攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：滚动轴承的热处理工艺设计学生姓名：学号：所在院(系)：材料工程学院专业：级材料成型及控制工程班级：材料成型及控制工程一班指导教师：职称：讲师2013年12月15日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书注：任务书由指导教师填写。

课程设计（论文）指导教师成绩评定表摘要本课设计了滚动轴承的热处理工艺设计。

主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（球化退火）、渗碳、淬火+低温回火等过程。

通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。

滚动轴承的品种很多，但结构上一般均由外圈、内圈、滚动体（钢球、滚柱、滚针）和保持架等组成。

滚动轴承大多集中在高载荷的条件下服役，其主要失效形式是疲劳磨损，因此，通常要求滚动轴承应具有：高的抗疲劳性能、高的耐磨性及良好的尺寸稳定性，最终表现为使用寿命长。

对于在化工工业、航空工业、原子能工业、食品工业以及仪器、仪表等所用的滚动轴承还需具有耐腐性、耐高温、抗辐射及防磁等特性。

滚动轴承（rolling bearing）是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。

滚动轴承内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。

关键词：铬钢，球化退火，低温回火，滚动轴承目录1. 设计任务 (3)1.1设计任务 (3)1.2设计的技术要求 (3)2. 热处理零件图 (4)3. 设计方案 (5)3.1. 滚动轴承设计的分析 (5)3.1.2失效形式 (5)3.1.3性能要求 (6)3.2钢种材料 (6)4. 设计说明 (7)4.1. 加工工艺流程 (7)4.2. 具体热处理 (7)4.2.1预备热处理工艺 (8)4.2.2机械加工 (9)4.2.3淬火+低温回火热处理工艺 (9)5 质量检验项目 (12)5.1退火件的质量检验项目 (12)5.2 淬火件和回火件的质量检验项目 (12)6 热处理缺陷及预防或补救措施 (13)6.1退火缺陷及对策 (13)6.2淬火缺陷及对策 (13)7 结束语 (14)8 热处理工艺卡片 (15)参考文献 (16)1 设计任务1.1设计任务滚动轴承的热处理工艺设计1.2设计的技术要求本课设计热处理工艺的滚动轴承是铬钢滚动轴承。

铬轴承钢是制造滚动轴承零件的主要钢种，其中GCr15钢的用量最大。

滚动轴承是在变应力的状态下工作，各元件均受变载荷作用，因此，滚动轴承的主要失效形式为疲劳点蚀和疲劳磨损，这就要求滚动轴承应具有高强度、高硬度和耐磨性。

GCr15钢具有过共析成分，并加入少量的铬以提高淬透性和耐回回性。

它通过适当的热处理可以获得高硬度、高强度和良好的耐磨性，并且淬火变形小。

在对铬钢滚动轴承钢零件进行热处理时，即球化退火，淬火和低温回火时应严格按照卡片所列出的时间进行保温以及其它操作的要求。

2 热处理零件图3 设计方案3.1滚动轴承设计的分析3.1.1工作条件滚动轴承在工作时，内圈和滚珠发生相对转动和滚动，受到周期性的载荷作用。

滚动体和套圈及保持架之间发生相对滑动，产生相互摩擦，使轴承磨损，摩擦表面的温度在工作时会升高。

大气和润滑剂对轴承还有一定的腐蚀作用。

3.1.2失效形式主要失效形式为疲劳破坏和永久变形。

疲劳破坏：滚动轴承工作过程中，滚动体相对内圈（或外圈）不断地转动，因此滚动体和滚道接触表面受应力，首先在滚动体和滚道的表面下一定深度处产生疲劳裂纹，继而扩散到接触表面，形成疲劳点蚀，致使轴承不能正常工作。

通常，疲劳点蚀是滚动轴承失效的主要形式。

永久变形：当轴承转速很低或间歇摆动时，一般不会产生疲劳损坏，但在很大的载荷或冲击载荷作用下，会使轴承滚道和滚动体接触处产生永久变形凹坑，从而使轴承在运转中产生剧烈振动和噪声，以至于轴承不能正常工作。

3.1.3性能要求作为精密的机械元件，滚动轴承的工作性能直接影响到主机的工作性能，甚至于某些装在主机关键部位的轴承的工作性能，几乎决定了该机的工作性能。

例如，用于精密光学坐标镗床主轴上的P2级精度圆锥滚子轴承30306与30307，他们的径向跳动达到0.001～0.0025mm，滚道跳动达到0.002～0.003mm。

这就在很大程度上决定了该机床主轴的回转精度，亦即主机的工作性能指标。

除这种高精密级轴承外，如耐高温、耐低温、防锈、防振、高速、高真空和耐腐蚀等具有特殊性能要求的轴承的质量指标也都是十分严格的。

一般来说，滚动轴承应具有长的寿命、低的噪音、小的旋转力矩和高的可靠性这些基本性能。

要达到这些性能，就必须在机械加工工艺上首先确保轴承零件的以下指标：①旋转精度：要求轴承各零件的几何形状精度和位置精度不超过几微米。

②尺寸精度：要求各零件尺寸精度在几微米之内。

③粗糙度：安装表面粗糙度Ra值不大于0.63μm，滚道要求更高，Ra值小于0.16μm。

④尺寸稳定性：在长期存放和工作时，没有明显的尺寸和形状改变。

⑤防锈能力：零件不允许生锈。

⑥振动和噪声：轴承振动及噪声要限制在一定的范围内，这要求轴承零件的各种质量应尽可能高。

⑦残磁：轴承的残磁应控制在0.4～1.0毫特（m T）以下。

3.2钢种材料GCr15轴承钢是一种合金含量较少、含碳量高、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。

