等温淬火对GCr15钢冲击韧性的影响
热处理专科毕业设计GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析
GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。
钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。
热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。
关键词：GCr15 轴承钢球热处理设计热处理工艺热处理缺陷引言滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。
缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。
图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构（图 1）：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。
常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。
轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。
当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。
为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。
滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。
在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。
力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。
在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。
滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。
滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。
在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。
最新GCr15性能要求
材料名称：轴承钢牌号：GCr15A标准：YB 9-1968●特性及适用范围：轴承钢全名叫滚动轴承钢，具有高的抗压强度与疲劳极限，高硬度，高耐磨性及一定韧性，淬透性好，对硫和磷控制极严，是一种高级优质钢，可做冷做摸具钢。
比重：7.81铬轴承钢最常用的是GCr15。
使用量占轴承钢的绝大部分。
添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢在铬轴承钢中加入Si、Mn可提高淬透性，如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。
为了节铬，加入Mo、V可得到无铬轴承钢。
如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，其性能与GCr15相近。
GCr15A是GCr15钢经过电渣重熔的一种精密专用轴承钢。
具有高纯度、高密度，碳化物均匀性好的特点，疲惫性能优于普通GCr15轴承钢。
适宜制造军用轴承产品，专用轴承、航空发动机轴承、精密仪表、精密主轴轴承等。
●化学成份：碳 C ：0.95～1.05硅Si：0.15～0.35锰Mn：0.20～0.40硫S ：≤0.020磷P：≤0.027铬Cr：1.30～1.60镍Ni：≤0.30铜Cu：≤0.25●力学性能：抗拉强度σb (MPa)：1902冲击功Akv (J)：26硬度：63HRC试样尺寸：某试样●轴承钢锻造温度（1）始锻温度：1150（1120）终锻温度：850（800）度。
（2）锻造前清除表面缺陷，尽量预热后在快速加热。
（3）温加工时，应避免200~400度的蓝脆区。
热加工时，应避免进入高温脆区（大于1250）。
应尽量避免进入热脆区（800~~950度）。
●锻后热处理（1）锻后——预先热处理（球化退火）——最终热处理（淬火+低温回火）（2）球化退火目的：降低硬度，便于加工，为淬火做准备。
球化退火过程：加热到750~~770度，保温一定时间，在缓慢冷却到600度以下空冷。
●热处理规范及金相组织：普通退火：790-810度加热，炉冷至650度后，空冷——HB170-207等温退火：790-810度加热，710-720度等温，空冷——HB207-229球化退火：轴承钢预先热处理是球化退火。
锻造等温淬火对半钢的冲击韧性的影响
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GCr15钢M—B复相组织的强韧性研究
Ｖｂｌ ３２． ＮＯ １
温 州 大 学 学 报 ・自 然 科 学 版
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热处理工艺对高碳铬轴承钢组织和性能的影响
