![滚动轴承材料及热处理简要说明[1]](https://img.doczj.com/img64/030bdv65u26e24tb936w-41.webp)
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目录
一、滚动轴承材料 (1)
1.1滚动轴承用钢的基本性能要求 (1)
1.2 轴承用钢冶金质量的基本要求 (3)
1.3 滚动轴承常用材料 (4)
1.4 轴承用钢的发展 (12)
二、轴承热处理 (15)
2.1 轴承热处理新技术 (15)
2.2 产品设计时应考虑的几个问题 (16)
一、滚动轴承材料
1.1滚动轴承用钢的基本性能要求
滚动轴承零件在实际使用过程中，往往要在拉伸、压缩、弯曲、剪切、交变等复杂应力状态和高应力值条件下，高速长时间工作。选择制造滚动轴承的材料是否合适，对其使用性能和寿命将有很大影响。而选择材料的基本方法是根据轴承的破坏（失效）形式来决定的。一般情况下，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的精度丧失，此外，还有裂纹、压坑、锈蚀等原因造成轴承的非正常破坏。因此，总体而言，滚动轴承应具有高的抗塑性变形能力，少的摩擦磨损，良好的旋转精度，高的尺寸精度，良好的尺寸稳定性，以及长的接触疲劳寿命。而且其中很多性能是由材料和热处理工艺所共同决定的。因而要求制造滚动轴承的材料经过后工序的一定热处理后具备以下的性能。
1.1.1高的接触疲劳性能
滚动轴承运转时，滚动体在轴承内、外圈的滚道间滚动时，其接触部分承受周期性交变负荷，多者每分钟达数万次或数十万次。在周期性交变应力的反复作用下，接触表面出现疲劳剥落。开始出现剥落后引起轴承的振动、噪音增大，工作温度不断上升，致使轴承最终疲劳破坏而不能使用。接触疲劳破坏是滚动轴承破坏的主要形式。因此，要求滚动轴承用钢应具有较高的接触疲劳强度。
1.1.2高的耐磨性
滚动轴承正常工作时，除了发生滚动摩擦外，还伴有滑动摩擦。其发生滑动摩擦的主要部位有：滚动体和滚道之间的接触面，滚动体和保持架兜孔之间的接触面，保持架和套圈引导挡边的接触面，滚子的端面和套圈挡边的接触面。滚动轴承中滑动摩擦的存在不可避免地使轴承零件产生磨损。如果轴承钢的耐磨性差，滚动轴承便会因为磨损而过早地丧失轴承的精度或因为轴承旋转精度的下降而使轴承的振动增加，寿命下降。因此，要求轴承钢具有高的耐磨性。
1.1.3高的弹性极限
滚动轴承工作时，由于滚动体于内外套圈之间接触面积小，轴承在承受负荷时、尤其是承受较大负荷情况下，接触表面的接触应力很大，为了防止在高的接触应力下发生塑性变形，以致于破坏轴承精度和产生表面裂纹，所以轴承用钢应具有高的弹性极限。
1.1.4合适的硬度
硬度对接触疲劳寿命、耐磨性、弹性极限有着非常密切的关系，因此滚动轴承的硬度也直接影响着滚动轴承的寿命，所以硬度是滚动轴承的重要指标之一。滚动轴承的硬度通常要根据轴承承受负荷的方式和大小、轴承尺寸和壁厚的总体情况来决定，硬度过高或过低都将影响轴承的寿命。众所周知，滚动轴承的主要失效形式有接触疲劳破坏；耐磨性差或尺寸不稳定而导致轴承精度丧失；轴承零件缺乏一定的韧性，在承受较大冲击负荷而发生脆断导致轴承的破坏。一定要根据轴承的具体情况和失效的方式来确定轴承的硬度。对于由于疲劳剥落破坏或由于轴承零件耐磨性差导致轴承精度丧失的情况，轴承零件应选择较高的硬度；对于承受较大冲击负荷的轴承（例如轧机轴承、部分汽车轴承等），适当降低硬度以提高轴承的韧性是十分必要的。
1.1.5一定的韧性
很多轴承在使用过程中都承受一定的冲击负荷，因此要求轴承钢具有一定的韧性，以保证轴承不因承受冲击负荷而破坏。对于承受较大冲击负荷的轴承如轧机轴承、铁路轴承等要求材料具有相对较高的冲击韧性和断裂韧性，这些轴承有的用贝氏体淬火，有的用渗碳钢，就是保证这些轴承具有较好的耐冲击性能。
1.1.6良好的尺寸稳定性
滚动轴承是精密的机械零件，其精度是以微米为计算单位的。在轴承长期的保管和使用过程中，不能因轴承零件内在组织或应力变化而引起轴承尺寸的改变导致轴承的精度丧失。因此，要求轴承用钢具有较好的尺寸稳定性。
1.1.7一定的防锈性能
因滚动轴承的生产工序繁多，生产周期较长，有的半成品或成品零件在装配前需要较长时间的存放，因此，轴承零件在生产过程中或在成品保存中都极易发生一定的锈蚀，尤其是在潮湿的空气中。因此，滚动轴承用钢要求具有一定的防锈性能。
1.1.8良好的工艺性能
滚动轴承在生产过程中，零件需要经过多道冷、热加工工序，这就要求轴承用钢应具有良好的加工性能，如冷、热成型性能，切削加工性能，磨削加工性能，热处理性能等，以适应滚滚动轴承大批量、高效率、低成本和高质量的生产需要。
此外，对于特殊工况条件下使用的轴承用钢除以上几个基本要求外，还应具备相应的特殊性能要求，如耐高温性能、高速性能、抗腐蚀和无磁性能。
1.2 轴承用钢冶金质量的基本要求
滚动轴承的使用寿命和可靠性很大程度上与轴承用钢的冶金质量有着密切的关系。由于轴承钢所具有的特性，对冶金质量的要求比一般工业用钢要严格的多。
1.2.1严格的化学成分要求
一般滚动轴承用钢主要是高碳铬轴承钢，即含碳量1%左右，加入1.5%左右的铬，并含有少量的锰、硅元素的过共析钢。只有严格控制轴承钢中的化学成分，才能通过热处理工序等到满足轴承性能的组织和硬度。
1.2.2较高的尺寸精度
对于滚动轴承用钢要求钢材尺寸精度较高，这是因为大部分轴承零件都要经过压力加工成型。为了节省材料和提高劳动生产率，绝大部分轴承套圈都是经过锻造成型，钢球经过冷镦或热锻成型，小尺寸的滚子也是经过冷镦成型，如果钢材的尺寸精度不高，就无法精确的计算下料尺寸和重量，不能保证轴承零件的产品质量，容易造成设备和模具的损坏。
1.2.3特别严格的纯洁度要求
钢中的纯洁度是指钢中所含非金属夹杂物的多少，纯洁度越高，钢中的非金属夹杂物含量越低。轴承钢中的氧化物、硅酸盐、点状不变形夹杂物等有害夹杂物是导致轴承早期疲劳剥落、显著降低轴承寿命的主要原因。而且，脆性夹杂物由于在磨加工过程中容易从金属基体上剥落下来，严重影响轴承零件精加工后的表面质量。为了提高轴承的使用寿命和可靠性，必须降低轴承钢中的非金属夹杂物的含量。
1.2.4严格的低倍组织和显微（高倍）组织要求
轴承钢的低倍组织是指一般疏松、中心疏松和偏析，显微（高倍）组织包括轴承钢的退火组织、碳化物网状、带状和液析等。低、高倍组织的优劣对滚动轴承的性能和使用寿命有很大的影响。所以，在轴承钢材料标准中对低、高倍组织有着严格的要求。
1.2.5特别严格的表面缺陷和内部缺陷要求
对轴承钢而言，表面缺陷包括表面裂纹、表面夹渣、毛刺、折叠、结疤、氧化皮等，内部缺陷包括缩孔、气泡、白点、过烧、严重的疏松和偏析、显微孔隙等。这些缺陷对于轴承的加工、轴承的性能和使用寿命有着很大的影响，在轴承钢材料标准中明文规定不允许出现这些缺陷。
1.2.6特别严格的碳化物不均匀性要求
在轴承钢中，如果出现碳化物分布不均匀，在热处理加工过程中容易造成组织和硬度的不均匀。在碳化物分布较少的区域，形成马氏体针状组织，硬度偏低。因为在《滚动轴承零件热处理技术条件》中对热处理后的组织、硬度和硬度均匀性有着严格的要求，而且，碳化物不均匀性还容易使轴承零件在淬火冷却时产生裂纹，碳化物不均匀性还导致轴承寿命的降低。
1.2.7特别严格的表面脱碳层要求
在轴承钢材料标准中对钢材的表面脱碳层有着严格的规定，如果表面脱碳层超出标准的规定范围，在热处理前的加工过程中没有将其全部清除掉，那么在热处理淬火过程中容易产生淬火裂纹，造成零件的报废。
1.2.8其他要求
在轴承钢材料标准中还对轴承钢的冶炼方法、氧含量、退火硬度、断口、残余元素、火花检验、交货状态、标识等有着严格的要求。
1.3 滚动轴承常用材料
1.3.1轴承套圈和滚动体常用材料
1.3.1.1铬轴承钢
在《高碳铬轴承钢》国家标准中，铬轴承钢包括GCr4、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo几种钢，在YB-68《铬轴承钢技术条件》中还有GCr6、GCr9、GCr9SiMn三个钢号，为了便于生产管理，这三种钢在轴承行业已经不再使用了。目前，轴承行业只有GCr15、GCr15SiMn两种钢被广泛地使用，占轴承钢总用量的80%以上。高碳铬轴承钢采用先进地冶炼技术和工艺得到极高的纯洁度，经适当的热处理获得均匀分布的球状珠光体组织，切削性能良好，具有优良的淬透性和淬硬性，热处理后的显微组织和硬度比较均匀稳定，具有较高的接触疲劳强度和良好的耐磨性，经适当的热处理还可获得很好的尺寸稳定性，并具有一定的抗腐蚀性能，钢材价格也比较便宜。到目前为止，高碳铬轴承钢仍是世界各国普遍用于制造轴承零件的理想材料。
GCr15轴承钢大量用于制造汽车、拖拉机、坦克、飞机等所使用的发动机轴承，机床、电机等所使用的主轴轴承以及铁路车辆、矿山机械、通用机械轴承。
GCr15SiMn和GCr15SiMo轴承钢主要用来制造壁厚比较大的轴承，GCr15SiMn使用制造壁厚在15～35mm范围内的轴承，而GCr15SiMo轴承钢适用于制造壁厚大于35mm尺寸的轴承。这些轴承多为大型或特大型轴承，多用于重型机械及轧钢机上无
较大冲击负荷的工作条件下。
GCr4轴承钢是限制淬透性钢，即经过合适的热处理可得到表面硬、心部软的硬度匹配，具有很好的耐磨性、抗冲击性和断裂韧性及高的接触疲劳寿命，在俄罗斯被用于制造铁路客货车、矿山及冶金机械等轴承。
GCr18Mo轴承钢是一种被广泛用于贝氏体处理的轴承钢，用来制造高速列车、矿山和冶金机械等轴承。
1.3.1.2无铬轴承钢
此类轴承钢是含 1.0%左右的碳和少量的硅、锰、钒及稀土元素，是我国自行研制用于替代高碳铬轴承钢的钢种。这类钢具有较好的淬透性、淬硬性、抗接触疲劳性能和耐磨性。轴承使用寿命也与铬轴承钢相当。与铬轴承钢相比，其脱碳敏感性稍大，防锈性能及机械加工性能稍逊。但如果采用一些克服这些不足的相应措施，用此类钢代替铬轴承钢生产轴承零件是完全可以的。由于目前铬资源不紧张，且在实际生产过程中如果管理不善，极易发生混料现象。所以目前这类钢基本上不用。
无铬轴承钢包括GSiMnV、GSiMnVRe、GSiMnMoV、GSiMnMoVRe、GMnMoVRe等六个钢号。
1.3.1.3渗碳轴承钢
渗碳轴承钢实际上是优质低合金结构钢，含有较低的碳和一定量的合金元素。对钢的纯洁度和组织均匀性要求较高。经渗碳和热处理淬、回火后表面硬度为58～62HRC，心部硬度为25～45HRC,表面耐磨性好,且心部又有良好的韧性.用渗碳钢制造的轴承零件,即可以承受较大的冲击负荷,又具有较高的耐磨性和接触疲劳强度(热处理后轴承零件表面处于压应力状态所致).渗碳钢的加工工艺性能也比较好.特别适用于承受较大冲击负荷和制造尺寸较大的大型轴承零件,如大型轧钢机轴承、汽车轴承、铁路轴承以及结构特殊不宜采用高碳铬轴承钢制造的轴承.
