GCr15汽车滚动轴承的热处理工艺设计
GCr15用于小轴承的热处理工艺流程及其组织结构性能研究
理论分析阶段对实验样品的组织、结构、形貌、性能进行综合分析，与理想理论数据进行对比，给出样品每一步热处理所得到的组织、结构及其性能。
实验报告内容1）名称、本实验的目的、实验方法和步骤、实验结果与分析讨论;2）本实验注重热处理工艺设计，学生应多查资料，注重设计过程，实验只是其中一部分，故实验报告中应包含所查资料相关内容，制订工艺的依据、原理；零件加工工艺流程图、热处理工艺曲线；组织、结构、性能测试分析等内容。
文字部分不少于5000字（不包括图片），报告不少于5页，手写，书写工整（要存档），交纸质和电子版。
GCr15用于小轴承的热处理工艺流程及其组织结构性能研究一、实验目的1. 研究并制定出轴承钢GCr15的热处理工艺流程，并通过对材料组织及性能分析比较工艺方案优缺点。
2. 熟悉金相样品的制备方法，了解金相显微镜、X射线衍射仪等所用的仪器设备的操作使用。
3. 学会整理数据，培养分析问题、解决问题、设计实验以及相互合作的能力。
能够比较全面地、系统地掌握材料制备、化学成分、组织结构与性能之间的关系及其变化规律。
二、实验方法GCr15是一种最常用的高碳铬轴承钢，经过淬火加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。
GCr15轴承钢用于制作各种轴承套圈和滚动体。
如制作内燃机、电动机车、汽车以及高速旋转的高载荷机械传动轴承的钢球、滚子和套圈。
轴承制造基本流程轴承套圈加工流程图1. 预备热处理：球化退火作为GCr15钢预备热处理，其主要的目的是由热处理使钢铁材料内部的层状或网状碳化物聚成球状，达到改善钢材之切削性能、加工塑性、机械韧性等。
球化退火是依靠片状渗碳体的自发球化效果倾向和聚集长大。
渗碳体在高温下开始溶解，会使一片渗碳体断开为若干细的点状渗碳体，弥散分布在奥氏体基体上，同时由于加热温度低和渗碳体不完全溶解，造成奥氏体成分极不均匀。
在随后的缓冷过程中，以原有的细碳化物质点为核心，或由奥氏体的富碳区产生新的碳化物核心，形成均匀而细小的颗粒状碳化物。
GCr15汽车滚动轴承的热处理工艺设计
设备选择
1．球化退火设备 该炉适用于低合金钢、GCr15轴承钢中
小型零件的球化退火处理等。实现温度P ID自动控制、定时间隔送料、故障报警 记录、自动安全逻辑操作、进出料自动 检测及计数功能，可提供生产日报表等 功能。它的工艺流程是进料 → 预热 → 保温 → 强风冷却(等温转变)→ 保温(等 温分解)→ 出料 。
热处理设计
GCr15钢C曲线
GCr15轴承钢的工艺流程
1.加工路线 材料→冲压或锻制毛坯（材料加热）→热处理（退火）→车削加工→热处理
（淬火、回火）→研磨加工。 2. 锻造工艺设计 锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，已获得具有
一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。查阅《热处理工艺规范 数据手册》可以找出GCr15轴承钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方 式，本设计具体的锻造工艺参数如表1所示。
轴承钢球化退火温度：GCr15钢为780～810℃，锻件经特殊热处理后，其 退火温度应降低10～20℃。其球化退火工艺曲线如图5所示。
最终热处理工序—淬火、低温回火
淬火目的：淬火可使零件获得高的硬度和耐磨性，高 的接触疲劳寿命和可靠性，高的尺寸稳定性。
回火目的：GCr15轴承钢回火目的是在保持高硬度的 条件下，消除残余内应力，防止开裂，并能使亚稳组 织转变为相对稳定的组织，从而稳定尺寸，提高韧性， 获得良好的综合力学性能。
(2)合金元素的影响： 铬是轴承钢的主要化学成分，铬能够提高淬透性，减少过热倾向，提高 低温回火稳定性。硅、锰在轴承钢中主要提高淬透性。镍在渗碳轴承钢中能 使钢的韧性和塑性有所提高，镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的 敏感性。钼在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，增加在某些介质 中的抗蚀性。
gcr15simn热处理工艺流程
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GC r15 钢球化退火工艺设计介绍
