哈工大熱處理原理與工藝大作業(yè)-特大軸承零件熱處理

1、L/O/G/O特大型軸承零件小組成員：莫然、張?chǎng)巍铕┰隆?張鈺梅、張雨薇 1 1、零件介紹與分類(lèi)、零件介紹與分類(lèi)2 2、零件用途與服役條件、零件用途與服役條件 3 3、失效方式與性能要求、失效方式與性能要求 4 4、零件用材料、零件用材料 5 5、加工工序、加工工序 6 6、熱處理工藝、熱處理工藝 7 7、質(zhì)量檢查事項(xiàng)和方法、質(zhì)量檢查事項(xiàng)和方法 8 8、熱處理缺陷及解決方法、熱處理缺陷及解決方法零件加工主要內(nèi)容 1.零件介紹與分類(lèi)軸承是一種重要的基礎(chǔ)零件，主要用于支撐軸徑。滾動(dòng)軸承主要由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體（軸承鋼或滲碳鋼）和保持架（低碳鋼）四部分組成。 1.零件介紹與分類(lèi)滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承軸承

2、軸承向心軸承向心軸承推力軸承推力軸承徑向接觸軸承徑向接觸軸承角接觸向心軸承角接觸向心軸承徑向接觸球軸承徑向接觸球軸承深溝球軸承深溝球軸承徑向接觸滾子軸承徑向接觸滾子軸承圓柱滾子軸承圓柱滾子軸承滾針軸承滾針軸承角接觸向心球軸承角接觸向心球軸承調(diào)心球軸承調(diào)心球軸承角接觸球軸承角接觸球軸承角接觸向心滾子軸角接觸向心滾子軸承承圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承調(diào)心滾子軸承調(diào)心滾子軸承軸向接觸軸承軸向接觸軸承角接觸推力軸承角接觸推力軸承軸向接觸球軸承軸向接觸球軸承軸向接觸滾子軸承軸向接觸滾子軸承推力圓柱滾子軸推力圓柱滾子軸承承推力滾針軸承推力滾針軸承角接觸推力球軸承角接觸推力球軸承推力角接觸球推力角接觸球軸承軸承

3、角接觸推力滾子軸承角接觸推力滾子軸承推力圓錐滾子軸承推力圓錐滾子軸承推力調(diào)心滾子軸承推力調(diào)心滾子軸承組合軸承組合軸承軸承單元軸承單元綜合分類(lèi)：綜合分類(lèi)： 1.零件介紹與分類(lèi)2.零件用途與服役條件特大型軸承零件是公稱(chēng)外徑尺寸（D）大于440mm的軸承，是用于重型起重、挖掘、堆取、隧道掘進(jìn)機(jī)械、雷達(dá)、火炮、風(fēng)力發(fā)電站、泄洪閘、船舶等設(shè)備上的重要回轉(zhuǎn)支承零件。2.零件用途與服役條件在日常生活中，摩天輪等許多娛樂(lè)設(shè)施的旋轉(zhuǎn)也是靠?jī)蓚€(gè)特大型軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)的。雷達(dá)風(fēng)力發(fā)電站2、零件用途與服役條件 普通常用軸承 VS 特大型軸承 22、零件用途與服役條件簡(jiǎn)而言之：高速、重載，工作條件差！簡(jiǎn)而言之：高速、重載，工

4、作條件差！服役條件服役條件常規(guī)常規(guī) 如一般滾動(dòng)軸承在內(nèi)外套圈與滾動(dòng)體的接觸面上承受極大的壓應(yīng)力和交變載荷獨(dú)特獨(dú)特 承受著很大的徑向壓力及強(qiáng)烈的沖擊。3.失效方式與性能要求滾動(dòng)體和滾道的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)和污物塵埃污物塵埃的侵入, 使?jié)L動(dòng)體和滾道表面表面產(chǎn)生磨損, 造成軸承游隙增大, 溫度升高, 降低了軸承的運(yùn)動(dòng)精度運(yùn)動(dòng)精度。磨 損3.失效方式與性能要求表面硬度高表面硬度高耐磨性好耐磨性好心部韌性好，心部韌性好，強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度足夠足夠良好的抗良好的抗震性能震性能較高的接較高的接觸疲勞強(qiáng)觸疲勞強(qiáng)度度1. 防止疲勞剝落2. 防止永久變形3. 防止磨損其他性能要求高的淬硬性和淬透性4.零件用材料一

5、般來(lái)說(shuō)，鉻軸承鋼是制造滾動(dòng)軸承零件所使用的主要鋼種，鉻元素的加入明顯提高了鋼的淬透性及低溫回火的穩(wěn)定性，同時(shí)細(xì)化了晶粒，可以使軸承零件有高的硬度和耐磨性。但對(duì)于大型機(jī)械或承受強(qiáng)烈沖擊載荷的軸承，其服役條件決定其要采用性能更為優(yōu)異的滲碳軸承鋼或中碳合金鋼進(jìn)行制造。4.零件用材料用于制造直徑2m的軸承，承受高沖擊載荷軋鋼機(jī)軸承及要求安全性、可靠性高的中、小型軸承的套圈、滾子（軸承工作溫度100）用于制造大型回轉(zhuǎn)軸承、礦山機(jī)械。工程機(jī)械及其他需要兩部分作相對(duì)回轉(zhuǎn)的機(jī)械軸承的套圈（軸承工作溫度100）用于制造套圈直徑2m的軸承，沖擊載荷下、高耐磨性的大型軸承（如雷達(dá)回轉(zhuǎn)軸承）的套圈和滾子（軸承工作溫度

