轴承钢材料及热处理2

张志宏20100720轴承钢的牌号及用途轴承钢的生产轴承零件的热处理轴承钢的热处理检验常见质量问题及处理轴承钢分类:轴承钢一般可分为高碳铬轴承钢，渗碳轴承钢,不锈轴承钢,回转支承轴承用钢和特殊性能钢.型号类别钢种高碳铬轴承钢GCr15GCr15SiMnGCr15SiMoGCr18Mo渗碳轴承钢G20CrMo(A)G20CrNiMo(A)(C-8620)G20CrNi2Mo(A)(C-4320)G20Cr2Ni4(A)G10CrNi3Mo(A)(E-9310)G20Cr2Mn2Mo(A)不锈轴承钢9Cr189Cr18Mo1Cr13～4Cr13回转支承轴承用钢42CrMo5CrMnMo50Mn特殊性能钢Cr4Mo4VQBe2常用轴承钢世界主要国家的牌号(化学成分相近):中国美国日本德国SKFGCr1552100SUJ2100Cr6SKF3GCr15SiMn52100.1100CrMn6SKF2GCr18Mo100CrMo7SKF24G20CrNiMo8620SNCM22021NiCrMo22506G20CrNi2Mo4320SNCM22G20Cr2Ni43316SNC81514NiCr14中外高碳铬轴承钢化学成分比较（重量%）元素GCr15SUJ252100100Cr6SKF3C0.95-1.050.95-1.100.93-1.050.93-1.050.93-1.05Si0.15-0.350.15-0.350.15-0.350.15-0.350.15-0.35Mn0.25-0.45≤0.500.25-0.450.25-0.450.25-0.45Cr1.40-1.651.30-1.601.35-1.601.35-1.601.35-1.65S≤0.025≤0.025≤0.015≤0.010≤0.015P≤0.025≤0.025≤0.025≤0.025≤0.025Mo≤0.10≤0.08≤0.10≤0.10≤0.10Ni≤0.30≤0.25≤0.25≤0.30≤0.25Cu≤0.25≤0.25≤0.30≤0.30≤0.30中外高碳铬轴承钢化学成分比较（重量%）元素GCr15SUJ252100100Cr6SKF3Ni+Cu≤0.50O≤0.0015≤0.0015≤0.0015≤0.0015≤0.0015Al≤0.05≤0.05≤0.05Ti≤0.003≤0.003Ca≤0.001As≤0.040Sn≤0.030Sb≤0.005Pb≤0.002常用轴承钢的化学成分（重量%）成分牌号CSiMnCrPSNiCuMoGCr150.95-1.050.15-0.350.25-0.451.40-1.65≤0.025≤0.025≤0.30≤0.25≤0.10GCr15SiMn0.95-1.050.45-0.750.95-1.251.40-1.65≤0.025≤0.025≤0.30≤0.25≤0.10GCr18Mo0.95-1.050.20-0.400.25-0.401.65-1.95≤0.025≤0.020≤0.25≤0.250.15-0.25G20CrNiMo0.17-0.230.15-0.400.60-0.900.35-0.65≤0.030≤0.0300.40-0.70≤0.250.15-0.30G20CrNi2Mo0.17-0.230.15-0.400.40-0.700.35-0.65≤0.030≤0.0301.60-2.00≤0.250.20-0.30G20Cr2Ni40.17-0.230.15-0.400.30-0.601.25-1.75≤0.030≤0.0303.25-3.75≤0.25中国GB美国AISI日本JIS德国DIN法国NF瑞典SS1442CrMo4140SCM44042CrMo442CD422445CrMnMoSKT540CrMnMo750Mn1053S50C1674回转支承轴承用钢各国编号对照:冶炼浇铸扩散退火清理开坯轧制(球化退火)我国轴承钢材料的主要生产厂家有:兴澄特钢、东北特钢、大冶钢厂、上钢五厂、郑州永通、西宁特钢、无锡特钢、重钢、本钢等。