经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。

该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。

GCr15轴承钢的化学成分是铬和碳（C：0.95-1.05;Mn：0.20-0.40 ; Si：0.15-0.35 ;S：≤0.020;P:≤0.027; Cr:1.30-1.65.）。

4 设计说明4.1加工工艺流程滚动轴承的热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 下料→锻造→预备热处理(球化退火、正火)→切削加工→淬火→低温回火→磨削加工→组装。

GCr15钢属于高碳钢，其成分如下表4.1.表4.1 GCr15钢的化学成分（质量分数，%）C Mn P S Cr Si0.95～1.05 0.20～0.40≤0.027≤0.020 1.30～1.650.15～0.35成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。

它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。

Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。

Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。

硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(σs/σb),以及疲劳强度和疲劳比(σ-1/σb)等。

硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。

4.2具体热处理GCr15轴承钢的热处理包括初期的锻造和预先热处理，以减少坯料的硬度为方便后面的机加工，也为后续切削加工、淬火、回火提供优良的原始组织。

GCr15轴承钢的热处理工艺分析：①由于GCr15轴承钢的含碳量较高，所以在锻造的初期要先进行预备热处理，以降低硬度，同时使带状或网状碳化物转化为细小碳化物，为以后的淬火和切削加工提供良好的原始组织。

②球化退火的目的是使组织变为均匀分布的细粒状珠光体，获得最佳的机加工性能并为淬火提供良好的原始组织，淬火，回火后获得最佳的力学性能。

GCr15轴承钢的退火温度一般为780～810℃，但经预备热处理后，其退火温度应降低10～20℃。

③预备热处理工艺有轴承钢的碳化物细化和晶粒细化，即双细化处理工艺。

锻件经双处理工艺后，可比原始晶粒细化1.5～2.0级，从而提高钢的冲击硬度、抗弯强度和疲劳寿命。

这一工艺可使在淬、回火后获得均匀的马氏体组织，提高硬度均匀性。

4.2.1预备热处理工艺退火是将钢加热至临界点Ac1以上或以下温度，保温以后随炉缓慢冷却以获得近乎平衡状态组织的热处理工艺。

GCr15轴承钢主要采用使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的球化退火热处理工艺。

退火的目的是：a.消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。

b.降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。

c.细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做组织准备。

d.消除钢中的内应力，以防止变形与开裂。

4.2.2机械加工由于我们专业并不怎么涉及机加工方面的知识，因此此处只能说明其在车床上进行加工。

4.2.3淬火+低温回火热处理工艺①淬火淬火是将钢加热至临界温度点Ac3或Ac1以上一定的度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。

其目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能,可使零件获得高的硬度和耐磨性，高的接触疲劳寿命和可靠性，高的尺寸稳定性。

钢的理想淬火冷却曲线如图4.2所示温度t / ℃800300时间τ/ s图4.2 钢的理想淬火冷却曲线②低温回火回火是将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理操作。

其目的在于：a.降低脆性，消除内应力。

工件淬火后存在着很大的内应力和脆性，若不及时回火，零件会产生变形或开裂。

b.得到对工件所要求的力学性能。

工件淬火后，硬度高，脆性大，为了了获得对工件要求的性能，可以用回火温度调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性、强度和硬度。

c.稳定工件尺寸。

GCr15钢在淬火后的组织中存在着两种亚稳定组织—马氏体和残余奥氏体，这两种组织都是不稳定的，有自发转化或诱发转化为稳定组织的趋势，因而引起工件尺寸和形状的改变。

通过回火，可以促使这些组织转变。

达到较稳定状态，以便在以后的使用过程中不发生变形。

轴承零件的回火规范见表4.2.经过上述各种热处理后GCr15轴承钢的韧性、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提升。

5 质量检验项目5.1退火件的质量检验项目①外观：工件表面无裂纹等缺陷。

②硬度：a.硬度检验前应将工件表面的氧化皮或脱碳层清理干净。

b.一般用布氏硬度计检验，也允许用洛氏硬度计（HRB）检验。

c.按图样要求或工艺文件规定进行硬度检验，硬度误差范围应符合下表5.1规定的数值.③金相：轴承钢退火后珠光体组织应为2～5级，网状碳化物≤3级。

5.2 淬火件和回火件的质量检验项目①外观：工件表面应无裂纹，无氧化和脱碳现象，无残盐．无锈蚀等。

②硬度：a.应根据图样要求和工艺规定的百分率进行抽检。

b.应用洛氏硬度计、表面洛氏硬度计、维氏硬度计或显微硬度计进行硬度检验。

c.工件应根据图样要求和工艺规定的硬度范围进行硬度检验。