GC r15 钢球化退火工艺设计介绍引言GCr15 轴承钢按正常的工艺规范进行锻造后, 得到的是细片状珠光体组织(索氏体) , 硬度较高, 达255～340 HBS, 难以进行切削加工, 故需要进行一次球化退火, 以降低硬度, 同时也为淬火作好组织上的准备. 因为经过大量的试验和生产实践证明, 只有当轴承零件的原始组织为细球状珠光体时, 经过淬火加低温回火后, 才能获得隐晶回火马氏体及在其上分布着细小碳化物颗粒的组织, 这种金相组织才使得轴承零件具有高强度和韧性. 在工业生产中, 常用的球化退火工艺包括一次球化退火工艺、等温球化退火工艺和周期球化退火等工艺. 某厂使用等温球化退火工艺来对轴承零件进行球化处理, 但遇到工艺周期长、耗能多、效率低等问题, 球化质量也不稳定, 直接影响到工件的淬火开裂倾向. 为此本文对GCr15 钢制轴承零件的球化退火工艺进行了研究, 结合宁波市神光电炉有限公司对中频电炉的改造, 得出一个比较切合实际的球化退火工艺.1球化退火工艺试验1. 1试验材料及检测设备GCr15 钢制轴承套圈, 内圈壁厚7 mm , 外径400mm; 外圈壁厚7mm , 外径500mm. 试验样品按正常工艺锻造后, 随机取出, 编号为18# (外圈) , 22# (外圈) , 23# (内圈) , 24# (外圈) 样品为等温球化处理的成品.检测设备为箱式电阻炉, 型号SX24210, 炉膛尺寸300 mm ×200 mm ×120 mm; 用毫伏计控温, 型号KSW 24D211; 用MM 6 型金相显微镜观察金相显微组织, 在布氏硬度试验机上测定HBS值, 作为工件球化效果的定量指标.1. 2工艺试验1. 2. 1原用等温球化退火工艺宁波市神光电炉有限公司制定的等温球化退火工艺如图所示. 这一工艺曲线严格遵循了退火工艺的三要素, 即加热温度、保温时间和冷却速度. GCr15 钢的退火加热范围为780～810 ℃, 因而该厂采用790 ℃. 冷却速度控制在15～20℃öh 范围内, 整个工艺过程需要17h. 该厂根据这一工艺路线对轴承零件进行球化处理, 要求硬度为179～207 HBS, 球化组织级别为2～4 级.1. 2. 2周期球化退火工艺的选用周期球化退火的工艺曲线如图2 所示. 将钢加热至略高于A c1的温度, 保温一定时间后, 随炉冷至略低于A r1的温度等温处理. 如此反复加热和冷却, 最后冷至室温, 每一阶段的保温时间为1 h, 目的是增加球化的核心, 以获得较为满意的球化组织. 这种工艺特别适用于难以球化的钢种.1. 2. 3工艺参数的制定文献指出, GCr15钢的A c1是一个温度区间为735～765 ℃, 加热温度超过A c1时, 珠光体开始向奥氏体转变, 温度越高, 奥氏体化后钢的组织越趋于均匀, 未溶的碳化物越少, 这对珠光体的球化是不利的. 文献研究了40 Cr 钢的奥氏体化条件与等温温度对硬度的影响, 结果表明在临界区对钢加热, 一旦加热温度升高, 则钢的淬火硬度明显增高, 这说明发生了奥氏体的富碳过程, 即碳化物溶解过多, 这样会导致球化困难. 同时还指出, 在高的温度奥氏体化下, 若保温时间延长, 同样会使球化困难, 而且影响十分明显. 这样看来, 退火加热温度是一个关键, 为此根据GCr15 钢的A c1, 在试验时将循环曲线的加热温度制定为770 ℃.文献研究了等温温度即珠光体转变温度对球化过程的影响规律, 发现若将等温温度降低, 即使在奥氏体中有大量的未溶碳化物, 也将导致大量的片状珠光体形成. 因而让珠光体在比较高的温度下长时间保温对球化组织的形成也是很重要的. 为此笔者做了一个对比试验, 将轴承钢在770 ℃加热2h 后在不同的温度下等温2 h, 然后以30 ℃öh 冷却至650 ℃下再空冷的试验(见表1) , 从试验结果可看出, 在720 ℃等温是合理的.还可以这样来解释720 ℃等温的合理性, 因为冷却速度会影响奥氏体向珠光体转变的温度范围,冷速越慢, 转变温度越高, 而在周期球化退火工艺中, 工件从770 ℃进入到720 ℃后, 冷速不会很快, 因此在720 ℃等温是合理的.文献对球化退火过程中冷却速度的影响做了详细的研究, 特别是在转变终了温度上作了很好的说明.文献中指出, 在转变终了温度后的冷却速度对工件的硬度没有影响, 因此转变后的冷速应该较快.本试验在制定冷却速度时, 考虑到不致于给工件产生热应力, 将冷速定为30 ℃。
gcr15热处理工艺流程
gcr15热处理工艺流程GCR15热处理工艺流程是对GCR15轴承钢进行热处理的工艺流程，该工艺是为了改善GCR15钢的组织和性能，提高其硬度和耐磨性而设计的。