6、100）20Cr2Ni4A 20Cr2Mn2MoAGCr15SiMoGCr15SiMn5CrMnMo 42CrMo 42SiMn 45Mn 50Mn制造特大型軸承零件的材料主要有：GCr15SiMn、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2Mo、5CrMnMo、45鋼、42CrMo、50Mn等。4.零件用材料制造轉(zhuǎn)速不高，但載荷較大的特大型軸承（主要是內(nèi)外套圈），例如掘進(jìn)機(jī)、起重機(jī)、大型機(jī)床上的軸承，這類(lèi)承受巨大沖擊的特大型軸承的軸承圈與滾子接觸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)呈線接觸或點(diǎn)接觸，承受較大的周期性的交變載荷，由于接觸面積小，在周期載荷的作用下，極易發(fā)生剝落而產(chǎn)生疲勞破壞，由于摩擦造成磨損也影響軸承的使用壽命，

7、所以要求軸承零件表面耐磨且心部具有足夠的強(qiáng)度和韌性。G20Cr2Ni4AG20Cr2Mn2MoA制造特大型軸承零件的材料主要有：GCr15SiMn、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2Mo、5CrMnMo、45鋼、42CrMo、50Mn等。1.1.鍛軋鍛軋2.2.車(chē)削加工車(chē)削加工3.3.滲碳直接滲碳直接淬火淬火4.4.高溫回火高溫回火熱處理工藝5.加工工序5.5.二次淬火二次淬火6.6.低溫回火低溫回火7.7.粗磨粗磨8.8.附加回火附加回火9.9.精磨精磨6.熱處理工藝熱處理工藝要求a.滲碳層厚度與滲碳圓度誤差允許值6.熱處理工藝b.硬度要求表面硬度為60-64HRC心部硬度為35-45HR

8、Cc.其他粗大碳化物深度0.5mm，網(wǎng)狀碳化物3級(jí)，滲層脫碳深度不大于零件實(shí)際最小磨量熱處理工藝要求6.熱處理工藝熱處理工藝規(guī)范 特大型軸承滲碳、淬火、回火工藝曲線（180kw井式滲碳爐）目的目的：得到表層高碳、心部低碳：得到表層高碳、心部低碳 的工件，為接下來(lái)的熱處理提供的工件，為接下來(lái)的熱處理提供條件。條件。 組織組織：滲碳溫度下是單相奧氏體：滲碳溫度下是單相奧氏體目的目的：使工件與淬火介質(zhì)的溫：使工件與淬火介質(zhì)的溫度差減少，減少應(yīng)力與變形。度差減少，減少應(yīng)力與變形。但是殘余奧氏體量較多，內(nèi)應(yīng)但是殘余奧氏體量較多，內(nèi)應(yīng)力仍較多。力仍較多。組織：組織：馬氏體馬氏體+ +大量殘余奧氏體大量殘余

9、奧氏體目的：目的：1 1）使殘余奧氏體發(fā)生分解，碳）使殘余奧氏體發(fā)生分解，碳化物充分析出和聚集球化，使化物充分析出和聚集球化，使鋼的硬度降低，便于切削加工；鋼的硬度降低，便于切削加工；2 2）消除淬火應(yīng)力以及晶粒度不）消除淬火應(yīng)力以及晶粒度不均勻的現(xiàn)象；均勻的現(xiàn)象；3 3）同時(shí)可以減弱因滲碳不均勻）同時(shí)可以減弱因滲碳不均勻而造成的碳濃度梯度過(guò)陡的缺而造成的碳濃度梯度過(guò)陡的缺陷；陷；4 4）為二次淬火做好準(zhǔn)備。）為二次淬火做好準(zhǔn)備。組織：組織：回火索氏體回火索氏體（注：二次淬火的溫度適當(dāng)?shù)陀诔Ｒ?guī)淬火溫度，是由于高溫回火已經(jīng)使?jié)B碳層成分均勻化，碳化物也得以球化聚集，淬火溫度便可以適當(dāng)降低。同時(shí)，加

10、熱溫度低，碳化物不能全部溶于奧氏體中，殘余奧氏體含量減少，不會(huì)影響硬度和疲勞強(qiáng)度。）目的：目的：細(xì)化滲碳層中的馬氏體晶細(xì)化滲碳層中的馬氏體晶粒，獲得隱晶馬氏體，使殘余奧粒，獲得隱晶馬氏體，使殘余奧氏體量減少，提高了滲層強(qiáng)度和氏體量減少，提高了滲層強(qiáng)度和韌性。韌性。組織：組織：隱晶馬氏體隱晶馬氏體+ +殘余奧氏體及均勻分殘余奧氏體及均勻分布的細(xì)粒狀碳化物（滲層）布的細(xì)粒狀碳化物（滲層）目的：目的：可以消除淬火應(yīng)力，可以消除淬火應(yīng)力，使表面具有高的硬度和耐磨使表面具有高的硬度和耐磨性，同時(shí)使心部具有高的強(qiáng)性，同時(shí)使心部具有高的強(qiáng)度、良好的塑性和韌性。保度、良好的塑性和韌性。保證工件在一定硬度條件下