热处理工艺对高碳铬轴承钢组织和性能的影响作者：商肇东来源：《科学与财富》2016年第36期摘要：高碳铬轴承钢在现今机械制造中应用较为常见，其在实际中具有高硬度、耐磨性好、弹性高等优点，而且在实际的生产及加工中有着较为严格的生产要求。
目前GCr15高碳铬轴承钢是生产量最大的轴承钢种，本文则根据此种高碳铬轴承钢的性质、特点对其进行分析，主要研究了不同的热处理工艺对高碳铬轴承钢所产生的影响，从组织及性能的变化入手，探究热处理在实际的生产加工中所产生的功效，以此来保证在高碳铬轴承钢加工中可以对热处理工艺进行适当的选用。
关键词：热处理工艺；高碳铬轴承钢；组织与性能；贝氏体在制造业中，需要应用轴承的部分较多，同时也是制造生产中的重要零件，关系着产品的使用质量。
目前在相关领域技术不断发展的推动下，为了使高碳铬轴承钢的各方面性能得到提升会采用热处理工艺来对其进行改造，目前在对高碳铬轴承钢进行改造的热处理工艺有淬回火、贝氏体等温淬火等技术，虽然在实际的使用中其有效的对高碳铬轴承钢组织结构进行更改使其具备更高的硬度及强韧性，但是其处理周期却存在较长的问题，以下则是热处理工艺对高碳铬轴承钢产生的影响的详细分析。
一、试验材料与方法本次试验主要选取某工厂所生产的GCr15高碳铬轴承钢，其化学成分主要有C（0.95%）、Si（0.25%）、Mn（0.35%）、S（0.019%）、P（0.023%）、Cr（1.45%）、Fe （Bal.），此次试验主要对淬回火（工艺1）、贝氏体等温淬火（工艺2）、马氏体预淬火（工艺3）、贝氏体变温淬火（工艺4）这四种高碳铬轴承钢热处理工艺进行研究。
热处理后的试样在CMT5605型拉伸机上进行拉伸试验；在ZEISSULTRA55型热场发射扫描电镜上进行组织观察；在HXD-1000TM型维氏硬度试验机上进行硬度试验，压力为1000g；在JBDW-300D型冲击试验机上进行常温冲击试验；在DMAX-RB型X射线衍射仪上进行残留奥氏体分析；在TecnaiF30s型场发射高分辨透射电子显微镜上进行相精细组织观察与分析；利用ZEISSULTRA55型扫描电子显微镜上的辅助配件电子背散射衍射技术（EBSD）进行晶粒尺寸、形状及分布分析、晶界性质分析等；对热处理后试样进行组织观察；热膨胀试验在DIL805A型膨胀仪上进行，模拟上述4种工艺。
GCr15钢的特性、化学成分、热处理工艺及应用 2
GCr15钢的特性、化学成分、热处理工艺及应用⒈GCr15钢的特性GCr15钢是在T10A钢的基础上主要加入Cr元素而研制成的。
GCr15钢特性如下：⑴、GCr15钢中加入Cr元素主要是为了提高钢的淬透性，同时固溶于基体强化基体组织。
另外，Cr元素溶入Fe3C中形成复合（Fe、Cr）3C可提高其硬度，增加钢的硬度与耐磨性。
⑵、由于钢中加入单一的弱碳化物形成元素Cr，GCr15钢的力学性能、耐磨性、淬透性和淬火变形不如CrWMn钢。
⒉GCr15钢主要化学成分0.95%~1.05%C、0.25%~0.45%Mn、1.40%~1.65%Cr、0.15%~0.35%Si、≤0.025%P、≤0.025%S。
⒊GCr15钢的热处理工艺GCr15钢相变点为：AC1745℃、Accm900℃、Ar1700℃、Ms235℃。
GCr15钢的始锻温度为1050~1100℃，终锻温度为800~850℃，锻造后空冷至700℃，在砂中冷却或坑中冷却。
GCr15钢常见的热处理工艺热处理铜套工艺工艺参数硬度要求工艺特点不完全退火加热770~790℃，保温后随炉冷却至550℃以下出炉空冷187~229HBS Ac1745℃，Accm900℃，加热温度应Ac1~Accm在之间等温球化退火加热770~790℃，680~700℃等温后随炉冷却至550℃以下出炉空冷187~229HBS加热温度应在Ac1~Accm之间，等温温度应低于Ar1700℃线20℃，以获得粒状珠光体组织去应力退火加热600~700℃，保温，空冷187~229HBS消除残余应力，消除加工硬化正火加热930~950℃，保温，空冷302~388HBS加热温度高于Accm，消除偏析、带状组织、网状组织，细化晶粒淬火加热830~850℃，保温，油冷62~65HRC淬火加热温度在Ac1~Accm之间，Cr元素的溶解，提高淬透性，改善回火稳定性，同时也降低Ms点，有不少残留奥氏体存在下贝氏体等温淬火加830~850℃，240~300℃硝盐浴等温，后出浴空冷58~62HRC Ms202℃，等温淬火组织为下贝氏体+碳化物+少量马氏体+极少量残余奥氏体，淬火变形很小，强度高，韧性好回火加热150~190℃，保温2h，炉冷58~~62HRC强调硬度取下限，强调韧性取上限调质淬火：加热840~860℃，油冷；回火：加热660~680℃，保温后炉冷或空冷197~217HBS 高温淬火可以消除碳化物组织缺陷，高温回火得到细小的回火索氏体组织，为再淬火做组织准备，在改善韧性同时，提高强度。
gcr15等温淬火工艺
gcr15等温淬火工艺GCR15是一种常用的高碳铬磨料钢，广泛应用于轴承等制造领域。
为了提高GCR15钢的机械性能，常常需要对其进行等温淬火处理。
本文将详细介绍GCR15等温淬火工艺及其相关参考内容。
一、等温淬火工艺的定义等温淬火工艺是将材料加热至适当温度保持一定时间，然后迅速冷却，以达到改善材料的力学性能的目的。
对于GCR15等温淬火工艺，常用的温度范围为800°C至840°C。
二、等温淬火的工艺参数1. 温度：等温淬火温度对于GCR15的性能影响较大。
一般情况下，温度范围为800°C至840°C。
温度太高会导致脱碳，温度太低则无法获得良好的组织和性能。