材料及热处理标准主要有GB/T18254-2002,JB/T1255-2001,JB/T8881-2001等.高碳铬轴承钢棒材交货状态主要有热轧退火棒材/热轧不退火棒材(锻件)/冷拔退火棒材等，渗碳轴承钢是热轧（正火）材。高碳铬轴承钢制造的零件：套圈：热轧不退火棒材锻造球化退火车削热处理淬回火（贝氏体淬火）磨削附加回火磨削装配滚动体：热轧不退火棒材热冲（锻造）球化退火车削热处理淬回火磨削（附加回火）磨削装配退火棒材冷冲车削热处理淬回火磨削（附加回火）磨削装配渗碳轴承钢制造的零件：套圈及滚动体：棒材锻造（冷热冲）正火车削渗碳淬回火（高温回火+热处理淬回火）磨削装配热处理:将金属材料加热至一定的温度,保温一定的时间,然后以一定的速度冷却下来的工艺方法.金属材料通过正确的热处理方法,可以获得所需的性能.℃T保温冷却加热0t1.退火:•定义:将材料加热到一定温度,保温一定时间,然后缓慢冷却下来的方法.•目的:消除内应力,降低硬度,便于车削加工;改善组织,为最终热处理做组织准备.•工艺方法:扩散退火,去应力退火,再结晶退火,（等温）球化退火,时效处理等.特别要注意等温球化退火的快冷阶段，防止网状碳化物的析出及退火组织的不均匀。℃790±10℃720±10℃炉冷650℃GCr15轴承钢球化退火工艺0t正火:•定义:将金属材料加热到较高（Ac3或Acm以上）的温度,保温一定时间,然后空冷下来的一种工艺.•目的:便于车削加工;改善组织.对于高碳钢轴承零件,一般用正火来消除网状组织或消除退火过热的片状组织,在球化退火前进行正火处理可以细化晶粒。对于渗碳钢轴承零件，锻造后的正火便于切削加工；对于要求较高的轴承零件，一般渗碳后正火，然后高温回火，再进行淬火及低温回火处理。3.淬火:•定义:将金属材料加热到Ac1以上温度,保温一定时间,然后快速冷却下来的一种工艺.•目的:提高硬度,强度,耐磨性，对于冶金轴承还要有较高的韧性.高碳铬轴承钢淬火分为马氏体淬火和贝氏体淬火。•工艺：马氏体淬火：显微组织为隐晶或细小结晶马氏体,残留碳化物和残留奥氏体.贝氏体淬火：显微组织为下贝氏体,残留碳化物和残留奥氏体.淬火注意事项：淬火组织一定不能粗大，加热时间要保证；可采用低温慢速的办法。加热气氛的碳势要维持在1.0%C左右，保证零件表面没有脱贫碳。优化工艺参数，尽量减少变形；要认识到淬回火再整形是不得已的措施，整形后会留下质量隐患。贝氏体淬火一定要保证在盐浴中的淬火时间(GCr15最低4小时，GCr18Mo最低5小时),以保证组织的转变时间。淬火介质对产品的质量非常重要。PM+K+A′4.冷处理:由于残留奥氏体不稳定,为减少它,需要把工件冷到室温以下继续淬火,这种方法就是冷处理.由于马氏体转变终了点在-70左右,因此,冷处理温度一般是-70℃∽-90℃.由于马氏体转变的不完全性,冷处理后仍保留有少量的残留奥氏体.•冷处理必须在淬火后马上进行，一般不能超过30分钟，更不能回火后冷处理，不然冷处理的效果会大大降低；冷处理后，要自然冷到室温马上回火。•如需要继续减少残留奥氏体,可采用:冷处理+活化处理+冷处理+回火•对于冶金轴承，除非有很高的尺寸稳定性要求，一般不进行冷处理。5.回火:•定义:将淬火后的零件加热到一定温度,保温一定时间,然后冷却下来的一种工艺.•目的:减少内应力,稳定组织和尺寸,获得所需要的性能.•工艺方法:低温回火,中温回火,高温回火.•注意事项：轴承零件通常采用低温回火,一般为150∽200℃,对于尺寸稳定性较高要求的可采用多次回火的办法,或适当提高回火温度的办法(行业内常称高温回火).