轴承材料介绍

1、郭长建,滚动轴承材 料 及 热 处 理 介 绍,一、滚动轴承常用材料介绍,目录,二、滚动轴承热处理工艺介绍,三、滚动轴承材料及热处理检测技术,目 录,金属材料基本知识,常用材料分类 金属材料、非金属材料及复合材料 金属材料：黑色金属和有色金属 黑色金属：纯铁、钢、铸铁 有色金属：铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金、镁及镁合金等 钢：碳钢和合金钢 铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁,金属材料基本知识,套圈、钢球GCr15、55#、40Cr,黄铜HPb59-1,保持架SPCC,PA66、46、胶木保持架,NBR、ACM、FKM,金属材料基本知识,常用材料分类 习惯上，把含碳量2.11%，或者0.02

2、18%的归类于铸铁或纯铁； 含碳量2.11%归类为钢 按照钢的品质分类： 普通钢（P 0.045%，S 0.055%） 优质钢（P 0.035%，S 0.035%） 高级优质钢（P 0.035%，S 0.030%） 按化学成份分类： 碳素钢 低碳钢C 0.25%，中碳钢0.25% C 0.60%，高碳钢C 0.6% 合金钢 低合金钢5%，中合金钢5% C 10%，高合金钢 10%,套圈材料及要求,套圈常用材料及基本要求,套圈材料及要求,套圈常用材料及基本要求,1、轴承钢洁净度 a、纯洁度的表征：O、夹杂物水平、Ti O：上世纪大于20PPM，目前国内水平616PPM，目前国外 最好水平小于8P

3、PM 夹杂物类型：A、B、C、D Ti：上世纪SKF公司50PPM，本世纪初控制30PPM b、夹杂物的危害：夹杂物与基体交界处产生微裂纹，脆性剥落，破坏 钢的连续性并产生应力集中。 c、夹杂物来源：炉体耐火材料及炉渣；未能排出脱氧产物及析出 的脱氧产物,套圈材料及要求,套圈常用材料及基本要求,2、材料的均匀性 化学成分均匀性：合金元素均匀性，C、S、P微观及宏观偏析； 碳化物的均匀性：碳化物颗粒大小、间距、形态分布（碳化物网状、 碳化物液析、碳化物带状） 不均匀形的危害（一些试验结果）： a、碳化物液析的危害相当与脆性夹杂物； b、当碳化物带状大于3级时，可使轴承寿命降低1/3； c、碳化物

4、网状升高1级，可使轴承降低1/3； d、碳化物颗粒影响轴承寿命，碳化物平均粒度为0.56um比1um的疲 劳寿命提高2.5倍。,套圈材料及要求,套圈常用材料及基本要求,常用轴承钢国内外牌号对比,套圈材料及要求,套圈常用材料及基本要求,四、国内较知名轴承钢厂 1、宝钢集团特殊钢分公司（上钢五厂） 主要生产GCr15、52100、9Cr18、9Cr18Mo、Cr4Mo4v、 20CrMo、20CrNiMo及其它特殊钢 有模铸钢材和连铸钢材 2、江阴兴澄钢厂 主要生产GCr15、SKF3、100Cr6、SUJ2及其它特殊钢 仅有连铸钢材 3、东北特钢 主要生产GC15、SKF3、52100等其它特殊

5、钢材 有模铸钢材和连铸钢材 4、其它。西宁特钢、大冶特钢、无锡钢厂、长城特钢等,五、人本集团目前常用轴承钢 GCr15、CU1、CU2、CU3、CU4、SKF3、100Cr6、52100、RB52100,套圈材料及要求,思 考 题,1、你公司所有零件都用到哪些金属材料？具体牌号能说出来吗？ 2、什么是钢和什么是铁？举例说明。 3、GCr15钢含碳量在什么范围？轴承钢质量好坏主要从哪两大类进行评价？ 4、人本目前有哪几个等级的GCr15钢？你公司主要用哪个或哪几个等级的材料？ 5、国内常用轴承钢钢厂有哪几家？,热处理基本工艺介绍,热处理基本工艺介绍,热处理定义： 为了改变金属的各种机械、物理、化

6、学性能及金属的冷、热加工性能，使之能够满足设计需要的用途，对金属进行加热，并达到一定的温度后，在该温度停留一段时间，然后在某种冷却介质中以一定的冷却速度冷下来。 不同的温度状况、不同含碳量，金属的金相组织是不同的。,热处理基本工艺介绍,热处理基本工艺介绍,常用热处理工艺： 正火（一般正火、高温正火） 退火（去应力退火、再结晶退火、球化退火） 淬火（不完全奥氏体化） 回火（低温回火、中温回火、高温回火）,上料区,冷却油槽,淬火炉,回火炉,输送带,清洗机,热处理基本工艺介绍,热处理基本工艺介绍,钢热处理常见相： 铁素体Fe，体心立方晶体。 铁素体的塑性很高，屈服强度很低，非常容易塑性变形 铁素体的

