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軸承鋼球熱處理工藝設(shè)計(jì)。

影響鋼球質(zhì)量的因素

1、 材質(zhì)影響:鋼球、鑄鐵球、合金鋼球等，不同材質(zhì)的密度不同，鋼的密度比鑄鐵的大，合金鋼則依主要合金元素的密度及含量不同而不同。

2、 鋼球制造方法的影響：軋制及鍛打的鋼球其組織致密，故密度大，鑄造的鑄鋼球、鑄鐵球或鑄造合金球等的組織致密，相對(duì)密度小一些。

3、鋼球金相組織的影響：貝氏體、鐵素體等不同晶體結(jié)構(gòu)下密度也不相同，對(duì)結(jié)晶細(xì)度也有影響。

設(shè)計(jì)依據(jù)

為保證軸承鋼球在工作中具有高的壽命和可靠性，必須對(duì)鋼球進(jìn)行熱處理加工，以提高其硬度、剛度等力學(xué)性能。鋼球的熱處理方法和過(guò)程，與套圈熱處理大致相同，一般包括退火、淬火、回火、表面熱處理等內(nèi)容，也有先進(jìn)的熱處理方法，如保護(hù)氣氛淬火或真空淬火。

1、 退火 熱鐓壓后的鋼球毛坯要進(jìn)行球化退火，以得到細(xì)粒狀珠光體組織、改善機(jī)械加工性能。

2、淬火 為了提高鋼球的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和抗接觸疲勞性能，并通過(guò)回火得到良好的彈性、韌性和尺寸穩(wěn)定性等綜合力學(xué)性能，要進(jìn)行淬火處理。

3 、回火 回火可以降低內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，并在稍微降低硬度的情況下大大提高韌性和得到良好的綜合力學(xué)性能

4、表面處理 表面處理可以使零件表面具有高的強(qiáng)度、硬度、和耐磨性，心部有一定的強(qiáng)度、足夠的塑形和韌性。

設(shè)計(jì)正文

1、設(shè)計(jì)流程

鋼球球化退火(加熱到750°C)→保溫3小時(shí)→爐冷至600°C出爐空冷至室溫→將鋼球淬入320°C的硝酸鉀鹽浴中→保溫一段時(shí)間→取出空冷→將鋼球加熱到150°C-170°C回火→保溫3小時(shí)左右→取出油冷至室溫。

2、球化退火

球化退火是使鋼球中碳化物球化而進(jìn)行的退火工藝。將鋼球加熱到750度，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。

鋼球經(jīng)空冷所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過(guò)程中也容易變形和開(kāi)裂。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開(kāi)裂小。

球化退火加熱溫度為727度以上，保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時(shí)奧氏化是“不完全”的，只是片狀珠光體轉(zhuǎn)變成，及少量過(guò)剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物，如過(guò)共析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進(jìn)行正火，將其消除，才能保證球化退火正常進(jìn)行。

普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫適當(dāng)時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進(jìn)行等溫，等溫時(shí)間為其加熱保溫時(shí)間的1.5倍。等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比，球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能?chē)?yán)格地控制退火后的硬度。

3、等溫淬火

將化鋼球加熱到320°C并在硝酸鉀的鹽浴中，等溫保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使之轉(zhuǎn)化為下貝氏體組織，然后取出在空氣中冷卻。下貝氏體組織的強(qiáng)度、硬度較高而韌性良好，提高了鋼球的綜合力學(xué)性能。等溫淬火減小了鋼球與淬火介質(zhì)的溫差，從而減小了淬火應(yīng)力，又由于貝氏體的體積比小，而且鋼球內(nèi)外溫度一致，故淬火組織應(yīng)力也小。等溫淬火可以顯著減小鋼球變形和開(kāi)裂傾向。

4、回火

當(dāng)鋼球全淬成再加熱到150°C-170°C回火時(shí)，隨著回火溫度升高，按其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變化，分四個(gè)階段進(jìn)行：

1)的分解;2)殘余的轉(zhuǎn)變;3)碳化物的轉(zhuǎn)變;4)e相狀態(tài)的變化及碳化物的聚集長(zhǎng)大.

