轴承热处理后常见六大质量缺陷

GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。

钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。

热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。

关键词：GCr15 轴承钢球热处理设计热处理工艺热处理缺陷引言滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。

缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。

图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构（图 1）：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。

常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。

轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。

当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。

为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。

滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。

在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。

力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。

在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。

滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。

滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。

在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。

几种常见热处理缺陷介绍一、过热现象热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。

1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。

粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。

而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。

过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。

2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。

产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。

3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。

要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。

二、过烧现象加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。

钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。

过烧组织无法恢复，只能报废。

因此在工作中要避免过烧的发生。

三、脱碳和氧化钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。

加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。

高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。

为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性）四、氢脆现象高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。

热处理常见缺陷分析与对策时 间：2020.10.28 学习人：吴俊 部 门：试验检测中心基本知识点：1、热处理缺陷直接影响产品质量、使用性能和安全。

2、热处理缺陷中最危险的是：裂纹。

有：淬火裂纹、延迟裂纹、冷处理裂纹、回火裂纹、时效裂纹、磨削裂纹和电镀裂纹。

其中生产中最常见的裂纹是纵火裂纹。

3、热处理缺陷中最常见的是：热处理变形，它有尺寸变化和形状畸变。

4、淬火获得马氏体组织，以保证硬度和耐磨性。

淬火后应进行回火，以消除残余应力，如W6Mo5Cr4V2应进行一次回火。

5、亚共析钢淬火加热温度： +（30-50）度。

6、高速钢应采用调质处理即淬火+高温回火。

7、回火工艺若控制不当则会产生回火裂纹。

8、热处理过热组织可通过多次正火或退火消除，严重过热组织则应采用高温变形和退火联合作用才能消除。

9、渗氮零件基本组织为回火索氏体。

其原始组织中若有大块F 或表面严重脱碳，则易出现针状组织。

10、有色金属最有效的强化手段是固溶处理和固溶处理+时效处理。

11、疲劳破坏有疲劳源区、裂纹疲劳扩展和瞬时断裂三个阶段。

12、高速钢的热组织为：共晶莱氏体，也有可能晶界会熔化。

13、应力腐蚀开裂的必要条件之一是：存在拉应力。

14、65Mn 钢第二类回火脆性温度区间为250-380。

钼能有效抑制第二类回火脆性。

15、热处理时发生的组织变化中，体积比容变化最大的是马氏体。