下面是GCR15热处理工艺流程的详细介绍。
首先，将GCR15钢经过打磨和清洗处理，使其表面光洁而干净，以便于后续的热处理。
接下来，将GCR15钢放入预热炉进行预热处理，预热温度一般为750°C-950°C，预热时间根据钢材的尺寸和形状来确定，一般为20-40分钟。
预热的目的是使钢材内部温度均匀，消除内部应力，为后续的热处理做好准备。
然后，将预热好的GCR15钢放入淬火炉进行淬火处理，淬火温度一般在830°C-870°C之间。
淬火时间和冷却速度控制非常重要，一般要求淬火时间在1-10秒之间，冷却速度要达到所需的硬度要求。
淬火的目的是通过快速冷却使钢材的组织发生相变，从而提高硬度和耐磨性。
接下来，将淬火后的GCR15钢进行回火处理，回火温度一般在150°C-350°C之间。
回火时间根据所需的硬度和性能来确定，一般为1-2小时。
回火的目的是通过适当的热处理，去除淬火过程中产生的内部应力，并使钢材具有良好的韧性和耐疲劳性能。
最后，对回火后的GCR15钢进行精整处理，即切割和修整不合格的钢材，并对合格的钢材进行清洗和检验。
清洗的目的是去除表面的氧化物和污染物，确保钢材的表面质量。
检验包括对钢材的外观、尺寸和性能进行检查，确保钢材达到所需的质量要求。
总结起来，GCR15热处理工艺流程包括预热、淬火、回火和精整处理四个主要步骤。
通过这些步骤，可以改善GCR15钢的组织和性能，提高其硬度和耐磨性，使其更适用于制造高精度轴承和其他机械零部件。
这些工艺步骤的每一个环节都非常关键，要严格控制温度、时间和冷却速度，以确保最终产品的质量和性能达到要求。
滚动轴承用钢GCr15钢的热处理原理-8页精选文档
第一章滚动轴承用钢GCr15钢的热处理原理一、滚动轴承用钢应具有的特性1、高的接触疲劳强度；2、高的耐磨性；（发生滑动摩擦的主要部位）1）、滚动体与滚道的接触面；2）、滚动体与保持架兜孔的接触面；3）、保持架引导与套圈引导档边的接触面；4）滚子的端面与套圈档边的接触面。
3、高的弹性极限；4、高的硬度；5、一定的韧性；6、好的尺寸稳定性；7、一定的防锈功能；8、良好的工艺性能。
二、GCr15钢的物理性能1、GCr15钢的临界点：Ac1:760℃ Acm：900℃Ar3：707℃ Ar1：6952、GCr15钢的Ms点：Ms点随着奥氏体固溶度的变化而变化，亦即随着奥氏体温度的升高而降低，GCr15钢在860℃温度Ms点为216~225℃。
三、铬轴承钢热处理基础1、基本概念1）、奥氏体：是碳及合金元素溶于r-Fe八面体间隙的间隙式固溶体。
特征：[1]、在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小；[2]、奥氏体的塑性高，屈服强度低，容易塑性变形加工成型。
2）、珠光体：是过冷奥氏体共析分解的铁素体和碳化物的整合组织片状珠光体：是指在光学显微镜下能够明显看出F与Fe3C呈片状分布的组织状态。
根据片间距的大小分为普通片状珠光体、索氏体、屈氏体。
粒状珠光体：铁素体基体上分布着粒状Fe3C的组织。
GCr15的正常锻造后组织应为细珠光体类型组织及细小的网状碳化物组成，不允许有＞3级的网状碳化物及明显线条状组织，不允许有粗针状马氏体和粗片状珠光体组织。
3)、马氏体：是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
马氏体分类：板条马氏体、片状马氏体、针状马氏体、隐晶马氏体。
GCr15钢淬火后得到的马氏体为隐晶马氏体或者细小结晶马氏体。
马氏体具有高的硬度、强度、耐磨性。
4）贝氏体：是过冷奥氏体在中温区域分解后所得的的产物，它一般是由铁素体和碳化物所组成的非层状组织。
贝氏体分类：上贝氏体、下贝氏体上贝氏体：是一种两相组织，有铁素体和Fe3C所组成的，大致平行的铁素体板条自奥氏体晶界的一侧或两侧向奥氏体晶粒内部长大，Fe3C分布于铁素体板条之间。
GCr15热处理工艺试验方案.doc
材料科学与工程学院“综合实验”总结报告题目GCr15热处理工艺探究院系材料科学与工程专业金属材料科学 ___________年级 _____________学生姓名谭政 _________________指导教师杨凯军 _______________2012年10月（一）GCr15化学成分（% : C: 0.95-1.05 Mn : 0.25-0.45 Si: 0.15-0.35 S : <=0.025 P:<=0.025 Cr:1.40-1.65Mo: w 0.10 Ni: w 0.30 Cu: < 0.25 Ni+C（GB/TJ158254-2002 ）;临界温度：Ac1 : 745 C Ac3 : 900 C Ar1 : 700 C铸态组织及性能：其铸态组织为等轴细层状珠光体，层间距约为85nm油淬得到马氏体片层间距0.35um,其硬度随着回火温度的升高而降低，这与回火中&碳化物的析出及长大有关。
