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1、精选优质文档-倾情为你奉上攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 滚动轴承的热处理工艺设计 学生姓名： 学 号： 所在院(系)： 材料工程学院 专 业： 级材料成型及控制工程 班 级： 材料成型及控制工程一班 指 导 教 师： 职称： 讲 师 2013年12月15日攀枝花学院教务处制专心-专注-专业攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目滚动轴承的热处理工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计滚动轴承的热处理工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识、分析问题和解决问题的能力。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容 ：（1）明确设计任务（包括设计的技
2、术要求）（2）绘出热处理件零件图（3）给出设计方案（4）写出设计说明（5）设计质量检验项目（6）设计热处理工艺卡片（7）滚动轴承的热处理缺陷及预防或补救措施要求：（1）通过查找资料充实、完善各项给定的设计内容。（2）分析热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（3）提交设计说明书（报告），2千字以上。报告格式请参照“毕业论文（设计）”格式。3、主要参考文献1 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20052 中国机械工程学会热处理分会热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.3 张玉庭主编热处理技师手册机械工业出版社2006第一版4 中
3、国机械工程学会热处理学会热处理手册机械工业出版社2003第三版.4、课程设计工作进度计划第十六周：对给定的题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。第十七周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善，提交设计说明书。指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满
4、完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力
5、）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日摘 要 本课设计了滚动轴承的热处理工艺设计。主要的工艺过程包括锻造、预备热处理（球化退火）、渗碳、淬火+低温回火等过程。通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。滚动轴承的品种很多，
6、但结构上一般均由外圈、内圈、滚动体（钢球、滚柱、滚针）和保持架等组成。滚动轴承大多集中在高载荷的条件下服役，其主要失效形式是疲劳磨损，因此，通常要求滚动轴承应具有：高的抗疲劳性能、高的耐磨性及良好的尺寸稳定性，最终表现为使用寿命长。对于在化工工业、航空工业、原子能工业、食品工业以及仪器、仪表等所用的滚动轴承还需具有耐腐性、耐高温、抗辐射及防磁等特性。 滚动轴承（rolling bearing）是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分
7、布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。关键词：铬钢，球化退火，低温回火，滚动轴承目 录 6 热处理缺陷及预防或补救措施.131 设计任务1.1设计任务 滚动轴承的热处理工艺设计1.2设计的技术要求 本课设计热处理工艺的滚动轴承是铬钢滚动轴承。铬轴承钢是制造滚动轴承零件的主要钢种，其中GCr15钢的用量最大。滚动轴承是在变应力的状态下工作，各元件均受变载荷作用，因此，滚动轴承的主要失效形式为疲劳点蚀和疲劳磨损，这就要求滚动轴承应具有高强度、高硬度和耐磨性。GCr15钢具有过共析成分，并加入少量的
8、铬以提高淬透性和耐回回性。它通过适当的热处理可以获得高硬度、高强度和良好的耐磨性，并且淬火变形小。 在对铬钢滚动轴承钢零件进行热处理时，即球化退火，淬火和低温回火时应严格按照卡片所列出的时间进行保温以及其它操作的要求。 2 热处理零件图3 设计方案 3.1滚动轴承设计的分析 3.1.1工作条件 滚动轴承在工作时，内圈和滚珠发生相对转动和滚动，受到周期性的载荷作用。滚动体和套圈及保持架之间发生相对滑动，产生相互摩擦，使轴承磨损，摩擦表面的温度在工作时会升高。大气和润滑剂对轴承还有一定的腐蚀作用。3.1.2失效形式主要失效形式为疲劳破坏和永久变形。疲劳破坏：滚动轴承工作过程中，滚动体相对内圈（或外
9、圈）不断地转动，因此滚动体和滚道接触表面受应力，首先在滚动体和滚道的表面下一定深度处产生疲劳裂纹，继而扩散到接触表面，形成疲劳点蚀，致使轴承不能正常工作。通常，疲劳点蚀是滚动轴承失效的主要形式。永久变形：当轴承转速很低或间歇摆动时，一般不会产生疲劳损坏，但在很大的载荷或冲击载荷作用下，会使轴承滚道和滚动体接触处产生永久变形凹坑，从而使轴承在运转中产生剧烈振动和噪声，以至于轴承不能正常工作。3.1.3性能要求作为精密的机械元件，滚动轴承的工作性能直接影响到主机的工作性能，甚至于某些装在主机关键部位的轴承的工作性能，几乎决定了该机的工作性能。例如，用于精密光学坐标镗床主轴上的P2级精度圆锥滚子轴承
