【導(dǎo)讀】預(yù)先熱處理工藝設(shè)計(jì)········································12. 球化退火設(shè)計(jì)方案二································&#18

　　

【正文】 GCr15 軸承鋼珠的回火組織為在隱晶馬氏體基體上均勻分布著細(xì)小的碳化物顆粒，其組織如圖 13 所示。不允許有過(guò)熱針狀馬氏體和大于 7 級(jí)的屈氏體組織。碳化物平均直徑小于 微米和碳化物網(wǎng)狀≤級(jí)為合格。 23 圖 13 回火后組織圖 ③斷口 回火后斷口為灰色綢褶狀斷口。不應(yīng)有過(guò)熱、欠熱和碳化物網(wǎng)狀大于 3 級(jí)的 小亮點(diǎn)斷口。 鋼球一般熱處理工藝流程最終確定 （ 1）預(yù)備熱處理選擇：球化退火設(shè)計(jì)方案一 （ 2）最終熱處理選擇：淬火設(shè)計(jì)方案一 + 低溫回火 （ 3）熱處理具體流程： 鋼球球化退火（加熱到 790℃）→保溫 4 小時(shí)左右→爐冷至 600℃出爐空冷至室溫→將鋼球加熱到 840℃淬火→保溫一段時(shí)間→取出油冷→將鋼球加熱到150℃ 180℃回火→保溫 4 小時(shí)左右→取出油冷至室溫 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文代做平臺(tái) 《 580 畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng)》 是專業(yè)代做團(tuán)隊(duì) 也有大量畢業(yè)設(shè)計(jì)成品提供參考 3139476774 3449649974 鋼球熱處理后的潤(rùn)滑與防銹 潤(rùn)滑是保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件，不論采用任何種類(lèi)的潤(rùn)滑形式，潤(rùn)滑在軸承中都能起著減少金屬間的摩擦，減緩其磨損的作用，從而延長(zhǎng)軸承的使用壽命。在采用油和脂作潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑時(shí)，滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑摩擦面上會(huì)形成一層在一定條件下能使相對(duì)滑動(dòng)表面隔離，并能傳遞負(fù)荷的潤(rùn)滑膜，也正由于這層彈性流體動(dòng)力膜的存在。從而保證了滾動(dòng)軸承能在高頻率接觸力下長(zhǎng)時(shí)間地正常運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足了現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備性能的要求。軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中，內(nèi)部各零件存在著不同形式、不同程度的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致摩擦發(fā)熱和磨損，甚 至燒傷。因此軸承鋼球必須有可靠的潤(rùn)滑。 軸承的防銹工作是軸承管理的重要方面。一般普通級(jí)精度的軸承的有效防銹 24 期，自軸承制造廠出廠日期起不應(yīng)少于 12 月，精密級(jí)軸承或經(jīng)特殊防銹處理和包裝的軸承，其有效防銹期自軸承制造廠出廠日期起不應(yīng)少于 24 個(gè)月，如果采用全密封或真空包裝的軸承、并在嚴(yán)格遵守存儲(chǔ)規(guī)則的前提下，有效防銹期可延長(zhǎng)至 5 年。 長(zhǎng)期儲(chǔ)存的軸承應(yīng)進(jìn)行防銹抽檢，抽檢周期一般為三個(gè)月，抽驗(yàn)的主要目的是檢查軸承的有效防銹日期、軸承包裝油封完好情況及是否發(fā)生銹蝕，同時(shí)檢查庫(kù)房里的防銹設(shè)施是否符合要求。 庫(kù)存軸承在驗(yàn)收或 檢查過(guò)程中，均需進(jìn)行： 軸承啟封→去除原油封→檢查或除銹處理→涂防銹油（脂）→軸承內(nèi)包裝→軸承外包裝。 GCr15 鋼球熱處理后的檢驗(yàn)及缺陷分析 鋼球熱處理后組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能及檢驗(yàn) （ 1） GCr15 軸承鋼球最終組織 GCr15 軸承鋼球最終的組織為隱晶或細(xì)小結(jié)晶狀馬氏體和細(xì)小殘余碳化物和少量殘余奧氏體。