组织为回火马氏体，能降低内应力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。

用于工具、模具、轴承、渗碳件及经表面淬火的工件。

（2）中温回火（350500）中温回火的组织为回火索氏体，具有较高弹性和一定韧性，主要用于弹簧的处理。

（3）高温回火（500650）高温回火组织为回火索氏体，具有良好的综合力学性能。

习惯上将淬火加高温回火相结合的热理处称作调质处理，简称“调质”。

调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿轮等。

滚动轴承钢及其热处理,一、轴承分类,滑动轴承滚动轴承,在滑动摩擦下工作的轴承在滚动摩擦下工作的轴承,滑动轴承,特点：

工作平稳、可靠、无噪声。

在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。

结构：

轴颈、轴瓦、轴承衬,滑动轴承材料：

轴承合金（巴氏合金）、耐磨铸铁、铜基和铝基合金、粉末冶金材料、塑料、橡胶、硬木和碳-石墨，聚四氟乙烯、改性聚甲醛,应用：

一般在低速重载工况条件下，或者是维护保养及加注润滑油困难的运转部位。

滚动轴承,特点：

使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。

与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。

结构：

外圈，内圈，滚动体和保持架,滚动轴承材料：

套圈和滚动体通常采用强度高、耐磨性好的滚动轴承钢,应用：

一般在中速、轻载工况条件下,二、滚动轴承结构,

（1）内圈

（2）外圈（3）滚动体（4）保持架,

（1）、

（2）、（3）均为滚动轴承钢（4）为低碳钢（球轴承）和有色金属（滚柱轴承）,1、高的接触应力（可高达300035000MPa）并且有滚动和滑动,磨损和接触疲劳,表面具有高硬度、耐磨性和接触疲劳强度,选材：

高碳钢,失效形式:

三、滚动轴承服役条件,2、对于尺寸较大的轴承，承受的力也很大，并且还会有一定的冲击,选材：

渗碳钢,断裂,失效形式:

大的轴承要有较高的韧性,滚动轴承钢必须有高而均匀的耐磨性，高的弹性极限和接触疲劳强度，足够的韧性和淬透性，同时在大气和润滑剂中具有一定的抗腐蚀能力。

四、轴承钢的化学成分,1、0.951.1%C2、0.41.65%Cr淬透性和耐磨性（Fe，Cr）3C3、0.450.75%Si0.951.25%Mn提高淬透性4、P0.025%S0.025%减少夹杂物，提高疲劳寿命,GCr9GCr15GCr9SiMnGCr15SiMn,常用钢号,五、轴承钢热处理特点,目的：

如果终锻温度比较高和锻造后冷却速度比较慢，会出现网状碳化物的缺陷。

这种网状碳化物在球化退火时不易被消除，需要在球化退火前用正火工艺进行消除。

（一）正火和球化退火,1、正火,正火工艺,目的：

1、便于切削加工207229HBS2、为淬火作组织准备粒状珠光体在加热时渗碳体不容易溶解，得到含碳量为0.450.6%左右的A+未溶渗碳体，渗碳体呈细小球状均匀分布在奥氏体基体上，奥氏体晶粒非常细小，淬火后得到隐针M和均匀分布在M上的未溶碳化物，硬度、接触疲劳强度和耐磨性都很高。

2、球化退火,球化退火工艺,

（二）淬火和回火,淬火加热温度对高碳钢组织和性能影响非常大。

当加热温度高于Ac1后，随加热温度升高，会发生如下变化：

1、加热温度对组织和性能的影响,1、奥氏体的含碳量,2、残余奥氏体,3、晶粒,随A含碳量不断升高，马氏体硬度不断升高，韧性降低。

残余奥氏体含量不断升高，导致淬火后硬度略有降低。

晶粒不断长大，淬火后组织由隐针M变为粗大透镜状M，强度和韧性降低。

2、淬火、回火工艺,（三）冷处理,对于精密轴承，要求残余A要少，否则在使用过程中因残余A转变为M而使尺寸变化。

淬火后立即冷到-79-80保持12h，回火后可使残余A减少到5%左右。

冷处理后可使硬度提高2HRC左右。

多次回火也可以使尺寸稳定。

对精密轴承，磨削后还要进行时效处理，在低于回火温度的温度下保温510h，消除内应力，稳定尺寸。

（四）时效处理,对于高速铁路轴承和矿山、冶金机械上使用的轴承，承受载荷大，对韧性要求高。

为了提高韧性，可以采用等温淬火方法进行处理。

（五）等温淬火,等温温度选在Ms点附近，得到M+B下+A+K。

六、轴承零件的生产工艺路线,棒料（球化退火状态）冷镦粗磨淬火加低温回火磨研磨（抛光）,无缝管（球化退火状态）机加工淬火加低温回火粗磨研磨（抛光）,锻造球化退火机加工淬火加低温回火粗磨研磨（抛光）,

（一）钢球、滚柱,

（二）微型、小型套圈,（三）小型、中型、大型,