常用的渗碳轴承钢有:
20CrNiMoA、20CrNi2MoA:用于制造承受冲击负荷较大的汽车、拖拉机滚子轴承和铁路货车轴承。
16Cr2Ni4MoA：制造承受冲击负荷的航空发动机主轴轴承。
12Cr2Ni3Mo5A、H10Cr4Mo4V：用于制造承受较高冲击负荷，且在高温条件下工作的滚子轴承，如航空发动机高温轴承。
20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2MoA、20Cr2Mn2SiMoA：用于制造轧钢机轴承和承受高冲击
负荷的特大型轴承，也用于制造承受冲击负荷大的安全性高的中小型轴承，如汽车轮毂轴承。
1.3.1.4耐腐蚀轴承钢
耐腐蚀轴承钢又称不锈轴承钢，在腐蚀介质中使用时不易锈蚀。常用的不锈钢有以下几种：
9Cr18、9Cr18Mo是应用比较普遍的马氏体不锈钢。这类不锈钢含有1%左右的碳和18%左右的铬，属于高碳铬不锈钢，经热处理后具有较高的强度、硬度、耐磨性和接触疲劳性能。这类钢具有很好的抗大气、海水、水蒸汽腐蚀的能力，通常用于制造在海水、蒸馏水、硝酸等介质工作的轴承零件。另外，由于这类钢经250～300℃回火后的硬度为55HRC，所以可用于制造适用温度低于350℃高温耐腐蚀轴承零件。又因为这类不锈钢还具有较好的低温稳定性，被用于制造-253℃以上的低温轴承零件，如火箭氢氧发动机中的低温轴承。有时也用于制造仪表、食品和医用器械轴承。
但由于9Cr18、9Cr18Mo属于高碳高合金钢，在冶炼过程中不可避免地形成共晶碳化物（也称一次碳化物）。一般而言，共晶碳化物的颗粒比较粗大、分布不均匀，不仅不能像共析碳化物那样对轴承零件的热处理组织和硬度作贡献，而且如果共晶碳化物太多或分布不均匀，易造成热处理后硬度达不到设计要求或硬度分布不均匀，在生产过程中造成大量的废品。另一方面，在轴承磨削过程中，共晶碳化物易从钢基体上剥落下来形成坑，因此大大地影响轴承零件加工的表面质量和加工精度。共晶碳化物是属于脆性相，在轴承承受较大的交变负荷时，易在共晶碳化物处造成应力集中而产生疲劳裂纹源，使轴承使用性能和接触疲劳寿命受到很大的影响。
为了提高不锈轴承钢的加工精度和使用性能及寿命，美国在八十年代开始研制一种新型不锈轴承钢代替传统的不锈轴承钢。这种新型不锈轴承钢主要通过降低9Cr18钢中的碳含量和铬含量，在不影响耐腐蚀和机械性能的情况下，尽可能地减少钢中共晶碳化物地含量。因此，美国将这种新型不锈轴承钢的钢号定为DD440C，为降碳降铬不锈轴承钢。目前，我国和日本也已研制出类似地不锈轴承钢（7Cr14Mo），并已在轴承产品上得到应用。
1Cr18Ni9Ti属于奥氏体不锈钢，在不同程度和浓度地强腐蚀介质中（硝酸、大部分有机和无机酸的水溶液、碱、煤气等）均具有优良的耐腐蚀性能，可用于轻负荷、低转速、强腐蚀介质中工作的轴承。因其硬度较低，需要经过渗氮处理后才能用于高温、高速、高耐磨、低负荷的轴承。又因为组织为单相奥氏体，也可用于防磁轴承。
另外，用于制造轴承套圈或滚动体的不锈钢还有：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、Cr17Ni2、0Cr17NiAl、0Cr17Ni4Cu4Nb等。这些不锈钢含碳量为0-0.4%不等，均因其含碳量不高，热处理后的硬度、强度较低，但耐腐蚀及塑性较好，分别用于制造在腐蚀介质中工作的负荷不大的钢球、滚针、滚针套、关节轴承外套等轴承零件。
1.3.1.5高温轴承钢
通常，工作温度在150℃以上使用的轴承被称为高温轴承。铬轴承钢在使用温度超过150℃时轴承的硬度急剧下降，尺寸不稳定，并导致轴承无法正常工作。对于工作使用温度在150-250℃条件下工作的轴承，如果套圈和滚动体仍选择GCr15钢来制造，则必须对轴承零件进行特殊的回火处理，一般应在高于工作温度的温度下进行回火处理。经过按上述要求回火处理的普通高碳铬轴承钢，能在工作温度下正常使用。当轴承工作温度高于250℃时，则必须采用耐高温的轴承钢进行制造。
高温轴承钢除应具有一般轴承钢的性能外，还必须具有一定的高温硬度、高温耐磨性、高温接触疲劳强度、抗氧化性能、高温抗冲击性能和高温尺寸稳定性。常用的高温轴承钢有：
钼系钢：Cr4Mo4V、Cr15Mo4、9Cr18Mo、Cr14Mo4
钨系钢：W9Cr4V2Mo、W18Cr4V
钨钼系：W6Mo5Cr4V2
高温轴承钢W、Mo、Cr、V等能形成高温下难溶的碳化物，并且在回火时能够析出弥散分布的碳化物，产生二次硬化效应，使这类钢在一定温度下仍具有较高的硬度、耐磨性、较强的抗氧化能力、较高的耐疲劳性能和尺寸稳定性。表1给出了高温轴承用钢的工作温度。
对于结构比较复杂、又需承受较大冲击负荷的轴承，可以采用高温渗碳钢来制造。12Cr2Ni3Mo5是一种性能较好的高温渗碳轴承钢。因其含碳量低（含碳量在0.15%左右），不存在碳化物不均匀的缺点，退火硬度低，切削性能好，具有较高的韧性，可锻性好，能增大轴承零件的锻压比，这对提高轴承的使用寿命有利。渗碳后可满足在430℃温度以下的使用条件，并且具有很好的抗冲击能力。
H10Cr4Mo4V是目前性能最好的高温渗碳轴承钢，但其价格比较昂贵。当轴承的使用温度超过500℃时，选用耐高温轴承钢已难于满足其性能要求，而应选用钴基、镍基合金或陶瓷等高温材料。
表1 高温轴承钢的选用温度
钢号最高工作温度
/℃
高温下的硬度尺寸稳定性
抗氧
化性
能
温度/℃硬度/HRC 时间/h
允许尺寸变
化量/%
GCr15 200
20 ＞61 3000 ＜0.01 优
175 ＞56 2000 ＜0.01 良230 ＞54
Cr4Mo4V
315
（425）
20 ＞62 1200 ＜0.005 良
230 ＞59
315 ＞57
425 ＞54
W6Mo5Cr4V2 425
20 ＞62 1200 ＜0.005 良
230 ＞61
315 ＞60
425 ＞57 可
W9Cr4V2MoW18CV 480
20 ＞63 1200 ＜0.005 良
200 ＞61
315 ＞60
425 ＞57
535 ＞54
Cr15Mo4 Cr14Mo4
315
（425）
20 ＞63 1200 ＜0.005 优
320 ＞57
420 ＞54
9Cr18 -235～100
（300）
20 ＞58 1200 ＜0.01 优
100 ＞58
200 ＞56
300 ＞55
9Cr18Mo -235～100
（300）
20 ＞58 1200 ＜0.01 优
230 ＞55
315 ＞52
注：括号里的温度是指最高允许的温度。
高温轴承主要用于航空喷气发动机、燃气轮机、核反应堆系统、X光管钨盘、高速飞行器、火箭和宇宙飞船中。
1.3.1.6防磁材料
对于导向系统的高灵敏性轴承和某些仪器仪表轴承，为了防止强磁场或地磁场对
轴承的影响，使轴承不被磁化，并使轴承摩擦力矩稳定，从而确保轴承的使用精度，轴承必须要求选用导磁系数＜0.1%的防磁材料制造。例如，在采矿工业中，利用飞机进行大面积探矿，要求探矿的仪器零件不受干扰，该仪器中使用的轴承必须是防磁轴承。目前，采用的防磁轴承材料包括：
不锈钢：1Cr18Ni9Ti、40CrNiAl
防磁钢：70Mn18Cr4V2WN、25Cr18Ni10WN、Ni10WNbN、7Mn15Cr2AI3WMoV2
镍铜合金：NCu28-2.5-1.5
铍青铜：QBe2.0
粉末冶金材料：YG6（94%WC，6%Co）、ST60（60%TiC，40%1Cr18Ni9Ti）
1.3.1.7中碳合金钢
承受冲击负荷的轴承，除了选用渗碳钢或弹簧钢外，有时也选用中碳合金钢制造轴承。这些钢种包括：GCr10、37CrA、40CrA等制造螺旋滚子轴承各种尺寸的滚子，使用在有冲击负荷的运输、轧钢机运输辊等处。5CrMnMo、60CrMnMoNi等用于制造关节轴承外套。
1.3.1.8弹簧钢
55SiMoV制造石油钻机涡轮钻具滚动轴承和石油、矿山用牙轮钻头的滚动体。
65Mn用于制造带切口的螺旋滚子轴承套圈，以及防尘盖压紧圈等。
1.3.1.9易切削钢
如Y20、Y30用于制造廉价的轴承套圈。这种轴承的特点是使用条件差（一般在大气中使用）、精度要求低、负荷小、需求量少。采用这种材料制造轴承工艺简单，通常经过车削加工成型后，再经过渗铬处理，直接装配成品。这样，不仅表面具有高的抗腐蚀性能，而且还具有较高的劳动生产率，从而使廉价轴承具有较低的生产成本。
1.3.1.10其他钢种
08、10、08F及10F冷轧钢经过氰化处理后用于制造滚针轴承套圈。
20、30、20Mn、30Mn、T8、T10A等钢种用于制造要求不高的农机、通用机械、手推车轴承等。
T8、T10A冷轧钢板带制造杯形仪器轴承外套。