圖 7 為鋼球熱處理后的組織圖 圖 14 GCr15 鋼球熱處理后組織圖 （ 2） GCr15 軸承鋼球檢驗(yàn)項(xiàng)目 GCr15 軸承鋼球硬度符合要求 要達(dá)到 61HRC 或以上硬度，有符合標(biāo)準(zhǔn)的接觸疲勞強(qiáng)度、耐磨性、沖擊韌性、尺寸穩(wěn)定性、彈性極限、防銹性能等。 鋼球經(jīng)最終加工完成后，均應(yīng)進(jìn)行一次綜合性的全面檢查，以保證能夠達(dá)到符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的技術(shù)條件，最終檢測(cè)時(shí)，對(duì)測(cè)量溫度、測(cè)量?jī)x器、測(cè)力及支撐點(diǎn)都是有特定要求的。 25 ①鋼球表面外觀質(zhì)量檢查 包括鋼球表面質(zhì)量和表面粗糙度。鋼材表面質(zhì)量通常用肉眼檢查，肉眼檢查必須在散光燈下進(jìn)行二次 100％的目視外觀檢查，以挑出各種廢品和缺陷。對(duì)經(jīng)超精研加工的鋼球，還要在表面粗糙度測(cè)量?jī)x上測(cè)表面粗糙度，對(duì)于低噪音軸承采 用的鋼球要測(cè)量鋼球振動(dòng)值。 ②鋼球的硬度檢查 在洛式硬度計(jì)上檢查其硬度，并抽取一定數(shù)量成品鋼球進(jìn)行壓碎載荷或壓縮試驗(yàn) ③高倍組織檢查 高倍組織用金相顯微鏡進(jìn)行檢查，檢驗(yàn)的項(xiàng)目有：退火組織（放大 500 倍）脫碳層深度（放大 100 倍），在鋼材的橫截面上檢查。碳化物液析、碳化物帶狀、非金屬夾雜物（放大 100 倍）在鋼材的縱向截面上檢查。 熱處理后缺陷分析及其質(zhì)量的控制 退火缺陷分析及防止辦法 退火由于加熱或冷卻不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)一些與預(yù)期目的相反的組織，造成缺陷。常見(jiàn)的退火缺陷有硬度過(guò)高 ，組織反常，表面脫碳等。 （ 1）硬度過(guò)高 中高碳鋼退火的重要目的之一是降低硬度，便于切削加工，因而對(duì)退火后的硬度有一定要求，但是如果退火時(shí)加熱溫度過(guò)高，冷卻速度過(guò)塊，特別是合金元素高、過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定的鋼，就會(huì)出現(xiàn)索氏體、屈氏體、甚至貝氏體、馬氏體組織。因而硬度高于規(guī)定的硬度范圍。 防止方法：為了獲得所需硬度，應(yīng)重新進(jìn)行退火，調(diào)整工藝進(jìn)行二次退火；先進(jìn)行正火然后進(jìn)行退火 （ 2）反常組織 其組織特征是：在亞共析鋼中，在先共析鐵素體晶界上有粗大的滲碳體存在，珠光體片間距也很大。在過(guò)共析鋼中，在先共 析滲碳體周?chē)泻軐掕F素體條，而先共析滲碳體網(wǎng)也很寬出現(xiàn)反常組織的原因是：當(dāng)亞共、析鋼或過(guò)共析鋼退火時(shí)，在 Ar1 點(diǎn)附近冷卻過(guò)慢，特別在略低于 Ar1 點(diǎn) (例如低10)℃的溫度下長(zhǎng)期停留。這種組織的形成過(guò)程是待先共析相析出后，在后續(xù)的珠光體轉(zhuǎn)變中，鐵素體或滲碳體自由長(zhǎng)大，而形成游離著的鐵素體或滲碳體 .結(jié)果在亞共析鋼中出現(xiàn)非共析滲碳體，而在過(guò)共析鋼中出現(xiàn)游離鐵素體。反常組織見(jiàn)圖 15。這和正常組織相反 ,因而稱為反常組織。反常組織將造成淬火軟點(diǎn)。 26 圖 15 反常組織 防止方法：出現(xiàn)這種組織時(shí)應(yīng)進(jìn)行重新退火消。 （ 3）表面脫碳 軸承鋼球在熱處理過(guò)程中，如果是在氧化性介質(zhì)中加熱，表面會(huì)發(fā)生氧化作用使零件表面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，造成表面脫碳。表面脫碳層的深度超過(guò)最后加工的留量就會(huì)使零件報(bào)廢。表面脫碳層深度的測(cè)定在金相檢驗(yàn)中可用金相法和顯微硬度法。以表面層顯微硬度分布曲線測(cè)量法為準(zhǔn)，可做仲裁判據(jù)。表面脫碳一般如圖 16 所示 圖 16 表面脫碳 防止方法：加強(qiáng)對(duì)原材料和鍛件 的脫碳控制；正確執(zhí)行工藝，防止跑溫；盡可能不進(jìn)行正火和不重復(fù)退火；提高爐子密封性，在中性火焰爐中加熱。 淬火缺陷分析及質(zhì)量控制 常見(jiàn)的淬火缺陷有過(guò)熱、欠熱、淬火裂紋、變形、表面脫碳、軟點(diǎn)等． （ 1）過(guò)熱 從軸承零件粗糙口上可觀察到淬火后的顯微組織過(guò)熱。