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gcr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析

2022-07-22 作者:火狐体育官网   来源:火狐体育官方网站app

  处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。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

  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。

  图 1 轴承及钢球实物图 滚动轴承的基本结构(图 1):内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。 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 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 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。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。 a、碳的影响 除了渗碳钢外,一般轴承钢的含碳量在 0.95—1.05%,属于过共析成分。这 样在淬火和低温回火后能得到高的硬度、高的接触疲劳强度和耐磨性。为了形成 足够的碳化物以增加耐磨性,含碳量不能太低,但是过高的含碳量会增加碳化物 的不均匀性并且会形成网状碳化物使力学性能降低。 b、合金元素的影响 铬是轴承钢的主要化学成分,铬能够提高淬透性,减少过热倾向,提高低温 回火稳定性。硅、锰在轴承钢中主要提高淬透性。镍在渗碳轴承钢中能使钢的韧

  性和塑性有所提高,镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。钼在 钢中能提高淬透性和热强性,防止回火脆性,增加在某些介质中的抗蚀性。钒在 轴承钢中提高强度和屈服比,特别是提高比例极限和弹性极限,降低热处理时脱 碳敏感性,从而提高了表面质量,无铬含钒的轴承钢,碳化物弥散度高,使用性 能良好。 1.3 GCr15 轴承钢球所具有的性能要求

  GCr15 大量用于制造汽车、拖拉机等所使用的轴承钢球以及机床使用的主轴 轴承钢球和铁路车辆、矿山机械、电机轴承、通用机械用轴承钢球。其中滚动体 材料必须具有的特性:接触疲劳强度高;硬度高;纯洁度高;耐磨性好;组织稳 定性好;机械加工性能好。因此滚动体的材料要求有高的硬度和接触疲劳强度、 良好的耐磨性和冲击韧性。常用的轴承材料,一般用强度高、耐磨性好的铬锰高 碳钢制造。

  根据这样的工作条件,对材料要求如下: ①有较高的弹性极限和疲劳强度。能耐微塑性变形; ②材料致密,非金属夹杂少,显微组织均匀; ③通过热处理能得到很高的硬度,而且硬度均匀,无软点,在长时期保持硬 度稳定不变,淬透性要好,或能淬硬至必要深度,同时要求通过机械加工能够得 到很高的表面光洁度,以保证有很好的耐磨性和较低的摩擦系数; ④有较好的耐腐蚀性和化学稳定性; ⑤在制成的成品应有很好的尺寸稳定性,能在较长的工作或库存以后,保持 尺寸与几何精度在合格的范围内; 当然,还要求加工的工艺性要好。以上为轴承钢球对材料的要求,而对于特 殊工况下的轴承钢球,除满足上述一般要求外,根据其对耐高温、抗腐蚀、无磁 性、超低温、高精度、特长寿命的特殊要求,应该选用相应的特殊轴承钢球材料。

  2、轴承钢球的失效 在机、电、工业中,轴承是应用最为广泛的基础件之一,尤其是滚动轴承。

  无论是普通的机械设备、运输工具还是航空、航海、航天,凡是有转动的地方, 就有轴承钢球在工作。显然,确保轴承钢球在各种环境条件下都能正常工作,是 十分重要的。轴承钢球在工作中丧失其规定功能,从而导致故障或不能正常工作 的现象称为失效。轴承钢球失效的原因往往是多因素的,但在一般情况下,大体 上可以从外来因素和内在因素。

  外来因素主要是指安装调整、使用保养、维护修理等是否符合技术要求。安 装条件是使用因素中的首要因素之一,轴承往往因安装的不合适而导致整套轴承 各零件之间的受力状态发生变化,轴承将在不正常的状态下运转并提早失效。轴 承在使用时发现异常应立即查找原因,进行调整,使其恢复正常。对润滑剂质量 和周围介质、气氛进行分析检验也很重要。这些都是导致轴承钢球失效的主要外 在因素。


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