滚动轴承零件材料及热处理工艺.ppt

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1、滚动轴承零件材料及热处理工艺,主讲人:李文琴,讲义内容:,第一部分滚动轴承零件的材料及选材依据第二部分铬轴承钢轴承零件的热处理、常见质量缺陷及解决方法第三部分渗碳钢轴承零件的热处理、常见质量缺陷及解决方法第四部分简述轴承零件热处理的加工设备,第一部分滚动轴承零件的材料,滚动轴承是广泛应用于各类机械中的重要基础件,其品种和规格有数万种之多。滚动轴承由内、外套圈、滚动体和保持架四部分组成。滚动轴承及其零件绝大多数由钢制成，滚动轴承用钢通常是高碳铬轴承钢和渗碳钢。随着近代科学技术的发展和滚动轴承使用量日益增加，对轴承的要求越来越高，如高精度、长寿命及高可靠性等，对于一些特殊用途轴承，还要求轴承材料具

2、有耐高温、抗腐蚀、无磁性、超高温、抗辐射等性能。所以轴承材料还包括合金材料、有色金属、和非金属材料。,一、滚动轴承对材料的基本性能要求,由于使用滚动轴承的机械及工作环境千差万别。滚动轴承零件(套圈和滚动体)要在拉伸、冲击、压缩、弯曲、剪切等交变复杂应力状态下长期工作。一般情况下，轴承的主要破坏形式是在交变应力作用下的疲劳剥落，以及由于摩擦磨损而使轴承精度丧失。此外，还有裂纹压痕锈蚀等原因造成轴承的非正常破坏。所以就要求滚动轴承应具有高的抗塑性变形能力，少的摩擦磨损，良好的旋转精度，良好的尺寸精度和稳定性，以及长的接触疲劳寿命。而且其中很多性能是有材料和热处理工艺共同决定的。因此要求制造滚动轴承

3、零件的材料经过后工序的热处理后具有下列性能：高的接触疲劳强度 滚动体在轴承内外圈的滚道间滚动时，接触部分承受周期负荷，多数每分钟可达数万次。在周期负荷的作用下，表层发生疲劳破坏，即出现龟裂剥落。开始出现剥落后的轴承噪音、振动要增大，工作温度不断上升，以致最后不能使用。接触疲劳破坏是轴承正常破坏的主要特征。高的耐磨性 滚动轴承工作时，除了发生滚动摩擦外，在滚动体与套圈的滚动接触面；滚动体与保持架兜孔的接触面；保持架引导和套圈挡边引导的接面；滚子端面和套圈挡边的接触面，都会发生滑动摩擦。滚动轴承工作时，轴承零件产生摩擦是不可避免的。若轴承材料的耐磨性差，轴承便会过早出现磨损，造成轴承精度丧失，振动

4、增加。旋转精度下降，降低轴承寿命。,高的弹性极限 滚动轴承工作时，滚动体与内、外套圈的接触面积很小，但承受负荷大。为了防止在高负荷作用下发生过大的塑性变形，以致破坏轴承的精度和引起表面裂纹，所以要求轴承材料具有高的弹性极限。适宜的硬度 硬度是滚动轴承的重要指标之一。它与材料接触疲劳强度、耐磨性、弹性极限有着密切的关系，直接影响滚动轴承的寿命。滚动轴承用钢的硬度要适宜，过大或过小都将影响使用寿命因此硬度是轴承质量的关键指标之一。一定的韧性 很多轴承在使用时承受冲出负荷，尤其是轧钢机上使用的压下轴承。因此要求轴承钢具有一定的韧性，以保证轴承不因承受冲出负荷而破坏。对于承受较大冲击载荷的轴承如轧机轴

5、承铁路轴承等要求材料具有相对较高的冲击韧性和断裂韧性，这些轴承有的用贝氏体淬火热处理工艺，有的用渗碳钢材料，就是为了保证这些轴承具有较好的冲击韧性。,6.良好的尺寸稳定性 滚动轴承系精密的机械零件，其精度是以微米为计算单位的。在长期的保存和使用中，因内在组织发生变化或应力变化会引起尺寸发生变化，导致轴承丧失精度。这就要求轴承用钢应具有较好的尺寸稳定性。7.一定的防锈性能 滚动轴承的生产工序繁多，周期长，而成品亦需长期存放，故要求制造轴承用钢应具有一定的防锈性能，以便轴承零件在生产流程中和轴承保存期间不致锈蚀。8.良好的工艺性能 轴承生产过程中，要经过很多道冷、热加工工序。要求轴承应具有良好的工

