【文章內(nèi)容簡介】 山機械、電機軸承、通用機械用軸承鋼球。其中滾動體 8 材料必須具有的特性：接觸疲勞強度高；硬度高；純潔度高；耐磨性好；組織穩(wěn)定性好；機械加工性能好。因此滾動體的材料要求有高的硬度和接觸疲勞強度、良好的耐磨性和沖擊韌性。常用的軸承材料，一般用強度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造。 根據(jù)這樣的工作條件，對材料要求如下： ①有較高的彈性極限和疲勞強度。能耐微塑性變形； ②材料致密，非金屬夾雜少，顯微組織均勻； ③通過熱處理能得到很高的硬度，而且硬度均勻，無軟點，在長時期保持硬度穩(wěn)定不變，淬 透性要好，或能淬硬至必要深度，同時要求通過機械加工能夠得到很高的表面光潔度，以保證有很好的耐磨性和較低的摩擦系數(shù)； ④有較好的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性； ⑤在制成的成品應(yīng)有很好的尺寸穩(wěn)定性，能在較長的工作或庫存以后，保持尺寸與幾何精度在合格的范圍內(nèi)； 當(dāng)然，還要求加工的工藝性要好。以上為軸承鋼球?qū)Σ牧系囊?，而對于特殊工況下的軸承鋼球，除滿足上述一般要求外，根據(jù)其對耐高溫、抗腐蝕、無磁性、超低溫、高精度、特長壽命的特殊要求，應(yīng)該選用相應(yīng)的特殊軸承鋼球材料。 軸承鋼球的失效 在機、電、工業(yè)中，軸承是應(yīng)用最為廣 泛的基礎(chǔ)件之一，尤其是滾動軸承。無論是普通的機械設(shè)備、運輸工具還是航空、航海、航天，凡是有轉(zhuǎn)動的地方，就有軸承鋼球在工作。顯然，確保軸承鋼球在各種環(huán)境條件下都能正常工作，是十分重要的。軸承鋼球在工作中喪失其規(guī)定功能，從而導(dǎo)致故障或不能正常工作的現(xiàn)象稱為失效。軸承鋼球失效的原因往往是多因素的，但在一般情況下，大體上可以從外來因素和內(nèi)在因素。 外來因素主要是指安裝調(diào)整、使用保養(yǎng)、維護修理等是否符合技術(shù)要求。安裝條件是使用因素中的首要因素之一，軸承往往因安裝的不合適而導(dǎo)致整套軸承各零件之間的受力狀態(tài)發(fā)生變化，軸承 將在不正常的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)并提早失效。軸承在使用時發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即查找原因，進行調(diào)整，使其恢復(fù)正常。對潤滑劑質(zhì)量和周圍介質(zhì)、氣氛進行分析檢驗也很重要。這些都是導(dǎo)致軸承鋼球失效的主要外在因素。 9 內(nèi)在因素主要是指設(shè)計、制造工藝和材料質(zhì)量等決定軸承質(zhì)量的三大因素。也可稱之為制造質(zhì)量因素。結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理當(dāng)然不可能有合理的軸承鋼球的壽命 。只有結(jié)構(gòu)設(shè)計同時具有合理性和先進性，才會有較長的軸承壽命。軸承鋼球的制造要經(jīng)過鋼材冶煉、鍛造、沖壓、熱處理、車削、磨削和裝配等多種加工工序。最直接影響成品軸承鋼球質(zhì)量的是熱處理和磨削加工工 藝。隨著冶金技術(shù)的提高，原材料質(zhì)量得到較大的改善，在軸承鋼球失效分析中所占的比重已經(jīng)明顯下降，但至今它仍然是軸承鋼球失效的主要影響因素之一。另外，選材是否得當(dāng)仍然是軸承鋼球失效必須考慮的因素。畢業(yè)設(shè)計論文代做平臺 《 580 畢業(yè)設(shè)計網(wǎng)》 是專業(yè)代做團隊 也有大量畢業(yè)設(shè)計成品提供參考 3139476774 3449649974 軸承失效的形式與負荷大小有關(guān)，轉(zhuǎn)速高低等工作條件以及軸承的精度有關(guān)。 