7、硬度： HV200,彩色腐蚀铁素体,晶体模型,黑白腐蚀铁素体,热处理基本工艺介绍,热处理基本工艺介绍,钢热处理常见相： 奥氏体Fe，高温下C溶于铁素体中的固溶体，面心立方晶体。 奥氏体具有较高的塑性，屈服强度低，很容易塑性变形 奥氏体硬度：,奥氏体,晶体模型,奥氏体晶粒度,热处理基本工艺介绍,热处理基本工艺介绍,钢热处理常见相： 渗碳体Fe3C,铁原子和碳原子构成的化合物（碳化物），正火晶系。 渗碳体的硬度很高，强度很大，显脆性。 一次渗碳体是残留化合物，是钢加热进行奥氏体化时，未完全融化的碳化物； 二次渗碳体是析出碳化物，是钢在完成奥氏体化后，冷却过程中从奥氏体中析出的碳化物。,片状,粒状,

8、热处理基本工艺介绍,热处理基本工艺介绍,钢热处理常见相： 马氏体C在Fe中的过饱和固溶体，体心正方晶体。 马氏体最主要的特征就是高硬度、高强度，其硬度随着马氏体中碳含量的增加而升高，当碳含量达到0.6%时，淬火钢的硬度接近最大值，但塑性和韧性却明显下降,板条马氏体,针状马氏体,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢正火： 1)消除网状碳化物 网状碳化物是由于停轧或停锻温度过高、冷却过慢而使碳化物沿奥氏体境界析出所致，降低轴承的疲劳强度和冲击韧性； 2)返修退火的不合格品退火过热产生的粗大片状珠光体，必须先经过正火消除过热组织后，再进行第二次退火，否则将造成粗大碳化物。,GCr15 89

9、0950 ,时间/h,48,升温,空冷,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢常用正火工艺： 正火工艺的关键在于选择加热温度和冷却方法。由于正火的目的、 正火前显微组织中碳化物的形态以及套圈的壁厚不同，正火采用的温度 及冷却方法也有所差异，下表作一简介：,目的,材质,温度,930950,GCr15,GCr15SIMn,消除不太粗 网状碳化物 或返修退火,消除粗大 网状碳化物,细化组织,890900,880910,900920,910940,870890,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢退火： 1) 获得均匀分布的细粒状珠光体为后道工序的淬火热处理做好预准备。 2) 把硬度

10、降低到最有利于切削加工的范围锻造或热轧后的套圈硬度一般在255340HB之间，这种硬度不利于车削。退火后硬度可以控制在170220HB（179207HB）之间，为车加工提供良好的车削加工性能。 3) 消除应力消除机加工或冲压加工时在零件中形成的剩余应力，为零件提供稳定的尺寸和精度,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢常用退火工艺 1) 低温退火，消除内应力,GCr15 670720 GCr15SiMn 650720,温度/,时间/h,48,升温,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢常用退火工艺 2) 一般退火，球化退火，降低硬度、为淬火做准备,770810,温度/,时间/h

11、,26,升温,1,720,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢常用退火工艺 3) 等温退火，球化退火，降低硬度、为淬火做准备,升 温,780810,时间/h,温度/,快冷 680720,炉冷至650后出炉,25,24,快冷,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢常用退火工艺 4) 快速退火，球化退火，降低硬度、为淬火做准备,78010,900910,温度/,正火,退火,时间/h,3050 min,22.5,冷却 6090/h 至650,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢淬火 将钢加热到临界点A”c1AcM之间某一温度，保温一段时间，然后快速(大于临界速度)冷却下来

12、的热处理过程叫淬火； 轴承钢淬火的目的是为了得到隐晶或细小的马氏体、细小而分布均匀的碳化物及少量残余奥氏体所组成的显微组织。 一般淬回火情况下，轴承钢显微组织中马氏体占80%以上，碳化物占510%，残余奥氏体占915%左右。,套圈,进炉,加热、保温,冷却,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢淬火工艺曲线,时间/h,温度/,Acm,升 温,A”c1,820860 保温,冷却,750795 ,900 ,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢回火 把淬火钢加热到Ac1以下的某一个温度，保温一定时间后冷却至室温的热处理过程叫回火。 回火可以减轻淬火内应力，防止开裂，稳定组织，从而稳定

13、尺寸，还能在硬度稍有降低的情况下大大提高韧性，获得良好的综合力学性能。,温度/,Ac1,升 温,保温,冷却,时间/h,750795 ,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢回火 淬火钢一般回火工艺,轴承热处理工艺介绍,轴承热处理工艺介绍,轴承钢附加回火 淬火钢一般附加工艺，附加回火的保温时间在3h以内，应力降低最快，以后则趋于缓慢，附加回火的保温时间和次数，应按照轴承精度等级和零件尺寸来选择,轴承热处理工艺介绍,思 考 题,1、热处理行业常用“四把火”，说出其名称及主要作用？ 2、你所接触到轴承零件都有哪些热处理工艺？ 3、GCr15球化退火温度一般是多少？时间一般多长？ 4、GCr1