16、防止淬裂的工艺措施：等温淬火、分级淬火、水-油淬火和水-空气双液淬火。

17、高温合金热处理产生的特殊热处理缺陷有：晶间氧化、表面成分变化、腐蚀点、晶粒粗大及混合晶粒等。

18、感应加热淬火缺陷有：表层硬度低、硬化层深度不合格、变形大、残留应力大、尖角过热及软点与软带。

19、弹簧钢的组织状态一般为：T+M 。

20、氢脆条件：氢的存在、三项应力和对氢敏感的组织。

21、断裂有脆性断裂和韧性断裂。

绝大多数热处理裂纹属脆性断裂。

22、高碳钢淬火前应进行球化退火。

23、时效变形的主要影响因素有：化学成分、回火温度和时效温度。

轴承零件经热处理后会出现哪些问题轴承零件经热处理后常见的质量缺陷有：淬火显微组织过热、欠热、淬火裂纹、硬度不够、热处理变形、表面脱碳、软点等。

1.过热从轴承零件粗糙口上可观察到淬火后的显微组织过热。

但要确切判断其过热的程度必须观察显微组织。

若在GCr15钢的淬火组织中出现粗针状马氏体，则为淬火过热组织。

形成原因可能是淬火加热温度过高或加热保温时间太长造成的全面过热;也可能是因原始组织带状碳化物严重，在两带之间的低碳区形成局部马氏体针状粗大，造成的局部过热。

过热组织中残留奥氏体增多，尺寸稳定性下降。

由于淬火组织过热，钢的晶体粗大，会导致零件的韧性下降，抗冲击性能降低，轴承的寿命也降低。

过热严重甚至会造成淬火裂纹。

2.欠热淬火温度偏低或冷却不良则会在显微组织中产生超过标准规定的托氏体组织，称为欠热组织，它使硬度下降，耐磨性急剧降低，影响轴承寿命。

3.淬火裂纹轴承零件在淬火冷却过程中因内应力所形成的裂纹称淬火裂纹。

造成这种裂纹的原因有：由于淬火加热温度过高或冷却太急，热应力和金属质量体积变化时的组织应力大于钢材的抗断裂强度;工作表面的原有缺陷(如表面微细裂纹或划痕)或是钢材内部缺陷(如夹渣、严重的非金属夹杂物、白点、缩孔残余等)在淬火时形成应力集中;严重的表面脱碳和碳化物偏析;零件淬火后回火不足或未及时回火;前面工序造成的冷冲应力过大、锻造折叠、深的车削刀痕、油沟尖锐棱角等。

总之，造成淬火裂纹的原因可能是上述因素的一种或多种，内应力的存在是形成淬火裂纹的主要原因。

淬火裂纹深而细长，断口平直，破断面无氧化色。

它在轴承套圈上往往是纵向的平直裂纹或环形开裂;在轴承钢球上的形状有S形、T形或环型。

淬火裂纹的组织特征是裂纹两侧无脱碳现象，明显区别与锻造裂纹和材料裂纹。

4.热处理变形轴承零件在热处理时，存在有热应力和组织应力，这种内应力能相互叠加或部分抵消，是复杂多变的，因为它能随着加热温度、加热速度、冷却方式、冷却速度、零件形状和大小的变化而变化，所以热处理变形是难免的。

滚动轴承常见的失效形式及原因分析+浪逐风尖2008-11-05 10:55滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。

一，疲劳剥落疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。

滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。

点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。

疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面．轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。

这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。

目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。

2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。

3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。

疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。

具体因素如下：A、制造因素1、产品结构设计的影响产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。

在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。

轴承失效的九个阶段
轴承失效通常可以分为以下九个阶段：
1. 起始阶段：在此阶段，轴承可能会出现金属疲劳、表面裂纹、凹坑等初期损伤。

2. 弹性阶段：在此阶段，轴承可能会出现弹性变形，但通常不会对轴承的性能产生明显影响。

3. 塑性阶段：在此阶段，轴承可能会出现塑性变形，轴承内部的金属开始发生塑性变形，可能会导致轴承形状的改变。

4. 疲劳阶段：在此阶段，轴承可能会出现疲劳裂纹，由于长期的应力作用，轴承表面可能会出现微小裂纹，这可能会导致轴承的强度和耐久性下降。

5. 磨损阶段：在此阶段，轴承可能会出现磨损，由于长期摩擦和磨损，轴承表面可能会出现磨损、磨粒等现象。

6. 过热阶段：在此阶段，轴承可能会因为摩擦产生过多的热量，导致轴承温度过高，进而热膨胀、塑性变形。

7. 润滑不良阶段：在此阶段，轴承可能会因为润滑不良而出现干磨、润滑膜破裂等现象，进而导致轴承的运转不稳定。

8. 失效阶段：在此阶段，轴承已经无法正常工作，可能会发生严重
的磨损、断裂、脱层等故障，导致轴承失效。

9. 结束阶段：在此阶段，轴承已经完全失效，无法继续使用，需要进行更换和修复。

轴承表面磨削出现缺陷的原因和分析轴承在磨加工过程中，其工作表面是通过高速旋转的砂轮进行磨削的，因此在磨削时如果不按作业指导书进行操作和调整设备，就会在轴承工作表面出现种种缺陷，以致影响轴承的整体质量。

轴承在精密磨削时，由于粗糙要求很高，工作表面出现的磨削痕迹往往能用肉眼观察到其表面磨削痕迹主要有以下几种。

表现出现交叉螺旋线痕迹出现这种痕迹的原因主要是由于砂轮的母线平直性差，存在凹凸现象，在磨削时，砂轮与工件仅是部分接触，当工件或砂轮数次往返运动后，在工件表现就会再现交叉螺旋线且肉眼可以观察到。

