(56)--3.4.6 滚动轴承钢金属材料及热处理.ppt

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1、3.4.6 滚动轴承钢滚动轴承钢滚动轴承钢的钢号、成分、热处理和用途滚动轴承钢的钢号、成分、热处理和用途（表（表3-10）主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。属专用结构钢。从化学成分上看它属于工具钢，所以也用于制造精密量具、冷冲模、从化学成分上看它属于工具钢，所以也用于制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件。机床丝杠等耐磨件。（1）工作条件与性能要求）工作条件与性能要求工工作作条条件件：用用于于高高速速运运转转的的机机械械中中，承承受受周周期期性性交交变变载载荷荷，接接触触面面积积小小，接触应

2、力高。循环受力次数可达每分钟数万次。接触应力高。循环受力次数可达每分钟数万次。性能要求：性能要求：1）高高而而均均匀匀的的硬硬度度、高高的的弹弹性性极极限限：接接触触面面积积小小，接接触触应应力力高高，可可达达1500-5000MPa。2）高的接触疲劳强度：高速运转，循环受力次数可达每分钟数万次以上。）高的接触疲劳强度：高速运转，循环受力次数可达每分钟数万次以上。3）高的耐磨性：高速运转时，存在滚动摩擦和滑动摩擦。）高的耐磨性：高速运转时，存在滚动摩擦和滑动摩擦。4）足足够够的的韧韧性性和和淬淬透透性性，在在大大气气或或润润滑滑剂剂中中有有一一定定的的抗抗蚀蚀能能力力；钢钢的的纯纯度度（非非金

3、金属属夹夹杂杂物物等等）、组组织织均均匀匀性性、碳碳化化物物分分布布、形形状状、大大小小以以及及脱脱碳碳程程度度等。等。（2）成分特点）成分特点Wc0.95-1.15%C，以以保保证钢有有高高的的硬硬度度和和耐耐磨磨性性（决决定定钢硬硬度度的的主主要要因因素素是是M中中的的含含碳碳量量，只只有有足足够高高碳碳时才才可可保保证M的的高高硬硬度度）；碳碳还形成一部分高硬度的碳化物，形成一部分高硬度的碳化物，进一步提高一步提高钢的硬度和耐磨性。的硬度和耐磨性。高碳高碳 合金化原合金化原则 主主加加元元素素为Cr，0.4-1.65%Cr，一一是是提提高高淬淬透透性性及及耐耐磨磨性性，二二是是形形成成合

4、合金金渗渗碳碳体体，使使钢中中的的碳碳化化物物非非常常细小小、均均匀匀，大大大大提提高高钢的的耐耐磨磨性性和和接接触触疲疲劳强度度，三三是是提提高高钢钢的的耐耐蚀蚀性性。大大于于1.65%Cr时，增增加加残残余余奥奥氏体数量，反而会降低其性能及尺寸氏体数量，反而会降低其性能及尺寸稳定性。定性。Si，Mn，Mo等等元元素素常常用用于于制制造造大大型型轴承承时进一一步步提提高高钢的的淬淬透透性性和和强度度，Si还可可显著著提提高高钢的的回回火火稳定定性性。为了了节铬，加加入入Mo、V可可得得到到无无铬轴承承钢，如如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等等，其其性性能能与与GCr15相相近近。对无

5、无Cr轴承承钢还应加加入入V元元素素，形形成成VC以以保保证耐耐磨磨性性并并细化化钢基基体体晶晶粒。粒。（3）冶金质量）冶金质量统计表表明明：由由原原材材料料质量量引引起起的的滚动轴承承失失效效约占占65%。钢的的纯纯净净度度度度和和组织组织均匀性均匀性均匀性均匀性是其主要是其主要问题。夹夹杂杂：硫硫化化物物（MnS）（非非金金属属化化合合物物特特性性，塑塑性性好好）；氧氧化化物物；硅硅酸酸盐（炉（炉衬材料）材料）SiO2，Al2O3。偏析偏析：铸锭存在的存在的组织缺陷。缺陷。主主要要依依靠靠改改进冶冶炼、浇注注、锻轧工工艺来来提提高高钢的的冶冶金金质量量。轧制制后后退退火。火。制造厂商在制造

6、厂商在钢材材进厂厂时要要进行行评级才能才能进行生行生产。（4）热处理特点）热处理特点预先先热处理：理：正火正火+球化退火球化退火正火主要作用是消除网状碳化物，以利于球化退火的正火主要作用是消除网状碳化物，以利于球化退火的进行。行。球球化化退退火火：一一是是获得得球球化化组织，降降低低钢的的硬硬度度，以以利利切切削削加加工工；二二是是为最最终热处理作好理作好组织准准备。最最终热处理：理：淬火淬火+低温回火低温回火淬淬火火温温度度要要求求十十分分严格格，温温度度过高高会会过热，晶晶粒粒长大大，使使韧性性和和疲疲劳强度度下下降降，且且易易淬淬裂裂和和变形形；温温度度过低低，则奥奥氏氏体体中中溶溶解解

7、的的铬量量和和碳碳量不量不够，钢淬火后硬度不足。淬火后硬度不足。*例例1：GCr15钢的淬火温度的淬火温度严格控制在格控制在820840范范围内，回火温度内，回火温度一般一般为150160。显微微组织为极极细的的回火回火M、分布均匀的、分布均匀的细粒状碳化物粒状碳化物及少量的及少量的残余残余A。典型牌号：典型牌号：GCr15：0.95-1.05%C；1.50-1.65%Cr*例例2：GCr15SiMn（不超（不超过1.5%Si、Mn）矿山大型山大型轴承（瓦房店）；精密零件（公差范承（瓦房店）；精密零件（公差范围很小，尺寸随很小，尺寸随时间推推移移变化极小）。化极小）。典型例子：典型例子：发动机

8、中供油系机中供油系统“针阀体体”下料下料(锻)球化退火球化退火粗切削加工粗切削加工 半精加工半精加工消除消除应力退火力退火+淬火淬火+低回（冷低回（冷处理理-78C消除残余消除残余A）去去应力力时效去效去应力（力（130低温回火，低温回火，10-15小小时）精磨精磨时效（效（130-150）GCr15钢淬火温度对机械性能的影响钢淬火温度对机械性能的影响 GCr15钢淬火、回火后的显微组织钢淬火、回火后的显微组织*特特别注意：注意：精密精密轴轴承必承必须须保保证证在在长长期存放和使用中不期存放和使用中不变变形。引起形。引起变变形和尺寸形和尺寸变变化化的原因主要是存在有内的原因主要是存在有内应应力和残余奥氏体力和残余奥氏体发发生生转变转变。为为了了稳稳定尺寸，定尺寸，淬火后可立即淬火后可立即进进行行“冷冷处处理理”（-60-50），并在回火和磨削加工），并在回火和磨削加工后，后，进进行低温行低温时时效效处处理（理（120130，保温，保温5h10h）。）。*做一做：做一做：请选择制造下列零件的材料：汽制造下列零件的材料：汽车齿轮、机床主、机床主轴、汽汽车板簧板簧、滚珠。珠。Q390（15MnV）；）；GCr15；20CrMnTi；60Si2Mn；45汽汽车齿轮：20CrMnTi机床主机床主轴：45汽汽车板簧：板簧：60Si2Mn滚珠：珠：GCr15