15Mn、20CrMn、20NiMo钢种经过渗碳后用于制造滚针轴承外套以及关节轴承的外套。
18CrMnTi经过渗碳后用于制造载重汽车、振动大的运输车辆以及机器上的滚子
轴承套圈及滚动体。
1.3.1.11合金材料及粉末冶金材料
52号合金是铁镍时效强化合金，经固溶时效处理后具有较高的硬度（50～57HRC）、十分优良的耐高温腐蚀性能、防磁性能和防辐射性能。但价格比较昂贵，只有在特殊场合才采用。
MT35、ST35分别是用35%TiC加65%铬钼工具钢和35%TiC加65%镍铬不锈钢的粉末经过压制烧结而成的复合材料，具有高硬度、高耐磨性、良好的加工性能以及良好的尺寸稳定性。被用于制造高精度、长寿命的陀螺马达动压气体轴承。
粉末冶金陶瓷材料包括纯AI203、Si3N4、Zr02微晶陶瓷。这些陶瓷的硬度极高，比重轻，高温性能好，耐磨性好，加工精度高且精度保持性好，可用于高速机床主轴轴承等。
L605是钴基合金，用于制造耐高温的关节轴承材料。
QSiL-3硅青铜可经过热处理进行强化，有较好的抗海水、大气腐蚀的性能。
1.3.2滚动轴承保持架及其它零件所用材料
1.3.
2.1保持架材料的基本性能
保持架在滚动轴承中起等距离隔离滚动体，引导并带动滚动体旋转的作用，保持架在分离型轴承中还起到防止滚动体掉落的作用。滚动轴承在工作时，由于滑动摩擦而造成轴承发热和磨损。特别是在高速运转的条件下，由于离心力的作用，加剧了摩擦磨损和发热，严重是会导致保持架的烧伤和断裂，致使轴承不能正常工作。保持架损坏在轴承失效形式中占有较大的比例。而在保持架损坏的原因中，保持架材质的好坏又是主要原因之一。因此，要求制造滚动轴承保持架的材料具有以下的性能：1）具有一定的强度和韧性的配合，使保持架能够承受一定的载荷和冲击，有较好的弹性和刚度。
2）与滚动体之间摩擦系数小，耐磨性好。
3）必须有良好的导热性。
4）比重小且与滚动体具有相近的膨胀系数。
5）由于保持架的结构一般比较复杂，所以要求所用材料具有良好的加工性能（冲压成型保持架材料要求具有良好的可塑性、延展性，车制保持架材料要求具有良好的切削性能，压铸保持架材料要求具有良好的铸造性能，注塑保持架材料要求具有良好的注塑性能）。
1.3.
2.2保持架常用材料及铆钉、垫圈、隔圈、密封圈、支柱、支销材料
表2 常用的轴承保持架及铆钉、垫圈、隔圈、密封圈、支柱、支销等材料类型牌号代号用途
碳素结构钢08、10、08F、10F（冷轧
带钢、薄板、厚板）
制造浪形、盒形、菊形、筐形、乙形、盆形、E形等冲压
保持架及防尘盖、挡圈、密封圈等
20、30、4.、45
制造筐形保持架、车制保持架、中间隔圈、球形垫圈、有
螺纹支柱、隔离齿环、支销及特殊螺母、螺栓等ML15、ML20 制造保持架铆钉、长圆柱等
碳素工具钢T8A、T10A 制造冠形保持架、防尘盖等石墨钢S16SiCuCr 制造润滑不良且有氟介质腐蚀的保持架
不锈钢
0Cr18Ni9
制造耐腐蚀、耐高温、抗氧化等轴承用的保持架、垫圈、
铆钉等
1Cr18Ni9
2Cr18Ni9
1Cr18Ni9Ti
Cr17Ni2
纯钢T2、T3、T4 制造铆钉止推环等
普通黄铜H62、H96 制造冲压保持架和管状铆钉
HPb59-1 制造高温、高速、高强度实体保持架
铅黄铜QAL10-3-1.5 QAL10-4-4
硅青铜QSi-3 制造实体保持架、挡圈QSi3.5-3-1.5 制造高温高速实体保持架
锻铝
LD8
（旧号AK4）
用于较大尺寸、高速轴承保持架（可热处理强化）
铸铝
ZL102
（旧号ZL7）
铸造工艺性好、轻、耐腐蚀性好、不能热处理强化，变质
处理状态下使用。已用作内燃机车、车辆轴箱、汽车车轮、
机床主轴等轴承保持架。因其强度不高，铸造易出气孔，
有被可热处理强化的AL-Si-Cu铸铝取代的趋势。
硬铝LY11
LY12
可热处理强化，退火态切削性不好，热处理及冷作硬化后
切削性尚可，LY11强度中等，LY12强度更强，耐高温性能
尚可，用于制造高温高速轴承实体保持架
塑料及其复合材料
尼龙1010
（聚酰胺）
坚韧、耐磨、耐疲劳、耐油耐水耐寒，
有吸水性但不大，不耐高温，易蠕变、
易变形，尺寸不稳定
因其质轻价廉
性能好，制造保
持架容易，曾广
泛用作多种轴
承保持架，但不
耐热，易变形，
有的吸水有开
裂倾向，目前仅
有限地使用在
几种温升不大
的轴承保持架
上聚甲醛
强度、刚性、冲击、疲劳、蠕变性能均
高，耐磨性良好，吸水性小，尺寸稳定
性好，用聚四氟乙烯填充的耐磨性更好，
还可以用玻璃纤维增强，但妈丁耐热点
仅40℃左右，高温性能太差
常用的轴承保持架及铆钉、垫圈、隔圈、密封圈、支柱、支销等所用材料分为黑
色金属材料（如低碳钢、不锈钢等）、有色金属材料（如黄铜、青铜和铝合金等）和非金属材料（如酚醛夹布胶木、塑料等）三类，特殊用途的轴承保持架还应满足特殊工作条件的要求，如耐高温、耐腐蚀、自润滑（在真空条件下使用）或无磁等。表2中列出了以上三类常用保持架材料的牌号和用途。
1.4 轴承用钢的发展
1.4.1高碳铬轴承钢的发展
高碳铬轴承钢的质量提高主要是降低钢中的氧含量，减少非金属夹杂物的含量，控制氧化物系夹杂物的大小和组成，提高钢的纯洁度，从而提高轴承的使用寿命和可靠性。
在六、七十年代前，瑞典、德国、美国及前苏联的轴承生产水平及轴承钢的冶金质量代表着当时的世界先进水平。从八十年代以后，无论从轴承钢的产量质量，还是从技术水平以及钢材在世界市场的占有量，日本都处于领先地位。日本的轴承钢生产主要集中在大同、山阳、爱知、高周波四大突然书钢厂，其次是住友金属和神户制钢等公司。日本的轴承钢冶炼技术在六十年代与我国不相上下，但从六十年代中期以来，其轴承钢的生产技术在以下六个方面有了大的突破，一举达到世界领先水平。
超高功率电弧炉的应用提高了生产率，降低了电耗；炉外精练LF+RH联合使用使轴承钢的氧含量降低到3～10ppm；连续浇注（CC）技术使轴承钢坯的氧含量得以很好地控制在3～8ppm范围内，减少了对滚动疲劳寿命影响很大的B类和D类非金属夹杂物的数量；偏心炉底出钢（EBT）改善了轴承钢中的非金属夹杂物的形态，使B类细系列D类粗系列的夹杂物得到明显的改善；采用巨型钢包（70～150T）、大型连铸坯（370×470×2000mm）、大型钢锭（70～10T，大头为450×450mm），保证轴承钢材中的碳化物不均匀性；实现了轴承钢锭、钢坯表面质量在生产线上的检查和清理，同时有严格的在线无损探伤装置对轴承钢材进行表面及内部缺陷的检验，充分保证轴承钢材无裂纹出厂。
日本轴承钢生产技术的提高过程简单地归纳为以下几个阶段：
1964年以前轴承钢生产采用普通地30吨电弧炉冶炼，下铸法铸锭，氧含量为25～35ppm，疲劳寿命L
作为以下对比的基础值（作为1）。
10
1964～1968年，生产采用30～60吨大功率电弧炉冶炼LF法真空脱气精练，下铸法铸锭，氧含量为15～20ppm，疲劳寿命为4 L
，即提高4倍。
10
1969～1974年，采用60吨大功率电弧炉冶炼，LF-RH法真空脱气进行精练，氧
含量可以达到9 ～15ppm，L
10
提高10倍。
1975～1982年，采用UHD100吨大电弧炉进行冶炼，LF-RH法真空脱气进行精练，
氧含量可以达到5 ～10ppm，L
10
提高20倍。
1983～1989年，采用Super-UHD100吨大电弧炉进行冶炼，偏心炉底出钢，LF-RH 法真空脱气进行精练，大断面连铸钢坯（或巨型钢锭）生产工艺生产轴承钢，氧含量
可以达到3 ～8ppm，L
10
提高30倍。
从以上的几个阶段可以看出，随着科学技术的不断进步，在短短的25年中，轴承钢的冶金质量得到了很大的提高，使轴承钢的疲劳寿命稳定提高了30倍。
日本NSK公司和钢厂长期合作致力于改进轴承钢的质量，开发了长寿命轴承钢（Z 钢）和超长寿命高可靠性轴承钢（EP钢）。长寿命轴承钢Z钢的主要元素（C、Si、Mn、Cr）与一般SUJ2钢相同，但对P、Ni、Cu的规定比较严格，规定了硫含量应小于0.008%，由于钛和氧对滚动疲劳寿命有害，规定钛含量应小于0.004%，氧含量应小于9ppm，轴承的疲劳寿命提高一倍。
表3 几种钢材的氧化物的图象分析结果
材料规格
氧化物颗粒直径/um [O]
/ppm ≥3 ＞5 ＞10
Z钢φ65 264 108 10 6
EP钢φ65 40 30 0 5.5
VAR钢φ70 139 56 0 6 多次VAR钢φ70 22 3 0 4
超长寿命高可靠性轴承钢EP钢中氧含量为5ppm左右，控制氧化物系夹杂物的大小、数量和分布，使大型夹杂物数量减少，最大夹杂物直径大幅度变小见表3，从而提高轴承的使用寿命EP钢的L
10
寿命是Z钢的5倍以上，可靠性大大提高。
1.4.2高碳铬轴承钢品种的发展
1.4.