主要失效形式： a、接觸疲勞（疲勞磨損）失效； b、沾附和磨粒磨損失效；c、斷裂失效； d、塑形變形失 效； e、腐蝕和腐蝕磨損 。f、失效游隙變化失效 為了防止軸承零件和成品在加工、存放和使用過程中被腐蝕生銹，要求軸承鋼應(yīng)具有良好的防銹性能。 大多失效原因是由于裝配有毛病，密封不良而造成損壞的。為使軸承能夠正常運轉(zhuǎn)，避免零件表面直接接觸，減少軸承內(nèi)部的磨擦及磨損。提高軸承性能，延長軸承的使用性能，必須對軸承進行潤滑 軸承鋼表面處理技術(shù) : 軸承鋼通常在 450～ 650℃溫度中就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，結(jié)果因過大的形變而不能繼續(xù)使用，一般不加保護的軸承鋼的耐火極限為 15 分鐘左右。這一時間的 長短還與構(gòu)件吸熱的速度有關(guān)。 要使軸承鋼材料在實際應(yīng)用中克服防火方面的不足，必須進行防火處理，其目的就是將軸承鋼的耐火極限提高到設(shè)計規(guī)范規(guī)定的極限范圍。防止軸承鋼在火災(zāi)中迅速升溫發(fā)生形變塌落，其措施是多種多樣的，關(guān)鍵是要根據(jù)不同情況采取不同方法，如采用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒軸承鋼，降低熱量傳遞的速度推遲軸承鋼溫升、強度變?nèi)醯臅r間等。但無論采取何種方法，其原理是一致的。下面介紹幾種不同軸承鋼的防火保護措施。 10 一、外包層。就是在軸承鋼外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，也可以采用噴涂法?，F(xiàn)澆成型的實 體混凝土外包層通常用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來加強，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現(xiàn)場對軸承鋼表面涂抹砂泵以形成保護層，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿，也可以摻入珍珠巖或石棉。同時外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預(yù)制板，采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在軸承鋼上。 二、充水 (水套 )?？招男洼S承鋼內(nèi)充水是抵御火災(zāi)最有效的防護措施。這種方法能使軸承鋼在火災(zāi)中保持較低的溫度，水在軸承鋼內(nèi)循環(huán)，吸收材料本身受熱的熱量。受熱的水經(jīng)冷卻后可以進行再循環(huán)，或由管道引入涼水來取代受熱的水。 三、屏蔽。軸承鋼設(shè)置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻之間的空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的。這是一種最為經(jīng)濟的防火方法。 四、膨脹材料。采用軸承鋼防火涂料保護構(gòu)件，這種方法具有防火隔熱性能好、施工不受軸承鋼幾何形體限制等優(yōu)點，一般不需要添加輔助設(shè)施，且涂層質(zhì)量輕，還有一定的美觀裝飾作用，屬于現(xiàn)代的先進防火技術(shù)措施。 目前，高層軸承鋼建筑日趨增多，尤其是一些超高層建筑，采用軸承鋼材料更為廣泛。高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)事故，火不是在短時間內(nèi)就能撲滅的，這就要求我 們在建筑設(shè)計時，加大對建筑材料的防火保護，以增強其耐火極限，并在建筑內(nèi)部制訂必要的應(yīng)急方案，以減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。 軸承鋼是質(zhì)量要求很嚴(yán)格的鋼類。