轴承钢热处理⼯艺及组织分析
【摘 要】本试验采⽤GCr15钢，分别对其进⾏了不同的热处理⼯艺试验，对其处理后的组织观察与分析，并进⾏了试样硬度的测定。
【关键词】GCr15钢；正⽕；等温球化退⽕；淬⽕
轴承钢是指⽤于制作在不同环境中⼯作的各类滚动套圈和滚动体的钢的统称。⾼碳铬轴承钢⾃上世纪初问世⾄今已有100多年的历史。从它诞⽣⾄今，化学元素的含量⼏乎没有变化，但其疲劳寿命却成倍甚⾄⼏⼗倍的提⾼，原因就在于轴承材料的纯净度提⾼了。轴承钢纯净度的提⾼，主要依赖于冶⾦⼯艺的现代化、炉外精炼技术的普遍采⽤[2]。
热处理是通过加热和冷却的⽅法使⾦属内部组织结构（有的包括表⾯化学成分）发⽣变化，以获得预期性能的⼯艺⽅法。这些性能包括⼯艺性能、⼒学性能和化学性能，在现代机械制造⼯业中主要指材料的强度、硬度、韧性、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性等。因此进⾏热处理是提⾼零件使⽤性能、保证产品质量、改造加⼯⼯艺性、发挥材料潜⼒和节约原材料的重要途径。
本试验针对GCr15钢制订不同的热处理⼯艺并采⽤RSX-2.5-10实验箱式电阻炉对其进⾏处理，然后制备
⾦相试样，对磨抛后的试样⽤4%的硝酸酒精溶液进⾏腐蚀，在光学⾦相显微镜上对其组织进⾏观察与分析，在硬度试验计上测定试样硬度，最后将实验结果进⾏综合分析。
⼀、试验材料
本实验⽤材为供货态GCr15钢棒材。将其加⼯成Φ15×25（mm）试样，其化学成分和临界点。
表1镀铬工艺
⼆、试验设备
采⽤UJ-37型测温直流电位差计进⾏炉温校核，热处理加热设备采⽤RSX-2.5-10型箱式电阻炉，在M3225型台式砂轮机上进⾏试样打磨，分别⽤200#、400#、600#、800#、1000#帆船牌⽔砂纸磨制⾦相试样，在P-2型抛光机上进⾏抛光，⽤4%的硝酸酒精溶液对试样进⾏腐蚀，在OLYMPUS PMG3型光学⾦相显微镜上进⾏显微组织观察与分析，在HB-3000型布⽒硬度试验机和HRD-150型电动洛⽒硬度试验计上测定试样的硬度值。
变电箱三、参数拟定
GCr15钢完全退⽕、正⽕、⾼温淬⽕⼯艺，都是将⼯件加热到单相奥⽒体区，然后根据不同性能的需求进⾏冷却，其具体⼯艺见下表。
消防管道防冻
表2
GCr15钢的正常淬⽕⼯艺是将⼯件加热到Ac1以上50～80℃、等温球化退⽕⼯艺是将⼯件加热到Ac1以上20～30℃然后在Ar1以下10～20℃等温⼀定时间[1]，根据钢的临界点及试验⽬的要求，其具体⼯艺见表2。
四、试验结果分析
（⼀）供货态组织、完全退⽕组织的分析
GCr15钢供货态组织为索⽒体＋断续细⽹状渗碳体。GCr15钢经930℃×40min退⽕的组织为粗⼤⽚状珠光体和⽹状⼆次渗碳体。与T10钢的完全退⽕组织相⽐，珠光体⽚间距减⼩，沿晶界析出的⽹状渗碳体变细，主要原因是GCr15中含有碳化物形成元素Cr，在随炉冷却过程中碳原⼦扩散受阻，因此从奥⽒体中析出量减少，⽽形成⽚间距较细的珠光体及沿其晶界析出的细⽹状渗碳体[4]。
其晶界析出的细⽹状渗碳体[4]。
（⼆）正⽕组织、等温球化退⽕组织的分析
GCr15钢经930℃×40min正⽕处理后的组织与T10钢相⽐，除屈⽒体外＋沿晶界分布的渗碳体颗粒更
细⼩⽽⼜少。其原因是冷速快，该钢的C曲线与T10钢相⽐右移，实际相变速度减缓，在相同的冷速下碳从过冷奥⽒体中的析出量少所致。
等温球化退⽕所得组织为球状珠光体，其组织中的碳化物颗粒与T10钢相⽐更细⼩。原因是钢中含有铬元素，碳原⼦聚集长⼤倾向较T10钢⼩，故形成的颗粒状渗碳体较⼩。
（三）正常淬⽕组织、⾼温淬⽕组织的分析
正常淬⽕的组织为细⼩针状马⽒体和残余奥⽒体及未溶的颗粒状的碳化物。
轴承钢淬⽕温度虽⽐T10钢⾼出50℃左右，但该组织中的马⽒体针却很短。因为轴承钢中含有碳化物形成元素Cr，Cr有抑制奥⽒体晶粒长⼤的作⽤，故在加热时形成的奥⽒体晶粒细⼩，淬⽕后获得细⼩针状的马⽒体。
⾼温淬⽕组织为粗⼤针状马⽒体和⽐较多的残余奥⽒体。与T10钢相⽐临界冷速较慢，也就是说过冷奥⽒体的稳定性⽐较好，故淬⽕后得到粗⼤的马⽒体和残余的奥⽒体。
（四）不同回⽕温度下组织的分析