6、艺性能，如：冷、热成型性能；切削性能；磨削性能；热处理性能等，以便适应大批量、高效率、高质量的生产需要。另外对于特殊工作条件下使用的轴承，对其用钢还必须提出相应的特殊性能要求如耐高温性能、抗腐蚀性能等等。,二、滚动轴承常用材料和性能,目前滚动轴承套圈和滚动体常用的钢种有高碳铬轴承钢，渗碳轴承钢、耐腐蚀轴承钢、高温轴承钢、防磁轴承钢和中碳合金钢。我国生产的铬轴承钢牌号及其化学成份见下表。轴承钢牌号及化学成份%,轴承材料的选择,根据滚动轴承服役条件而定1、承受高的接触应力（可高达300035000MPa）并且有滚动和滑动 失效形式:磨损和接触疲劳 要求轴承表面具有高硬度、耐磨性和接触疲劳强度的情况

7、下，选材：高碳铬轴承钢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力，失效形式:断裂 要求轴承不但要有高硬度、耐磨性和接触疲劳强度，还要有较高的韧性的情况下 选材：渗碳钢轴承钢,化学成分的作用,1、C 决定钢的性能的主要元素，保证 钢的高硬度和耐磨性 2、Cr 提高淬透性和耐磨性（Fe，Cr）3C3、Si 提高淬透性，增加钢的强度、弹性极限和疲劳强度 Mn增加钢的强度 提高淬透性，过热敏感性比较强。4、Mo 提高淬透性,细化晶粒。5、P0.025%S0.025%减少夹杂物，提高疲劳寿命,1.高碳铬轴承钢 在GB/T18254高碳铬轴承钢标准中，高碳铬轴承钢GCr4、GCr15、

8、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo几种。目前，轴承行业普遍使用的主要是 GCr15、GCr15SiMn两种材料，是轴承钢总量的80%以上。GCr15钢大量用来制造汽车、拖拉机等所使用的发动机轴承，机床、电机等所使用的主轴轴承以及铁路车辆、矿山机械、通用机械用轴承。GCr15SiMn、GCr15SiMo主要用于制造壁厚比较大的轴承。GCr15SiMn适用于制造壁厚在15mm-35mm范围内的轴承，GCr15SiMo适用于制造壁厚大于35mm尺寸的轴承。如各种大型和特大型轴承，多用在重型机床及轧钢机无较大冲击载荷的工作条件下。GCr4轴承钢是限制淬透性钢，即经过合适的热处理可得

9、到表面硬心部软的硬度匹配，具有良好的耐磨性，抗冲击性和断裂韧性及高的接触疲劳寿命。GCr18Mo淬透性比较高，其性能比GCr15SiMn钢优越，可在铁路轴承、轧机轴承、矿山机械轴承上代替GCr15SiMn。它还是一种被广泛用于贝氏体处理的轴承钢，用于制造高速列车、矿山和冶金机械轴承。2.渗碳轴承钢 常用的渗碳轴承钢有G20Cr2Ni4A、G20CrNi2MoA、G20CrNiMoA。用于制造承受冲击载荷较大的汽车、铁路货车轴承、轧机轴承等。渗碳轴承钢实际上是低碳优质合金结构钢，含有较低的碳和一定量的合金元素。经渗碳淬火回火等热处理工序后，表面硬度为5862HRC心部2545HRC。表面耐磨性较

10、好，且心部又具有良好的韧性。用这类钢制造的轴承，即可以承受较大的冲击载荷，又具有较高的耐磨性和抗接触疲劳强度。,三、滚动轴承用钢冶炼质量的基本要求：,滚动轴承的使用寿命和可靠性很大程度上与轴承用钢的冶金质量有着密切的关系。由于轴承钢所具有的特性，对冶金质量的要求比一般工业用钢要严格得多。1.严格的化学成分要求:一般轴承用钢主要是高碳铬钢即含碳量是1%左右，加入1.5%左右的铬，并含有少量的锰、硅元素的过共析钢。铬可以改善热处理性能，提高淬透性，组织均匀性，回火稳定性又可以提高钢的防锈性能和磨削性能。但当铬含量超过1.65%时，淬火后会增加钢中残余奥氏体，降低硬度和尺寸稳定性，增加碳化物的不均匀