目前對軸承鋼提出的要求有：用戶免加工和檢查、提高質(zhì)量、規(guī)格細化和提高尺寸精度等，而且，對這些要求的重要程度越來越高。為滿足這些要求， JFE 制鋼使用了各種保證產(chǎn)品質(zhì)量和進行精加工的設(shè)備生產(chǎn)軸承鋼。這些設(shè)備與新開發(fā)的提高質(zhì)量的技術(shù)相結(jié)合，可以生產(chǎn)尺寸范圍寬、質(zhì)量高、附加值高的熱處理和熱軋軸承鋼。 GCr15 軸承鋼球一般加工路線 球坯成型（冷鐓成型）→銼削（光球 ）→軟磨→熱處理（球化退火 +淬火 +低溫回火）→硬磨→細研→精研→（或拋光）→超精研 冷鐓工序的主要是為了沖壓出合格的球坯，同時可使鋼材在冷鐓過程中成分 11 更加均勻，有效減少缺陷（夾雜、偏析等不良組織）含量，使工件組織缺陷的影響減小到最小，為后續(xù)工序做好形狀上和組織上的準(zhǔn)備。 銼削（光球）工序設(shè)計為了去除球坯的環(huán)帶和兩極，糾正鐓壓偏差，統(tǒng)一鋼球直徑公差。 軟磨工序是為了去除銼削加工后遺留下的銼齒齒痕，銼削疲勞及材料的脫碳層，以提高熱處理前的鋼球精度，使工件外形更接近所需尺寸，為以后工序留好加工余量，以防后續(xù)加工出 現(xiàn)尺寸偏差無法補救。 熱處理工序是為了使鋼球形成合適的內(nèi)部組織，具有一定硬度，以保證它具有一定的強度和耐磨性能等。 鋼球一般熱處理工藝順序： 預(yù)備熱處理（球化退火）→最終熱處理（淬火 +低溫回火） 硬磨工序是為了糾正軟磨工序的球形誤差以及清除熱處理時的尺寸變形、脫碳層、氧化皮和表皮組織缺陷使工件的尺寸符合工件所需尺寸，達到技術(shù)要求，同時通過硬磨在表層形成加工硬化層，進一步提高工件的力學(xué)性能。 細研工序是為了使硬磨后的鋼球滿足所需求的精度要求，減小鋼球表面粗糙度，為以后工序的研磨打下良好的基礎(chǔ)。 拋光通常在表面 處理后進行，其目的是去除金屬表面細微劃痕，降低工件的表面粗糙度值，使工件獲得裝飾性外觀，同時也使工件在使用過程中減小摩擦阻力，尤其是球體類零件，可以先主增強其使用壽命。 精研和超精研工序進一步改善鋼球的球形誤差和減小表面粗糙度，提高表面質(zhì)量，達到標(biāo)準(zhǔn)。 GCr15 軸承鋼球熱處理工藝設(shè)計與分析 熱處理分為淬火 . 回火 正火 退火 淬火與回火：軸承鋼的淬火與回火是熱處理工藝中很重要的、應(yīng)用非常廣泛的工序。淬火能顯著提高鋼的強度和硬度。如果再配以不同溫度的回火，即可消除（或減輕）淬火內(nèi)應(yīng)力，又能得到強度、硬度 和韌性的配合，滿足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的兩道熱處理工藝。 （ 1）淬火是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大于臨界冷卻速度（ Vc）冷卻，以得到馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。 12 （ 2）回火是將淬火鋼加熱至 A1 點以下某一溫度保溫一定時間后，以適當(dāng)方式冷到室溫的熱處理工藝。它是緊接淬火的下道熱處理工序，同時決定了鋼在使用狀態(tài)下的組織和性能，關(guān)系著工件的使用壽命，故是關(guān)鍵工序。 退火：退火是生產(chǎn)中常用的預(yù)備熱處理工藝，是把鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近 平衡組織的熱處理工藝。其目的是消除或減少鑄、鍛及焊件的內(nèi)應(yīng)力與化學(xué)成分的組織不均勻性；能改善和調(diào)整鋼的機械性能及工藝性能，為我們的旋削加工工序作好組織準(zhǔn)備（簡單的說：降低硬度，便于加工，為淬火做準(zhǔn)備）。而我們所使用的鋼材實際上在鋼廠就進行“球化退火”處理（加熱到 750－ 770 度，保溫一定時間，在緩慢冷卻到 600 度以下空冷）。