10、30306与30307，他们的径向跳动达到0.0010.0025mm，滚道跳动达到0.0020.003mm。这就在很大程度上决定了该机床主轴的回转精度，亦即主机的工作性能指标。除这种高精密级轴承外，如耐高温、耐低温、防锈、防振、高速、高真空和耐腐蚀等具有特殊性能要求的轴承的质量指标也都是十分严格的。一般来说，滚动轴承应具有长的寿命、低的噪音、小的旋转力矩和高的可靠性这些基本性能。要达到这些性能，就必须在机械加工工艺上首先确保轴承零件的以下指标：旋转精度：要求轴承各零件的几何形状精度和位置精度不超过几微米。尺寸精度：要求各零件尺寸精度在几微米之内。粗糙度：安装表面粗糙度Ra值不大于0.63m，滚
11、道要求更高，Ra值小于0.16m。尺寸稳定性：在长期存放和工作时，没有明显的尺寸和形状改变。防锈能力：零件不允许生锈。振动和噪声：轴承振动及噪声要限制在一定的范围内，这要求轴承零件的各种质量应尽可能高。残磁：轴承的残磁应控制在0.41.0毫特（m T）以下。3.2钢种材料 GCr15轴承钢是一种合金含量较少、含碳量高、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轴承钢的化学成分是铬和碳（C：0.95-1.05;Mn：0.20-0.40 ;Si
12、：0.15-0.35 ;S：0.020;P:0.027;Cr:1.30-1.65.）。4 设计说明4.1加工工艺流程滚动轴承的热处理工艺设计的热加工工艺流程经过许多次改进形成如下的工艺流程: 下料锻造预备热处理(球化退火、正火)切削加工淬火低温回火磨削加工组装。GCr15钢属于高碳钢，其成分如下表4.1.表4.1 GCr15钢的化学成分（质量分数，%）CMnPSCrSi0.951.050.200.400.0270.0201.301.650.150.35 成分分析：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂。它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。Mn和Fe形成固溶体，提高钢中铁素体和奥
13、氏体的硬度和强度，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。Si能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(s/b),以及疲劳强度和疲劳比(-1/b)等。 硅能促使铁素体晶粒粗化，降低矫顽力。4.2具体热处理 GCr15轴承钢的热处理包括初期的锻造和预先热处理，以减少坯料的硬度为方便后面的机加工，也为后续切削加工、淬火、回火提供优良的原始组织。 GCr15轴承钢的热处理工艺分析： 由于 GCr15轴承钢的含碳量较高，所以在锻造的初期要先进行预备热处理，以降低硬度
14、，同时使带状或网状碳化物转化为细小碳化物，为以后的淬火和切削加工提供良好的原始组织。 球化退火的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为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。 GCr15轴承钢的退火温度一般为780810，但经预备热处理后，其退火温度应降低1020。 预备热处理工艺有轴承钢的碳化物细化和晶粒细化，即双细化处理工艺。锻件经双处理工艺后，可比原始晶粒细化1.52.0级，从而提高钢的冲击硬度、抗弯强度和疲劳寿命。这一工艺可使在淬、回火后获得均匀的马氏体组织，提高硬度均匀性。4.2.1预备热处理工艺退火是将钢加热至临界点Ac1以上或以下温度，保
15、温以后随炉缓慢冷却以获得近乎平衡状态组织的热处理工艺。GCr15轴承钢主要采用使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的球化退火热处理工艺。退火的目的是：a.消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。b.降低硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。c.细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做组织准备。d.消除钢中的内应力，以防止变形与开裂。1030/ h冷却 780810温度/650出炉空冷 36时间/ h图4.1 GCr15钢一般球化退火工艺曲线4.2.2机械加工由于我们专业并不怎么涉及机加工方面的知识，因此此处只能说明其在车床上进行加工。4.2.3淬火+低温回火热处理工艺 淬火淬火是将钢加热至临界温度点Ac
16、3或Ac1以上一定的度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。其目的是使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，然后配以不同温度回火获得各种需要的性能,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。钢的理想淬火冷却曲线如图4.2所示温度t / 图4.2 钢的理想淬火冷却曲线时间/ s 800 3000低温回火回火是将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理操作。其目的在于：a.降低脆性，消除内应力。工件淬火后存在着很大的内应力和脆性，若不及时回火，零件会产生变形或开裂。b.得到对工件所要求的力学
