Cr4Mo4V钢制滚子的时效工艺

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%。

W18 Cr 4V 钢的锻造高速钢W18Cr4V 是典型的莱氏体钢，其特点是红硬性和耐磨性高，而且具有一定的韧性，因而常用来制作各种刃具和冷作模具。

在使用中，导致刃具和冷作模具过早损坏的因素很多，但主要因素还是锻造工艺的不合理和热处理工艺的不合适。

对于W18Cr4 V 这种高碳高铬钢，碳化物的不均匀度是影响模具使用寿命的决定性因素。

为此，改善W18Cr4 V 钢中碳化物的分布状况是提高刃、模具使用寿命的关键措施。

一、W18Cr4V 钢的性质1. 化学成分W18Cr4V 钢的化学成分： wC= 0. 7 % ～0. 8 % ；wSi≤0. 4 % ；w Mn ≤0. 8 % ；wCr = 3. 8 % ～4. 4 % ；w Mo ≤0. 3 % ； wW= 17. 5 % ～19 %； wV = 1. 0 % ～1. 4 %。

2. 成分特点在钢中，碳主要与铬、钨、钼和钒( 碳化物的形成元素) 等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及红硬性。

钨是提高红硬性的主要元素，它在钢中形成碳化物。

加热时，一部分碳化物溶入奥氏体，淬火后形成含有大量钨及其他合金元素、有很高回火稳定性的马氏体。

在回火时，一部分钨以碳化物的形式弥散析出，造成二次硬化。

在加热时，未溶的碳化物则起到阻止奥氏体晶粒长大的作用。

钒能显著地提高高速钢的红硬性、硬度及耐磨性。

钒形成的碳化物在加热时，部分溶入奥氏体，回火时以细小的质点弥散析出，造成二次硬化而提高钢的红硬性。

铬在高速钢中主要是增加其淬透性，同时还能提高钢的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力。

钴也能显著提高钢的红硬性及硬度。

3. W18Cr4V 钢的组织结构W18Cr4 V 的铸态组织包括呈骨骼状的、碳化物片状与马氏体或屈氏体相间排列的莱氏体，以及黑色组织( δ偏析) 和白色组织( 马氏体和残余奥氏体) 。

高速钢的铸态组织和化学成分尤其不均匀，而且热处理也不能改变，因而必须进行压力加工，将粗大的共晶碳化物打碎，并使其均匀分布，然后再用以制造各种刃具及模具。

时效处理热处理工艺设备【时效处理热处理工艺设备】1. 时效处理的历史其实啊，时效处理这一热处理工艺可不是最近才出现的新玩意儿，它有着相当悠久的历史呢。

早在古代，人们在打造金属工具和武器时，就已经无意中发现了金属在经过一定的时间和环境变化后，性能会有所改变。

但那个时候，他们并不清楚这其中的科学原理。

随着时间的推移，到了近代工业革命时期，科学家们开始对金属材料的性能进行深入研究。

他们逐渐认识到，通过控制金属的加热、冷却和保温等过程，可以显著改善金属的性能。

在这个过程中，时效处理作为一种重要的热处理工艺，逐渐被人们所重视和应用。

说白了就是，人们发现通过特定的时效处理，可以让金属材料变得更坚固、更耐用。

比如，在早期的铁路建设中，火车的车轮就需要经过时效处理，以承受长时间的运行和巨大的压力。

1.1 时效处理的早期应用早期的时效处理应用相对简单和粗糙。

在一些传统的制造业中，工匠们会将刚刚打造好的金属制品放置在特定的环境中一段时间，让其自然发生一些变化。

这虽然不是严格意义上的科学时效处理，但也算是一种初步的尝试。

比如说，铁匠打造的农具，在制作完成后可能会被放置在一个通风良好的角落，经过一段时间后，使用起来会更加顺手，这其实就有点时效处理的影子。

1.2 时效处理的现代发展到了现代，随着材料科学的飞速发展，时效处理工艺变得越来越精细和复杂。

科学家们不仅能够准确地控制时效处理的温度、时间和环境，还能够根据不同的金属材料和应用需求，制定出最佳的时效处理方案。

例如，在航空航天领域，飞机的零部件对材料的性能要求极高，时效处理就成为了确保零部件质量和可靠性的关键工艺之一。

通过精确的时效处理，可以让飞机的零部件在极端的环境下依然保持良好的性能。

2. 时效处理的制作过程2.1 加热阶段时效处理的第一步通常是加热。

这就好比我们做饭时把食材放到锅里加热一样。

把金属材料放入加热设备中，让它的温度升高到特定的范围。

这个温度可不是随便定的，是根据金属的种类和性能要求精心计算出来的。

钢的时效时效条件在日常生活中常发现，如低碳钢板等材料经热加工或冷加工后，在室温放置一段时间，它的机械性能发生了变化，这种金属材料的性能随时间的延长而改变的现象称为时效。