11、性，降低钢的冲击韧性和疲劳强度。为此，高碳铬钢中的含铬量一般控制在1.65%。只有严格控制轴承钢中的化学成分，才能通过热处理工序获得轴承性能组织和硬度。2.高精度的尺寸要求3.特别严格的纯洁度要求：钢的纯洁度是指钢中所含非金属夹杂物的多少，纯洁度越高，钢中的非金属夹杂物越少。轴承钢中的氧化物，硅酸盐等有夹杂物是导致轴承早期疲劳剥落，显著降低轴承寿命的主要原因，特别是脆性夹杂物危害最大，由于在加工过程中，容易从金属基体上剥落下来，严重影响轴承零件精加工后的表面质量。因此为了提高轴承的使用寿命和可靠性必须降低轴承钢中夹杂物的含量。,4.严格的低倍组织和显微（高倍）组织要求:轴承钢的低倍组织是指一般

12、疏松、中心疏松和偏析，显微组织包括钢的退火组织碳化物网状、带状和液析等。碳化物液析硬而脆，它的危害性与脆性夹杂物相同。网状碳化物降低钢的冲击韧性，并使之组织不均匀，在淬火时容易变形与开裂。带状碳化物影响退火和淬火回火组织以及接触疲劳强度。低高倍组织的优劣对滚动轴承的性能和使用寿命有很大的影响，所以，在轴承材料标准中对低高倍组织有着严格的要求。5.特别严格的表面缺陷和内部缺陷要求：对轴承钢而言，表面缺陷包括裂纹夹渣、毛刺、结疤，氧化皮等，内部缺陷包括缩孔，气泡白点严重的疏松和偏析等。这些缺陷对于轴承的加工轴承的性能和寿命有很大的影响在轴承材料中明确规定不允许出现这些缺陷。6.特别严格的碳化物不均

13、匀性要求：在轴承钢中，如果出现严重的碳化物分布的不均匀，则在热处理加工过程中就容易造成组织和硬度的不均匀，钢的组织不均匀性对接触疲劳强度有较大的影响。另外严重的碳化物不均匀性容易使轴承零件在淬火冷却时产生裂纹，碳化物不均匀性还会导致轴承的寿命降低。因此，在轴承材料标准中，对不同规格的钢材均有明确的特别要求。7.特别严格的表面脱碳层要求：在轴承材料标准中对钢材表面脱碳层有着严格的规定，如果表面脱碳层超过标准的规定范围，且在热处理前的加工过程中又没有将其全部清除掉，则在热处理淬火过程中就容易产生淬火裂纹，造成零件的报废。,第二部分铬轴承钢制轴承零件的热处理,铬轴承钢的热处理按加工工艺的不同，可分为

14、正火、退火、淬火、冷处理、回火等五种加工方法，下面分别叙述。（一）铬轴承钢的正火 一 正火的目的 消除网状碳化物及线条状组织：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。线条状组织是终轧或终锻温度太低，晶粒沿变形方向被拉长造成。这种网状碳化物及线条状组织在球化退火时不易被消除，便会保留在成品零件中，使零件的疲劳强度和冲击韧性降低。需要在球化退火前用正火工艺进行消除。返修退火的不合格品：退火过热产生粗大片状珠光体，第二次返修退火前必须经正火处理，否则无法消除。为满足特殊性能要求的需要 有的轴承要求特殊性能，如高温回火轴承、超精密轴承等，只有其退火组织为点状或细粒状珠光体时，

15、淬火后才能得到高合金浓度的马氏体，回火后才能满足这种要求。因此必须正火，才能使退火获得均匀细粒状或点状珠光体组织。为退火做好组织准备细化锻件晶粒，改善锻件组织均匀性，以便使零件退火后得到较好的细粒状珠光体组织。,二 正火工艺规范的确定加热温度 正火加热温度主要依据正火目的和正火前零件的组织状况来确定。消除粗大网状碳化物，正火温度选用930950；若一次正火不能消除粗大网状碳化物，可按相同温度进行第二次正火；消除不太粗的网状碳化物及退火过热组织，正火温度选用900920；细化组织的正火则采用890900。保温时间 在正常正火温度下，一般经30分钟保温，其目的是使轴承钢中剩余碳化物基本溶入奥氏体中

