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軸承熱處理方法一
發(fā)布時(shí)間：2010/9/1
軸承熱處理方法一
熱處理質(zhì)量好壞直接關(guān)系著后續(xù)的加工質(zhì)量以致最終影響零件的使用性能及壽命，同時(shí)熱處理又是機(jī)械行業(yè)的能源消耗大戶和污染大戶。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及其在熱處理方面的應(yīng)用，熱處理技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
?。?） ；清潔熱處理熱處理生產(chǎn)形成的廢水、廢氣、廢鹽、粉塵、噪聲及電磁輻射等均會對環(huán)境造成污染。解決熱處理的環(huán)境污染問題，實(shí)行清潔熱處理（或稱綠色環(huán)保熱處理）是發(fā)達(dá)國家熱處理技術(shù)發(fā)展的方向之一。為減少SO2、CO、CO2、粉塵及煤渣的排放，已基本杜絕使用煤作燃料，重油的使用量也越來越少，改用輕油的居多，天然氣仍然是最理想的燃料。燃燒爐的廢熱利用已達(dá)到很高的程度，燃燒器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和空-燃比的嚴(yán)格控制保證了合理燃燒的前提下，使NOX和CO降低到最低限度；使用氣體滲碳、碳氮共滲及真空熱處理技術(shù)替代鹽浴處理以減少廢鹽及含CN-有毒物對水源的污染；采用水溶性合成淬火油代替部分淬火油，采用生物可降解植物油代替部分礦物油以減少油污染。
（2） ；精密熱處理精密熱處理有兩方面的含義：一方面是根據(jù)零件的使用要求、材料、結(jié)構(gòu)尺寸，利用物理冶金知識及先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬和檢測技術(shù)，優(yōu)化工藝參數(shù)，達(dá)到所需的性能或最大限度地發(fā)揮材料的潛力；另一方面是充分保證優(yōu)化工藝的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量分散度很?。ɑ?yàn)榱悖┘盁崽幚砘優(yōu)榱恪?
（3） ；節(jié)能熱處理科學(xué)的生產(chǎn)和能源管理是能源有效利用的最有潛力的因素，建立專業(yè)熱處理廠以保證滿負(fù)荷生產(chǎn)、充分發(fā)揮設(shè)備能力是科學(xué)管理的選擇。在熱處理能源結(jié)構(gòu)方面，優(yōu)先選擇一次能源；充分利用廢熱、余熱；采用耗能低、周期短的工藝代替周期長、耗能大的工藝等。
?。?） ；少無氧化熱處理由采用保護(hù)氣氛加熱替代氧化氣氛加熱到精確控制碳勢、氮?jiǎng)莸目煽貧夥占訜?，熱處理后零件的性能得到提高，熱處理缺陷如脫碳、裂紋等大大減少，熱處理后的精加工留量減少，提高了材料的利用率和機(jī)加工效率。真空加熱氣淬、真空或低壓滲碳、滲氮、氮碳共滲及滲硼等可明顯改善質(zhì)量、減少畸變、提高壽命。
軸承零件的熱處理質(zhì)量控制在整個(gè)機(jī)械行業(yè)是最為嚴(yán)格的。軸承熱處理在過去的20來年里取得了很大的進(jìn)步，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：熱處理基礎(chǔ)理論的研究；熱處理工藝及應(yīng)用技術(shù)的研究；新型熱處理裝備及相關(guān)技術(shù)的開發(fā)。1 ；高碳鉻軸承鋼的退火高碳鉻軸承鋼的球化退火是為了獲得鐵素體基體上均勻分布著細(xì)、小、勻、圓的碳化物顆粒的組織，為以后的冷加工及最終的淬回火作組織準(zhǔn)備。傳統(tǒng)的球化退火工藝是在略高于Ac1的溫度（如GCr15為780~810℃）保溫后隨爐緩慢冷卻（25℃/h）至650℃以下出爐空冷。