滚动轴承零件热处理工艺设计优化方案

1.GCr15钢制精密轴承环的强韧化工艺设计

（1）精密轴承的失效分析 精密轴承工作时，承受高达300～500MPa的交变接触压应力及摩擦，并承受介质的浸蚀等。其失效特征为：因过度磨损或应力松弛而失去精度；因接触疲劳表面产生麻点；因原材料碳化物形态及分布不良或韧性不足而脆裂等。因此，精密轴承零件对坯料原始组织要求很高，且热处理后应具有高强度，良好的韧性、耐磨性、耐蚀性及尺寸稳定性等，在特殊环境中工作的轴承，还需要耐腐蚀、耐高温、无磁性等。

（2）精密轴承环生产的制造工艺路线 坯料锻轧→球化退火→机械切削加工→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→时效→精磨→时效。

（3）精密轴承环的预备热处理工艺 为了改善坯料的质量和为最终热处理奠定良好基础，对坯料采用锻轧余热淬火加高温回火处理，以期碳化物和晶粒度同时得到细化。其工艺曲线如图3-8所示。

图3-8 锻轧余热淬火加高温回火工艺曲线

a）锻造余热沸水淬火 b）高温回火

（4）精密轴承环的最终热处理 为了使轴承环获得强韧化效果，拟采用马氏体分级淬火、回火和冷处理，以及粗磨、精磨后分别进行时效处理等工艺方案。其工艺如下：

1）分级淬火：在充分脱氧的BaCl₂和NaCl各50％（质量分数）的盐浴炉中，于840～850℃加热透烧后转入200℃热油中保持3min后油冷。

2）回火：在215～225℃的硝盐浴中保持2.5～3.5h后空冷。

3）冷处理：在液体二氧化碳＋酒精的介质中，约－78℃保持2～3h（冷透）后自然回升到室温转入粗磨工序。

4）时效：在带风扇的保温箱中，于135℃保持5h，空冷到室温后转入精磨工序。

5）精磨后再时效：130～140℃，保温10h后空冷。

（5）处理结果 实测硬度为61HRC，碳化物颗粒平均约0.5μm，残留奥氏体（体积分数）约2.8％，尺寸稳定（变形小于1μm）。

2.G20CrNi2MoA钢制特大型轴承零件的热处理工艺设计

（1）特大型轴承的应用及所需性能 特大型轴承多用于铁路车辆和飞机起落架轴承箱的轴承等。这类轴承零件表面需具有极好的耐磨性、高抗疲劳性，而心部则需具有良好的强韧性。

（2）特大型轴承选材特点 为了满足其使用性能要求，一般选择低碳中、高合金钢（如GCr2Ni4A、G10CrNi3A、16Cr2Ni4A和G20CrNi2MoA等）制造。其特点是淬透性好、力学性能潜力大，是制造特大型轴承的极佳材料，经恰当热处理后可完全满足使用性能要求。

（3）G20CrNi2MoA钢的预备热处理 锻后在670～690℃低温退火加热，保温8～12h后随炉冷却至100℃以下出炉。

（4）G20CrNi2MoA钢的最终热处理

1）渗碳淬火：在RQ3-105-9型井式气体渗碳炉中采用控制气氛，于930～950℃预渗24～30h后升至950～960℃进行强渗6～10h，随后炉冷到890℃淬入油中，冷却15～30min（约150℃以下）出油空冷。

2）高温回火：在RJ2-75-6低温井式炉中，于600℃保温10h，升温到650℃保温12h后空冷。

3）二次淬火（模压）：在RM3-75-9型密封箱式电阻炉中，于820～830℃保温57～120min，转入自动模压校正机加压淬油冷却（单件出炉）。

4）低温回火：在RJ2-75-6低温井式炉中，于160℃保温12h后空冷。

5）时效处理：在RJ2-75-6低温井式炉中，于130～140℃保温6h后炉冷到室温。

（5）处理结果 渗碳层深度≥4.7mm，表面层碳含量（质量分数）为0.8～0.9％，表面硬度为66～64HRC，心部硬度＞25HRC，组织为隐针马氏体＋均匀分布的碳化物＋少量残留奥氏体，无明显可见的粗大碳化物网或块。