16、。但还应根据实际生产中的零件大小、批量、加热方式、装炉方法等情况进行调整。冷却速度 正火冷却过程中，如冷却速度过慢非但不能改善组织，而且会再次析出网状碳化物；冷却速度过大，将会出现大量马氏体组织及因应力过大而产生的裂纹。故轴承钢正火冷却速度不应小于50/分。正火后，应立即进行退火，若不能，则应先进行400600回火，以消除应力。三 正火组织铬轴承钢正火后的显微组织为索氏体。,正火工艺,900950,铬轴承钢制轴承零件正火工艺规范,铬轴承钢正火常见缺陷及防止方法,（二）铬轴承钢的退火,一 铬轴承钢退火的种类 1去应力退火：2再结晶退火：3球化退火：二 球化退火的目的 获得均匀分布的细粒状珠光体，

17、为淬火提供最佳的组织准备。为淬火作组织准备 细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并兼有好的弹性、韧性。才能满足轴承的最基本性能要求。降低硬度，改善切削加工性能。（GCr15，179207HB；GCr15SiMn，179217HB）,三 等温球化退火 等温球化退火工艺曲线见图。,常见退火缺陷及预防办法,常见退火缺陷及预防办法,常见退火缺陷及预防办法,（三）铬轴承钢的淬火 淬火目的是提高轴承零件的硬度、强度、耐

18、磨性和疲劳强度，并通过回火获得高的尺寸稳定性和综合机械性能。淬火后显微组织由隐晶马氏体和细小结晶马氏体、细小而均匀分布的残留碳化物以及残留奥氏体组成。这些组织的相对量及分布将决定钢的性能。淬火组织中各相成分对性能影响马氏体 马氏体是铬轴承钢淬、回火后的最基本组织。其性能决定于马氏体中碳和合金元素的含量以及马氏体的形态和粗细程度。资料表明，回火马氏体含碳量在0.45%的轴承寿命最高(含碳0.5%变脆，含碳0.4%疲劳寿命降低)。马氏体中含铬量为0.81.0%左右，含锰量为0.3%左右性能最佳。细小马氏体数量占80%左右综合性能最好。残留碳化物一般认为，应控制在6%左右为宜。残留碳化物颗粒越细小(

19、平均直径为0.56毫米)，分布越均匀，轴承的使用寿命越高。残余奥氏体 铬轴承钢淬、回火组织中的残余奥氏体是不稳定组织，它使轴承在长期使用过程中尺寸发生变化而降低精度。残余奥氏体强度、硬度较低，但具有较高的冲击韧性，且适量的残余奥氏体能提高轴承耐磨性和疲劳寿命。由于马氏体转变不可能完全，淬火、回火后也不能使残余奥氏体全部转变。为此，钢中必定会保留一定量（大约10%）的残余奥氏体。,为了充分发挥铬轴承钢的综合性能，提高轴承寿命，在正常退火组织前提下，通过不同的淬火、回火工艺，将组织中各相的相对量控制在最佳范围。对于尺寸较大，壁较厚的轴承零件，在淬火加热和冷却中出现少量非马氏体(屈氏体、贝氏体)组织

20、，当其数量不超过JB/T1255-2001淬火、回火组织级别图中规定允许的限度，可允许存在。据资料介绍表明，当屈氏体数量很少时(35%)，实际上对接触疲劳强度并无影响。当含量超过11%时，则接触疲劳强度明显降低组织中存在着大量的下贝氏体，不仅不会降低接触疲劳强度，甚至比硬度较高的马氏体的接触疲劳强度还高。其原因是贝氏体自身硬度较高而且其碳化物相的形态和分布也有利。二、淬火规范的确定淬火加热温度的确定合金元素的影响 淬火后组织对淬火加热温度影响原始组织对淬火加热温度的影响 冷却速度对淬火加热温度的影响零件形状和厚度对淬火加热温度的影响 返修零件对淬火加热温度的影响,表84 铬轴承钢临界点及在油中

21、淬火的加热温度,淬火加热保温时间的确定 保温时间是指工件到达淬火加热温度后，延续加热时间，使表面和中心达到均匀一致。保温时间的确定应考虑下列因素：淬火加热温度高，保温时间相应缩短。原始组织中碳化物颗粒粗，保温时间应长，碳化物颗粒越细小越弥散，保温时间越短。工件壁厚与装炉量：厚度大，零件摆放过密，装炉量大，需要的保温时间长。加热介质：在真空炉中加热比在空气炉中(可控气氛)加热保温时间长；在空气炉中又比在盐炉中加热保温时间长。零件形状：形状复杂的零件，由于淬火加热温度低，因此保温时间也应适当的延长。冷却介质：采用水冷的零件保温时间短；油冷零件保温时间长。,淬火冷却介质及冷却方法的确定 决定淬火质量