該工藝熱處理時(shí)間長（20h以上）[1]，且退火后碳化物的顆粒不均勻，影響以后的冷加工及最終的淬回火組織和性能。之后，根據(jù)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)，開發(fā)等溫球化退火工藝：在加熱后快冷至Ar1以下某一溫度范圍內(nèi)（690~720℃）進(jìn)行等溫，在等溫過程中完成奧氏體向鐵素體和碳化物的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完成后可直接出爐空冷。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省熱處理時(shí)間（整個(gè)工藝約12~18h）, ；處理后的組織中碳化物細(xì)小均勻。另一種節(jié)省時(shí)間的工藝是重復(fù)球化退火：第一次加熱到810℃后冷卻至650℃，再加熱到790℃后冷卻到650℃出爐空冷。該工藝雖可節(jié)省一定的時(shí)間，但工藝操作較繁。
2 ；高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火
2.1常規(guī)馬氏體淬回火的組織與性能近20年來，常規(guī)的高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火工藝的發(fā)展主要分兩個(gè)方面：一方面是開展淬回火工藝參數(shù)對組織和性能的影響，如淬回火過程中的組織轉(zhuǎn)變、殘余奧氏體的分解、淬回火后的韌性與疲勞性能等[2~10]；另一方面是淬回火的工藝性能，如淬火條件對尺寸和變形的影響、尺寸穩(wěn)定性等[11~13]。常規(guī)馬氏體淬火后的組織為馬氏體、殘余奧氏體和未溶（殘留）碳化物組成。其中，馬氏體的組織形態(tài)又可分為兩類：在金相顯微鏡下（放大倍數(shù)一般低于1000倍），馬氏體可分為板條狀馬氏體和片狀馬氏體兩類典型組織，一般淬火后為板條和片狀馬氏體的混合組織，或稱介于二者之間的中間形態(tài)—棗核狀馬氏體（軸承行業(yè)上所謂的隱晶馬氏體、結(jié)晶馬氏體）；在高倍電鏡下，其亞結(jié)構(gòu)可分為位錯(cuò)纏結(jié)和孿晶。其具體的組織形態(tài)主要取決于基體的碳含量，奧氏體溫度越高，原始組織越不穩(wěn)定，則奧氏體基體的碳含量越高，淬后組織中殘余奧氏體蕉?，片拙b硎咸逶蕉?，硣\繚醬?，褖︶构中孪晶抵\壤醬螅乙仔緯紗慊鶼暈⒘鹽?。以掋，基体碳含量低?.3%時(shí)，馬氏體主要是位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)為主的板條馬氏體；基體碳含量高于0.6%時(shí)，馬氏體是位錯(cuò)和孿晶混合亞結(jié)構(gòu)的片狀馬氏體；基體碳含量為0.75%時(shí)，出現(xiàn)帶有明顯中脊面的大片狀馬氏體，且片狀馬氏體生長時(shí)相互撞擊處帶有顯微裂紋。與此同時(shí)，隨奧氏體化溫度的提高，淬后硬度提高，韌性下降，但奧氏體化溫度過高則因淬后殘余奧氏體過多而導(dǎo)致硬度下降。常規(guī)馬氏體淬火后的組織中殘余奧氏體的含量一般為6~15%，殘余奧氏體為軟的亞穩(wěn)定相，在一定的條件下（如回火、自然時(shí)效或零件的使用過程中），其失穩(wěn)發(fā)生分解為馬氏體或貝氏體。分解帶來的后果是零件的硬度提高，韌性下降，尺寸發(fā)生變化而影響零件的尺寸精度甚至正常工作。對尺寸精度要求較高的軸承零件，一般希望殘余奧氏體越少越好，如淬火后進(jìn)行補(bǔ)充水冷或深冷處理，采用較高溫度的回火等[12~14]。但殘余奧氏體可提高韌性和裂紋擴(kuò)展抗力，一定的條件下，工件表層的殘余奧氏體還可降低接觸應(yīng)力集中，提高軸承的接觸疲勞壽命，這種情況下在工藝和材料的成分上采取一定的措施來保留一定量的殘余奧氏體并提高其穩(wěn)定性，如加入奧氏體穩(wěn)定化元素Si、Mn, ；進(jìn)行穩(wěn)定化處理等[15,16]。 <BR