GCr15具有肩高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度，解除疲劳强度高，有良好的尺寸稳定性和抗蚀性，冷变形塑性适中，切削性能一般，焊接性差，存在第一类回火脆性，可作滚动轴承钢也可作承受大负荷，要求高耐磨性，高弹性极限，高接触疲劳强度的气压机械零件及各种精密量具冷冲模等，如：机床的滚珠、丝杆、涡轮喷气发动机喷嘴的喷口、柱塞、活门、衬套等。
（二）热处理工艺热处理：是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构，来控制其性能的一种金属热加工工艺。
1 .正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。
2. 退火：将工件加热至AC1或AC3温度以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。
‘ 一类是：在临界温度（Ac1或Ac3）以上的退火，又称为相变重结晶退火，包括完全\ 退火、不完全退火、球化退火和扩散退火（均匀化退火）等；k另一类是：在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及去应力退火。
滚动轴承的热处理
滚动轴承的热处理目的：提高滚动轴承强度、韧性、耐磨性、抗疲劳强度以及良好的尺寸稳定性。
同时通过特殊的热处理是其具有耐腐蚀、耐高温，防磁等特性。
常用的热处理方式有：退火（Th），它是将金属加热到所需的温度并经过一定时间的保温，然后再缓慢冷却（一般是随炉冷却），退火可降低金属的硬度和脆性，增加塑性，消除内应力等。
正火（Z），它是将金属加热到临界温度以上，并经过一定时间的保温，然后在静止的空气中冷却。
正火可以细化晶粒，改善机械性能鱼切削性能。
淬火（C）,它是将金属加热到所需温度，保温后放入淬火剂中冷却，是温度骤然降低。
淬火可增加金属的硬度，但会降低其塑性。
回火，它是将淬火后的金属重新加热到一定的温度然后再用一定的方式进行冷却。
根据回火温度的不同回火可分为，高温回火，中温回火以及低温回火。
回火的目的是为了消除因淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以获得所需的机械性能。
调质，即是所说的淬火加高温回火，这样可以得到所需的强度和韧性。
经过调质处理的钢一般叫调质钢，多指中碳钢和中碳合金结构钢。
钢中的主要金相组织：奥氏体（A）它是碳溶于γ-Fe中形成的固溶体，具有面心立方结构，溶碳能力较铁素体强，机械性能随含碳量的变化而变化，由于它是固溶体，所以不论含碳多少，塑性都很好，而且无磁性。
碳素钢在727°C以上平衡组织中才能看见奥氏体，在有些合金钢中，由于合金元素的作用，在室温下也能得到奥氏体。
铁素体（F）它是碳溶于α-Fe中形成的固溶体，具有体心立方结构，溶碳能力极小，所以也叫纯铁体。
其性能也与纯铁极为相似，即强度、硬度很低，塑性韧性很高，在768°C一下又磁性。
渗碳体（Fe3C）,铁与碳形成的化合物，含碳高达6.69%，晶格结构很复杂，其硬度大脆性大，强度低塑性几乎为零。
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汽车滚动轴承选材 轴承钢简介
轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。轴承钢有高而均匀的硬度和 耐磨性，以及高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物 的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最 严格的钢种之一。
GCr15轴承钢
GCr15轴承钢的工艺流程
滚动轴承零件图
GCr15轴承钢的热处理工艺设计
1．预备热处理工序—球化退火 球化退火目的是使组织变为均匀分布的细粒状珠光体，获得最佳的机加工性 能并未淬火提供良好的原始组织，淬火、回火后获得最佳的力学性能。 Cr15钢退火组织为细粒状珠光体（碳化物平均直径为0.5～1.0um,最小 0.2um,最大2.5um）和不均匀粗粒状珠光体（碳化物平均直径为2.5～ 3.5um，最小0.5um,最大6um）的206内套，经不同温度淬火并回火，加工 后在轴承寿命试验机上实验，结果下表2。