二次硬化：當(dāng)鋼中含有較多的碳化物形成元素時(shí)，在回火四階段溫度區(qū)(約為500～550℃)形成合金滲碳體或者特殊碳化物。這些碳化物的析出，將使硬度再次提高，稱(chēng)為二次硬化形象。

回火目的：減少或消除淬火應(yīng)力，提高韌性和塑性，獲得硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性的適當(dāng)配合，以滿足鋼球的性能要求。

3.3.1碳鋼的回火特性

淬火鋼回火后的力學(xué)性能，常以硬度來(lái)衡量。在未完全淬透情況下，沿工件截面硬度差別隨著回火溫度的提高及回火時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小.合金鋼的回火特性，基本和碳鋼類(lèi)似。但對(duì)具有二次硬化現(xiàn)象的鋼則不同，也不能簡(jiǎn)單地用M參數(shù)來(lái)表征回火程度。

5、低溫回火

低溫回火又稱(chēng)“消除應(yīng)力回火”?；鼗饻囟确秶鸀?50-250攝氏度，回火后的組織為回火。鋼具有高硬度和高耐磨性，但內(nèi)應(yīng)力和脆性降低。經(jīng)滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為58-64HRC。

6、 回火時(shí)間

回火時(shí)間應(yīng)包括按工件截面均勻地達(dá)到回火溫度所需加熱時(shí)間以及按M參數(shù)達(dá)到要求回火硬度完成組織轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間，如果考慮內(nèi)應(yīng)力的消除，則尚應(yīng)考慮不同回火溫度下應(yīng)力弛豫所需要的時(shí)間。

對(duì)以應(yīng)力弛豫為主的低溫回火時(shí)間應(yīng)比表列數(shù)據(jù)長(zhǎng)，長(zhǎng)的可達(dá)幾十小時(shí)。對(duì)二次硬化型高合金鋼，其回火時(shí)間應(yīng)根據(jù)碳化物轉(zhuǎn)變過(guò)程通過(guò)試驗(yàn)確定。當(dāng)含有較多殘余，而靠二次淬火消除時(shí)，

還應(yīng)確定回火次數(shù)。

7、 回火后的冷卻

回火后鋼球在空氣中冷卻。以防止開(kāi)裂。回火后應(yīng)進(jìn)行油冷，以抑制回火脆性。在防止開(kāi)裂條件下，可進(jìn)行油冷或水冷，然后進(jìn)行一次低溫補(bǔ)充回火，以消除快冷產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

鋼球表面熱處理

1.感應(yīng)加熱表面淬火

定義：是采用一定方法使工件表面產(chǎn)生一定頻率的感應(yīng)電流，將零件表面迅速加熱，然后迅速淬火冷卻的一種熱處理操作方法。

原理：如圖所示，電磁感應(yīng)產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流即渦流。渦流在工件截面上的分布是不均勻的，心部幾乎等于零，而表面電流密度極大，稱(chēng)為“集膚效應(yīng)”，頻率愈高，電流密度極大的表面層愈薄。依靠這種電流和工件本身的電阻，使工件表面迅速加熱到淬火溫度，而心部溫度仍接近室溫，然后立即噴水冷卻，使工件表面淬硬。

分類(lèi)：感應(yīng)加熱可分為三類(lèi)：

(1)高頻加熱

常用頻率為(200～300)KHZ，淬硬層深度為(0.5～2.5)mm。

(2)中頻加熱

常用頻率為(2500～8000)HZ，淬硬層深度為(2～10)mm。

(3)工頻加熱

電流頻率為50HZ，不需要頻設(shè)備，城市用交流電即可，硬層深度為(10～20)mm以上，城市用交流電即。

優(yōu)缺點(diǎn)：感應(yīng)加熱表面淬火加熱速度快，生產(chǎn)率高，加熱溫度和淬硬層深度容易控制，鋼球表面氧化和脫碳少，鋼球變形小，可以使全部淬火過(guò)程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。

2感應(yīng)表面淬火后的性能

1.表面硬度：經(jīng)高、中頻感應(yīng)加熱表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高 2～3 個(gè)單位(HRC)。

2.耐磨性：高頻淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。這主要是由于淬硬層晶粒細(xì)小，碳化物彌散度高，以及硬度比較高，表面的高的壓應(yīng)力等綜合的結(jié)果。

3.疲勞強(qiáng)度：高、中頻表面淬火使疲勞強(qiáng)度大為提高，缺口敏感性下降。對(duì)同樣材料的工件，硬化層深度在一定范圍內(nèi)，隨硬化層深度增加而疲勞強(qiáng)度增加，但硬化層深度過(guò)深時(shí)表層是壓應(yīng)力，因而硬化層深度增打疲勞強(qiáng)度反而下降，并使工件脆性增加。一般硬化層深δ=(10～20)%D。較為合適，其中D為工件的有效直徑。

2.化學(xué)熱處理

滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過(guò)程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過(guò)淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

鋼球的力學(xué)性能測(cè)試

試樣件送力學(xué)性能測(cè)試室進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)性能測(cè)試。

(1)用落球沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試落球沖擊壽命。

(2)用壓碎值試驗(yàn)儀測(cè)試鋼球壓碎負(fù)荷值δs= HRC。