正常淬⽕+低温回⽕组织为隐针回⽕马⽒体和细⼩粒状的未溶碳化物。
由此可看出，正常淬⽕+中温回⽕组织为回⽕屈⽒体＋细⼩未溶的粒状碳化物。正常淬⽕+⾼温回⽕组织为回⽕索⽒体＋细⼩粒状的碳化物。正常淬⽕+更⾼温回⽕组织为回⽕球状珠光体。
引⾔
履带式液压挖掘机在挖掘时，铲⽃受到地⾯的反作⽤⼒，由于回转⽀承内、外圈存在轴径向间隙、回转减速机驱动⼩齿与减速机壳体间隙，造成回转减速机驱动⼩齿与回转⽀承在轴向上相对倾斜。分析原因后，提出了更改了回转减速机齿形结构及回转⽀承内齿圈热处理条件的⽅案，能够有效减少打齿的现象。 (运转世界⼤国龙腾龙出东⽅腾达天下龙腾三类调⼼滚⼦轴承刘兴邦CA CC E MB MA)
1、问题背景和描述
履带式液压挖掘机在作业过程中，需在各个⾓度都可以作业。
就需要履带式液压挖掘机在360°转动。回转机构（图1）主要由回转减速机、回转⽀承组成。回转减速机与回转平台⽤螺栓固定，回转⽀承内齿圈与⾏⾛装置固定，外齿圈与回转平台固定。⾼压液压油
作⽤回转马达，使得回转马达带动减速机驱动⼩齿转动，通过齿轮传动使得回转⽀承的内、外齿圈相对转动，从⽽实现履带式液压挖掘机在⼯作中可以实现3600转动。
斜板当前技术系统存在的问题：履带式液压挖掘机在挖掘时，铲⽃受到地⾯的反作⽤⼒，使得回转⽀承出现打齿（图2）现象。
2、问题分析
因挖掘机冲击载荷较⼤，故回转⽀承经常出现打齿的现象。造成挖掘机回转⽀承断齿的原因有多种，经对回转⽀承内齿圈断裂截⾯的调研和分析发现，断齿的作⽤⼒并⾮是轴向回转驱动⼒，⽽是与之啮合的驱动齿对其施加的径向挤压⼒，且挤压时驱动齿的轴线与回转⽀承的轴线不平⾏。
通过对回转⽀承内齿圈断裂截⾯的分析，回转⽀承内、外圈存在轴径向间隙、回转减速机驱动⼩齿与减速机壳体间隙、驱动齿轴的弹性变形，造成回转减速机驱动⼩齿与回转⽀承在轴向上相对倾斜。相对倾斜的回转减速机驱动齿，本应回转⽀承滚道承担的径向载荷却由齿轮承担，在齿轮机构啮合过程中对回转⽀承内齿圈向挤压⼒集中作⽤于齿宽的上部。开始时齿轮由塑性变形来补偿齿侧间隙的不⾜，随着回转⽀承滚道及回转减速机轴承等部件的进⼀步磨合，其径向间隙渐加⼤，⽽变形量确实有限的。通过受⼒分析可以看到：驱动齿对回转⽀承内齿圈的挤压法向⼒是地⾯对⽃的发作⽤⼒的⼏倍甚⾄是⼗⼏倍。因此，造成打齿的主要原因是回转减速机驱动齿的轴线与回转⽀承的轴线相对倾斜，
较⼤的冲击载荷集中作⽤于回转⽀承内齿圈齿宽的上部。
3、问题解决
基于以上原因的分析，可得到以下解决⽅案
二次沉淀池⽅案⼀：为了使挖掘机回转传动过程中转动相对灵活，需要回转减速机驱动⼩齿与减速机壳体和回转⽀承内、外圈的间隙为“正”，但⼜为了挖掘机在挖掘作业时回转减速机驱动⼩齿与回转⽀承内齿圈不产⽣相对倾斜，需要回转减速机驱动⼩齿与减速机壳体和回转⽀承内、外圈的间隙为“负”，即，回转减速机驱动⼩齿与减速机壳体和回转⽀承内、外圈的间隙既要⼤⼜要⼩。将回转⽀承内齿圈每个齿进⾏分段热处理⽅式，热处理区包括正常硬度区、过渡区、软带区。回转减速机驱动⼩齿对回转⽀承的挤压会使回转⽀承内齿圈发⽣塑性变形⽽不⾄于将内齿圈挤断。
⽅案⼆：原回转减速机驱动⼩齿为直齿轮，将驱动⼩齿改进为⿎型齿：在轴向⽅向上直径不相等呈现上⼩下⼤的状态，且从齿轮下边到上边有半径为R的圆弧状⽅式。带锥度圆弧状齿轮形状，在冲击或重载荷下，回转减速机驱动⼩齿与回转⽀承相对倾斜时，齿轮啮合过程中能够平稳的过渡，不⾄于造成回转⽀承内齿圈局部受到较⼤的侧向挤压⼒⽽折断。
4、结论
联合签名入口对于分段热处理的回转⽀承内齿圈，软带区在回转减速机驱动⼩齿中⼼线与回转⽀承中⼼线相对倾斜时，回转减速机驱动⼩齿对回转⽀承的挤压会使回转⽀承内齿圈发⽣塑性变形⽽不⾄于将内齿圈挤断。能够有效的减少打齿的现象发⽣。
对⽐直型驱动⼩齿轮，这样带锥度圆弧状齿轮形状，在冲击或重载荷下，回转减速机驱动⼩齿与回转⽀承相对倾斜时，齿轮啮合过程中能够平稳的传动。⽽不会因轴承、回转⽀承内外齿圈的间隙引起回转减速机驱动⼩齿中⼼线与回转⽀承中⼼线相对倾斜造成对回转⽀承内齿圈的侧向挤断。
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