GCr15的力学性能与临界点
汽车滚动轴承零件简介
图1
图2
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成（如图2所示）， 是一种将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而减少摩擦损 失的一种精密的机械元件。 网络定义是：在承受载荷和彼此相对运动的零件间有滚动体作滚动运动的轴 承。（如图1） 内圈、外圈、滚动体和保持架的作用：内圈的作用是连接轴与轴实现同步运 转；外圈作用是与轴承座相配合，起到支撑作用；滚动体是借助于保持架均 匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，根据其滚动体的不同形状、大小和数 量，影响着滚动轴承的使用场合、性能和寿命；保持架的作用就是引导滚动 体旋转并将滚动体均匀分隔开来，防止滚动体脱落及防止在运动中滚动体之 间形成干扰。
设备选择
淬火设备 轴承淬火，可选用淬火炉进行。如图8所示。
回火设备
RJ-25-6低温井式电阻炉：额定功率25KW,
额定电压380V，额定温度650℃
谢谢！
合金钢、GCr15轴承钢中 小型零件的球化退火处理等。实现温度P ID自动控制、定时间隔送料、故障报警 记录、自动安全逻辑操作、进出料自动 检测及计数功能，可提供生产日报表等 功能。它的工艺流程是进料 → 预热 → 保温 → 强风冷却(等温转变)→ 保温(等 温分解)→ 出料 。
热处理设计
GCr15钢C曲线
GCr15轴承钢的工艺流程
1.加工路线 材料→冲压或锻制毛坯（材料加热）→热处理（退火）→车削加工→热处理 （淬火、回火）→研磨加工。 2. 锻造工艺设计 锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，已获得具有 一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。查阅《热处理工艺规范 数据手册》可以找出GCr15轴承钢的锻造工艺的加热温度、始锻温度冷却方 式，本设计具体的锻造工艺参数如表1所示。
GCr15轴承钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢。经 过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加 工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。
GCr15的化学成分及作用
下表是GCr15的化学成分： GCr15轴承钢中的化学成分主要是碳、铬、硅、锰、镍、钼等。 （1）碳的影响： 除了渗碳钢外，一般轴承钢的含碳量在0.95%，属于过共析成分。这样 在淬火和低温回火后能得到高的硬度、高的接触疲劳强度和耐磨性。为了形 成足够的碳化物以增加耐磨性，含碳量不能太低，但是过高的含碳量会增加 碳化物的不均匀性并且会形成网状碳化物使力学性能降低。 (2)合金元素的影响： 铬是轴承钢的主要化学成分，铬能够提高淬透性，减少过热倾向，提高 低温回火稳定性。硅、锰在轴承钢中主要提高淬透性。镍在渗碳轴承钢中能 使钢的韧性和塑性有所提高，镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的 敏感性。钼在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，增加在某些介质 中的抗蚀性。
轴承钢球化退火温度：GCr15钢为780～810℃，锻件经特殊热处理后，其 退火温度应降低10～20℃。其球化退火工艺曲线如图5所示。
最终热处理工序—淬火、低温回火
淬火目的：淬火可使零件获得高的硬度和耐磨性，高 的接触疲劳寿命和可靠性，高的尺寸稳定性。
回火目的：GCr15轴承钢回火目的是在保持高硬度的 条件下，消除残余内应力，防止开裂，并能使亚稳组 织转变为相对稳定的组织，从而稳定尺寸，提高韧性， 获得良好的综合力学性能。 该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差， 对形成白点敏感性能大，有回火脆性。所以选择淬火 加回火，使其具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、 高的接触疲劳性能。其工艺曲线如图6所示。