热处理工艺对gcr15simn钢组织和性能的影响--毕业论文设计.docx

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热处理工艺对GCr15SiMn钢组织和性能的影响

摘要：主要研究了GCr15SiMn轴承钢的热处理工艺与组织及性能间关系，通过采用不同加热时间、温度淬火和不同温度下回火实验，结合组织性能测试分析，从而获得最佳性能。实验表明：不同淬火温度下钢的硬度随回火温度升高而降低，860℃，40min油淬，然后150℃，1h回火综合机械性能最佳。

关键词：GCr15SiMn轴承钢；组织性能；显微组织；合金元素；残留奥氏体；

针状马氏体

一、绪论

1.1背景

由于近年来，钢铁行业产能过剩、市场需求不断下滑、价格一蹶不振，很多工业发达国家，如欧、美、日、俄等老牌的钢铁发达国家逐渐将发展的重心转移到高技术含量、附加值也较高的特殊钢产品。我国的特殊钢在生产数量上已经跟上国民经济的速度，特殊钢品种也取得了长足的进步，需求量大，应用范围广的特殊钢无论在质量还是数量上都能满足国民经济各方面的需求。轴承钢是特殊钢中的典型代表，它能够在恶劣的服役条件下工作，有着较高的使用性能，生产难度最大、质量要求严、检验项目多。在国民经济中——滚动轴承被称为“工业的关节”。轴承工业发展水平的高低，往往代表或制约着一个国家机械工业和其他相关产业的发展水平，它一直被视为机械工业的基础产业和骨干产业。伴随着经济全球化和经济一体化的趋势，我国已经一跃成为世界轴承生产消费大国，拥有着无比广阔的市场和巨大的消费潜力。但是，我国轴承钢的质量、性能、绿色化水平上与国际先进水平还相距甚远[1]。

我国的轴承钢落后于国外先进水平，主要表现在碳化物颗粒大、碳化物分布不均匀等方面，因此影响了轴承的使用寿命[2]。为了提高我国的轴承钢质量，许多科研院校、企业开展了大量的研究工作，包括轴承钢的洁净化冶炼、轧制、热处理等。其中关于GCrl5SiMn轴承钢的球化退火，更是从节能、提高生产率、提高轴承钢的质量及其稳定性考虑，展开了大量的研究。

为此本文在热处理对GCr15SiMn轴承钢组织和性能的关系方面进行了深入的探究。通过1*5*4种方案，退火、淬火、回火工艺步骤的亲身实践，得到了一些较为有意义的数据和参考。

1.2滚动轴承的质量、性能要求及失效形式

1．2．1轴承钢的质量要求

轴承钢主要用于制造轴承套圈(内套、外套)和滚动体(滚珠、滚柱、滚针)。在合金钢领域中，轴承钢是检验项目最多、质量要求最高、生产难度及用量最大的钢种之一。纯净度，即钢中夹杂物的比重；碳化物的分布弥散；以及钢材的表面质量，比如尺寸精度，表面裂纹这三个指标是衡量轴承钢质量高低的重要标准[3]。

轴承钢的纯净度是指轴承钢中夹杂物的含量与类型、气体含量及有害元素的种类和含量。应尽可能降低轴承钢中的夹杂物含量[4]。因为夹杂物破坏了钢的连续性；在压力加工过程中或热处理时由于金属(基体)与夹杂物的热膨胀系数不同，在夹杂物和金属界面会形成初始裂纹，他们是金属疲劳源，会进一步造成疲劳破坏，产生的原因由于是夹杂物和金属界面处产生了方向相反的微观应力：单独的硫化物夹杂同样破坏了钢的连续性。

轴承钢的均匀性是指材料的化学成分、内部组织包括基体组织、析出相碳化物颗粒度及其间距、夹杂物颗粒和分布等均匀程度[5]。轴承钢大多数是过共析钢，它有很大比重的碳化物，轴承的耐磨性和疲劳寿命取决于这些碳化物的颗粒大小和分布状态。碳化物液析、碳化物带状和轧后冷却过程中沿晶界析出网状碳化物这些问题正是由于钢锭结晶偏析造成了轴承钢中的碳化物分布不均匀。轴承钢中碳化物的不均匀分布是由于钢锭结晶偏析所造成的，表现为，外国的研究机构从两方面着手来改善轴承钢的碳化物分布不均匀的问题，第一是试图减小钢锭或钢坯的偏析，严格把控浇铸温度，让过热度控制在10℃上下浮动；第二是通过加强钢锭或铸坯的高温均热扩散，来消除碳化物液析，改善碳化物带状偏析；除此以外采用低终轧温度或者通过对钢材进行正火处理来改善网状碳化物，消除大块碳化物。轴承钢的疲劳寿命因为高碳铬轴承钢组织中的碳化物分布不均匀一直很难得到提高。

1．2．2滚动轴承的主要失效形式[6]

一般来说下，滚动轴承的主要破坏形式是在交变应力作用下的疲劳剥落，以及由于摩擦磨损而使轴承精度丧失。除此以外，还有就是裂纹、压痕、锈蚀等原因造成轴承的非正常破坏。[7]

接触疲劳失效

接触疲劳时效指的是由于轴承在工作时外表面遭受到交变应力的作用而发生的失效。接触疲劳剥落发生在轴承的工作表面，随之而来的疲劳裂纹最开始在接触的表面轴承工作表面最大交变切应力的地方，随后扩展到外表，造成不同类型的剥落，最常见的有点蚀（或麻点剥落），片状的称为浅层剥落。接触疲劳时效的疲劳源是由于剥落由表及里向深层次扩展形成深层剥落。[8]。

磨损失效