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　　1、第3章 机器制造结构钢n nRel60HRC；高接触疲劳强度以免过早失效；高的弹性极限和一定韧度承受冲击，以免碎裂；尺寸稳定性好保证精度；一定耐蚀性大气、润滑油腐蚀。关键因素 化学成分、冶金质量和加工工艺3.4.2 基本要求3.4.3 轴承钢的冶金质量 纯净度和组织均匀性是轴承钢冶金质量的两个主要问 题。 p 轴承钢由冶金质量缺陷造成的失效占总失效的65。 这里是指非金属夹杂物和碳化物不均匀性所造成的冶 金质量缺陷。 可见钢材的冶金质量对轴承的使用寿 命起着非常重要的影响。1. 非金属夹杂物 （1）分类 根据化学成分： 简单氧化物：如Al2O3, SiO2 复杂氧化物：包括尖晶石：MnOAl2O3 钙的铝酸盐： CaO2A12O3 硅酸盐和硅酸盐玻璃： l FeO-mMnO-nAl2O3- pSiO2 硫化物：如MnS，(Mn,Fe)S，CaS等 氮化物：如AlN等。 n 根据检验时金相形态来分类： p v脆性夹杂物 如刚玉(Al2O3),尖晶石,沿轧制方向排列呈点链 状分布 v 塑性夹杂物 在变形过程中有良好的塑性，沿轧向呈连续条状分布，有 MnS和铁锰硅酸盐 v球状不变形夹杂物 钙

　　2、的铝酸盐 v v半塑性夹杂物： 主要是复相铝硅酸盐，含有Al2O3或尖晶石氧化物 （2）非金属夹杂物对轴承钢疲劳寿命的影响 p 其危害程度按刚玉、尖晶石、球状不变形夹杂、半塑 性铝硅酸盐、塑性硅酸盐、硫化物依次递减； p 理想的情况是： 数量少、尺寸小、塑性好、 细条状 均匀分布。（3）非金属夹杂物的形成与消除 p 脱氧产物 凝固时析出的氧化物和硫化物 残留在钢中的渣 冶炼和浇注时钢液对耐火材料的浸蚀 出钢时钢液的二次氧化等n 彻底脱氧是获得高纯净钢的必要条件 n 利用真空脱气、炉外精炼和电渣重熔，可极大 提高钢的纯净度 形 成消 除2. 轴承钢的K不均匀性 （1）轴承钢在使用状态下的显微组织 回火M + K（均匀细小） + Ar p l淬火时A晶粒度为9级以上； lM中C 量为0.45 - 0.5； l残留K量为 6% - 9%； lAr5-7%。图 高碳铬轴承钢中马氏体含碳量与疲劳寿命的关系（2）淬火前的 原始组织与碳化物粒度 p l淬火前（球化退火后的）原始组织应为（细）粒状珠光 体为最好。（铁素体+均匀细小K） p 在淬火加热时，细颗粒K比粗颗粒碳化物更易溶解，可保 证合金度；

　　3、 细颗粒状比片状K溶解慢，奥氏体不易粗化 ，淬火温度范围较宽； 可保持少量的细颗粒状K； 得到综合的性能。 u为了获得均匀细颗粒的球化组织： p 控制球化退火工艺， 控制退火前的实际原始组织，尽可能消除碳化物缺陷 。 u常见的碳化物缺陷有以下几类： 液析碳化物 带状碳化物 网状碳化物 大颗粒碳化物 */*621）带状碳化物枝晶偏析（富Cr和富C）引起的显微区骗局 的共析碳化物（二次碳化物），经压力加 工后，顺延展方向分布成条带状。严重带状碳化物，黑白区域分明，带条宽度大，带与带之间也宽。为了降低带状碳化物级别，主要措施是钢锭或钢坯进行扩散退火。*/*632）碳化物液析液相中碳及合金元素富集（液态偏析）产 生的亚稳态莱氏体共晶（一次碳化物）， 在热加工时被压碎并沿轧向呈条带状分布 。消除和改善措施：控制C、Cr中下限，加V；低温浇注；采用较大锻压比；扩散退火；热处理过程不能太慢。*/*643）网状碳化物沿A晶粒边界析出的呈网状分布的碳化物。原始碳化物偏析大，易出现；停轧温度高 及冷却太慢，使网状碳化物的连续性和粗 大程度显著增加。消除或减轻措施：控制C、Cr中下限，Si、Mn有破坏和减小