2.1改变淬透性的高碳铬轴承钢
各国均以相当于GCr15的刚号作为轴承用钢的基础，通过调整部分合金元素的含量以增加或减小其淬透性。一方面向高淬透性方向发展以适应大壁厚轴承零件的需要，其作法都是增加0.1～0.6%含Mo量，其含Cr量略有提高，也略有降低或不变的，从而发展出一系列淬透性高碳铬轴承钢：如瑞典的SKF24、SKF25、SKF26、SKF27：美国的52100.3和52100.4：德过的100CrMo7、100CrMo8；SUJ-4、SUJ-5；我国的
GCr15SiMn、GCr18Mo、GCr15SiMo等，这些钢不仅适用于马氏体淬火，有的也适用于大壁厚轴承零件的贝氏体淬火。高碳铬轴承钢的另一发展是适当降低铬含量，减小淬透性，研制出被称为限制淬透性轴承钢GCr4，其淬透性介于GCr15和碳钢之间，施以中频感应透热，靠淬透性有限而整体淬火只表面硬化，既有渗碳钢淬火的优越性，又节约了合金渗碳钢的钢材成本和昂贵的渗碳热处理成本。用这种钢制造的铁路轴承获得了很好的性能和经济效益。
1.4.
2.2经济型特殊用途的高碳铬轴承钢
以GCr15钢为基础，适当调整合金成分以满足不同特殊性能的高碳铬轴承用钢新钢种：
1）KUJ2
KOYO公司在SUJ2的基础上降低妨碍冷加工性能的C含量及铁素体强化元素Si、Mn含量，调整了Cr、Mo含量以补偿其淬透性、提高淬火后的韧性。该钢的淬透性与SUJ2相当，寿命、机械性能优于SUJ2，突出优点是具有优越的冷加工性能，比SUJ2的变形阻力低15～20%,在轴承加工中可节约资源和能源;且可利用其冷加工性能提高轴承的使用性能。KOYO拟用KUJ2代替 SUJ2作为标准材料.
2）高强度GT
GT轴承钢是在SUJ2的基础上添加适量的Si和Ni,提高基体的强度和韧性,同时提高抗回火稳定性.GT钢的旋转疲劳强度、抗压强度分别比SUJ2提高20%、30%，相当于60HRC的回火温度提高50℃。滚子试验的L
10
为SUJ2 的20倍，6206轴承洁净
润滑的L
10比SUJ2轴承提高了约6倍，在污染油中的L
10
寿命大约是SUJ2轴承的2倍，
采用特殊热处理（SH处理）后，寿命大约是SUJ2轴承的6倍。推荐GT钢用于重载、润滑条件下使用的轴承及小型轻量化条件下使用的轴承。
3）NSJ2
NSJ2是 NSK在SUJ2钢的基础上开发的新钢种。其技术思路是认为在润滑剂受污染的情况下，轴承的疲劳萌生于外来磨屑引起的轴承滚道擦伤或压痕处，增加残余奥氏体含量可提高起源于表面疲劳的轴承寿命，通过调整钢的合金成分，提高淬回火后的残余奥氏体含量并将其保持在相对稳定的状态。该钢的化学成分为：C0.8～0.85%，Cr0.9～1.1%，Mn0.6～0.8%，Si0.5%。NSJ2在清洁润滑条件下的疲劳寿命与SUJ2相当，在污染润滑条件下的寿命、尺寸稳定性优于SUJ2，抗磨损及抗咬合性与SUJ2相近。
4）准高温轴承钢（中温轴承钢）
GCr15钢在超过150℃的情况下，滚动疲劳寿命会急剧下降。研究认为，在高温及接触应力作用下，次表层形成硬度低的铁素体白色区，该区内球状碳化物消失并在临近区域析出针状碳化物，白亮区称为后来的疲劳源。通过在GCr15钢的基础上加入Cr、Mo、Si等阻止碳扩散的元素以阻止白亮区的形成来提高高温性能。
KOYO公司开发准高温KUJ7，其成分为C1.00%，Cr2.00%，Si0.80%，Mn0.05%，Mo0.50%。
比SUJ2提高约20倍，特别适合于制造汽车发动该钢在180℃、5230Mpa的条件下L
10
机及辅机用轴承和钢铁等热加工设备用轴承。
NTN也在SUJ2的基础上通过调整化学成分开发了类似的钢种NTJ2。在150℃工作温度下，该钢制轴承的寿命为TS2处理（200℃高温回火）的SUJ2的3倍多，尺寸稳定性、抗剥落性优于后者。NTN主要把该钢用于车辆用牵引电机、汽车电器、复印机、薄膜延伸机、燃汽轮机、造纸机等机械中使用的轴承。
二、轴承热处理
2.1 轴承热处理新技术
2.1.1下贝氏体热处理
自1954年开始，国外对GCr15钢进行了大量贝氏体等温淬火研究，在大批量生产的GCr15钢制作的滚动轴承中，应用贝氏体中温转变处理方法，试验证明卓有成效。为了保证达到要求的最低硬度58HRC，必须在240℃温度下进行等温，由于马氏体的转变开始点稍低于这个温度，所以，转变热浴的温度不得低于210℃。贝氏体转变至无残留奥氏体需要等温4小时左右。这种钢制造的轴承套圈横截面厚度超过15毫米时，部分已进行了珠光体转变，因此，对于有效壁厚超过15毫米的轴承套圈需要采用高合金钢，如100CrMo7。经过淬火和150℃回火的套圈表面具有500牛顿/毫米2的拉应力，而经过贝氏体等温淬火的零件表面，则具有大约相等的压应力。因此贝氏体等温淬火特别使用于紧配合的厚壁套圈，对承受高冲击负荷的轴承来说，通过等温淬火达到适宜韧性，以适应于轴承的工作条件。如SKF 、FAG等世界著名轴承公司成功地将等温淬火工艺应用于铁路、汽车、轧机、起重机和钻具等耐冲击和润滑不良的轴承上。
自80年代开始，国内对GCr15钢的贝氏体淬火进行了大量基础研究，研究表明：全贝氏体组织比常规马氏体淬火低温回火的马氏体组织冲击韧性提高了3倍左右，比相同温度回火的马氏体组织冲击韧性提高30～50%；比相同温度回火的马氏体组织断
裂韧性提高约20%；耐磨性低于淬火低温回火的马氏体组织，与相同温度回火的马氏体组织相近或略高；接触疲劳寿命与相同温度回火的马氏体组织相近。该工艺已应用于铁路货车轴承的热处理。自90年代开始，该贝氏体淬火工艺在轧机、机车、铁客等轴承上得到推广应用，尤其在轧机轴承和提速及准高速铁路轴承的生产上推广应用迅速，同时开发了适合于贝氏体淬火的新钢种GCr18Mo钢。
2.1.2特殊热处理（SH处理）
滚动轴承在使用中疲劳失效大致可分为两种类型：起源于次表面的疲劳和起源于表面的疲劳。起源于次表面的疲劳，其裂纹在轴承滚道表面下如非金属夹杂物这样的缺陷处萌生，通常该区域剪切应力最大，这种类型的疲劳常常在良好的润滑条件下发生。起源于表面的疲劳，其裂纹在外来磨屑引起滚道擦伤或压痕的缺陷处萌生，这种类型的疲劳和润滑不良有关。在表面和次表面两种疲劳中，裂纹在循环应力下扩张直到轴承滚道产生剥落。
轴承零件经特殊热处理后，表面形成压应力和约30%的残余奥氏体。由于残余奥氏体的塑性好，通过塑性变形可释放掉表面缺陷处的应力，抑制裂纹的扩展，同时表面压应力也可抑制裂纹的扩展，提高轴承的使用寿命。
2.2 产品设计时应考虑的几个问题
2.2.1选择滚动轴承用钢的基本原则
2.2.1.1根据轴承的工作条件选择
1）工作温度
在一般常温条件下工作的轴承采用铬轴承钢。当工作温度在150～250℃之间时，也可采用铬轴承钢，但必须经过高于工作温度50℃的温度进行回火，当轴承应用在重要的场合或工作温度更高时应选用高温轴承钢（见表1）。
2）承受冲击负荷的大小
承受较大冲击负荷的轴承，一般不选用铬轴承钢，大多选用优质渗碳结构钢如铁路货车轴承、部分轧机轴承等、耐冲击工具钢或调质结构钢如石油钻具轴承等。
3）接触介质
在腐蚀性介质中使用的轴承，必须选用具有良好耐腐蚀的耐蚀钢或合金。
4）工况条件
在有的机械上要求轴承不能导磁，这时应选用无磁钢、合金或陶瓷材料。
2.2.1.2根据轴承的结构特点选择
轴承零件结构复杂如外圈带安装挡边、承受较高轴向冲击负荷的圆锥轴承等，宜采用耐冲击性能良好的优质渗碳钢。
对于高碳铬轴承钢的使用，应考虑轴承零件的有效壁厚，常用高碳铬轴承钢的淬透性和使用范围见表4。
表4 常用高碳铬轴承钢的淬透性和使用范围
钢号GCr15 GCr15SiMn GCr18Mo GCr15SiMo 淬透性J60/mm 5～6 15 18 25
有效壁厚/mm ≤12（15）≤35 ≤40 ≤90
2.2.1.3根据轴承疲劳寿命和可靠性要求选择
轴承疲劳寿命和可靠性，在一定程度上取决于轴承钢的纯洁度和组织的均匀性。对于疲劳寿命和可靠性要求高的轴承，应选择可以保证高的纯洁度和组织的均匀性的冶炼方法，如航空发动机主轴轴承用材采用双真空方法冶炼，铁路客车轴承用材采用电渣重熔方法冶炼等。
此外，在选用轴承钢种时，应综合考虑经济性、加工性能、货源供应情况等因素。
2.2.2硬度
2.2.2.1硬度对轴承机械性能的影响
硬度与接触疲劳寿命、耐磨性、弹性极限的关系见图1、2、3。轴承零件的硬度在生产过程中可方便快捷地检测，间接反映了轴承的其他机械性能，因此，硬度是轴承质量的重要指标之一。
图1硬度对GCr15钢图2硬度对GCr15钢图3硬度对GCr15钢接触疲劳寿命的影响耐磨性的影响弹性极限的影响
2.2.2.2硬度是轴承设计的重要指标之一
JB1255-91对轴承零件淬回火后的硬度规定：
GCr15、ZGCr15钢制套圈、滚子和滚针淬火后硬度不小于HRC63，回火后硬度应为HRC61～65。
GCr15SiMn 、ZGCr15SiMn 钢制套圈和滚子淬火后硬度不小于HRC62，回火后硬度应为HRC60～64。
GCr15、ZGCr15钢制钢球，淬火后硬度不小于HRC64，回火后钢球硬度应为HRC62～66。
GCr15SiMn 、ZGCr15SiMn 钢制的钢球，淬火后硬度不小于HRC62，回火后硬度应为HRC60～66。
长圆柱滚子轴承的套圈和滚子以及关节轴承零件的硬度按产品图纸的规定执行。 JB/T1255-2001对轴承零件淬回火后的硬度规定：
表5 轴承零件马氏体淬火后的硬度 HRC
零件名称
成品尺寸
mm 淬火后硬度
常规回火后硬度
高温回火后硬度
超过
到 200℃ （S0） 250℃ （S1） 300℃ （S2） 350℃ （S3）
400℃ （S4）
套圈 有效壁厚
— 12 63 60～65 59～64 57～62 55～59 52
48
12 30 62 58～64 57～62 56～60 54～58 30 — 60 57～63 56～61
55～59 53～57 钢球直径
— 30 64 61～66 按常规回火后硬度
按常规回火后硬度
56～60 30 50 62 59～64 57～61 55～59 50 — 61 58～64 56～60 54～58 滚子 有效直径
— 20 63 60～65 按常规回火后硬度 55～59 20 40 62 58～64 57～61 54～58 40
—
60
57～63
56～59
53～57
目前，轴承设计人员在设计轴承时，只关心轴承的结构、尺寸的设计，关于轴承硬度，普遍认为是热处理的事，图纸上只是简单地注明按相关标准执行，或按JB/T 1255-2001标准之规定，这种作法是不科学的。几十年来，轴承热处理技术条件JB/T 1255作为强制性标准，对轴承的硬度做出了明确的规定，要求生产厂家必须按标准要求进行生产；国家轴承质量监督检验中心也依据该标准对轴承进行质量检测，达不
到标准规定的要求判为不合格产品，轴承设计人员对轴承的硬度指标没有发言权。
JB/T1255-2001不再是强制性标准，只是推荐性标准。当对轴承硬度无明确要求时，按JB/T1255-2001之规定；当对轴承硬度有明确要求的或用户与轴承生产厂家有技术协议，技术协议中有明确规定的，如外贸定单的轴承图样中对轴承零件的硬度都有具体的要求，轴承生产厂家应按技术要求进行生产，国家轴承质量监督检验中心行检时也依据技术协议的要求进行，这就对轴承硬度的合理化设计开创了条件。
轴承硬度设计时，应根据轴承的结构、工作条件来确定。滚动轴承的硬度通常要根据轴承承受负荷的方式和大小、轴承尺寸和壁厚的总体情况来决定，硬度过高或过低都将影响轴承的寿命。众所周知，滚动轴承的主要失效形式有接触疲劳破坏；耐磨性差或尺寸不稳定而导致轴承精度丧失；轴承零件缺乏一定的韧性，在承受较大冲击负荷而发生脆断导致轴承的破坏。一定要根据轴承的具体情况和失效的方式来确定轴承的硬度。对于由于疲劳剥落破坏或由于轴承零件耐磨性差导致轴承精度丧失的情况，轴承零件应选择较高的硬度；对于承受较大冲击负荷的轴承（例如轧机轴承、部分汽车轴承等），适当降低硬度以提高轴承的韧性是十分必要的。
2.2.3热处理变形
轴承套圈的尺寸变化
一般情况下，轴承套圈淬火时由于马氏体的转变所引起的尺寸变化，表现为套圈直径和宽度尺寸的变化。
