热处理工艺研究

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1、三、项目的关键技术、主要研究内容、拟采取的技术工艺路线及实施方案3.滚针轴承零件材料应用、热处理工艺及表面处理工艺研究3.1轴承零件材料应用、优化材料是保证轴承质量的基础，为了使轴承获得长寿命、持久的高精度和低磨擦，制造轴承零件的材料必须具有接触疲劳强度高、耐磨性好、组织稳定性好、纯净度高等特点。我国生产的GCrl5要求的技术标准为GB/T18254-2002,其夹杂物、氧、钛含量要求较为宽松，钢材均匀性较差，如用美国轴承钢牌号SAE52100,其夹杂物、氧、钛含量等均低于我国的GCrl5,钢材均匀性好，轴承钢原材料应使用SAE52100或更严格要求，零件使用寿命会明

2、显提升。目前针对一些承受重载的滚针轴承，我们与上海宝钢已经就特殊要求及重载下工作的轴承使用的材料，签订合作协议，共同对长寿命、重载轴承使用材料进行协作开发。1）轴承的疲劳性能主要取决于轴承钢材的纯洁度实体滚针轴承或滚动体（滚针），一般采用高碳铭轴承钢制造，而在轴承服役条件下，套圈和滚动体材料要承受高的交变接触应力，氧化物等非金属夹杂物对交变接触应力非常敏感。如在釆购选用时对轴承钢的原材料的某些化学成份和纯净度加以控制，就十分有利于提高轴承的寿命，具体表现在：小轴承钢中銘含量的控制一般轴承用钢主要是高碳辂轴承钢，即含碳量1%左右，加入1.5%左右的珞，并含有少量的猛、硅

3、元素的过共析钢。銘可以改善热处理性能、提高淬透性、组织均匀性、回火稳定性，又可以提高钢的防锈性能和磨削性能。但当辂含量超过1.65%时，淬火后增加钢中残余奥氏体，降低硬度和尺寸稳定性，增加碳化物的不均匀性，降低钢的冲击韧性和疲劳强度。为此，高碳铭轴承钢中的含辂量一般控制在1.65%以下，只有严格控制轴承钢中的化学成份，才能通过热处理工序获得满足轴承性能的组织和硬度。b）轴承钢中含氧量的控制钢中氧含量对轴承疲劳寿命的影响主要是通过高倍夹杂物（如A1A）而起作用的，而氧化物夹杂对轴承的接触疲劳寿命的影响最为严重，所以降低轴承钢中的氧含量可以明显提高轴承的疲劳寿命，图11的

4、试验结果可以清楚说明这一点。L01/PPM柑刃寿命歹含竜量的关系（把含去量为40PPM时的LQ吾令碉定为1图11相对寿命与氧含量的关系氧化物对寿命的影响具体表现在钢屮含氧量的多少与分布上，主要是由于塑性变形小或根本不变形的氧化物以及点、球状夹杂物，他们容易与钢的基体组织之间产生间隔，破坏了钢基体的连续性，并且在交变应力的作用下，容易在这些有间隔的地方产生应力集屮，从而成为轴承疲劳剥落的发源地。当应力集中在夹朵物与金属基体之间，且剪切应力达到足够大的时候，就会在夹杂物处产生裂纹，随后在交变应力的作用下，裂纹进一步扩展直到轴承失效。所以，在降低非金属夹朵方面，以降低钢中含

5、氧量最为有效。因此，对于在高应力下工作的轴承零件，降低钢中含氧量是必要的。2）材料基体强度对轴承寿命的影响低速重载冲压外圈滚针轴承失效除了考虑常规的疲劳失效以外，还需关注因塑性变形导致的失效。塑性变形一般都与轴承的零件强度有关，因此零件采用渗碳材料制造的轴承或表面感应淬火方式制造的轴承尤其需要校核零件强度。零件的表面疲劳抗力在很大程度上取决于渗层以下是否有一个高强度的芯部去支撑它，因而捉出采用含碳较高的渗碳钢，以提高渗碳件的芯部强度。芯部强度（硬度）太低，在渗层与芯部组织的过渡区容易产生裂纹而降低零件寿命。之前，苏轴公司曾经发生由于未根据用户使用工况-重载，选用基体材

6、料热处理后硬度较高的材料，如C15mad或SCM415等，造成轴承轴承试验到三分之一寿命要求时轴承即告失效。失效现象为保持架和滚针完好无损坏，轴承高度（外圈）被碾长，外圈外径表面存在断裂层，但芯部是连续的。将轴承剖开，外圈壁厚明显变薄，滚道表面毛糙，有断裂层,但不是特別明显，见图12〜13。经分析认为，此轴承失效主要原因是外圈芯部硬度偏低（实测160〜170HV0.3），抗塑性强度差而被碾压导致高度变长，壁厚变薄。工况应该是低速、重载两者占其一或同时存在。经询问用户轴承使用部位为汽车启动电机装置的行星轮上，承受的载荷与轴承额定负荷相比属于重载状态。我们将材料有原来的S

7、PCC低碳结构钢改用SCM415低碳合金钢，热处理后的芯部硬度提高到430〜450HV0.3,试验顺利通过。图12外径硬化层裂纹图13滚道，保持架、滚针状态目前冲压外圈滚针轴承的外圈材料采用优质碳素结构钢或低碳合金钢，经模具精密拉深成形而成，采用碳氮共渗热处理方式，使零件表面获得高硬度硬化层，芯部硬度为基体材料热处理硬度，表面与芯部Z间存在有规律分布的硬度梯度，使轴承既有很高的接触疲劳强度，又能使轴承在重载及冲击载荷下不会发生由于芯部强度不够而导致表层硬化层压碎。各种不同优质碳素结构钢或低碳合金钢经热处理后的芯部硬度见下表1,可以根据轴承使用的工况和