熱處理質(zhì)量好壞直接關(guān)系著后續(xù)的加工質(zhì)量以致最終影響零件的使用性能及壽命，同時(shí)熱處理又是機(jī)械行業(yè)的能源消耗大戶和污染大戶。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及其在熱處理方面的應(yīng)用，熱處理技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
?。?） ；清潔熱處理熱處理生產(chǎn)形成的廢水、廢氣、廢鹽、粉塵、噪聲及電磁輻射等均會對環(huán)境造成污染。解決熱處理的環(huán)境污染問題，實(shí)行清潔熱處理（或稱綠色環(huán)保熱處理）是發(fā)達(dá)國家熱處理技術(shù)發(fā)展的方向之一。為減少SO2、CO、CO2、粉塵及煤渣的排放，已基本杜絕使用煤作燃料，重油的使用量也越來越少，改用輕油的居多，天然氣仍然是最理想的燃料。燃燒爐的廢熱利用已達(dá)到很高的程度，燃燒器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和空-燃比的嚴(yán)格控制保證了合理燃燒的前提下，使NOX和CO降低到最低限度；使用氣體滲碳、碳氮共滲及真空熱處理技術(shù)替代鹽浴處理以減少廢鹽及含CN-有毒物對水源的污染；采用水溶性合成淬火油代替部分淬火油，采用生物可降解植物油代替部分礦物油以減少油污染。
（2） ；精密熱處理精密熱處理有兩方面的含義：一方面是根據(jù)零件的使用要求、材料、結(jié)構(gòu)尺寸，利用物理冶金知識及先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬和檢測技術(shù)，優(yōu)化工藝參數(shù)，達(dá)到所需的性能或最大限度地發(fā)揮材料的潛力；另一方面是充分保證優(yōu)化工藝的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量分散度很?。ɑ?yàn)榱悖┘盁崽幚砘優(yōu)榱恪?
（3） ；節(jié)能熱處理科學(xué)的生產(chǎn)和能源管理是能源有效利用的最有潛力的因素，建立專業(yè)熱處理廠以保證滿負(fù)荷生產(chǎn)、充分發(fā)揮設(shè)備能力是科學(xué)管理的選擇。在熱處理能源結(jié)構(gòu)方面，優(yōu)先選擇一次能源；充分利用廢熱、余熱；采用耗能低、周期短的工藝代替周期長、耗能大的工藝等。
?。?） ；少無氧化熱處理由采用保護(hù)氣氛加熱替代氧化氣氛加熱到精確控制碳勢、氮?jiǎng)莸目煽貧夥占訜?，熱處理后零件的性能得到提高，熱處理缺陷如脫碳、裂紋等大大減少，熱處理后的精加工留量減少，提高了材料的利用率和機(jī)加工效率。真空加熱氣淬、真空或低壓滲碳、滲氮、氮碳共滲及滲硼等可明顯改善質(zhì)量、減少畸變、提高壽命。
軸承零件的熱處理質(zhì)量控制在整個(gè)機(jī)械行業(yè)是最為嚴(yán)格的。軸承熱處理在過去的20來年里取得了很大的進(jìn)步，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：熱處理基礎(chǔ)理論的研究；熱處理工藝及應(yīng)用技術(shù)的研究；新型熱處理裝備及相關(guān)技術(shù)的開發(fā)。1 ；高碳鉻軸承鋼的退火高碳鉻軸承鋼的球化退火是為了獲得鐵素體基體上均勻分布著細(xì)、小、勻、圓的碳化物顆粒的組織，為以后的冷加工及最終的淬回火作組織準(zhǔn)備。傳統(tǒng)的球化退火工藝是在略高于Ac1的溫度（如GCr15為780~810℃）保溫后隨爐緩慢冷卻（25℃/h）至650℃以下出爐空冷。該工藝熱處理時(shí)間長（20h以上）[1]，且退火后碳化物的顆粒不均勻，影響以后的冷加工及最終的淬回火組織和性能。