轴承套圈马氏体淬火时，外径尺寸通常很少收缩，大部分是涨大，涨大量通常为0.12～0.16%。圆锥轴承有时一端涨大，而另一端收缩。
图4为有代表性的轴承套圈在连续淬火炉中淬火后外径尺寸涨缩规律，轴承套圈外径尺寸越大，膨胀量越大，其值可用以下公式求出：
图4 轴承套圈淬火后外径尺寸涨缩规律
模具材料及热处理试题库 一、判断 1、60钢以上的优质碳素结构钢属高碳钢，经适当的热处理后具有高的强度、韧性和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件。（×） 2、40Cr钢是最常用的合金调质钢。（√） 3、60Si2Mn钢的最终热处理方法是淬火后进行高温回火。（×） 4、高合金钢的完全退火的冷却速度是每小时100～150℃。（×） 5、等温淬火与普通淬火比较，可以获得相同情况下的高硬度和更好的韧度。（√） 6、一些形状复杂、截面不大、变形要求严的工件，用分级淬火比双液淬火能更有效的减少工件的变形开裂。（√） 7、渗碳时采用低碳合金钢，主要是为提高工件的表面淬火硬度。（×） 8、均匀化退火主要应用于消除大型铸钢、合金钢锭在铸造过程中所产生的化学成分不均及材料偏析，并使其均匀化。（√） 9、高合金钢及形状复杂的零件可以随炉升温，不用控制加热速度。（×） 10、铬钼钢是本质粗晶粒钢、其淬透性和回火稳定性高，高温强度也高。（×） 11、铬锰硅钢可以代替镍铬钢用于制造高速、高负荷、高强度的零件。（√） 12、铬轴承钢加热温度高，保温时间略长，主要使奥氏体中溶入足够的合金碳化物。（√）13、低合金渗碳钢二次重新加热淬火，对于本质细晶粒钢的零件，主要使心部、表层都达到高性能要求。（×） 14、铸铁的等温淬火将获得贝氏体和马氏体组织。（√） 15、高速钢是制造多种工具的主要材料，它除含碳量高外，还有大量的多种合金元素（W、Cr、Mo、V、Co），属高碳高合金钢。（×）16、钢在相同成分和组织条件下，细晶粒不仅强度高，更重要的是韧性好，因此严格控制奥氏体的晶粒大小，在热处理生产中是一个重要环节。（√）17、有些中碳钢，为了适应冷挤压成型，要求钢材具有较高的塑性和较低的硬度，也常进行球化退火。（√）18、低碳钢正火，为了提高硬度易于切削，提高正火温度，增大冷却速度，以获得较细的珠光体和比较分散的自由铁素体。（√）19、过共析钢正火加热时必须保证网状碳化物完全融入奥氏体中，为了抑制自由碳化物的析出，使其获得伪共析组织，必须采用较大的冷却速度冷却。（√）20、含碳量相同的碳钢与合金钢淬火后，硬度相差很小，但碳钢的强度显著高于合金钢。（×）21、中高碳钢的等温淬火效果很好，不仅减少了变形，而且还获得了高的综合力学性能。（√）22、淬火钢组织中，马氏体处于碳的过饱和状态，残余奥氏体处于过热状态，所以组织不稳定，需要回火处理。（×）23、低碳钢淬火时的比容变化较小，特别是淬透性较差，故要急冷淬火，因此常是以组织应力为主引起的变形。（×）24、工件淬火后不要在室温下放置，要立即进行回火，会显著提高马氏体的强度和塑性，防止开裂。（√）
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
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, 2005 [2] 中国机械工程学会热处理分会．热处理工程师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2003．第一版. [3] 张玉庭主编．热处理技师手册［Ｍ］．机械工业出版社．2006．第一版 [4] 中国机械工程学会热处理学会．热处理手册［Ｍ］．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。
一、名词解释： １、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。 ２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。 ２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度 ４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。 二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法 三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：
下料锻造正火机加工调质机加工（精） 轴颈表面淬火低温回火磨加工 指出：1、主轴应用的材料：45钢 2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷 3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火 4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度 5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回 四、选择填空（20分） １．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d） （a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大 （c）无影响（d）上述说法都不全面 ２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。 （a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi ３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理 4．制造手用锯条应当选用（a ） （a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火 5．高速钢的红硬性取决于（b ） （a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火 7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ） （a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火 8. 二次硬化属于（d） （a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化 9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b） （a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性
工程材料及热处理 一、名词解释（20分）8个名词解释 1.过冷度：金属实际结晶温度T和理论结晶温度、Tm之差称为过冷度△T，△T=Tm-T。 2.固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中形成的合金相称为固溶体。 3.固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，而塑、韧性稍有下降，这种现象称为固溶强化。 4.匀晶转变：从液相中结晶出单相的固溶体的结晶过程称匀晶转变。 5.共晶转变：从一个液相中同时结晶出两种不同的固相 6.包晶转变：由一种液相和固相相互作用生成另一种固相的转变过程，称为包晶转变。 7.高温铁素体：碳溶于δ-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 铁素体：碳溶于α－Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F表示。 奥氏体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或 F表示。 8.热脆（红脆）：含有硫化物共晶的钢材进行热压力加工，分布在晶界处的共晶体处于熔融状态，一经轧制或锻打，钢材就会沿晶界开裂。这种现象称为钢的热脆。 冷脆：较高的含磷量，使钢显著提高强度、硬度的同时，剧烈地降低钢的塑、韧性并且还提高了钢的脆性转化温度，使得低温工作的零
件冲击韧性很低，脆性很大，这种现象称为冷脆。 氢脆：氢在钢中含量尽管很少，但溶解于固态钢中时，剧烈地降低钢的塑韧性增大钢的脆性，这种现象称为氢脆。 9.再结晶：将变形金属继续加热到足够高的温度，就会在金属中发生新晶粒的形核和长大，最终无应变的新等轴晶粒全部取代了旧的变形晶粒，这个过程就称为再结晶。 10.马氏体：马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。 含碳量低于0.2%，板条状马氏体；含碳量高于1.0%，针片状马氏体；含碳量介于0.2%-1.0%之间，马氏体为板条状和针片状的混合组织。 11.退火：钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织提高加工性能的一种热处理工艺。 12.正火：将钢加热到3c A或ccm A以上30-50℃，保温一定时间，然后在空气中冷却以获得珠光体类组织的一种热处理工艺。 13.淬火：将钢加热到3c A或1c A以上的一定温度，保温后快速冷却，以获得马氏体组织的一种热处理工艺。 14.回火：将淬火钢加热到临界点1c A以下的某一温度，保温后以适当方式冷却到室温的一种热处理工艺。（低温回火-回火马氏体；中温回火-回火托氏体；高温回火-回火索氏体） 15.回火脆性：淬火钢回火时，其冲击韧性并非随着回火温度的升高而单调地提高，在250-400℃和450-650℃两个温度区间内出现明显下降，这种脆化现象称为钢的回火脆性。
ICS 21.100.20 J 11 JB 滚动轴承 碳钢轴承零件 热处理技术条件 Rolling bearings ―Bearing parts made from carbon steel ―Specifications for heat-treatment 中华人民共和国国家发展和改革委员会 发布
前 言 本标准代替JB/T 8566－1997《滚动轴承零件碳钢球轴承套圈热处理技术条件》和JB/T 8569－1997《滚动轴承零件碳钢球渗碳热处理技术条件》。 本标准与JB/T 8566－1997和JB/T 8569－1997相比，主要变化如下： ——修改了标准名称，并把JB/T 8566－1997和JB/T 8569－1997加以合并（1997年版和本版的封面及首页）； ——增加了渗碳钢球压碎载荷值（见附录A）； ——修改了检验方法（1997年版和本版的第5章）。 本标准的附录A为规范性附录。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国滚动轴承标准化技术委员会（SAC/TC 98）归口。 本标准起草单位：万向钱潮股份有限公司、洛阳轴承研究所、洛阳轴研科技股份有限公司。 本标准主要起草人：叶健熠、郑晓敏、王智勇、范围广、仇亚军、屠国青、梁林霞。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为： ——JB/T 8566－1997； ——JB/T 8569－1997。 I 标准分享网 https://www.doczj.com/doc/605049534.html, 免费下载