　　4、网状碳化物作用；控制低的终轧温度和强化轧后冷却速度。液析碳化物和带状碳化物 比较 p n均起因于钢锭结晶时产生的树枝状偏析 液析碳化物属于偏析引起的伪共晶碳化物（一次碳化物）； 带状碳化物属于二次碳化物偏析 （固相冷却过程中）。 n成分 带状碳化物）（Fe,Cr）3C； 液析碳化物（Cr, Fe ）7C3 + （Fe,Cr）3C。 n影响 液析K尺寸大，硬度高，脆性大，危害大。危害 降低轴承的使用寿命，增大零件的淬火开裂倾向，造成硬 度和力学性能的不均匀性（各向异性）。 p n预防与消除 1）控制成分（C，Cr%）； 2）大的锻（轧）造比来破碎碳化物； 3）采用高温扩散退火（1200左右）。 网状碳化物 p 形成 高碳铬轴承钢为过共析钢，网状碳化物是在热轧（锻） 加工后缓慢冷却过程中由二次碳化物以网状析出于奥氏 体晶界所造成的。 原因 终轧温度过高或冷却速度过慢，或偏析程度大，在K密集 处形成。危害 显著提高脆性，淬火开裂倾向增大；增加硬度和性能的不均 匀性，降低疲劳强度。 p n预防与消除 1）工艺上提高冷速，降低终轧温度； 2）成分上适当降低C，Cr%； 3）网薄者，可直接用球化退

　　5、火消除； 网厚者，应用正火消除。 图 碳化物液析 500 图 带状碳化物 500 图 网状碳化物 500 3.4.4 轴承钢的热处理 轴承钢的热处理包括： p v预先热处理 （扩散退火，正火）+ 球化退火 p v最终热处理 淬火 + 低温回火 +（稳定化处理 ）1. 正火 p n目的 主要是消除网状K； 返修退火不合格品。 p n工艺 对 粗网状K：较高的加热温度 930-950； 细网状K：850-870。 2. 球化退火 p n获得球状珠光体组织 球化退火加热为780800 n轴承钢球化退火的冷却方式有两种： 1）一般球化退火（连续冷却） 按冷却速度20-30/h冷到650出炉 2）等温球化退火 在700等温2-4h，再炉冷到650，出炉（等温球化退火）。 轴承钢的球化退火工艺 3. 轴承钢的淬火和回火 p n目标： 提高硬度、强度、耐磨性和耐疲劳性，适当韧性 p n淬火：淬火温度为840 1）碳化物，其含量为7%9%； 2）防止氧化脱碳，一般采用保护气氛加热或线h或更长，硬度在HRC62-66。 4. 稳定化处理 p 精密轴承为保证尺寸稳定，要求消除

　　6、Ar，一般采用淬火后 立即进行冷处理，然后低温回火。 轴承在磨削加工后要进行消除磨削应力的回火，一般采用 120-150保温 3-5 h。 对要术特别精密者，在粗磨、细磨和精磨后各进行一次回 火，时间在15-24 h。 五.特殊用途的轴承钢（简介） p v特大型轴承钢（外径大于450mm） 合金渗碳钢 20Cr2Ni4， 20CrNi2Mo， 20Cr2Mn2Mo v不锈轴承钢 马氏体不锈钢 9Cr18，9Cr18Mo v高温轴承钢 GCr15使用温度为180 高速钢 W18Cr4V, W6Mo5Cr4V 高铬马氏体不锈钢： Cr15Mo4 高温渗碳钢：12Cr2Ni3Mo5 (430） 思考题:轴承钢在淬火热处理后,硬 度检验时不允许有明显的软点, 为什么?如出现软点,可能有哪些因 素造成的?由于零件较大，可能是在淬火过程中由于加热不足，保 温时间不充分或者冷却不良造成的淬火软点。 零件淬火后局部区域或整体的硬度低于现行标准的规定 值，这被称为淬火软点。软点可分为体积软点和表面软 点。体积软点延伸到轴承钢零件的深部，其硬度一般在 50HRC以下。表面软点是指轴承钢零件表面有很薄（ 0