14、5钢淬火（回火）温度一般是多少？时间一般多长？ 5、GCr15钢淬回火处理一般用什么设备？,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,轴承钢材料测试项目 1) 化学成份（C、Si、Mn、Cr、S、P、Cu、O、Ti）； 2）组织的均匀性： 宏观组织（偏析、中心疏松、一般疏松）、 微观组织（碳化物液析、碳化物带状、碳化物网状及退火组织等）； 3）材料的洁净度： 非金属夹杂物的大小、形状及分布等； 4）力学性能： 抗拉强度、硬度。,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,原材料缺陷检验及产生原因： 1）偏析： 检查方法：热酸洗，50的工业盐酸水溶液、酸洗温度6580，酸洗时间

15、为3040分钟，然后取出试样用碱水中和并用80 的热清水冲 洗。在横截面上，用肉眼或放大镜观察。 评定标准：GB/T182542002中第3级别图或美国标准ASTM E381的规定； 产生原因：钢锭冷凝过程中，由于钢种合金元素和杂质元素的扩散速度不一致而形成的成份不均的现象。,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,原材料偏析图片：,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,原材料缺陷检验及产生原因： 2）疏松： 检查方法：热酸洗，50的工业盐酸水溶液、酸洗温度6580，酸洗时间为3040分钟，然后取出试样用碱水中和并用80 的热清水冲 洗。在横截面上，用肉眼或放大镜观察

16、。 评定标准：GB/T182542002中第1，2级别图或美国标准ASTM E381的规定； 产生原因：钢锭在冷凝过程中，由于体积的收缩而引起的细小孔隙。与钢锭冷凝速度有很大的关系。根据孔隙的分布分为一般疏松和中心疏 松两类。,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,原材料疏松：,中心疏松,一般疏松,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,原材料疏松及偏析检验设备：,酸洗槽,酸洗槽,金相显微镜,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,原材料缺陷检验及产生原因： 3）碳化物不均匀性： 检查方法：淬火试样，经金相磨抛之后，用4硝酸酒精进行深腐蚀。碳化物液析在纵向

17、试样100倍放大后观察；碳化物带状在纵向试样100倍和500倍结合观察，根据碳化物聚集程度、大小和形状评定；碳化物网状在横向试样放大500后观察。 评定标准：GB/T182542002中碳化物液析根据第9级别图，碳化物带状根据第8级别图，碳化物网状根据7级别图或参照德国标准DIN SEP1520的规定； 产生原因：碳化物液析，钢锭结晶过程中，由于冷速慢，碳的枝晶偏析严重形成的一次碳化物。在以后的冷热加工中难以改变；碳化物带状，本质上与碳化物液析一样，这种一次碳化物晶锻造、轧制而被破碎成小块并沿轧制方向成条带状分布；碳化物网状，钢材在锻造或轧制冷却过程，冷却速度太慢，导致碳化物沿晶界析出成网状分

18、布。,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,原材料碳化物不均匀性：,碳化物带状,碳化物网状,碳化物液析,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,原材料缺陷检验及产生原因： 4）非金属夹杂物： 检查方法：试样经淬火，并经磨抛之后，注意抛光面应与轧制方向一致，在放大100下观察。 评定标准：GB/T182542002中第4级别图进行评定，也可根据ASTM E45的规定进行评定。 产生原因：钢在冶炼、浇铸过程中，由于钢液内各成份间、钢液和炉气、容器接触引起的化学反应而形成的产物，以及钢液在冷凝过程由于温度下降、溶解度减小析出的非金属产物。根据夹杂物的种类，可分为：A型（硫化

19、物）、B型（氧化铝）、C型（硅酸盐）、D型（点状不变形）以及Ds类（大颗粒夹杂物（直径大于13m的夹杂）。,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,原材料非金属夹杂物：,D类点状夹杂物,A类夹杂物,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,原材料非金属夹杂物检查设备：,金相磨抛机,金相显微镜,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,轴承热处理质量测试项目 1) 硬度； 退火后硬度、淬回火后硬度、硬度均匀性 2）金相组织： 退火后金相组织 淬回火后金相组织 表面脱贫碳 3）酸洗： 冷酸洗表面软点,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,1）硬度检测：

20、,硬度是指材料抵抗局部变形的能力，也是热处理质量的主要检测指标,常见硬度表示方法： 压入硬度测试法：洛氏硬度、布氏硬度等； 回跳硬度测定法：肖氏硬度、里氏硬度； 中小型号轴承用洛氏硬度，大型号轴承可用里氏硬度法，未热处理零件用布氏硬度或者洛氏硬度法，塑料橡胶用肖氏硬度法,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,1）洛氏硬度检测范围：,轴承材料及热处理测试介绍,轴承材料及热处理测试介绍,2）退火金相检测 检查方法：试样经金相磨抛之后，用2硝酸酒精腐蚀适当程度，在放大500 倍或1000倍下观察； 检验标准：JB/T1255-2001中第一级别图，正常退火组织为：均匀分布的细 粒状状或点状珠光体组织； 常见缺陷：退火组织中宜出现欠热、过热、碳化物颗粒不均等； 欠热产生原因：球化温度低，而出现的密集点状、细粒状、细