22、的关键因素之一是冷却。铬轴承钢的热处理要求淬火介质在高、中温时需快冷，低温时需缓冷。为此，应选择合理的冷却方式和冷却介质。（1）轴承热处理常用的淬火介质有：普通淬火油 快速淬火油 光亮淬火油 碳酸钠水溶液（2）淬火冷却方法 直接淬火 分级淬火生产中分级淬火工艺为：在正常奥氏体化温度后，投入120170的介质中冷却25分钟，再放入3060机械油中冷却，为减少残留奥氏体的稳定性，分级淬火后应立即冷处理和回火。等温淬火 对于要求高冲击韧性、高可靠性的轴承零件，往往采用等温淬火。等温温度在Ms以上(220240)，所得组织是贝氏体组织。,淬火、回火工艺,820860,四）铬轴承钢的回火,回火的目的回火

23、的目的是：消除内应力，稳定组织和尺寸，提高零件的综合机械性能。回火是热处理淬火后必不可少的工序，是决定轴承零件内在质量的关键工序。二、回火工艺参数的确定回火温度的选择 回火温度应比轴承工作温度高3050。通常120以下工作的轴承，采用150170回火；要求在高温下工作的轴承，回火温度分别选用200；250；300；350等。回火保温时间的选择 通常按零件大小和精度等级以及回火加热介质确定保温时间，在空气电炉回火，一般轴承零件保温2.53.0小时，大型轴承零件为612小时三、附加回火附加回火目的 主要是消除部分磨削应力，进一步稳定组织，提高零件的尺寸稳定性。附加回火工艺参数的确定 附加回火温度应

24、低于原回火温度2030，以免使零件硬度降低和尺寸发生变化。温度越高，磨削应力消除越彻底，但必须保证零件硬度不降低和表面不出现氧化色。,其他处理方法,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。时效处理对精密轴承，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。,淬火缺陷及防止办法,淬火缺陷及防止办法,淬火缺陷及防止办法,三、常见淬火缺陷及防止方法 淬火变形和裂纹 淬火过程中的快冷使零件内部产

25、生内应力，是导致变形、开裂的根本原因。淬火内应力 热应力 和 组织应力 影响内应力的因素 一般讲：零件几何形状、尺寸；奥氏体化学成分、晶粒；热处理操作方法；加热与冷却的均匀性、速度等，都对内应力产生不同程度的影响。应当指出，淬火零件中，总是同时存在着热应力和组织应力，内应力是这两者综合作用的结果在各种因素影响下，既可能相互抵消而削弱，也可能相互迭加而加强。淬火变形 轴承套圈淬火引起的变形和尺寸胀缩，都是由于热应力与组织应力综合作用产生的。影响套圈胀缩的原因主要取决于淬火组织中各相成分的含量。残留奥氏体含量越多，马氏体数量越少，体积变化越小。另外套圈壁厚、淬火介质、冷却方式等对套圈的胀缩都有影响

26、。套圈变形主要有径向不均匀变形(圆度超差)和轴向不均匀变形(平面度超差)两种。产生原因是套圈各部位到达Ms点时间差，引起马氏体转变不等时性，造成不一致的组织应力所致。此外炉温不均匀、装炉方式不当、冷却速度不一致，操作时相互碰撞，均会增加变形。减少或防止变形的方法是：淬火加热时采用二次加热法，即先采用650700预热，然后再升到工艺温度，可保证均匀加热，又可消除淬火前的原始应力；采用热油(100140)冷却或分级淬火，减少各部位到达Ms点的时间差对壁薄的易变形套圈，最好采用强制防止变形的夹具淬火压床。,对于超差的变形工件，应进行整形补救，具体措施如下：重物压平法：主要用于超轻、特轻系列及推力套圈

27、的轴向变形。将淬火套圈在油中冷至室温后，除去重物，变形得到矫正。热整形法：利用淬火后套圈组织和应力不稳定状态，借锤击的外力改变套圈的变形方向，产生微小塑性变形，达到减小变形的目的。内撑整形法：是校正径向变形常用的方法，可在淬火或回火后进行。它是在套圈直径变形的最小处用螺丝项撑开，使短轴变长轴，按正常工艺回火，待零件冷至室温后卸顶，再进行一遍去应力回火。胎模胀形法：主要适用于不对称结构的圆锥外圈。其特点是；必须制作一套专用胎具及压力机等辅助设备，使套圈淬火后保持原来的形状。淬火裂纹 零件淬火时产生的裂纹，大部分是在马氏体转变时，由于组织应力作用在零件表面的拉应力超过了该温度下材料的断裂强度而引起

