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1、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、钢的退火与正火二、钢的退火与正火1 1、退火：退火是将钢加热到奥氏体转变温度以上某一温、退火：退火是将钢加热到奥氏体转变温度以上某一温 度，保温一定时间度，保温一定时间, ,然后随炉冷却然后随炉冷却500500以下出炉空冷，以获得以下出炉空冷，以获得 接近于平衡状态组织的一种工艺方法。接近于平衡状态组织的一种工艺方法。2 2、正火：正火是钢加热到、正火：正火是钢加热到Ac3Ac3或或AccmAccm以上某一温度，保温一以上
2、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。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：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。各种组织缺陷。 细化晶粒，为最终热处理做好组织准备。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。降低硬度，改善组织，便于切削加工。 退火后组织退火后组织 正火后组织正火后组织三、钢的淬火
3、与回火三、钢的淬火与回火1 1、淬火、淬火: :1) 1)、概述：、概述：淬火：淬火是将钢或合金加热到临界温度淬火：淬火是将钢或合金加热到临界温度Ac1Ac1或或Ac3Ac3以上以上3030 5050，保温一定时间，使钢的组织全部或大部分奥氏体化，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。工艺方法。2 2）、目的：）、目的： 提高硬度和耐磨性；提高硬度和耐磨性； 提高弹性；提高弹性； 提高强韧性；提高强韧性； 提高耐蚀性和耐热性。提高耐蚀性和耐热性。总之，钢的强度、硬度
4、、耐磨性、弹性、韧性、疲劳强度等总之，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。钢铁的主要手段之一。 3 3）、）、淬火温度的选择：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。选择淬火温度的原则是获得均匀细小的奥氏体。亚共析钢：亚共析钢：t=t=AcAc3 3+ +（30305050），组织为马氏体。，组织为马氏体。共析钢和过共析钢：共析钢和过共析钢：t =t =AcAc1+1+（30305050），组织为细马氏体，组织为细马氏体 加颗粒状渗碳体
5、和少量残余奥氏体。加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体。合金钢合金钢：一般淬火温度为临界点以上：一般淬火温度为临界点以上5050100100。提高淬火温。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。度有利于合金元素在奥氏体中充分溶解和均匀。4 4）、淬火方法：）、淬火方法：常用的淬火操作方式有四种：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。单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温。1 1单液淬火：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
6、溶液）。合金称为单液淬火。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 5毫米毫米 的碳钢零件也可采用油淬。的碳钢零件也可采用油淬。2 2双介质淬火：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（将钢加热到奥氏体化后，先在冷却能力较强的介质（ 如水）中，待其冷却到如水）中，待其冷却到MsMs点稍上，即点稍上，即300300400400时，立即转入另一种冷时，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，以降低马氏体区的却速度较弱的淬火介质（如油或
7、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。双液淬火。生产中常用是水生产中常用是水油双液淬火（水淬油冷），有时也用水油双液淬火（水淬油冷），有时也用水空气双空气双 液淬火（水淬空冷液淬火（水淬空冷) )。淬火后的组织（ 板条马氏体）2 2、回火、回火回火是将淬火后的钢重新加热到回火是将淬火后的钢重新加热到A1A1以下的某一温度，保温以下的某一温度，保温 一定时间后，在油或空气中冷却的一种热处理工艺。一定时间后，在油或空气中冷却的一种热处理工艺。(1)(1)低温回火（低
8、温回火（150150250250）。低温回火的组织为回火马氏）。低温回火的组织为回火马氏 体，体， 能降低内应力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。用于工具、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、模具、轴承、 渗碳件及经表面淬火的工件。渗碳件及经表面淬火的工件。(2)(2)中温回火（中温回火（350350500500）中温回火的组织为回火索氏体，具有较高弹性和一定韧性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。，主要用于弹簧的处理。 (3)(3)高温回火（高温回火（500500650650）高温回火组织为回火索氏体，具有良好的综合力学性能。高
9、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 称称“ “调质调质” ”。调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿轮。调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿轮 等。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
10、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
11、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%C 2、0.41.65%Cr 淬透性和耐磨性（Fe，Cr）3C3、0.450.75%Si 0.951.25%Mn 提高淬透性4、P0.025% S0.025 % 减少夹杂物
12、，提高疲劳寿命GCr9 GCr15 GCr9SiMn GCr15SiMn常用钢号淬透性增加五、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。 网状渗碳体（一）正火和球化退火1、正火900950空冷或风冷索氏体270390HB正火工艺得到均匀A网状渗碳体目的：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
13、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78081012h710720 34h（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。820840油 冷温度时间150170 回火13次2、淬火、回火工艺（三）冷处理对于精密轴承，要求残余
14、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。硝盐等温时间根据B下 量而定空冷回火（五）等温淬火等温温度选在Ms点附近，得到M+B下+A+K。A1MS时间温度六、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