滚动轴承 碳钢轴承零件 热处理技术条件 1 范围 本标准规定了采用符合GB/T 699－1999中的45钢或性能与之相当的优质碳素结构钢制造的轴承套圈锻造或锻造退火和淬、回火后的技术要求、检验方法与检验规则以及10、15优质碳素结构钢或含碳量和力学性能与其接近的碳钢制造的碳钢球的渗碳和淬、回火技术要求、检验方法与检验规则。 本标准适用于上述钢制轴承零件的热处理质量检验。对有特殊要求的轴承零件以及其他用途的碳钢球，应按产品图样的规定。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 230.1－2004 金属洛氏硬度试验第1部分：试验方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺）（ISO 6508-1:1999，MOD） GB/T 231.1－2002 金属布氏硬度试验第1部分：试验方法（eqv ISO 6506-1:1999） GB/T 699－1999 优质碳素结构钢 JB/T 1255－2001 高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件 JB/T 7361－2007 滚动轴承零件硬度试验方法 JB/T 7362－2007 滚动轴承零件脱碳层深度测定法 JB/T 8881－2001 滚动轴承零件渗碳热处理技术条件 3 套圈技术要求 3.1 锻造或退火 套圈锻造或锻造退火后的硬度不应大于241HBW，压痕直径不应小于3.9mm。 3.2 淬、回火 3.2.1 硬度 3.2.1.1 淬、回火后的硬度 套圈淬、回火后的硬度不应低于50HRC。 3.2.1.2 同一零件的硬度差 套圈外径不大于100mm，同一个零件硬度差不应大于2HRC；套圈外径大于100mm，同一零件硬度差不应大于3HRC。 3.2.2 显微组织 轴承套圈淬、回火后显微组织应为马氏体＋少量残余奥氏体。淬、回火后显微组织的马氏体粗细程度按第一级别图评定：第1级～第3级为合格组织，大于第3级为不合格组织。在硬度合格的情况下，屈氏体组织不予控制。 1
1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？ 答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子重新加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。 2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在？举例说明之。 答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。 间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合， 且半径比r X /r M ＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物 硬而脆，塑性差。 3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正 确？为什么？ （1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。 （2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是高于原液相中含B量. （3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。 答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但两者的原子大小相差不大。 （2）对：在同一温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。
(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。 4.共析部分的Mg-Cu相图如图所示： (1)填入各区域的组织组成物和相组成物。在各区域中是否会有纯Mg相存在？ 为什么？ 答: Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体） Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，） 在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。 (2)求出20%Cu合金冷却到500℃、400℃时各相的成分和重量百分比。 答: 20%Cu合金冷却到500℃时,如右图所示: α相的成分为a wt%, 液相里含Cu 为b wt%,根据杠杆原理可知: Wα=O 1b/ab*100%, W L = O 1 a/ab*100% 同理: 冷却到400℃时，α相的成分为m wt%, Mg2Cu相里含Cu 为n wt%, Wα=O 2n/mn*100%, W mg2Cu = O 2 m/mn*100% (3)画出20%Cu合金自液相冷却到室温的曲线，并注明各阶段的相与相变过程。 答:各相变过程如下(如右图所示): xp: 液相冷却,至p点开始析出Mg的固熔体α相 py: Mg的固熔体α相从p点开始到y点结束 yy,: 剩余的液相y开始发生共晶反应,L?α+Mg 2 Cu y,q:随着T的降低, Cu在Mg的固熔体α相的固溶度降低. 5.试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处。 答：相同的是,三者都是由原子无序的液态转变成原子有序排列的固态晶体。 不同的是， 纯金属和共晶体是恒温结晶，固溶体是变温结晶，纯金属和固溶体的结晶是由
轴承钢热处理工艺参数 时间：2010-06-14 08:59:46 来源：机械社区作者：
时间：2010-04-19 16:29:25 来源：中国金属加工在线作者：轴承钢是质量要求很严格的钢类。目前对轴承钢提出的要求有：用户免加工和检查、提高质量、规格细化和提高尺寸精度等，而且，对这些要求的重要程度越来越高。为满足这些要求，JFE制钢使用了各种保证产品质量和进行精加工的设备生产轴承钢。这些设备与新开发的提高质量的技术相结合，可以生产尺寸范围宽、质量高、附加值高的热处理和热轧轴承钢。 JFE轴承钢制造技术的特点是： 1）表面质量精细加工和质量检查体系 用对钢坯进行火焰清理和将连铸坯轧制成小型圆坯的方法，均匀去除表面瑕疵、皮下夹杂物和脱碳层。对质量要求特别高的材料，实施钢坯扒皮作业高度清除缺陷。为保证小型圆坯的表面质量，用自动涡流探伤仪和磁粉探伤仪进行检查；对内部缺陷，用圆坯全断面超声波探伤仪检测内部孔隙和夹杂物。 2）轴承钢的精细制造技术和质量保证 在线材-棒材厂，在棒材轧制线上增设线材轧制线，进行联合轧制。对棒材和线材都采用4辊精轧机进行精轧，棒钢的尺寸精度在0.01mm以下，用户可以省略扒皮和拉拔加工。对线材可进行自由尺寸轧制，并可以生产Φ4.2mm的小尺寸线材。由于把线材已经轧制到锻造的尺寸，所以用户可以省略拔丝、热处理和表面处理工序。 3）提高钢的洁净度 近年来，JFE制钢为了提高钢的洁净度，采用了PERM（加减压精炼）、LF（炉外精炼炉）对钢的生产工艺进行了改进。PERM法是在转炉冶炼时，使氮、氢等气体溶解在钢中，然后，用RH炉（真空脱气）迅速减压，使钢中产生气体，利用这种气体捕捉并排除钢液中的夹杂物。 JFE制钢还在2008年新建LF炉，大大提高了夹杂物的去除能力。采用上述工艺和设备的效果是：与原有工艺相比，夹杂物个数预测指数减少34%、夹杂物最大直径指数减少29%、夹杂物最大直径指数分布的标准偏差减少了73%。 由于采用了具有上述特点的制造技术，JFE制钢今后将继续向用户 轴承钢资料 时间：2010-08-17 11:44:25 来源：热加工行业论坛作者：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 (一)轴承钢锻造温度
工程材料与热处理第2章作业题参考答案1( 常见的金属晶格类型有哪些?试绘图说明其特征。 体心立方: 单位晶胞原子数为2 配位数为8 3a原子半径= (设晶格常数为a) 4 致密度0.68
单位晶胞原子数为4 配位数为12 2a原子半径= (设晶格常数为a)致密度0.74 4
密排六方: 晶体致密度为0.74，晶胞内含有原子数目为6。配位数为12，原子半径为 1/2a。 2实际金属中有哪些晶体缺陷?晶体缺陷对金属的性能有何影响? 点缺陷、线缺陷、面缺陷 一般晶体缺陷密度增大，强度和硬度提高。 3什么叫过冷现象、过冷度?过冷度与冷却速度有何关系,它对结晶后的晶粒大小有何影响, 金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。金属结晶时的过冷度与冷却速度有关，冷却速度愈大，过冷度愈大，金属的实际结晶温度就愈低。结晶后的晶粒大小愈小。
4金属的晶粒大小对力学性能有何影响?控制金属晶粒大小的方法有哪些? 一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。 控制金属晶粒大小的方法有:增大过冷度、进行变质处理、采用振动、搅拌处理。 5(如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小: (1)金属型浇注与砂型浇注: (2)浇注温度高与浇注温度低; (3)铸成薄壁件与铸成厚壁件; (4)厚大铸件的表面部分与中心部分 (5)浇注时采用振动与不采用振动。 (6)浇注时加变质剂与不加变质剂。 (1) 金属型浇注的冷却速度快，晶粒细化，所以金属型浇注的晶粒小; (2) 浇注温度低的铸件晶粒较小; (3) 铸成薄壁件的晶粒较小; (4) 厚大铸件的表面部分晶粒较小; (5) 浇注时采用振动的晶粒较小。 (6) 浇注时加变质剂晶粒较小。。 6(金属铸锭通常由哪几个晶区组成?它们的组织和性能有何特点? (1) 表层细等轴晶粒区金属铸锭中的细等轴晶粒区，显微组织比较致密，室温下 力学性能最高; (2) 柱状晶粒区在铸锭的柱状晶区，平行分布的柱状晶粒间的接触面较为脆弱， 并常常聚集有易熔杂质和非金属夹杂物等，使金属铸锭在冷、热压力加工时容
一．名词解释题 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂的晶格间隙中所形成的固溶体。 再结晶：金属发生重新形核和长大而不改变其晶格类型的结晶过程。 淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。 枝晶偏析：金属结晶后晶粒内部的成分不均匀现象。 时效强化：固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间变化而发生显著提高的现象。 同素异构性：同一金属在不同温度下具有不同晶格类型的现象。临界冷却速度：钢淬火时获得完全马氏体的最低冷却速度。 热硬性：指金属材料在高温下保持高硬度的能力。 二次硬化：淬火钢在回火时硬度提高的现象。 共晶转变：指具有一定成分的液态合金,在一定温度下,同时结晶出两种不同的固相的转变。 比重偏析：因初晶相与剩余液相比重不同而造成的成分偏析。 置换固溶体：溶质原子溶入溶质晶格并占据溶质晶格位置所形成的固溶体。 变质处理：在金属浇注前添加变质剂来改变晶粒的形状或大小的处理方法。 晶体的各向异性：晶体在不同方向具有不同性能的现象。 固溶强化：因溶质原子溶入而使固溶体的强度和硬度升高的现象。 形变强化：随着塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。 残余奥氏体：指淬火后尚未转变，被迫保留下来的奥氏体。 调质处理：指淬火及高温回火的热处理工艺。 淬硬性：钢淬火时的硬化能力。 过冷奥氏体：将钢奥氏体化后冷却至A1温度之下尚未分解的奥氏体。 本质晶粒度：指奥氏体晶粒的长大倾向。 C曲线：过冷奥氏体的等温冷却转变曲线。 CCT曲线：过冷奥氏体的连续冷却转变曲线。 马氏体：含碳过饱和的α固溶体。 热塑性塑料：加热时软化融融，冷却又变硬，并可反复进行的塑料。 