这些螺旋线的螺距与工件台速度、工件转速大小有关，同时也与砂轮轴心线和工作台导轨不平行有关。

(一)螺旋线形成的主要原因1.砂轮修整不良，边角未倒角，未使用冷却液进行修整;2.工作台导轨导润滑油过多，致使工作台漂浮;3.机床精度不好;4.磨削压力过大等。

(二)螺旋线形成的具有原因1.V形导轨刚性不好，当磨削时砂轮产生偏移，只是砂轮边缘与工作表面接触;2.修整吵轮时工作台换向速度不稳定，精度不高，使砂轮某一边缘修整略少;3.工件本身刚性差;4.砂轮上有破碎太剥落的砂粒和工件磨削下的铁屑积附在砂轮表面上，为此应将修整好的砂轮用冷却水冲洗或刷洗干净;5.砂轮修整不好，有局部凸起等。

表面出现鱼鳞状表面再现鱼鳞状痕迹的主要原因是由于砂轮的切削刃不够锋利，在磨削时发生“啃住”现象，此时振动较大。

造成工件表面出现鱼鳞状痕迹的具体原因是：1.砂轮表面有垃圾和油污物;2.砂轮未修整圆;3.砂轮变钝。

修整不够锋利;4.金刚石紧固架不牢固，金刚石摇动或金刚石质量不好不尖锐;5.砂轮硬度不均匀等。

工作面拉毛表面再现拉毛痕迹的主要原因是由于粗粒度磨粒脱落后，磨粒夹在工件与砂轮之间而造成。

工件表面在磨削时被拉毛的具体原因是：1.粗磨时遗留下来的痕迹，精磨时未磨掉;2.冷却液中粗磨粒与微小磨粒过滤不干净;3.粗粒度砂轮刚修整好时磨粒容易脱落;4.材料韧性有效期或砂轮太软;5.磨粒韧性与工件材料韧性配合不当等。

内燃机与配件0引言中大型轴承零件制造工艺一般要经过钢材下料→锻造→去应力退火→金属切削加工→热处理→磨削加工→零件检验→成品装配→成品检测试验等工序。

而锻造是轴承零件加工的首道工序，也是所有后工序基础。

锻造质量的好坏，直接影响后工序加工和成品轴承的综合机械性能和轴承使用寿命。

轴承钢（常用GCr15、GCr15SiMn ）锻造始锻温度为1050~1100℃之间、终锻温度为800~850℃之间。

在这一区域温度范围内，轴承钢塑性、锻造工艺性、获得的内部组织等关键性技术指标都较好。

由于是在高温状态下加工，轴承套圈热锻件在加热过程中不可避免地会产生氧化皮、脱碳、过热、过烧、加热裂开（内部裂纹）、折叠等缺陷，从而导致金属材料损耗过多，甚至废品。

也为后工序加工留下的质量隐患，且某些隐患在后工序加工过程中是不可完全修复的或者是不可逆的。

因此，理解上述加热缺陷产生的机理，掌握正确的加热工艺方法，尽最大可能减少或防止这些缺陷的产生，是提高锻件质量和锻造水平重要的有效途径之一，也是衡量锻造水平高低的重要技术指标之一。

本文从生产实践中总结出几种常见的轴承钢加热缺陷及防止办法如下：1氧化皮轴承钢锻件在加热过程中很容易产生氧化皮，产生的氧化皮极有可能会随着辗扩过程卷入到零件表面的辗扩流线方向，有的粗大，有的细如发丝，深浅不一，深度较深时，后工序不易及时发现，只有到成品零件才能看见。

氧化皮的产生同时造成锻件原材料的损耗，锻件每加热一次，便有1.5~3%的金属被氧化烧损。

另外氧化皮的产生降低了锻件表面的质量，被压入锻件内部时表面形成了凹陷并影响锻件的精度，如果氧化皮不处理，直接进行锻打还会导致锻件组织和性能的不均匀；如果氧化皮过硬就变相地降低了模具的使用寿命。

严重影响锻件的表面质量、锻模的精度和寿命，特别是对轴承寿命危害极大。

产生氧化皮的主要原因是因为金属表面的元素与炉气中O 2、CO 2、H 2O 及SO 2发生化学反应所致。