滚动轴承钢及其热处理.ppt

滚动轴承钢及其热处理滚动轴承钢及其热处理钢的热处理一、热处理概述一、热处理概述 将固态的金属通过加热将固态的金属通过加热将固态的金属通过加热将固态的金属通过加热 保温保温保温保温 冷却冷却冷却冷却 的方法，改变其内部的组的方法，改变其内部的组的方法，改变其内部的组的方法，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。织结构，从而获得使用性能的一种工艺方法。织结构，从而获得使用性能的一种工艺方法。织结构，从而获得使用性能的一种工艺方法。二、二、二、二、钢的退火与正火钢的退火与正火钢的退火与正火钢的退火与正火 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、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。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、正火：正火是钢加热到、正火：正火是钢加热到Ac3Ac3或或或或AccmAccm以上某一温度，保温一以上某一温度，保温一以上某一温度，保温一以上某一温度，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。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：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。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。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。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退火后组织退火后组织 正火后组织正火后组织正火后组织正火后组织 三、钢的淬火与回火三、钢的淬火与回火 1 1 1 1、淬火、淬火、淬火、淬火:1)1)1)1)、概述：、概述：、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Ac1Ac1Ac1Ac1或或或或Ac3Ac3Ac3Ac3以上以上以上以上3030303050505050，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，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。工艺方法。工艺方法。2 2 2 2）、目的：）、目的：）、目的：）、目的：提高硬度和耐磨性；提高硬度和耐磨性；提高硬度和耐磨性；提高硬度和耐磨性；提高弹性；提高弹性；提高弹性；提高弹性；提高强韧性；提高强韧性；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。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、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、疲劳强度等总之，钢的强度、硬度、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。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。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=t=t=AcAcAcAc3 3+（3030303050505050），组织为马氏体。，组织为马氏体。，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，组织为细马氏体，组织为细马氏体加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体。加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体。加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体。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：一般淬火温度为临界点以上：一般淬火温度为临界点以上50505050100100100100。提高淬火温。提高淬火温。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。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：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 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 5 5毫米毫米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。的碳钢零件也可采用油淬。的碳钢零件也可采用油淬。2 2 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（如水）中，待其冷却到（如水）中，待其冷却到MsMsMsMs点稍上，即点稍上，即点稍上，即点稍上，即300300300300400400400400时，立即转入另一种时，立即转入另一种时，立即转入另一种时，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。为双液淬火。为双液淬火。为双液淬火。生产中常用是水生产中常用是水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空气双空气双液淬火（水淬空冷液淬火（水淬空冷液淬火（水淬空冷液淬火（水淬空冷)。淬火后的组织（淬火后的组织（淬火后的组织（淬火后的组织（板条马氏体）板条马氏体）板条马氏体）板条马氏体）2 2、回火、回火、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。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（低温回火（低温回火（低温回火（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）。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，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、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、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。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（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，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。