3.HGCr15钢制微型轴承套圈的真空热处理工艺设计(www.xing528.com)

微型轴承是指其内径小于9mm的具有高精度、高灵敏度、长寿命和稳定可靠等特点的轴承。

（1）微型轴承零件的失效形式和适用材料 由于微型轴承零件接触应力小（小于1960MPa），则不易疲劳剥落，其主要失效形式是磨损。因此，所用材料有HGCr15、95Cr18（原9Cr18）和W18Cr4V等钢。

（2）微型轴承零件所要求的性能 根据其失效特点，热处理后应具有均匀的硬度、耐磨性和高的尺寸稳定性等。

（3）热处理工艺设计

1）淬火工艺：微型轴承零件一般应在可控气氛炉或真空炉中进行热处理。现对HGCr15钢制微型轴承零件采用WZ-20Z真空炉840～850℃加热，保持75～90min（装炉量为10kg）。随后立即在压力为0.04MPa、温度为60～80℃的热油中冷却，3～5min后出炉。

2）冷处理工艺：在淬火出炉30min以内，装入液体二氧化碳＋酒精的介质中，在约－78℃保持0.5～1h（冷透）后自然回升到室温，转入清洗工序。

3）回火工艺：在RJ2-30-6低温井式炉中，于150～160℃保温2.5～3h后空冷。

（4）处理结果 硬度为62～64HRC，组织为隐针马氏体＋分布均匀的碳化物。

4.95Cr18钢制耐腐蚀轴承零件的热处理工艺设计

（1）耐腐蚀轴承零件的适用材料 一般用不锈钢制造，如95Cr18、102Cr17Mo（原9Cr18Mo）、06Cr19Ni10（原0Cr18Ni9）、14Cr17Ni2（原1Cr17Ni2）和12Cr13（原1Cr13）等钢。

（2）95Cr18钢的热处理工艺设计

1）预备热处理：该牌号钢的轴承零件采用在RM3-75-9型密封箱式电阻炉中等温退火，其工艺参数为850～870℃加热，保温2～4h（视装炉量而定，以透烧为准）后，温度降至730℃，等温停留3～5h（视装炉量而定，透烧后延长0.5h）后随炉冷却到600℃以下出炉空冷。

2）淬火：在WZ-20Z型真空炉中淬火，其工艺参数为600～650℃预热，透烧后升温到850℃，保温45～60min（视装炉量而定，以透烧为准），再升温到1030～1050℃，保温30～60min后，在压力为0.04MPa，温度为60～80℃的热油中冷却3～5min出炉。

3）回火：在RJ2-30-6低温井式炉中，于150～300℃保温2.5～3h后空冷。

4）时效处理：在带风扇的保温箱中于140～150℃保温2～3h，空冷到室温。

5.Cr4Mo4V钢制耐高温轴承零件的热处理工艺设计

（1）耐高温轴承零件的适用材料一般用Cr4Mo4V、8Cr14Mo4V和H13Cr4Mo4Ni4V及W18Cr4V等钢制造。但它们有各自不同的适用温度范围，对于Cr4Mo4V钢则适于在－55～315℃条件下工作的轴承零件，即使W18Cr4V钢长时间使用最高温度也不得超过500℃，即所谓高温轴承其使用温度也是有限度的。因此，应根据具体使用条件选择材料。此外，还与高温下的介质有关。例如，制造在高温腐蚀介质中工作的轴承需用8Cr14Mo4V钢制造，且仅适于制造在－55～430℃条件下工作的轴承零件。

（2）Cr4Mo4V钢轴承零件的热处理工艺设计

1）退火：采用一般退火或等温退火均可，毛坯的退火工艺曲线如图3-9所示。

图3-9 Cr4Mo4V钢毛坯的退火工艺曲线

a）一般退火工艺曲线 b）等温退火工艺曲线

2）淬火：Cr4Mo4V钢制轴承零件的真空热处理工艺曲线如图3-10所示。

图3-10 Cr4Mo4V钢制轴承零件的真空热处理工艺曲线