28、的。常见的淬火裂纹如下：淬火过热形成的裂纹：冷却速度过大产生的裂纹：原始应力过大产生的裂 应力集中产生的裂纹 材料缺陷引起的裂纹,（五）质量检验 检验方法及规程,第三部分渗碳钢制轴承零件的热处理,轧机轴承、矿山机械轴承、重型车辆轴承、汽车、拖拉机转向滚动轴承、机车车辆轴承等，工作时不仅承受高负荷，而且承受强烈的冲击和磨损。这类轴承零件如仍然用高碳铬轴承钢制造，热处理后虽然硬度、耐磨性和耐疲劳强度很高，但脆性大、冲击性能差。如采用低碳合金钢，经过渗碳处理后，则零件表面层具有高的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部为低碳马氏体，具有高的韧性和足够的强度。渗碳零件的表面和心部的碳浓度不同，淬火冷却时心部先

29、发生组织转变，表面渗碳层后发生组织转变。这样，对渗碳层造成了有益的残留压应力，使零件具有良好的耐疲劳性和抗断裂性，减少了轴承发生损坏的危险。因此，目前国内外轴承零件采用渗碳钢的比例越来越大。（一）渗碳轴承钢一、对渗碳轴承钢的基本性能要求抗压性能耐磨性能抗冲击断裂性能抗接触疲劳性能淬透性渗碳性能其他工艺性能,二、合金元素对渗碳轴承钢性能的影响三、渗碳轴承钢的特点 渗碳轴承钢与高碳铬轴承钢相比有如下的优点：渗碳钢由于可以对渗碳层深度，表面碳浓度及其分布梯度进行自由调节，因此，能够适用于各种不同服役条件下工作的轴承。由于渗碳钢表面渗碳层，在淬火后与其心部相比，具有较大的比容和较低的马氏体转变温度(M

30、s)，因此在热处理后，渗碳钢零件表面存有残余压应力，从而提高了接触疲劳强度。由于渗碳钢经渗碳及淬火处理后，可获得高的表面硬度，从而保证了产品抗压性能和耐磨性。由于渗碳钢热处理后仍保留着低碳的心部，将使冲击韧性值大大提高。由于渗碳轴承表面存在着压应力，因而形成了抵制缺口敏感性的作用，避免了铬轴承钢容易产生脆性失效现象，为轴承的完全使用创造了条件。渗碳轴承钢与铬轴承钢相比，有较好的尺寸稳定性。总之，使用渗碳钢制造轴承具有无法比拟的优越性，因此发展很快。（二）渗碳轴承零件预先热处理渗碳轴承零件的工艺流程一般渗碳轴承零件的加工工艺流程如下：投料锻造正火或退火车削渗碳一次淬火高温回火二次淬火低温回火粗磨

31、附加回火终磨装配。,渗碳轴承钢预先热处理方法,二、轴承零件的预先热处理 通过试验，渗碳钢轴承套圈毛坯的预先热处理以高温回火、正火加高温回火、一般退火和等温退火四种方式进行。所以，渗碳轴承钢锻件的预先热处理，只要能保证有良好的车削加工性能，根据设备条件，选择其中一种方法进行预先热处理即可。（三）渗碳轴承零件的渗碳处理 轴承零件渗碳采用气体渗碳。它是目前生产中应用最广泛的渗碳方法。其主要优点有：质量易于控制，渗碳速度较快，适合于大批量生产，劳动条件好。渗碳剂 按渗碳剂的原料物态可分为液体介质和气体介质。液体介质：使用时直接滴入高温气体渗碳炉中，经热分解后产生渗碳气体，使工件表面渗碳。如煤油、苯、甲

32、苯、甲醇和丙酮等。气体介质：使用时直接通入高温渗碳炉进行渗碳。如天然气、城市煤气、液化石油气及吸热式可控气氛等。按介质在渗碳过程中的主要功用，可分为稀释剂和渗碳剂两种。2.选择渗碳剂时，要考虑下列几点：渗碳剂要具有足够的活性，渗碳能力强 渗碳剂裂解后产气量多和产生的碳黑少。渗碳剂的成分要稳定，而且杂质少(主要是含硫量要低)。材料来源广、经济。,3、影响渗碳的主要因素主要有渗碳温度、渗碳时间、渗碳剂流(滴)量以及钢的化学成分等。渗碳过程分为排气、吸收、扩散、降温、等温五个阶段。(四)渗碳轴承零件最终热处理质量要求1.有效渗碳层深度2.渗碳层表面含碳量3.金相组织4.表面硬度和心部硬度5.裂纹6.