时效往往使材料的性能变坏,在生产实际中应注意防止，但也可掌握其变化规律，使其在生产中加以利用。

由于钢材的化学成分不同,预先的热加工或冷加工及使用温度的不同，钢的时效也有不同的表现。

钢材经固溶处理后急冷至时效温度时，合金元素将处于过饱和状态，此时，如果合金元素仍具有扩散能力，那么随着时间的延长，钢材中的合金元素会从固溶体中脱落（或沉淀）致使材料的性能发生变化，这就叫做时效. 时效过程的定义:一切有关材料性能随时间变化过程都统称时效过程。

时效的条件：1）对合金元素具有一定的溶解度；2）溶解度随温度的降低而减小；3）高温固溶的合金元素，急冷后成为过饱和状态;4）在低温状态下，合金元素仍具有一定的扩散速度。

时效现象是一种由非平衡状态向平衡状态转变的自发现象。

如果固溶处理后以极缓慢的速度冷却，以达到平衡状态而又未经冷变形，这时时效现象就不会发生。

钢的时效现象主要由钢中的碳,氮间隙原子引起的。

碳,氮是钢中间隙原子，间隙原子一般在室温下都有一定的扩散能力，它们的溶解度都随温度的降低而减小，因此只要固溶处理后快冷使之造成过饱和状态，就能够产生时效现象。

故此,时效现象可以分淬火时效和应变时效（形变时效、机械时效）。

淬火时效是固溶体快速冷却到某一个温度导致的沉淀硬化。

在该温度下，第二相元素变成过饱和状态。

较高温度和多次应用时发生沉淀,并导致屈服强度、拉伸强度和硬化的增加。

应变时效是塑性变形后某些材料中产生的一种现象。

对低碳钢板，应变时效导致不连续屈服的重现，屈服强度和硬度增加，韧性减少而拉伸强度无明显变化.时效引起的性能变化由于材料发生时效，其性能将发生较大的变化，主要有以下变化:1）材料的硬度增加；2) 钢的强度(屈服强度增加、抗拉强度增加或不变）,塑性和韧性（延伸率，断面收缩比,抗冲击功)降低；3）某些电学性能和物理性能也发生了变化，如使电阻降低，磁矫顽力提高等。

W4Mo3Cr4VSi钢制麻花钻的热处理工艺W4Mo3Cr4VSi钢在麻花钻、丝锥、铰刀等多种金属刀具中得到了广泛的应用。

它是我国自行研制的一种低合金高速钢，其综合性能与通用高速钢基本相当，但比后者节约合金元素（W、Mo、V）近40%。

该钢已列入GB/T 9943—2008《高速工具钢》。

以下简介W4Mo3Cr4VSi 钢制麻花钻的热处理工艺。

（1）钢材冶金质量取ϕ22mm原材料进行分析检测，化学成分见表1。

退火状态硬度为223HBW，脱碳层深度为0.12mm。

表1 W4Mo3Cr4VSi钢化学成分（质量分数）（%）注：W4Mo3Cr4VSi钢的Ms≈170℃。

高速钢中的碳化物分布不均匀，会使钢的强度降低，淬火时易引起过热、裂纹、硬度不均匀，刀具在使用中易产生崩刃等不良缺陷。

碳化物不均度级别越高，影响越大。

因此，各工具厂对高速钢碳化物的分布状态及颗粒的大小是非常重视的。

ϕ22mm的W4Mo3Cr4VSi 钢碳化物不均匀度为2级。

（2）热处理工艺试验试验是在高温盐浴炉中进行的，淬火温度分别为1160℃、1170℃、1180℃、1190℃和1200℃。

加热系数为15s/mm，冷却在中性盐浴炉中进行，试验结果见表2。

表2 W4Mo3Cr4VSi钢热处理工艺试验结果（3）切削性能试验刀具在切削过程中会产生磨损，影响刀具磨损的因素很多，为获得比较准确的试验结果，从成品库中任取ϕ10.5mm钻头3个，按照工具行业产品分等规定对钻头进行切削试验。

