GCr15轴承钢球的热处理工艺及质量控制
摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析从而确定质量控制方法。钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。
关键词：GCr15 轴承钢球 热处理设计 热处理工艺 热处理缺陷 质量控制
引言
滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一
滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。
滚动轴承的基本结构：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。轴承及钢球实物图如图 1所示。
常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。
当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。
滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。
1、GCr15轴承钢球的组织与性能特点分析
1.1 GCr15轴承钢球的组织要求
GCr15轴承钢是一种合金含量较少、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。
轴承钢球的接触疲劳寿命对钢的组织和性质的不均匀性特别敏感。因此，对使用状态下的组织和原始组织提出了一系列要求。轴承钢在使用状态下的组织应是回火马氏体基本上均匀分布有细粒的碳化物，这样的组织能赋予轴承钢所需要的性能。对原始组织的要求主要有两个方面：一是纯净，指钢中杂质元素和夹杂物含量要少；二是组织均匀，指钢中非金属夹杂物和碳化物应当细小分散和分布均匀。所以钢的纯净度和组织均匀度是衡量轴承钢冶金质量的两个重要指标。
1.2 GCr15轴承钢球的化学成分及影响
GCr15是一种最常用的高铬轴承钢，具有高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度。耐磨性优于GCr9，接触疲劳强度高，有良好的尺寸稳定性和抗蚀性，冷变形塑性中等，切削性一般，焊接性差，对白点形成敏感，有第一类回火脆性。 在滚珠轴承制造中，用以杂质壁厚12mm.外径<250mm的H级至C级的轴承套，直径25.4～50.8mm的钢球；直径<22mm的滚子，此外也可用作承受大负荷.要求高耐磨性.高弹性极限.高接触疲劳强度的其他机械零件及各种精密量具冷冲模等。如机床的滚珠丝杆，涡轮喷气发动机喷嘴的喷口.柱塞.活门.衬套等。GCr15其中的化学成分主要是碳（0.95～1.05％）、铬（1.40～1.65％）、硅（0.15～0.35％）、锰（0.20～0.4％）、磷（≤0.027％）、硫（≤0.020％）、镍（≤0.30％）、钼（≤0.10％）等。
目录
引言••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1、GCr15轴承钢球的组织与性能特点分析••••••••••••••••••••••••••••••••2
1.1 GCr15轴承钢球的组织要求•••••••••••••••••••••••••••••••••••2
1.2 GCr15轴承钢球的化学成分及特点•••••••••••••••••••••••••••••2
1.3 GCr15轴承钢球所具有的性能要求•••••••••••••••••••••••••••••3
2、轴承钢球的失效••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
3、GCr15轴承钢球一般加工路线••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10
4、GCr15轴承钢球热处理工艺设计与分析••••••••••••••••••••••••••••••••11
4.1 预先热处理工艺设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••12
4.1.1 球化退火设计方案一••••••••••••••••••••••••••••••••••••12
4.1.2 球化退火设计方案二••••••••••••••••••••••••••••••••••••14
4.1.3 球化退火方案比较及选用••••••••••••••••••••••••••••••••15
4.2 最终热处理设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16
4.2.1 淬火设计方案一••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17
4.2.2 淬火设计方案二••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18
4.2.3 淬火方案比较及选用••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
4.2.4 低温回火工艺••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21
4.3 钢球一般热处理工艺流程最终确定••••••••••••••••••••••••••••23
4.4 钢球热处理后的润滑与防锈••••••••••••••••••••••••••••••••••23
5、GCr15钢球热处理后的检验及缺陷分析•••••••••••••••••••••••••••••••24
5.1 钢球热处理后组织结构与力学性能及检验••••••••••••••••••••••24
5.2 热处理后缺陷分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25
5.2.1 退火缺陷分析及质量控制••••••••••••••••••••••••••••••••25
5.2.2 淬火缺陷分析及质量控制••••••••••••••••••••••••••••••••26
5.2.3 回火缺陷分析及质量控制••••••••••••••••••••••••••••••••28
6、结论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29
参考文献•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••30
参考文献
1.热处理手册编委会.热处理手册（2版）.北京：机械工业出版社，1993
2.卜炎主.实用轴承技术手册.北京：机械工业出版社，2004
3.王振华.实用轴承手册.上海：上海科学技术文献出版社，1991
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