热固性塑料：首次加热时软化并发生交连反应形成网状结构，再加热时不软化的塑料。 回火稳定性：钢在回火时抵抗硬度下降的能力。 可逆回火脆性：又称第二类回火脆性，发生的温度在400～650℃，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400～650℃区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。 过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。 二．判断正误并加以改正 1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。（╳）改正：细化晶粒不但能提高金属的强度，也降低了金属的脆性。 2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。（╳） 改正：结构钢的淬硬性，随钢中碳含量的增大而增大。 3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。（√） 4、置换固溶体必是无限固溶体。（╳） 改正：置换固溶体有可能是无限固溶体。 5、单晶体必有各向异性。（√） 6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。（╳） 改正：普通钢和优质钢是按钢中有害杂质硫、磷的含量来划分的。 7、过热钢经再结晶退火后能显著细化晶粒。（╳） 改正：过热钢经正火后能显著细化晶粒。 8、奥氏体耐热钢也就是奥氏体不锈钢。（╳） 改正：奥氏体耐热钢不是奥氏体不锈钢。 9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。（√） 10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。（√） 11、铁素体是置换固溶体。（╳） 改正：铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体体。 12、晶界是金属晶体的常见缺陷。（√） 13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。（╳） 改正：渗碳体是钢中常见的金属化合物相。 14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。（√） 15、金属在进行热加工时，不会产生加工硬化现象。（√） 16、比重偏析不能通过热处理来消除。 17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。（╳） 改正：上贝氏体的韧性比下贝氏体差。 18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。（╳） 改正：对过共析钢工件进行正火可消除渗碳体网。 19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。（√） 20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk。（╳） 改正：淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须大于Vk。 21、氮化件的变形远比渗碳件的小。（√） 22、工件渗碳后直接淬火其开裂倾向比一次淬火的要小。（√） 23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。（╳） 改正：高锰钢只有在受到强烈的冲击和压力的条件下才能表现出良好的耐磨性。 24、无限固溶体必是置换固溶体。（√） 25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。（╳） 改正：一般地说，在室温下，金属的晶粒越细小，其强度和韧性越高。 26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。（√） 27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。（╳）改正：钢进行分级淬火的目的是为了减小淬火应力，防止工件变形和开裂。 28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。
滚动轴承工作温度的介绍（一）滚动轴承根据其材质选用和热处理工艺以及使用工作时的润滑条件，在产品设计阶段和生产加工制造过程中其工作温度即已给定。具体情况如下： 一．材质选用 1.通用轴承在正常工作温度下（室温）可按照国家标准GB/T18254-2002《高碳铬轴承钢》选材。 2.高温轴承工作温度超过300℃以上可按照YB688-2000《高温轴承钢 Cr4 M O4V技术条件》选材。 3.低温轴承（工作温度低于-60℃以下的轴承），常用不锈轴承钢9Cr18、9Cr18Mo材料制造，可按照GB/T3086-1982《高碳铬不锈轴承钢技术条件》选材，也可选用铍青铜、陶瓷等材料制造。二．热处理工艺 1.通用轴承选用高碳铬轴承钢时，其热处理工艺按照国家机械行业标准JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》进行。 2.高温轴承工作温度高于300℃时可按JB/T2850-1993《Cr4M O4V 高温轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》处理后，予以应用。 3.低温轴承，可按JB/T1460-2002《高碳铬不锈钢滚动轴承零件热处理技术条件》处理后，予以应用。 三．滚动轴承工作温度 1.通用轴承选用高碳铬轴承钢并按上述热处理工艺加工后滚动轴
承在正常工作状态下（室温）的工作温度按照相关标准要求，即通过寿命和可靠性试验及评定后，即可按此予以控制。 a. 试验规定见JB/T50013-2000《滚动轴承寿命及可靠性试验规程》中第5条试验条件，第5.4项：轴承外圈温度脂润滑时，不允许超过80℃；油润滑时，不允许超过95℃。 b. 试验及评定见GB/T24607-2009《滚动轴承寿命与可靠性试验及评定》国家标准第6条试验条件，第6.2项：循环油润滑时，轴承外圈温度一般不应超过95℃；脂润滑时，轴承外圈温度一般不应超过80℃。 2. 高温条件下轴承工作温度： a. 滚动轴承选用高碳铬轴承钢，工作温度在150℃～350℃之间，按照JB/T2974标准,当工作温度在150℃～350℃之间时，在轴承型号后缀可分别标注S0～S4予以表示。 b. 滚动轴承选用高温轴承钢，其工作温度可达300℃以上，具体工作温度依据工作条件另行给定。 3.低温轴承工作温度： 滚动轴承选用高碳铬不锈轴承钢，其工作温度低于零下60℃以下，具体工作温度依据工作条件另行给定。
《机械工程材料》试卷（B 卷） 考试形式: 闭卷笔试，2小时学号： 命题教师：徐光青姓名： 适用专业：机械年级专业： 一、名词解释（3分×10） 1. 空间点阵 2. 结晶潜热 3. 固溶强化 4. 固溶体 5. 包晶相图 6. 过冷奥氏体 7. 珠光体转变 8. 淬透性 9. 起始晶粒度 10. 淬火
二、填空（1分×20） 1. 金属晶体中常见的点缺陷有______、______和_____等 2. 液态金属结晶的宏观现象为______和_______，微观过程为_______和_______。 3. 固溶体按照溶质原子所处位置可分为_______和______两类。 4. 碳素钢按质量分为________、________和___________。 5. 滑移的本质是________________________ 6. 片状珠光体按照其片层间距可分为________、________和________。 7. 珠光体片间距越小，其强硬度_____，塑韧性_____，随着含碳量的增加，珠光体的强硬度______，塑韧性_______。 三、请从金属学的角度解释为什么要“趁热打铁”？（10分）
四、根据Fe-Fe3C平衡相图，分析含碳1.0％的碳钢的平衡结晶过程，并写出其室温组织（共10分） 1 2 3 4
五、请指出下述牌号钢的具体种类，并写出其主要成分（15分）T12 40CrMnTi 60Si2Mn GCr15 00Cr18Ni9Ti 六、一根Φ10的含碳量为0.45%的圆钢棒，初始状态为退火态。然后从一端加热，依靠热传导使圆棒上各点达到如图所示的温度。试问（15分）： 1. 初始状态的组织是什么，加热后各点所在部位的组织是什么？ 2. 整个圆棒自图示各温度缓慢冷却到室温后，各点部位的组织是什么？ 3. 整个圆棒自图示各温度水淬快冷到室温后，各点部位的组织是什么？ 《机械工程材料》标准答案（B 卷）
班级（学生填写） ： 姓名： 学号： 命题： 审题： 审批： ----------------------------------------------- 密 ---------------------------- 封 --------------------------- 线 ------------------------------------------------------- （答题不能超出密封线）
班级（学生填写）： 姓名： 学号： ------------------------------------------------ 密 ---------------------------- 封 --------------------------- 线 ------------------------------------------------ （答题不能超出密封线） 9. 碳钢的塑性和强度都随着含碳量的增加而降低。 ( ) 10. 感应加热表面淬火一般只改变钢件表面层的组织，而不改变心部组织。( ) 三、选择题：(每题1分，共10分) 1. 钢中加入除Co 之外的其它合金元素一般均能使其C 曲线右移，从而（ ） A 、增大VK B 、增加淬透性 C 、减小其淬透性 D 、增大其淬硬性 2. 高碳钢淬火后回火时，随回火温度升高其（ ） A 、强度硬度下降，塑性韧性提高 B 、强度硬度提高，塑性韧性下降 C 、强度韧性提高，塑性韧性下降 D 、强度韧性下降，塑性硬度提高 3. 常见的齿轮材料20CrMnTi 的最终热处理工艺应该是（ ） A 、调质 B 、淬火+低温回火 C 、渗碳 D 、渗碳后淬火+低温回火 4. 某工件采用单相黄铜制造，其强化工艺应该是（ ） A 、时效强化 B 、固溶强化 C 、形变强化 D 、热处理强化 5. 下列钢经完全退火后，哪种钢可能会析出网状渗碳体（ ） A 、Q235 B 、45 C 、60Si2Mn D 、T12 6. 下列合金中，哪种合金被称为巴氏合金（ ） A 、铝基轴承合金 B 、铅基轴承合金 C 、铜基轴承合金 D 、锌基轴承合金 7. 下列钢经淬火后硬度最低的是（ ） A 、Q235 B 、40Cr C 、GCr15 D 、45钢 8. 高速钢淬火后进行多次回火的主要目的是（ ） A 、消除残余奥氏体，使碳化物入基体 B 、消除残余奥氏体，使碳化物先分析出 C 、使马氏体分解，提高其韧性 D 、消除应力，减少工件变形 9. 过共析钢因过热而析出网状渗碳体组织时，可用下列哪种工艺消除（ ） A 、完全退火 B 、等温退火 C 、球化退火 D 、正火 10. 钢的淬透性主要决定于其（ ）