11、有證工件在一定硬度條件下有較好的綜合機(jī)械性能和尺寸較好的綜合機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。組織：組織：滲碳層：回火馬氏體、粒狀滲碳層：回火馬氏體、粒狀碳化物及一定量殘余奧氏體；碳化物及一定量殘余奧氏體；心部：低碳回火馬氏體心部：低碳回火馬氏體目的：目的：消除因磨削加工等產(chǎn)生消除因磨削加工等產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力或磨削應(yīng)力，減少的機(jī)械應(yīng)力或磨削應(yīng)力，減少其對(duì)軸承精度和尺寸的影響，其對(duì)軸承精度和尺寸的影響，考慮到無(wú)組織的轉(zhuǎn)變，故保溫考慮到無(wú)組織的轉(zhuǎn)變，故保溫時(shí)間小于回火時(shí)間時(shí)間小于回火時(shí)間組織組織：（沒(méi)有改變）（沒(méi)有改變）滲碳層：回火馬氏體、粒狀碳滲碳層：回火馬氏體、粒狀碳化物及一定量殘余奧氏體；化物及一

12、定量殘余奧氏體；心部：低碳回火馬氏體心部：低碳回火馬氏體7.質(zhì)量檢查事項(xiàng)和方法1 1、硬度、硬度檢定方法: 采用洛氏、緯氏或顯微硬度計(jì)檢查硬度6165HRC2 2、顯微組織、顯微組織檢定方法: 用4%的硝酸酒精溶液腐蝕后放大500倍觀察隱針或細(xì)小結(jié)晶狀馬氏體，均勻隱針或細(xì)小結(jié)晶狀馬氏體，均勻分布細(xì)小的殘余碳化物和少量的分布細(xì)小的殘余碳化物和少量的殘余奧氏體殘余奧氏體7.質(zhì)量檢查事項(xiàng)和方法3 3、斷口、斷口4 4、斷裂與其他缺陷、斷裂與其他缺陷檢定方法: 檢查軟點(diǎn)和脫碳用冷酸洗檢查，深度用金相法檢查，裂紋采用超聲波或磁粉探傷檢查不允許有裂紋、脫碳、軟點(diǎn)的缺陷出現(xiàn)不允許有裂紋、脫碳、軟點(diǎn)的缺陷出現(xiàn)

13、檢定方法:壓斷后用肉眼或放大鏡觀察淬火后的斷口為亮灰色瓷狀斷淬火后的斷口為亮灰色瓷狀斷口，具有細(xì)小晶粒、閃爍光澤、口，具有細(xì)小晶粒、閃爍光澤、不允許欠熱或過(guò)熱不允許欠熱或過(guò)熱7.質(zhì)量檢查事項(xiàng)和方法5 5、畸變（橢圓、撓曲、脹縮）、畸變（橢圓、撓曲、脹縮）按工藝或圖紙要求執(zhí)行按工藝或圖紙要求執(zhí)行檢定方法：采用外徑檢查儀、橢圓儀測(cè)脹縮、用G803儀器檢查撓度8.熱處理缺陷及解決方法1)熱應(yīng)力2)組織應(yīng)力3)大型工件中常存在各種內(nèi)部缺陷4)氫含量過(guò)高并向應(yīng)力集中處擴(kuò)散，產(chǎn)生氫脆開(kāi)裂1)適當(dāng)降低淬火溫度2)淬火時(shí)注意工件均勻冷卻3)及時(shí)回火4)控制加熱升溫速度5)減少材料中的缺陷，事先正火內(nèi)裂紋產(chǎn)生原因解決辦法8.熱處理缺陷及解決方法產(chǎn)生原因1)淬火加熱溫度高2)裝爐量多，加熱不均勻3)冷卻速度太快和不均勻4)加熱和冷卻中發(fā)生機(jī)械 碰撞5)退火組織不均勻，切削應(yīng)力分布不均畸變1)提高退火組織的均勻性2)增加去應(yīng)力退火工序3)降低淬火加熱溫度4)提高加熱和冷卻的均勻性5)在熱油中冷卻6)消除加熱和冷卻中的機(jī)械碰撞7)整形解決辦法8.熱處理缺陷及解決方法1)鍛件本身脫碳嚴(yán)重2)在氧化氣氛中加熱3)原材料鍛造或正火脫碳嚴(yán)重4)爐子密封性差5)退火溫度高，保溫時(shí)間長(zhǎng)6)進(jìn)行了正火或重復(fù)退火畸變1)加強(qiáng)對(duì)原材料和鍛件的脫碳控制2)正確執(zhí)行工藝，防止跑溫3)提高爐子密