17、性能。工件淬火后，硬度高，脆性大，为了了获得对工件要求的性能，可以用回火温度调整硬度，减小脆性，得到所需要的塑性、强度和硬度。c.稳定工件尺寸。GCr15钢在淬火后的组织中存在着两种亚稳定组织马氏体和残余奥氏体，这两种组织都是不稳定的，有自发转化或诱发转化为稳定组织的趋势，因而引起工件尺寸和形状的改变。通过回火，可以促使这些组织转变。达到较稳定状态，以便在以后的使用过程中不发生变形。轴承零件的回火规范见表4.2. 表4.2 轴承零件的退火规范零件名称轴承零件精度等级回火温度和时间备注中小型滚柱0级、I级，II级、III级1501802.53.5h滚子直径28mm 大型滚柱一般品15018036
18、h28mm滚子直径50mm一般品150180612h 滚子直径50mm钢球一般品15018033.5h钢球直径48.76mm5、10、16级15018034h中小型套圈一般品1501802.54hP2级、P4级1501803.04h特大型轴承套圈一般品150180612h关节轴承套圈一般品20025023h有枢轴的长周滚柱一般品32033023h 经过上述各种热处理后GCr15轴承钢的韧性、硬度、耐磨性都有所甚至很大的提升。 5 质量检验项目5.1退火件的质量检验项目外观：工件表面无裂纹等缺陷。硬度：a.硬度检验前应将工件表面的氧化皮或脱碳层清理干净。 b.一般用布氏硬度计检验，也允许用洛氏硬
19、度计（HRB）检验。 c.按图样要求或工艺文件规定进行硬度检验，硬度误差范围应符合下表5.1规定的数值. 表5.1 球化退火件的硬度误差范围检验项目要求硬度工艺类型硬度误差范围单件同一批件HBWHVHRBHBWHVHRB球化退火2525450508 金相：轴承钢退火后珠光体组织应为25级，网状碳化物3级。5.2 淬火件和回火件的质量检验项目 外观：工件表面应无裂纹，无氧化和脱碳现象，无残盐无锈蚀等。 硬度：a.应根据图样要求和工艺规定的百分率进行抽检。 b.应用洛氏硬度计、表面洛氏硬度计、维氏硬度计或显微硬度计进行硬度检验。 c.工件应根据图样要求和工艺规定的硬度范围进行硬度检验。 d.工件淬
20、火、回火前的硬度值应大于或等于技术要求中的下限值。 金相：轴承钢工件淬火、回火后，马氏体组织1-3级为合格，4级为过热组织；残留 粗大碳化物应小于2.5级；贝氏体淬火组织1-3级为合格。6 热处理缺陷及预防或补救措施 6.1退火缺陷及对策 退火过程中可能会产生一些缺陷，预防或补救措施见表6.1。6.1 退火缺陷及对策 检查项目缺陷名称补救方法防止措施硬度太硬调整工艺，进行二次退火加热充分，但不过热，冷速合适太软先进行正火，再进行退火显微组织粗大颗粒碳化物现正火再进行一次退火A. 严格控制原材料及锻件质量B. 尽量不进行重复退火，更不能进行多次退火网状碳化物超过规定级别A. 严格控制锻造组织B.
21、 防止退火失控超温和冷却太慢6.2淬火缺陷及对策淬火过程中同样存在缺陷，详情见表6.2。表6.2 淬火缺陷及对策检查项目缺陷名称防止措施表面缺陷氧化、脱碳、腐蚀坑改进炉子密封性；盐炉加热淬火后零件需清理干净裂纹淬火裂纹降低淬火温度；增加去应力工序；降低车加工表面粗糙度硬度硬度偏低A. 延长保温时间B. 适当提高淬火温度510C. 强化冷却断口欠热断口提高淬火温度过热断口降低淬火温度7 结束语 这次GCr15轴承钢制造滚动轴承热处理工艺设计的完成，让我不仅通过自己的努力大致了解了铬轴承钢制造滚动轴承的制作流程，还学会了把自己书本上学到的知识运用到实际物体上去。这次课程设计，我用了很多的时间去了解
22、关于滚动轴承的相关知识，有到图书馆去查阅资料，也有通过网络搜寻。在进行课程设计的时候，我还学到了许多书本上没有的知识，收获颇丰。金属学都是理论上的成型工艺，在实际生产中肯定还有许多细节问题需要我们去解决和改进。在这次的课程设计中，发挥出了自己单独设计GCr15轴承钢制造滚动轴承热处理工艺设计能力和综合运用书本知识，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，尤其是热处理加工工艺，是自己很有成就感。同时各科相关的课程都有了全面的复习与运用，独立思考的能力也有所提高，更为重要的是：在这次GCr15轴承钢制造滚动轴承热处理工艺设计中，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，进而加以弥补。8 热处理工艺
23、卡片零件名称： 滚动轴承热处理工艺卡处理要求： 下料、锻造、预备热处理(球化退火)、机械加工、淬火+低温回火、打磨切削、组装热处理技术要求：恰当控制温度和时间硬度：大于等于65HRC材料：GCr15铬轴承钢工序号名称设 备工具装 料工 艺 规 范冷 却备 注工具数量一工具装数量/件温度/加热时间保温时间合计介质温度/1锻造加热10001050-炉冷2正火9309501h0.5h1.5h-3球化退火7808105h35h810h空气4淬火7901h12h23h空气5低温回火1501702h23h45h678910更该日期更改单号更改标准更改者参 考 文 献1 王忠诚,齐宝森,李杨等.典型零件热处理技术M.北京,化学工业出版社.2010,7.2 夏立芳主编. 金属热处理工艺学. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 20053 中国机械工程学会热处理分会热处理工程师手册机械工业出版社2003第一版.4 张玉庭主编热处理技师手册机械工业出版社2006第一版5 中国机械工程学会热处理学会热处理手册机械工业出版社2003第三版.6 樊新民.热处理工实用技术手册（第2版）M.江苏,江苏科学技术出版社,2010,1.