1. 铸铁分为哪几类？其最基本的区别是什么？ 答：按照碳的存在形态不同铸铁分三类：白口铸铁，碳主要以渗碳体形式存在，该类铸铁硬、脆，很少直接用；灰口铸铁，碳主要以石墨形式存在，该类铸铁因石墨形状不同而性能不同，用途不同；麻口铸铁，碳一部分以渗碳体形式存在另一部分以石墨形式存在，该类铸铁也硬、脆，很少直接用。 2.影响石墨化的因素有哪些？是如何影响的？ 答：（1）铸铁的化学成分对石墨化的影响: 碳和硅是强烈促进石墨化的元素；锰是阻碍石墨化的元素。它能溶于铁素体和渗碳体中,其固碳的作用,从而阻碍石墨化；硫是有害元素,阻碍石墨化并使铸铁变脆；磷是一个促进石墨化不显著的元素。（2）冷却速度对石墨化过程的影响： 冷却速度越慢，越有利于石墨化。 3.在生产中，有些铸件表面棱角和凸缘处常常硬度很高，难以进行机械加工，试问其原因是什么？ 答：由于结晶时表面棱角和凸缘处冷却速度快不利于石墨化的进行，形成的组织中存在大量的莱氏体，性能硬而脆，切削加工比较困难。 4.在铸铁中，为什么含碳量与含硅量越高时，铸铁的抗拉强度和硬度越低？ 答：因为碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅含量越高，越容易石墨化。而石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨减小铸件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应
力集中，形成脆性断裂。 5.在铸铁的石墨化过程中，如果第一阶段（包括液相中析出一次石墨和奥氏体中析出二次石墨）、第二阶段（共析石墨）完全石墨化、部分石墨化、未石墨化，问它们各获得哪种组织的铸铁？ 答： 6.什么是孕育铸铁？如何进行孕育处理？ 答：经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。孕育处理是在浇注前往铁液中加入少量的孕育剂，改变铁液的结晶条件，从而获得细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的工艺过程。 7.为什么说球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？其生产工艺如何？答：球墨铸铁析出的石墨呈球状，对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的70～90%，所以球墨铸铁的抗拉强度、塑性、韧性不仅高于其它铸铁，而且可与相应组织的铸钢相媲美，特别是球墨铸铁的屈强比几乎比钢高一倍，一般钢的屈强比为0.3-0.5，而球墨铸铁的屈强比达0.7-0.8。在一般机械设计中，材料的许用应力是按照屈服强度来确定的，因此，对于承受静载荷的零件，
金属材料与热处理 一、填空题（30分，每空1分） 1、常见的金属晶体类型有_体心立方_晶格、__面心立方__晶格和密排六方晶格三种。 2、金属的整个结晶过程包括形核_____、___长大_______两个基本过程组成。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为_间隙固溶体_与_置换固溶体_两种。 4、工程中常用的特殊性能钢有_不锈钢__、_耐热钢_、耐磨钢。 5、常用的常规热处理方法有___回火___、正火和淬火、__退火__。 6、随着回火加热温度的升高，钢的__强度__和硬度下降，而_塑性___和韧性提高。 7、根据工作条件不同，磨具钢又可分为_冷作模具钢_、__热作模具钢__和塑料磨具用钢等。 8、合金按照用途可分为_合金渗碳体_、_特殊碳化物_和特殊性能钢三类。 9、合金常见的相图有__匀晶相图__、_共晶相图__、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。 10、硬质合金是指将一种或多种难熔金属_碳化物__和金属粘结剂，通过_粉末冶金__工艺生产的一类合金材料。 11、铸铁的力学挺能主要取决于_基体的组织_的组织和石墨的基体、形态、_数量_以及分布状态。 12、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为_灰口铸铁__、_白口铸铁_和麻口铸铁三类。 13、常用铜合金中，_青铜_是以锌为主加合金元素，_白铜_是以镍为主加合金元素。 14、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有_铁素体_和_奥氏体_,属于金属化合物的有_渗碳体_，属于混合物的有_珠光体_和莱氏体。 二、选择题（30分，每题2分） 1、铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是（ C ） A 铁总是存在加工硬化，而铜没有 B 铜有加工硬化现象，而铁没有 C 铁在固态下有同素异构转变，而铜没有 D 铁和铜的再结晶温度不同 α-是具有（ A ）晶格的铁。 2、Fe A 体心立方 B 面心立方
滚动轴承工作温度的介绍-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
滚动轴承工作温度的介绍（一）滚动轴承根据其材质选用和热处理工艺以及使用工作时的润滑条件，在产品设计阶段和生产加工制造过程中其工作温度即已给定。具体情况如下： 一．材质选用 1.通用轴承在正常工作温度下（室温）可按照国家标准GB/T18254-2002《高碳铬轴承钢》选材。 2.高温轴承工作温度超过300℃以上可按照YB688-2000《高温轴承钢 Cr4 M O4V技术条件》选材。 3.低温轴承（工作温度低于-60℃以下的轴承），常用不锈轴承钢9Cr18、9Cr18Mo材料制造，可按照GB/T3086-1982《高碳铬不锈轴承钢技术条件》选材，也可选用铍青铜、陶瓷等材料制造。 二．热处理工艺 1.通用轴承选用高碳铬轴承钢时，其热处理工艺按照国家机械行业标准JB/T1255-2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》进行。 2.高温轴承工作温度高于300℃时可按JB/T2850-1993《Cr4M O4V高温轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》处理后，予以应用。 3.低温轴承，可按JB/T1460-2002《高碳铬不锈钢滚动轴承零件热处理技术条件》处理后，予以应用。 三．滚动轴承工作温度
1.通用轴承选用高碳铬轴承钢并按上述热处理工艺加工后滚动轴承在正常工作状态下（室温）的工作温度按照相关标准要求，即通过寿命和可靠性试验及评定后，即可按此予以控制。 a. 试验规定见JB/T50013-2000《滚动轴承寿命及可靠性试验规程》中第5条试验条件，第5.4项：轴承外圈温度脂润滑时，不允许超过80℃；油润滑时，不允许超过95℃。 b. 试验及评定见GB/T24607-2009《滚动轴承寿命与可靠性试验及评定》国家标准第6条试验条件，第6.2项：循环油润滑时，轴承外圈温度一般不应超过95℃；脂润滑时，轴承外圈温度一般不应超过80℃。 2. 高温条件下轴承工作温度： a. 滚动轴承选用高碳铬轴承钢，工作温度在150℃～350℃之间，按照JB/T2974标准,当工作温度在150℃～350℃之间时，在轴承型号后缀可分别标注S0～S4予以表示。 b. 滚动轴承选用高温轴承钢，其工作温度可达300℃以上，具体工作温度依据工作条件另行给定。 3.低温轴承工作温度： 滚动轴承选用高碳铬不锈轴承钢，其工作温度低于零下60℃以下，具体工作温度依据工作条件另行给定。
机械工程材料A卷评分标准 一、名词解释：（１０分） １、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。（2分） ２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。（2分） ２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度（2分） ４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。（2分） ５、细晶强化：通过细化晶粒处理，使得金属强度提高的方法。（2分） 二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分）（每空1分） 三、（20分）车床 主轴要求轴颈部位 硬度为HRC54— 58，其余地方为 HRC20—25，其加 工路线为： 下料锻造 正火机加工 调质机加 工（精） 轴颈表 面淬火低 温回火磨 加工 指出：1、主轴应 用的材料：45钢（4 分） 2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷（4分）
3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火（4分） 4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度（4分） １．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回。 （4分） 四、选择填空（20分）（每空2分） 1．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d ） （a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大 （c）无影响（d）上述说法都不全面 2．适合制造渗碳零件的钢有（c）。 （a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12 （c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi 3．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理 4．制造手用锯条应当选用（a ） （a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火5．高速钢的红硬性取决于（b ） （a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量 6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ） （a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ） （a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火8. 二次硬化属于（d） （a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化 9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b） （a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性 （b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工 １０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ） （a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火 五、填空题(20分) （每空1分） 1、马氏体是碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体、片状马氏体。 其中，片状马氏体硬度高、塑性差 2、W18Cr4V钢的淬火加热温度为1270－1280℃，回火加热温度为560℃，回火次数3次。 3、材料选择的三原则一般原则，工艺性原则，经济性原则。 4、合金结构钢与碳素结构钢相比，其突出优点是强度高，淬透性好。 5. 共析钢过冷奥氏体等温转变曲线三个转变区的转变产物是P B M。 6. 共析钢淬火形成M+A'后，在低温、中温、高温回火后的产物分别为M回＋A’