1）机床型号：Z5150A。

2）被钻材料：40Cr钢经调质，硬度为200～220HBW。

3）切削液：乳化油，冷却充分。

4）切削规范：主轴转速为710r/min，切削速度为23m/min，进给量为0.16mm/r，背吃刀量为20mm（不通孔）。

试验结果见表3。

表3 ϕ10.5mm钻头切削试验结果试验表明，3个钻头的质量已达到国家优等品水平（平均切削长度≥4m）。

（4）结论和W6Mo5Cr4V2钢相比，W4Mo3Cr4VSi钢热硬性稍差（600℃×4h条件下差0.3～0.5HRC）外，其余性能基本相当，韧性比W6Mo5Cr4V2好，高频热塑性好，轧制钻头不开裂，价格比W6Mo5Cr4V2钢便宜，是低速切削的理想刀具材料。

Ｇ８０Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢角接触球轴承套圈锻件辗扩工艺改进吴玉成，刘明，付中元，王教翔（中国航发哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨　１５００２５）摘要：针对目前航空发动机轴承套圈锻造工艺存在锻造次数较多，加热时间长，表面质量较差及金属流线分布不合理等问题，提出了采用棒料车环坯＋直接辗扩成形的新锻造工艺，解决了锻件由于加热火次较多产生的晶粒粗大和脱碳较深问题，以及后续沟道车削产生的金属流线露头等现象。

新锻造工艺提高了生产效率和轴承的使用寿命。

关键词：滚动轴承；角接触球轴承；套圈；高温轴承钢；锻造；辗扩；金属流线中图分类号：ＴＨ１３３．３３＋１；ＴＧ３１６ 文献标志码：Ｂ ＤＯＩ：１０．１９５３３／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－３７６２．２０２１．０１．００８ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎＲｏｌｌｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｏｆＡｎｇｕｌａｒＣｏｎｔａｃｔＢａｌｌＢｅａｒｉｎｇＲｉｎｇＦｏｒｇｉｎｇｓＭａｄｅｏｆＧ８０Ｃｒ４Ｍｏ４ＶＳｔｅｅｌＷＵＹｕｃｈｅｎｇ，ＬＩＵＭｉｎｇ，ＦＵＺｈｏｎｇｙｕａｎ，ＷＡＮＧＪｉａｏｘｉａｎｇ（ＡＥＣＣＨａｒｂｉｎＢｅａｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｒｂｉｎ１５００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄａｔｅｘｃｅｓｓｉｖｅｆｏｒｇｉｎｇｔｉｍｅｓ，ｌｏｎｇｈｅａｔｉｎｇｔｉｍｅ，ｐｏｏｒｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｅｔ ａｌｆｌｏｗｌｉｎｅｄｕｒｉｎｇｆｏｒｇｉｎｇｏｆａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｂｅａｒｉｎｇｒｉｎｇｓａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｎｅｗｆｏｒｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｗｈｉｃｈｒｉｎｇｂｌａｎｋｉｓｔｕｒｎｅｄｆｒｏｍｂａｒａｎｄｒｏｌｌｅｄ，ａｎｄｌａｒｇｅｇｒａｉｎｓｉｚｅａｎｄｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｄｅｐｔｈａｎｄｐｏｏｒｍｅｔａｌｆｌｏｗｌｉｎｅａｆｔｅｒｔｕｒｎｉｎｇｏｆｇｒｏｏｖｅｉｓｓｏｌｖｅｄ．Ｔｈｅｎｅｗｆｏｒｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ；ａｎｇｕｌａｒｃｏｎｔａｃｔｂａｌｌｂｅａｒｉｎｇ；ｒｉｎｇ；ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌ；ｆｏｒｇｉｎｇ；ｒｏｌｌｉｎｇ；ｍｅｔａｌｆｌｏｗｌｉｎｅ Ｇ８０Ｃｒ４Ｍｏ４Ｖ钢具有高强度、高硬度和好的高温下尺寸稳定性以及优良的接触疲劳性能，广泛应用于航空发动机主轴轴承。

冷处理对Cr4Mo4V钢尺寸和高温接触疲劳寿命的影响吴运榜樊志强叶健熠摘要Cr4Mo4V钢经过冷处理，不但可以使钢中残余奥氏体含量降低，更重要的是能改变钢的显微组织形态和亚结构。