之后，根據(jù)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)，開發(fā)等溫球化退火工藝：在加熱后快冷至Ar1以下某一溫度范圍內(nèi)（690~720℃）進(jìn)行等溫，在等溫過程中完成奧氏體向鐵素體和碳化物的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完成后可直接出爐空冷。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省熱處理時(shí)間（整個(gè)工藝約12~18h）, ；處理后的組織中碳化物細(xì)小均勻。另一種節(jié)省時(shí)間的工藝是重復(fù)球化退火：第一次加熱到810℃后冷卻至650℃，再加熱到790℃后冷卻到650℃出爐空冷。該工藝雖可節(jié)省一定的時(shí)間，但工藝操作較繁。
2 ；高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火
2.1常規(guī)馬氏體淬回火的組織與性能近20年來，常規(guī)的高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火工藝的發(fā)展主要分兩個(gè)方面：一方面是開展淬回火工藝參數(shù)對組織和性能的影響，如淬回火過程中的組織轉(zhuǎn)變、殘余奧氏體的分解、淬回火后的韌性與疲勞性能等[2~10]；另一方面是淬回火的工藝性能，如淬火條件對尺寸和變形的影響、尺寸穩(wěn)定性等[11~13]。常規(guī)馬氏體淬火后的組織為馬氏體、殘余奧氏體和未溶（殘留）碳化物組成。其中，馬氏體的組織形態(tài)又可分為兩類：在金相顯微鏡下（放大倍數(shù)一般低于1000倍），馬氏體可分為板條狀馬氏體和片狀馬氏體兩類典型組織，一般淬火后為板條和片狀馬氏體的混合組織，或稱介于二者之間的中間形態(tài)—棗核狀馬氏體（軸承行業(yè)上所謂的隱晶馬氏體、結(jié)晶馬氏體）；在高倍電鏡下，其亞結(jié)構(gòu)可分為位錯(cuò)纏結(jié)和孿晶。其具體的組織形態(tài)主要取決于基體的碳含量，奧氏體溫度越高，原始組織越不穩(wěn)定，則奧氏體基體的碳含量越高，淬后組織中殘余奧氏體蕉?，片拙b硎咸逶蕉?，硣\繚醬?，褖︶构中孪晶抵\壤醬螅乙仔緯紗慊鶼暈⒘鹽?。以掋，基体碳含量低?.3%時(shí)，馬氏體主要是位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)為主的板條馬氏體；基體碳含量高于0.6%時(shí)，馬氏體是位錯(cuò)和孿晶混合亞結(jié)構(gòu)的片狀馬氏體；基體碳含量為0.75%時(shí)，出現(xiàn)帶有明顯中脊面的大片狀馬氏體，且片狀馬氏體生長時(shí)相互撞擊處帶有顯微裂紋。與此同時(shí)，隨奧氏體化溫度的提高，淬后硬度提高，韌性下降，但奧氏體化溫度過高則因淬后殘余奧氏體過多而導(dǎo)致硬度下降。常規(guī)馬氏體淬火后的組織中殘余奧氏體的含量一般為6~15%，殘余奧氏體為軟的亞穩(wěn)定相，在一定的條件下（如回火、自然時(shí)效或零件的使用過程中），其失穩(wěn)發(fā)生分解為馬氏體或貝氏體。分解帶來的后果是零件的硬度提高，韌性下降，尺寸發(fā)生變化而影響零件的尺寸精度甚至正常工作。對尺寸精度要求較高的軸承零件，一般希望殘余奧氏體越少越好，如淬火后進(jìn)行補(bǔ)充水冷或深冷處理，采用較高溫度的回火等[12~14]。但殘余奧氏體可提高韌性和裂紋擴(kuò)展抗力，一定的條件下，工件表層的殘余奧氏體還可降低接觸應(yīng)力集中，提高軸承的接觸疲勞壽命，這種情況下在工藝和材料的成分上采取一定的措施來保留一定量的殘余奧氏體并提高其穩(wěn)定性，如加入奧氏體穩(wěn)定化元素Si、Mn, ；進(jìn)行穩(wěn)定化處理等[15,16]。 <BR