•附加回火：在粗磨后进行回火，附加回火的温度要低于原回火温度，目的是为了减少或消除磨削应力，进一步稳定组织和尺寸。5.渗碳处理:•定义:在一定温度,一定气氛,一定时间下,将工件表面层渗入碳原子,提高工件表面含碳量,通过适当的热处理工艺,获得所需性能的工艺.•目的:提高表面硬度和耐磨性,心部仍保持高的韧性.•工艺方法:气体渗碳,固体渗碳,液体渗碳./(浅层,中层,深层).•化学热处理的基本过程主要由介质分解——表层吸收——扩散三个基本步骤组成。注意:•渗碳温度一般比较高(900∽9４0℃).•渗碳时间一般比较长(0.05∽0.10mm/Hr).•渗碳介质一般为甲醇，煤油,乙醇,苯,丙烷等等.•渗碳钢一般为低碳（合金）钢。820-840℃(GCr15)800-820(GCr15SiMn)℃150∽200℃油冷0t-70∽-80℃850-880℃(GCr18Mo)840-860℃(GCr15)AP℃ABMs230-240℃盐浴AM0t910-940℃℃890℃150∽200℃油冷0t原材料（锻件）的检验项目:化学成分,氧含量。表面缺陷（裂纹/折叠/结疤/气泡等）低倍组织（偏析/缩孔/疏松/白点/发纹等）显微组织（非金属夹杂物/碳化物网状,碳化物带状,碳化物液析/脱碳/退火组织等）退火硬度尺寸热处理检验项目:尺寸：圆度/(翘曲/锥度)/留量/硬度：表面硬度/硬度均匀性/硬度稳定性/心部硬度组织：马氏体/贝氏体/屈氏体/脱贫碳(/碳化物网状/碳化物带状/非金属夹杂物)/残余奥氏体等裂纹：软点：断口：牌号热处理特点有效壁厚退火HB正火(HB)淬火HRC回火HRCGCr15马氏体淬火≤12mm179-207≥6360-6512-30mm≥6258-64贝氏体淬火≤15mm58-62≥15mm58-62GCr15SiMn马氏体淬火≤12mm179-217≥6360-6512-30mm≥6258-64GCr18Mo贝氏体淬火≤30mm179-21758-62≥30mm57-61渗碳钢渗碳淬火≤22962-6660-64（心部30-45）金属材料的机械性能一般有强度,硬度,塑性,韧性等.1.硬度:定义:金属材料抵抗外力压入的能力.一般常用的硬度试验有:•布氏硬度:HB用一定的负荷P,将淬硬钢球压入金属表面,卸载后留下一直径为d的球面压痕.生产上一般测得压痕直径,可直接查表.布氏硬度一般使用在硬度较低的材料检验.•洛氏硬度:HR根据压头和载荷不同,可分为HRC,HRB,HRA等等.洛氏硬度试验与布氏硬度试验原理相同,但不同的是:洛氏硬度是测量压痕的深度,并以0.002mm深度作为一个硬度单位.HR=(K-h)/0.002生产上洛氏硬度的值直接在硬度计刻度盘上指示出来.HRC:一般是测量硬度较高的材料.HRB:一般是测量硬度较低的材料,可以代替HB.HRA:一般是测量硬度较高的材料或薄壁材料或宽度小的零件.•维氏硬度:HV•里氏硬度:HL几种硬度的换算可以查表.2.强度与塑性:•金属材料抵抗变形或断裂的能力.一般有抗拉强度/抗压强度/抗弯强度/抗扭强度等.•测量材料的抗拉性能采用静拉伸试验抗拉试验:σb（Rm)抗拉强度,σs（Re)屈服强度;δ(A)延伸率,ψ(Z)截面收缩率它们是衡量材料强度和塑性的重要指标.3.韧性:•材料的韧性可以通过做冲击试验来获得,一般用αk(KV)表示.αk=Ak/F检验仪器-布氏硬度计检验仪器-维氏硬度计检验仪器-显微镜硬度：退火硬度：热处理前要检验退火状态的零件硬度及组织。GCr15:179-207HB(88-94HRB),其他为179-217HB(88-97HRB).若硬度不合格（过高、过低或不均匀），都要认真分析原因，可能对淬火产生影响（如，硬度不够，脱碳，过热，椭圆大等）。淬回火硬度：壁厚不大于12mm时，淬火后≥63HRC，回火后60-65HRC；可能会遇到客户提出特殊的硬度要求，如61-64HRC等，但回火后硬度公差范围要大小于3