33、变形（五）渗碳轴承零件渗碳后的热处理 渗碳只能改变零件表层的化学成分，渗碳直接淬火后，得到的渗层组织粗大，残余奥氏体多，心部组织也粗大，力学性能不佳，不能使用。要使零件获得外硬内韧的性能，渗碳后还必须进行相应的淬回火处理。轴承零件渗碳热处理工艺曲线如图所示。,(六)渗碳轴承零件热处理质量检验一、试样的准备 试样用与渗碳零件相同的材料制成。炉顶试样：用于检查渗碳层深度以确定出炉时间。随炉试样；与工件一起处理，用于检查心部硬度、表面含碳量、粗大碳化物深度、有效渗碳硬化层深度等。二、检验项目 1.渗碳层深度 2.渗碳层碳浓度 3.脱碳 4.粗大块状或网状碳化物 5.高温回火组织（针状碳化物和残余奥氏

34、体）6硬度（表面和心部）7.裂纹 8.变形与尺寸收缩总之，渗碳轴承零件的热处理虽然比较复杂，加工难度大，但只要严格按工艺加工，按设备规程操作，加强积累实际经验，就可以避免各种缺陷的产生，加工出优质的轴承。,渗碳轴承零件热处理缺陷分析,一、渗碳层深度不合格渗碳层深度不够：造成零件强度不够，轴承抵抗外加负荷的能力减弱，工作时轴承表面凹陷，疲劳强度降低，易引起疲劳剥落与零件过早磨损。原因 渗碳温度太低、渗碳时间不足、炉气碳势过低、以及炉子漏气措施：可采用补渗工艺加以挽救。渗碳层深度超过：使零件心部韧性降低，零件工作时易发生脆性断裂。原因：可能是因为渗碳温度过高，时间过长造成，也可能是渗碳剂活性太强，

35、用量太多所致。措施：可通过高温长时间扩散，将渗碳层中的碳全部脱掉，再重新渗碳的方法加以挽救。渗碳层深浅不均：易造成局部机械性能不好。原因：如装料方法不当、炉内温度不均、炉气循环不均匀以及碳黑的不均匀聚积，另外，原材料成分偏析，工件表面未清洗干净等都可导致渗碳层深度不均匀。措施：对于这种缺陷，应分析产生原因，采取措施，予以防止。,渗碳轴承零件热处理缺陷分析,二、渗碳层碳浓度太低表面碳浓度不够有可能导致表面淬火硬度不够。也可能表面硬度合格，有效硬化层深度也合格，但金相组织不合格，出现低碳马氏体组织。造成表面碳浓度太低的原因，主要是渗碳炉内碳势太低所致。适当提高炉内碳势，就可避免这种缺陷的产生。,渗

36、碳轴承零件热处理缺陷分析,三、脱碳渗碳初期与中期都很正常，渗碳层已达到要求的碳浓度，但到后期，因渗碳不正常，使已渗好碳的表面失碳，因而产生脱碳现象。脱碳能引起零件淬火硬度不够，使耐磨性降低。扩散期炉气碳势太低，炉子漏气，渗碳剂滴量过多形成碳黑阻碍碳原子的吸收，淬火过程中加热介质中氧化性气氛等，都会导致零件表面脱碳。防止脱碳的办法是控制扩散期碳势不能过低，如在扩散过程中发现脱碳，应适当增加渗碳剂供给量；在渗碳后发现脱碳，应重新入炉进行补渗,渗碳轴承零件热处理缺陷分析,四、粗大块状或网状碳化物1.影响：粗大块状或网状碳化物，不利于提高耐磨性，反而会降低零件的强度，使表面脆性增加，并在以后的淬火和磨

37、削时，易沿碳化物形成裂纹。2.原因：出现粗大块状或网状碳化物的原因是渗碳层碳浓度过高(一般为1.21.4%，最高达1.71.8%)。粗大块状或网状碳化物在渗碳过程中就形成了，细小的网状碳化物是在冷却过程中形成的。措施：严格控制炉气碳势，使渗碳层碳浓度不要过高。在渗碳过程中，发现粗大块状或网状碳化物超过要求时，可适当提高渗碳温度，减少渗碳剂供给量降低炉内碳势，加强扩散，但一般不允许渗碳温度超过980，并应防止脱碳。如果零件出炉后发现粗大块状或网状碳化物超过要求时，应进行补充扩散，其工艺与渗碳扩散工艺相同。,渗碳轴承零件热处理缺陷分析,五、硬度不够1.影响：硬度不够则零件抵抗外加负荷的能力低，工作