　　7、.3）一层屈氏体组织或小块的局部脱碳层。但是因为 其层较薄，打洛氏硬度仅比正常值低23HRC。3.5 低碳马氏体钢基 本 性 能抗拉强度b ，11501500MPa ；屈服强度s , 9501250 MPa ；40% ；伸长率，10% ；冲击韧度AK60J 。这些性能指标和中碳合金调质钢性能相当，常规的力学性能甚至优于调质钢。没有独立钢类，有专门开发的低碳M钢。低碳结构钢采用淬火+低回工艺，可得到位 错板条M 强度、韧度和塑性的最佳配合1 成分工艺特点0.150.25%C，以保证淬火后获得板M+ Cr、Mo、Si、Mn、V等 淬透性等性能15MnVB、20SiMn2MoV等是我国研制开发的零件断面尺寸，心部可 能淬不透，综合性能应根据零件的尺寸大小来 选择相应淬透性的钢成 分 特 点工 艺 特 点高温加热较长t保温高速冷却2、低碳马氏体结构钢及应用 应 用在矿山、汽车、石油、机车车辆、农业机械等 制造工业中得到了广泛的应用实 例石油钻机吊环(卡) 20SiMn2MoV代35钢材料 工艺 重量kg b /MPa AK /J35 正火 137.4 550 5020SiMn2MoV 淬火 2

　　8、9 1600 110120局 限 性工作温度200;强化后难以进行冷加工焊接 等工序; 只能用于中小件;淬火时变形大,要求严 格的零件慎用.吊卡实物外形3.6 表面强化态钢 零件在滑动、滚动、接触 应力、摩擦等工况下工作磨损和接触疲劳 是主要失效形式表面应具有高硬度、高接 触疲劳抗力和良好耐磨性， 而心部有一定塑韧性渗碳钢、渗氮 钢、感应加热淬 火钢等这类钢适宜制造表面和心部性能要求不同的零件，通 过某种工艺使零件表面硬度高耐磨而心部具有较好强韧 性配合以满足要求。典型零件有齿轮、凸轮等各种类型的齿轮3.6.1合金渗碳钢渗碳钢主要用于制造要求高耐磨性、承受高接 触应力和冲击载荷的重要零件，如汽车、拖拉机 的变速齿轮，内燃机上凸轮轴、活塞销等。一、渗碳钢的服役条件及对性能要求在工作时零件整体受到周期性变化的扭转或弯曲力的作用 ，并且零件与零件表面之间还有相对的摩擦，并有高的接 触应力。这些零件对材料的机械性能要求： （1） 表面具有高的弯曲、接触疲劳强度和高硬度、高的耐 磨性。（2） 心部具有足够的韧性和强度。（3）具有良好的热处理工艺性能，如高的淬透性和渗碳能 力，在高的渗碳温度下，奥

　　9、氏体晶粒长大倾向小以便于渗 碳后直接淬火。Chapter 3 机械制造结构钢二、渗碳钢的化学成分特点 1 低碳一般在0.12%-0.25%。主要目的是为了保证心部有良好的 韧性。 2 合金化主要合金元素 Mn、Cr、Ni;辅助合金元素 Mo、 W、Si、V、Ti、B等。 （1）提高钢材的淬透性 (Mn、Cr、Ni) ，从而提高心部的强 度和韧性。 V、Ti 、 Mo、W，碳化物形成元素，这些元素 通过形成稳定的碳化物来细化奥氏体晶粒，同时还能提高 渗碳层的耐磨性。 3.3.1 渗碳钢Chapter 3 机械制造结构钢（2）根据渗碳工艺碳化物形成元素对渗碳的作用：（a）增大钢表面吸收碳原子的能力；（b）增大渗碳层表面碳浓度；（c） V、Ti阻碍碳在奥氏体中的扩散。 前两因素加速渗碳，有利于渗碳层的加厚，而后一因素不利于渗碳层的加厚。 总的效果是铬、锰、钼等元素加大渗碳层的厚度，钛减小渗碳层的厚度。 Chapter 3 机械制造结构钢3.3.1渗碳钢非碳化物形成元素对渗碳的作用与碳化物形成元素相反： 总的效果是镍、硅、铜等元素减慢渗碳，不利于渗碳层的 加厚。 碳化物形成元素含量过多，将在渗碳层中产生许多块状碳 化物，造成表面脆性。所以合金元素的含量要适当。锰是一个较好的合金元素，既可以加速渗碳层增厚，又不 过多提高渗碳层的含碳量。对于一般零件:(1)渗碳层的含碳量限制为0.81.1%C；(2)渗碳层的深度控制在0.62.0mm之内。 Chapter 3 机械制造结构钢3.3.1 渗碳钢图3-2 沿钢的渗碳层深度，碳的浓度分布 1-碳钢 2-以碳化物元素合金化的钢 3-以非碳化物元素合金化的钢 Chapter 3 机械制造结构钢925渗碳时，合金元素对渗碳