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軸承鋼球熱處理工藝設(shè)計。

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，對結(jié)晶細度也有影響。

設(shè)計依據(jù)

為保證軸承鋼球在工作中具有高的壽命和可靠性，必須對鋼球進行熱處理加工，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，也有先進的熱處理方法，如保護氣氛淬火或真空淬火。

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

2、淬火 為了提高鋼球的硬度、強度、耐磨性和抗接觸疲勞性能，并通過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度、硬度、和耐磨性，心部有一定的強度、足夠的塑形和韌性。

設(shè)計正文

1、設(shè)計流程

鋼球球化退火(加熱到750°C)→保溫3小時→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→保溫一段時間→取出空冷→將鋼球加熱到150°C-170°C回火→保溫3小時左右→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行的退火工藝。將鋼球加熱到750度，保溫一段時間，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，且在以后淬火過程中也容易變形和開裂。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，晶粒不易長大，冷卻時工件變形和開裂小。

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。在球化退火時奧氏化是“不完全”的，只是片狀珠光體轉(zhuǎn)變成，及少量過剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物，如過共析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進行正火，將其消除，才能保證球化退火正常進行。

普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫適當(dāng)時間，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的溫度進行等溫，等溫時間為其加熱保溫時間的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，并能嚴(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，等溫保持足夠長的時間，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裂傾向。

4、回火

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

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大.

二次硬化：當(dāng)鋼中含有較多的碳化物形成元素時，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間的延長而逐漸減小.合金鋼的回火特性，基本和碳鋼類似。但對具有二次硬化現(xiàn)象的鋼則不同，也不能簡單地用M參數(shù)來表征回火程度。

5、低溫回火

低溫回火又稱“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、 回火時間

回火時間應(yīng)包括按工件截面均勻地達到回火溫度所需加熱時間以及按M參數(shù)達到要求回火硬度完成組織轉(zhuǎn)變所需的時間，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)力弛豫所需要的時間。

對以應(yīng)力弛豫為主的低溫回火時間應(yīng)比表列數(shù)據(jù)長，長的可達幾十小時。對二次硬化型高合金鋼，其回火時間應(yīng)根據(jù)碳化物轉(zhuǎn)變過程通過試驗確定。當(dāng)含有較多殘余，而靠二次淬火消除時，

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。以防止開裂。回火后應(yīng)進行油冷，以抑制回火脆性。在防止開裂條件下，可進行油冷或水冷，然后進行一次低溫補充回火，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：感應(yīng)加熱可分為三類：

(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：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，可以使全部淬火過程實現(xiàn)機械化、自動化。

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.疲勞強度：高、中頻表面淬火使疲勞強度大為提高，缺口敏感性下降。對同樣材料的工件，硬化層深度在一定范圍內(nèi)，隨硬化層深度增加而疲勞強度增加，但硬化層深度過深時表層是壓應(yīng)力，因而硬化層深度增打疲勞強度反而下降，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程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，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)性能測試

試樣件送力學(xué)性能測試室進行相應(yīng)的力學(xué)性能測試。

(1)用落球沖擊試驗機測試落球沖擊壽命。

(2)用壓碎值試驗儀測試鋼球壓碎負荷值δs= HRC。