2. 保温时间：保温时间应根据不同的工件尺寸和要求来确定。
通常情况下，保持10至30分钟即可。
3. 冷却介质：常用的冷却介质有空气冷却、油淬、水淬等。
选择合适的冷却介质可控制材料的组织和性能。
三、等温淬火的作用机理等温淬火可以改善GCR15钢的晶粒细化程度和均匀性，提高材料的硬度、强度和耐磨性。
在高温下进行保温可以使材料内部的碳原子进行扩散，从而形成了均匀的碳化物颗粒。
冷却过程中，快速冷却可以防止碳化物的分解，从而保持了材料的硬度和强度。
四、等温淬火的实施技术和注意事项1. 保持良好的炉膛环境，避免氧化和污染材料表面。
2. 控制保温时间和温度，避免过长或过短的保温时间以及过高或过低的温度对材料性能的不良影响。
3. 确保冷却介质的质量和温度，控制冷却速度，避免过慢或过快的冷却对材料性能的影响。
4. 针对GCR15的具体应用领域和要求，对等温淬火工艺进行优化和调整。
总结：GCR15等温淬火工艺是一种重要的热处理方法，可以显著改善材料的力学性能。
正确的等温淬火工艺参数和实施技术对于提高GCR15钢的硬度、强度和耐磨性具有重要意义。
准确控制等温淬火温度、保温时间和冷却介质，以及注意炉膛环境和冷却速度等因素，可以获得理想的材料组织和性能。
GCr15、2Gr13热处理实验报告
五、实验数据
1.硬度HRC
表1 GCr15钢热处理前后硬度
状态
1 2 3 平均
硬度
原件59.0 59.1 59.3 59.1
淬火后80.1 80.8 80.7 80.5
回火后79.8 79.4 78.9 79.4
表2 2Cr13钢热处理前后硬度
状态
1 2 3 平均
硬度
原件50.3 50.6 50.3 50.4
淬火后73.4 74.3 74.3 74
回火后63.4 63.2 63.3 63.3
六、金相照片及组织分析
1.金相照片
状态
GCr152Cr13 材料
原件
100μm 100μm
淬火后
100μm 100μm
回火后
100μm 100μm
2.组织分析
(1)GCr15钢合金含量较少、具有良好性能，经过淬火加低温回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。
(2)GCr15等温淬火组织为下贝氏体+碳化物+少量马氏体+极少量残余奥氏体，淬火变形很小，强度高，韧性好。
GCr15低温回火，马氏体分解，残余奥氏体转变，碳化物转变工艺特点为强调硬度取下限，强调韧性取上限。
(3)2Cr13属于不锈铁，硬度好，经过淬火处理后可以得到更好的机械性能，具有较好的可加工性，组织形态为马氏体型。
2Cr13处理应为淬火+高温回火，组织应为回火索氏体+未溶块状铁素体，会很大程度上影响该材料使用时耐腐蚀性。
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GCr15钢的热处理工艺曲线（球化退火+油淬）
GCr15钢的热处理工艺曲线（球化退火+等温淬火）
冲击韧性试验
试验时直接测得试样在一次冲击负荷下折断时 的冲击吸收功Aku，单位为焦耳（J）。计算方法是 用冲击吸收功除以试样缺底部处横截面面积所得的 商。 冲击韧性：aku=Aku/S（J/cm2） Aku—冲击吸收功(J) S—断口处横截面面积(cm2)
上页（a）断口几乎全是放射区，剪切唇很小，非常接近 脆性断口。（b）、（c）、（d）断口的纤维区很小，放射区 较大，剪切唇比（a）的大，这说明在240℃、260℃、280℃ 等温淬火材料的韧性比较差。（e）、（f）断口的纤维区和剪 切唇很大，放射区几乎没有，这说明在300℃、320℃等温淬火 材料的韧性显著提高。另外，由（a）到（f），断口的形状由 正方形向等腰梯形过渡，这也说明材料的韧性在逐渐提高。
轴承钢及轴承的照片
GCr15钢的成分
试样加工
冲击试样按照下图的尺寸加工。
热处理工艺
在以前，热轧态GCr15钢的热处理是球化 退火+油淬后低温回火，得到隐晶马氏体+ 均匀分布的碳化物颗粒。该组织具有足够 的耐磨性，但其冲击韧性较差，所以现在 采取的热处理是等温淬火，得到的组织为 下贝氏体+均匀分布的碳化物颗粒。该组织 不仅具有足够的硬度和耐磨性，而且具有 良好的冲击韧性，可以使轴承有足够的抗 冲击能力。
等温淬火温度对GCr15钢冲击
韧性的影响
GCr15 钢简介
GCr15 钢是一种合金元素含量较少、具有良好综 合性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢，被广泛应 用于机械制造、铁路运输、汽车制造和国防工业 等领域。GCr15 钢主要用来制造大型机械轴承的 钢球、滚子和套圈，还可以制造耐磨、高接触疲 劳强度较大负荷的机器零件，如牙轮钻头的转动 轴、叶片、泵定子、套筒、心轴、机床丝杠和冷 冲模等，也可用作承受较大负荷，要求高耐磨性、 高弹性极限、高接触疲劳强度的其火温度升高， 试样的冲击韧性提高。 GCr15钢经球化退火+等温淬火后，其硬度 和耐磨性能满足使用要求，并且得到优异 的冲击韧性。所以，在选择GCr15钢的热 处理工艺时，等温淬火工艺要优于油淬 +160℃回火工艺。
热处理工艺对硬度的影响
不同等温淬火温度下的洛氏硬度
热处理工艺对冲击韧性的影响
不同热处理状态下的冲击韧性
GCr15钢宏观断口形貌分析
不同热处理冲击试样的宏观断口
冲击试样断口分析
冲击断口形貌示意图 a）实物图 b）一般情况 c）材料塑性较好 d）材料脆性较大 e）脆性断口 F—纤维区 R—放射区 S—剪切唇