但要確切判斷其過(guò)熱的程度必須觀察顯微組織。若在 GCr15 鋼球的淬火組織中出現(xiàn)粗針狀馬氏體，則為淬火過(guò)熱組織。形成原因可能是淬火加熱溫度過(guò)高或加熱保溫時(shí)間太長(zhǎng)造成的全面過(guò)熱；也可能是因原始組織帶狀碳化物嚴(yán)重，在兩帶之間的低碳區(qū)形成局部馬氏體針 狀粗大，造成的局部過(guò)熱。過(guò)熱組織中殘留奧氏體增多，尺寸穩(wěn)定性下降。由于淬火組織過(guò)熱，鋼的晶體粗大，會(huì)導(dǎo)致零件的韌性下 27 降，抗沖擊性能降低，軸承的壽命也降低。過(guò)熱嚴(yán)重甚至?xí)斐纱慊鹆鸭y。淬火過(guò)熱組織見(jiàn)圖 17。 圖 17 過(guò)熱組織 質(zhì)量控制方法：合理制定工藝，嚴(yán)格執(zhí)行工藝；改善爐溫均勻性；裝爐量合理，放置要均勻；嚴(yán)格控制原材料及鍛件質(zhì)量降低淬火溫度；按材料標(biāo)準(zhǔn)控制碳化物不均勻程度；提高退火質(zhì)量，使退火組織為均勻細(xì)粒狀珠光體。 （ 2）欠熱 淬火溫度偏低或冷卻不良則會(huì)在顯微組織中產(chǎn)生超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的托氏體組織，稱為欠熱組織，它使硬度下降，耐磨性急劇降低，影響軸承壽命。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文代做平臺(tái) 《 580 畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng)》 是專業(yè)代做團(tuán)隊(duì) 也有大量畢業(yè)設(shè)計(jì)成品提供參考 3139476774 3449649974 防止方法：提高淬火溫度；合理制定工藝，嚴(yán)格執(zhí)行工藝；改善爐溫均勻性；裝爐量合理，放置要均勻；控制冷卻速度不宜過(guò)快。 （ 3）淬火裂紋 軸承零件在淬火冷卻過(guò)程中因內(nèi)應(yīng)力所形成的裂紋稱淬火裂紋。造成這種裂紋的原因有：由于淬火加熱溫度 過(guò)高或冷卻太急，熱應(yīng)力和金屬質(zhì)量體積變化時(shí)的組織應(yīng)力大于鋼材的抗斷裂強(qiáng)度；工作表面的原有缺陷（如表面微細(xì)裂紋或劃痕）或是鋼材內(nèi)部缺陷（如夾渣、嚴(yán)重的非金屬夾雜物、白點(diǎn)、縮孔殘余等）在淬火時(shí)形成應(yīng)力集中；嚴(yán)重的表面脫碳和碳化物偏析；零件淬火后回火不足或未及時(shí)回火；前面工序造成的冷沖應(yīng)力過(guò)大、鍛造折疊、深的車(chē)削刀痕、油溝尖銳棱角等?？傊?，造成淬火裂紋的原因可能是上述因素的一種或多種，內(nèi)應(yīng)力的存在是形成淬火裂紋的主要原因。鋼球裂紋如圖 18 所示。 28 圖 18 淬火裂紋 防止方法：降低淬火溫度；提高零件出油溫度或提高淬火油溫度；降低車(chē)加工表面粗糙度；增加去應(yīng)力工序；減少表面的脫碳，貧碳以及從設(shè)計(jì)和加工中避免零件產(chǎn)生應(yīng)力集中。 （ 4）變形 軸承零件在熱處理時(shí)，存在有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力能相互疊加或部分抵消，是復(fù)雜多變的，因?yàn)樗茈S著加熱溫度、加熱速度、 冷卻方式、冷卻速度、零件形狀和大小的變化而變化，所以熱處理變形是難免的。當(dāng)然在熱處理過(guò)程中的機(jī)械碰撞也會(huì)使零件產(chǎn)生變形，但這種變形是可 以用改進(jìn)操作加以減少和避免的。 防止方法：提高退火組織的均勻性；增加去應(yīng)力退火工序；降低淬火加熱溫度；提高加熱和冷卻的均勻性；在熱油中冷卻或壓模淬火；消除加熱和冷卻中機(jī)械碰撞等。 回火缺陷分析及防止辦法 常見(jiàn)的回火缺陷有硬度過(guò)高或過(guò)低，硬度不均勻，以及回火產(chǎn)生變形等。 （ 1）回火硬度 回火硬度過(guò)高、過(guò)低或不均勻，主要由于回火溫度過(guò)低、過(guò)高或爐溫不均勻所造成?；鼗鸷笥捕冗^(guò)高還可能由于回火時(shí)間過(guò)短。硬度不均勻的原因，可能是由于一次裝爐量過(guò)多，或選用加熱爐不當(dāng)所致。如果回火在氣體介質(zhì)爐中進(jìn)行， 爐內(nèi)應(yīng)有氣流循環(huán)風(fēng)扇，否則爐內(nèi)溫度不可能均勻。 防止方法：回火后硬度過(guò)低需返修，重新淬火回火；選擇合適的裝爐量；選擇合適的溫度進(jìn)行加熱保溫。 （ 2）變形 回火后工件發(fā)生變形，常由于回火前工件內(nèi)應(yīng)力不平衡，回火時(shí)應(yīng)力松弛或產(chǎn)生應(yīng)力重分布所致。表面脫碳后，在回火過(guò)程中可能形成網(wǎng)狀 29 裂紋。因?yàn)楸砻婷撎己?，馬氏體的比容減少，以致產(chǎn)生多向拉應(yīng)力而形成網(wǎng)狀裂紋。此外，高碳鋼件在回火時(shí)，如果加熱過(guò)快，表面先回火，比容減少，產(chǎn)生多向拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。 防止方法：采用回火校直法或熱點(diǎn)校直法。多次校直，多次加熱，或 采用壓具回火。 （ 3）回火脆性 回火后脆性的出現(xiàn)，主要由于所選回火溫度不當(dāng)，或回火后冷卻速度不夠 (笫二類(lèi)回火脆性 )所致。 防止方法：防止脆性的出現(xiàn)，應(yīng)正確選擇回火溫度和冷卻方式．一旦出現(xiàn)回火脆性，對(duì)第一類(lèi)回火脆性，只有通過(guò)重新加熱淬火，另選溫庹回火；對(duì)第二類(lèi)回火脆性，可以采取重新加熱回火，然后加速回火后冷卻速度的方法消除。 結(jié)論 本次論文討論了 GCr15 軸承鋼球的失效，并重點(diǎn)設(shè)計(jì)了鋼球從預(yù)先熱處理到最終熱處理的工藝，還分析了熱處理后所可能產(chǎn)生的熱處理缺陷，最終得到了以下結(jié)論： GCr15 鋼球在生產(chǎn) 、制造中由于會(huì)產(chǎn)生失效的同時(shí)，鋼球在使用過(guò)程中由于安裝、潤(rùn)滑等也會(huì)造成鋼球的失效。 GCr15 軸承鋼球的一般熱處理工藝路線： 將鋼球加熱到 790℃進(jìn)行球化退火，球化退火工藝是將鋼球保溫 4 小時(shí)左右，然后爐冷至 600℃出爐空冷直至室溫，再將鋼球加熱到 840℃進(jìn)行淬火，淬火保溫相應(yīng)的時(shí)間（ 1015min），然后取出油冷，最后將鋼球加熱到 150℃ 180℃進(jìn)行回火，回火保溫時(shí)間約為 4 小時(shí)，取出油冷至室溫。 雖然設(shè)計(jì)的方法多種多樣，只要能達(dá)到產(chǎn)品的性能要求且工藝成本盡量的低，就能找到一個(gè)比較完美的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于有特 殊性能要求的鋼球而言以上的方案可能存在著缺陷，但只要熟悉了設(shè)計(jì)思路，掌握了設(shè)計(jì)方法，都可以給以后不同種類(lèi)的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。 GCr15 軸承鋼球在熱處理后可能產(chǎn)生的缺陷很多，但只要我們了解工藝，嚴(yán)格按照工藝流程制造產(chǎn)品，就不會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的錯(cuò)誤，也不會(huì)使鋼球產(chǎn)生嚴(yán)重的熱處理缺陷。產(chǎn)品出現(xiàn)了缺陷也應(yīng)該及時(shí)反思自己的工藝與操作，找到解決修復(fù)的方法。產(chǎn)生的缺陷雖然可以通過(guò)一些措施修復(fù)，但能夠避免的應(yīng)該盡量避免。 30 參考文獻(xiàn) .熱處理手冊(cè)（ 2 版） .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1993 .實(shí)用軸承技 術(shù)手冊(cè) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 .實(shí)用軸承手冊(cè) .上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社， 1991 .熱處理及工程材料 .無(wú)錫：無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 2020 .鑄造合金及其熔煉 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 .金屬學(xué)與熱處理 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 ，吳鑫等 .滾動(dòng)軸承制造裝備 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 .滾動(dòng)軸承噪聲理論與實(shí)踐 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020