试验结果表明，钢的尺寸变化率，未冷处理钢是冷处理钢的1.82倍；高温接触疲劳额定，冷处理钢较未冷处理提高37%。

寿命L10关键词Cr4Mo4V钢冷处理高温接触疲劳寿命Effect of Cold Treatment of Steel Cr4Mo4V on Dimension and Contact Fatigue Life at HighTemperatureWu Yunbang, Fan Zhiqiang and Ye Jianyi(Luoyang Bearing Research Institute, Luoyang 471039)Abstract The residual austenite in steel Cr4Mo4V can be reduced by cold treatment, and it is more important that by which the morphology of microstructure and substructure of steel can be improved. The test results showed that dimension change percent of non-cold-treated steel was 1.82 times as much as that of cold-treated-steel, and the contact fatigue rating life ofcold-treated steel at high temperature increased 37% as compared with that of non-cold-treated steel.Materials Index Steel Cr4Mo4V, Cold Treatment, High Temperature,Contact Fatigue LifeCr4Mo4V钢属Mo系低合金工具钢类型，该钢具有优良的综合机械性能和冷热加工工艺性能，400 ℃时的高温硬度能保持58HRC。

#工艺与装备!Cr4Mo4V 钢制轴承零件的真空热处理工艺王金玲,张书丽(哈尔滨轴承集团公司　航空航天轴承制造分厂,哈尔滨　150030)摘要:介绍了B84T 真空气淬炉的特点及利用B84T 真空气淬炉对Cr4Mo4V 钢制轴承零件进行热处理的工艺。

热处理后的轴承零件不仅硬度、内部组织达到要求,而且表面质量较好。

关键词:滚动轴承;真空气淬炉;Cr4Mo4V 钢;热处理;工艺中图分类号:T H133.33;TG155.1+6;TG156 文献标志码:B 文章编号:1000-3762(2008)04-0016-02 近年来,真空热处理技术发展很快。

随着科学技术及航天、航空、兵器工业的飞速发展,对金属材料的要求越来越高,真空热处理可以使金属材料获得其他热处理所不能得到的良好效果厂使用的B84T 真空加压气淬炉可以对高温轴承钢和不锈钢制轴承零件进行相关的热处理,本文以Cr4Mo4V 钢制轴承零件的真空热处理为例,讨论工艺技术关键点及工艺参数确定过程。

1　传统工艺方法Cr4Mo4V 高温钢制轴承零件淬火时,为了防止氧化脱碳,传统工艺是采用脱氧良好的氯化钡高温盐浴炉加热,这种加热方法存在诸多问题:(1)热处理工作环境恶劣,加热时产生的气体对操作者身体有害,且污染环境。

(2)对一些结构复杂的零件,例如带油沟、油孔的套圈,盐浴加热过后留在其中的残盐在后序加工中很难去除,容易产生锈蚀和腐蚀麻点。

2　真空热处理真空热处理具有如下优点: (1)无污染、自动控制,操作者劳动环境改善、强度大大降低。

(2)工件在真空加热中无氧化、无脱碳,可实现光亮热处理,可使零件脱脂、脱气,避免表面污染。

(3)可实现控制加热和冷却,提高零件热处理质量。

3　真空淬火工艺Cr4Mo4V 钢制轴承零件的真空淬火工艺曲线如图1所示。

3.1　加热温度的确定真空加热典型的三阶段为:650℃左右一次预热;850℃左右二次预热;1000℃以上透烧及合金化。

时效处理1、时效处理的概念为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。

对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。

时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持，其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。

若采用将工件加热到较高温度，并进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。

时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。

时效处理可分为自然时效和人工时效两种。

自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底。

金属结构件在铸造、焊接、锻压和机械切削加工过程中，由于热胀冷缩和机械力造成的变形，在工件内部产生残余应力，致使工件处于不稳定状态，降低工件的尺寸稳定性和机械物理性能，使工件在成品后使用过程中因残余应力的释放而产生变形和失效。

为消除残余应力，传统的工艺方法是采用自然时效和热时效。

自然时效是将工件长时间露天放置（一般长达六个月至一年左右），利用环境温度的不断变化和时间效应使残余应力释放。

热时效（TSR）工艺是目前广泛采用的传统机械加工方法，其原理是用炉窑将金属结构件加热到一定温度，保温后控制降温，达到消除残余应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生。

振动时效（VSR）工艺是一种可完全取代TSR和NSR的工艺，其原理是用振动消除残余应力，可达到TSR工艺的同样效果，并在许多性能指标上超过TSR。

将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺时效处理可分为自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底。