38、时容易引起早期疲劳剥落与磨损。2.原因：渗碳层的表面脱碳、碳浓度不足、淬火后残余奥氏体量过多等缺陷及淬火加热不足、冷却不良、回火温度过高等都会引起硬度不够。3.措施：轴承零件出现硬度不够现象时，要具体分析，找出原因，采取措施进行挽救。,渗碳轴承零件热处理缺陷分析,六、裂纹渗碳轴承热处理过程中开裂的主要原因有：由于渗碳层碳浓度过高，造成淬火应力大，淬火时易开裂；碳浓度高易形成粗大碳化物，引起应力集中，也会导致渗碳层沿粗大碳化物开裂。所以，从防止开裂角度考虑，控制渗碳层的碳浓度是很必要的。渗碳出炉油冷时，出炉温度过高易产生裂纹(尤其在碳浓度过高时)，故通常预冷至880以下再出炉油冷。垫块造成开裂。

39、为保证特大型轴承套圈渗碳均匀及端面能渗上碳，两个套圈之间放上垫块，但如果垫块面积太大，与垫块接触部位碳浓度低，同时垫块给套圈造成的压痕形成应力集中，也会引起开裂。为此，常将垫块开凹槽，以减少接触面积。油沟处的应力集中易引起开裂。故渗碳轴承套圈的小油沟与端面台阶通常在高温回火后再进行车削。二次淬火裂纹往往是由于淬火温度过高，组织过热，淬火冷却油中有水等原因造成。一次淬火后，停留时间太长，未及时高温回火或二次淬火，也易产生裂纹。发现裂纹，要具体分析，找出原因，及时采取措施。,渗碳轴承零件热处理缺陷分析,七、变形变形形式：变形包括轴承套圈的径向圆度变形与端面的平面度变形两种形式，原因：1.装架时套圈

40、支垫不平，使得套圈在高温、长时间加热后产生不均匀变形。2.炉内渗碳不均匀、淬火加热、冷却不均匀等也会引起变形。措施：采用热整形的方式，因此套圈二次淬火冷却时应在100150出油，迅速卸去模具，测量变形，对变形超差的套圈应立即整形。圆度超差的套圈使用顶子校正，并带顶子回火，回火后卸去顶子再回火一次，以消除因顶子加压形成的应力，使尺寸稳定；对平面度超差的套圈，应置于平台上使用重砣压整。八、尺寸收缩规律：套圈在渗碳、淬火及回火各工序中都会产生尺寸涨缩。尺寸涨缩的规律是：渗碳层碳浓度越高，渗碳层越深、粗大碳化物越严重、淬火温度越高、加热时间越长、淬火冷却时出油温度越高、套圈壁厚越大，套圈的收缩量越大，

41、反之收缩量小。措施：在确定磨削留量时应考虑收缩量的大小。此外，渗碳轴承套圈淬火冷却时应采用模具限制其变形与收缩。,第四部分简述轴承零件热处理的加工设备,一 热处理加热设备：1.箱式电阻炉 2.输送带式电阻炉 3.推杆式电阻炉 4.鼓形电阻炉 5.震底式电阻炉 6.井式电阻炉 7.辊棒式电阻炉 8.台车式电阻炉 9.周期多用炉10.连续式渗碳炉 我公司的热处理设备：退火设备：两台天然气台车式退火炉。用天然气燃烧加热。最大装载量50吨。可以加工料径100-300毫米范围内，长度小于6000毫米的轴承钢棒。外径不大于350毫米的套圈摆放在5501100毫米的料盘上，大于350的套圈可以直接摆放在炉底板。滚动体热处理设备：箱式炉，网带炉、辊棒炉 套圈热处理加工设备：箱式炉，、辊棒炉、井式炉 渗碳设备：周期多用炉，连续式渗碳炉，井式炉二 热处理辅助设备1.清洗设备2.冷却设备3.喷砂机三 热处理测温仪表1.玻璃液体温度计2.电子电位差机3.热电偶4.无纸记录仪5.氧碳头,谢谢！,