鋼的退火工藝種類頗多，有完全退火、不完全退火、等溫退火、球化退火和擴散退火等；也有再結(jié)晶退火、去應(yīng)力和去氫退火等； 同樣，對于不銹鋼的軸承產(chǎn)品，也必須經(jīng)過這樣的熱處理工藝，當(dāng)然 淬火的曲線（溫度和時間）有所不同，溫度更高（ 1040177。 10℃），時間相對也長。而且在分級淬火后半個小時內(nèi)還要進行深冷處理（前面對此已經(jīng)作過論述），其主要作用是減少組織中的殘余奧氏體，穩(wěn)定組織，提高套圈精度的穩(wěn)定性。但是，在深冷處理時也要控制奧氏體的含量不能過少，因為一定量殘余奧氏體有利于軸承壽命的提高。 預(yù)先熱處理工藝設(shè)計 預(yù)先熱處理是球化退火，因此只要討論球化退火工藝設(shè)計。 球化目的：使鋼球中碳化物球化，并均勻化學(xué)成分，達到改善機械加工性能，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，并為零件最終熱處理準(zhǔn)備合適的內(nèi)部組織 。球化退火后獲得細球狀珠光體，硬度低，易于切削加工，表面光潔度較高。球化退火后的細球狀珠光體可改善鋼熱處理后的最終力學(xué)性能。 球化退火方法：將鋼加熱到稍低于或稍高于 Ac1 的溫度或者使溫度在 A1 上下周期變化，然后緩慢冷下來，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。 球化退火設(shè)計方案一 （ 1） 球化退火方案一工藝及設(shè)備 將鋼球加熱到 780810℃，保溫 26h 后，隨爐冷至 600℃取出空冷，退火方 13 案一曲線圖見圖 2。 圖 2 球化退火方案一曲線圖 設(shè)備選擇： RX3159 箱式爐。其設(shè)備如圖 3 所示。 圖 3 RX3159 箱式爐 （ 2） 球化退火方案一分析： ①退火溫度 GCr15 軸承鋼的熱處理加熱范圍為 780810℃，而 790℃被認(rèn)為是最合適的溫度，在此溫度加熱，部分碳化物溶解，細鏈狀碳化物也可以消除。細小未融的碳化物較多，所形成的奧氏體成分不均勻，于是在冷卻時，為融碳化物變成核心，滲碳體在晶界區(qū)和晶粒內(nèi)碳濃度較高的區(qū)域以球狀析 出，形成球化組織。如果加熱溫度過高，奧氏體成分均勻，片狀珠光體溶解量過少，冷卻時的結(jié)晶核心減少，形成的珠光體將呈片狀。如果溫度過低，片狀珠光體溶解不充分，奧氏體成分不均勻，則冷卻過程中，碳化物沿原片狀層析出或呈細小的鏈狀。在球化退火時奧氏化是“不完全”的，只是片狀珠光體轉(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，則在球化退火時間 空冷 溫度 780810℃ 爐冷 26h 14 前須先進行正火，將其消除，才能保證球化退火正常進行。 普通球化退火是將鋼加熱到 Ac1 以上 20～ 30℃，保溫適當(dāng)時間，然后隨爐緩慢冷卻， 冷到 600℃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 的溫度進行等溫，等溫時間為其加熱保溫時間的 倍。等溫后隨爐冷卻至 600℃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。 退火溫度為 780810℃時，退火硬度最低，溫度過高或過低均使硬度升高 ②保溫時間 從完成組織轉(zhuǎn)變的過程來看，具有正常鍛造組織的 GCr15 軸承鋼球在 780℃時，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變在 510min 內(nèi)可完成。適當(dāng)延長保溫時間，可降低 網(wǎng)狀滲碳體的級別如果保溫 3040min，可使＜ 級的網(wǎng)狀碳化物基本球化。因此退火保溫時間實際上一個小時就夠了。但對于大批量生產(chǎn)來說，由于爐內(nèi)溫度不易均勻，通常需要保溫 26h，這視工件大小、裝爐量、裝爐方式及原始組織不均勻而定。 ③退火冷卻 球化退火冷卻速度決定了碳化物的分散度。冷卻速度大時，珠光體轉(zhuǎn)變的形核率增加，會形