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（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。高温回火组织为回火索氏体，具有良好的综合力学性能。高温回火组织为回火索氏体，具有良好的综合力学性能。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，简称称称称“调质调质调质调质”。调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿。调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿。调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿。调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿轮等。轮等。轮等。轮等。滚动轴承钢及其热处理滚动轴承钢及其热处理一、轴承分类一、轴承分类滑动轴承滑动轴承滚动轴承滚动轴承在滑动摩擦下工作的轴承在滑动摩擦下工作的轴承在滚动摩擦下工作的轴承在滚动摩擦下工作的轴承滑动轴承滑动轴承特点：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。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、硬木和碳和铝基合金、粉末冶金材料、塑料、橡胶、硬木和碳-石墨，石墨，聚四氟乙烯、改性聚甲醛聚四氟乙烯、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。加注润滑油困难的运转部位。滚动轴承滚动轴承特点：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。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的滚动轴承钢应用：一般在中速、轻载工况条件下应用：一般在中速、轻载工况条件下二、滚动轴承结构二、滚动轴承结构（1）内圈）内圈 （2）外圈）外圈（3）滚动体）滚动体（4）保持架）保持架（1）、（）、（2）、（）、（3）均为滚动轴承钢）均为滚动轴承钢（4）为低碳钢（球轴承）和有色金属（滚柱轴承）为低碳钢（球轴承）和有色金属（滚柱轴承）1、高高的的接接触触应应力力（可可高高达达300035000MPa）并并且且 有滚动和滑动有滚动和滑动磨损和接触疲劳磨损和接触疲劳表面具有高硬度、耐磨性和接触疲劳强度表面具有高硬度、耐磨性和接触疲劳强度选材：高碳钢选材：高碳钢失效形式失效形式:三、滚动轴承服役条件三、滚动轴承服役条件2、对对于于尺尺寸寸较较大大的的轴轴承承，承承受受的的力力也也很很大大，并并且且 还会有一定的冲击还会有一定的冲击选材：渗碳钢选材：渗碳钢断裂断裂失效形式失效形式:大的轴承要有较高的韧性大的轴承要有较高的韧性 滚滚动动轴轴承承钢钢必必须须有有高高而而均均匀匀的的耐耐磨磨性性，高高的的弹弹性性极极限限和和接接触触疲疲劳劳强强度度，足足够够的的韧韧性性和和淬淬透透性性，同同时在大气和润滑剂中具有一定的抗腐蚀能力。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（淬透性和耐磨性（Fe，Cr）3C3、0.450.75%Si 0.951.25%Mn 提高淬透性提高淬透性4、P0.025%S0.025%减少夹杂物，提高疲劳寿命减少夹杂物，提高疲劳寿命GCr9 GCr15 GCr9SiMn GCr15SiMn常用钢号常用钢号淬透性增加淬透性增加五、轴承钢热处理特点五、轴承钢热处理特点目目的的：如如果果终终锻锻温温度度比比较较高高和和锻锻造造后后冷冷却却速速度度比比较较慢慢，会会出出现现网网状状碳碳化化物物的的缺缺陷陷。这这种种网网状状碳碳化化物物在在球球化化退退火火时时不不易易被被消消除除，需需要要在在球球化化退退火火前前用用正正火火工工艺艺进进行行消除。消除。网状渗碳体网状渗碳体（一）正火和球化退火（一）正火和球化退火1 1、正火、正火900950空冷或风冷空冷或风冷索氏体索氏体270390HB正火工艺正火工艺得到均匀得到均匀A网状渗碳体网状渗碳体目的：目的：1、便于切削加工便于切削加工 207229HBS2、为为淬淬火火作作组组织织准准备备 粒粒状状珠珠光光体体在在加加热热时时渗渗碳碳体体不不容容易易溶溶解解，得得到到含含碳碳量量为为0.450.6%左左右右的的A+未未溶溶渗渗碳碳体体，渗渗碳碳体体呈呈细细小小球球状状均均匀匀分分布布在在奥奥氏氏体体基基体体上上，奥奥氏氏体体晶晶粒粒非非常常细细小小，淬淬火火后后得得到到隐隐针针M和和均均匀匀分分布布在在M上上的的未未溶溶碳碳化化物物，硬硬度度、接接触触疲劳强度和耐磨性都很高。疲劳强度和耐磨性都很高。2 2、球化退火、球化退火球化退火工艺球化退火工艺780810 12h710720 34h（二）淬火和回火（二）淬火和回火 淬淬火火加加热热温温度度对对高高碳碳钢钢组组织织和和性性能能影影响响非非常常大大。当当加加热热温温度度高高于于Ac1后后，随随加加热热温温度度升升高高，会会发发生生如下变化：如下变化：1 1、加热温度对组织和性能的影响、加热温度对组织和性能的影响1、奥氏体的含碳量、奥氏体的含碳量2、残余奥氏体、残余奥氏体3、晶粒、晶粒随随A含含碳碳量量不不断断升升高高，马马氏氏体硬度不断升高，韧性降低。体硬度不断升高，韧性降低。残残余余奥奥氏氏体体含含量量不不断断升升高高，导导致致淬火后硬度略有降低。淬火后硬度略有降低。晶晶粒粒不不断断长长大大，淬淬火火后后组组织织由由隐隐针针M变变为粗大透镜状为粗大透镜状M，强度和韧性降低。，强度和韧性降低。820840油油冷冷温温度度时间时间150170 回火回火13次次2 2、淬火、回火工艺、淬火、回火工艺（三）冷处理（三）冷处理 对对于于精精密密轴轴承承，要要求求残残余余A要要少少，否否则则在在使使用用过程中因残余过程中因残余A转变为转变为M而使尺寸变化。而使尺寸变化。淬淬火火后后立立即即冷冷到到-79-80 保保持持12h，回回火火后后可可使使残残余余A减减少少到到5%左左右右。冷冷处处理理后后可可使使硬硬度度提提高高2HRC左右。左右。多次回火也可以使尺寸稳定。多次回火也可以使尺寸稳定。对对精精密密轴轴承承，磨磨削削后后还还要要进进行行时时效效处处理理，在在低低于于回回火火温温度度的的温温度度下下保保温温510h，消消除除内内应应力力，稳定尺寸。稳定尺寸。（四）时效处理（四）时效处理 对对于于高高速速铁铁路路轴轴承承和和矿矿山山、冶冶金金机机械械上上使使用用的的轴轴承承，承承受受载载荷荷大大，对对韧韧性性要要求求高高。为为了了提提高高韧韧性性，可以采用等温淬火方法进行处理。可以采用等温淬火方法进行处理。硝盐等温硝盐等温时间根据时间根据B下下量而定量而定空冷空冷回火回火（五）等温淬火（五）等温淬火 等温温度选在等温温度选在Ms点附近，得到点附近，得到M+B下下+A+K。A1MS时间时间温度温度六、轴承零件的生产工艺路线六、轴承零件的生产工艺路线棒料棒料（球化退火状态）（球化退火状态）冷镦冷镦粗磨粗磨淬火淬火加低温回火加低温回火磨磨研磨（抛光）研磨（抛光）无缝管无缝管（球化退火状态）（球化退火状态）机加工机加工淬火加热淬火加热低温回火低温回火粗磨粗磨研磨（抛光）研磨（抛光）锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火加低温回火淬火加低温回火粗磨粗磨研磨（抛光）研磨（抛光）（一）钢球、滚柱（一）钢球、滚柱（二）微型、小型套圈（二）微型、小型套圈（三）小型、中型、大型（三）小型、中型、大型