滚动轴承套圈的选材及热处理工艺与设备设计【字数：14440】
滚动轴承是众多轴承种类中的一种，其主要功能是支撑机械旋转体，降低其工作过程中的摩擦系数，保证其回转的精度，延长工件使用寿命，提高工作的效率。本文通过查阅相关书籍，观摩生产视频，计算热处理相关参数研究设计了滚动轴承套圈的选材、热处理工艺以及设备。由于GCr15材料相对于其他轴承钢的优越性，故本文选材为GCr15，期间还比较了一般球化退火、等温球化退火和循环球化退火，常规马氏体淬火和贝氏体等温淬火，考虑到经济性、所得的组织性能，选择等温球化退火与贝氏体等温淬火，最终确定的热处理工艺为等温球化退火-贝氏体等温淬火-低温回火，低温回火用来消除淬火应力，提高轴承套圈的稳定性。最终得到马氏体、下贝氏体、渗碳体和残余奥氏体的合适比例组织，此时的耐磨性是最高的。经过对比，使用推杆式等温退火炉进行球化退火，通过辊底式可控气氛轴承套圈热处理生产装备线进行生产，生产的轴承组织结构好，刚度高，耐磨性强，内部缺陷少，质量满足GB/T307.3—2017《滚动轴承通用技术规则》。生产过程高效安全并可实时监控。
目录
第一章 绪论 1
1.1滚动轴承的发展状况 1
1.1.1进展 1
1.1.2国外轴承发展状况 2
1.1.3国内轴承发展状况 3
第二章 滚动轴承的概述与分析 5
2.1滚动轴承的形状与尺寸 5
2.2滚动轴承的质量、性能要求和工作环境以及失效形式 5
2.2.1轴承钢的质量要求 5
2.2.2滚动轴承的性能要求 6
2.2.3滚动轴承的工作环境 7
2.2.4滚动轴承的主要失效形式 7
2.3滚动轴承套圈主要生产工艺流程 9
第三章 选材 10
3.1引言 10
3.2轴承钢的价格比较 10
3.3材料的选用 11
3.4GCr15材料介绍 12
3.5GCr15中合金元素的影响 12
3.5.1合金元素对钢组织的影响 12
3.5.2合金元素对热处理工艺的影响 13
第四章 热处理工艺设计 14
4.1轴承套圈的热处理工艺 14
4.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
轴承套圈的球化退火 14
4.2.1球化退火温度的确定 14
4.2.2球化退火加热时间的确定 14
4.2.3球化退火工艺的比较 15
4.3轴承套圈的淬火 16
4.3.1淬火加热速度的确定 17
4.3.2淬火加热温度的确定 17
4.3.3加热时间的确定 17
4.3.4淬火方式的确定 18
4.3.5马氏体淬火工艺的比较 18
4.4轴承套圈的回火 19
4.4.1回火温度的确定 20
4.4.2回火时间的确定 20
4.4.3回火后的冷却 21
4.4.4回火工艺曲线 21
4.5提高滚动轴承套圈性能的后续工艺 21
第五章 轴承套圈热处理设备设计 23
5.1球化退火设备 23
5.2淬、回火生产线 23
5.2.1进料架 24
5.2.2套圈清洗机 24
5.2.3带保护气氛的淬火加热炉 24
5.2.4上下振荡式淬火槽 25
5.2.5等温槽 26
5.2.6辊底式回火炉 26
结语 27
参考文献 28
第一章 绪论
很多大型机械可见到轴承的身影，它有着承受载荷、降低摩擦、引导运动件的作用 [1]。热处理工艺和原材料决定着轴承套圈的使用性能。热处理决定了钢中的组织组成，从而影响着材料的力学性能、化学性能和表面质量，因此优化热处理工艺，并根据轴承套圈的工作环境和失效模式选择适合的热处理参数以获得工件的最佳综合性能，是热处理技术的重要课题[2]。选用的轴承钢应具有良好抗疲劳的性能、耐磨损性能以及高的强度和硬度。GCr15钢是高碳铬轴承钢的典型代表，该钢种的热加工变形性能好，球化退火后有良好的可切削性能[3]，适于制造种轴承套圈，具有较为广泛的尺寸。
1.1滚动轴承的发展状况
1.1.1进展
我国滚动轴承工业从20世纪初开始发展，已有100多年的历史。在此期间，滚动轴承用钢已发展为一种相对完整的轴承用钢系统。常见滚动轴承见图1.1。在热处理过程中，研究主要集中在以下几个方面[46]。
（1）减少热处理过程中的氧化脱碳。
（2）提高零件的强度、硬度和韧性，可通过合适的热处理来获得所需要的性能，如球化退火、晶粒细化、贝氏体淬火，低温回火等。
（3）减少轴承套圈的变形。
（4）简化工艺、降低成本，若需要高的强度硬度，可通过表面热处理来获得所需性能。
（5）推动轴承的自动化和机械化生产。
（6）研究高碳铬轴承钢组织与性能的关系。
（7）加强冷却技术和冷却介质的研究。
（8）提高轴承零件的尺寸稳定性。
（9）加强轴承零件的废品及失效分析工作，通过分析其原因从而制定一套更佳的热处理工艺路线。
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图1.1 常见滚动轴承
Figure 1.1 Common rolling bearings
1.1.2国外轴承发展状况
世界轴承工业始于19世纪末至20世纪初。目前世界十大著名轴承公司为：1.瑞典SKF、2.日本NSK、3.日本KOYO、4.日本NTN、5.日本NMB、6.美国TIMKEN、7.德国FAG、8.德国INA、9.日本NACHI、10.美国TORRINGTON。其主要生产的轴承见图1.2和图1.3。在西欧、拉美、非洲和中东，SKF集团是轴承供应大户，占据三分之一市场份额；在美国市场，TIMKEN公司领先，占22%市场份额，其次是SKF集团和TORRINGTON公司，各占2%市场份额；在亚洲（不包括日本），SKF集团占据17%的市场份额；在日本，NSK公司是最大的轴承供应商，SKF集团销售的轴承占据日本市场的2%[78]。
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图1.2 瑞士SKF滚动轴承 图1.3 日本NSK滚动轴承
Figure 1.2 Swiss SKF rolling bearings Figure 1.3 This NSK rolling bearing
目录
第一章 绪论 1
1.1滚动轴承的发展状况 1
1.1.1进展 1
1.1.2国外轴承发展状况 2
1.1.3国内轴承发展状况 3
第二章 滚动轴承的概述与分析 5
2.1滚动轴承的形状与尺寸 5
2.2滚动轴承的质量、性能要求和工作环境以及失效形式 5
2.2.1轴承钢的质量要求 5
2.2.2滚动轴承的性能要求 6
2.2.3滚动轴承的工作环境 7
2.2.4滚动轴承的主要失效形式 7
2.3滚动轴承套圈主要生产工艺流程 9
第三章 选材 10
3.1引言 10
3.2轴承钢的价格比较 10
3.3材料的选用 11
3.4GCr15材料介绍 12
3.5GCr15中合金元素的影响 12
3.5.1合金元素对钢组织的影响 12
3.5.2合金元素对热处理工艺的影响 13
第四章 热处理工艺设计 14
4.1轴承套圈的热处理工艺 14
4.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
轴承套圈的球化退火 14
4.2.1球化退火温度的确定 14
4.2.2球化退火加热时间的确定 14
4.2.3球化退火工艺的比较 15
4.3轴承套圈的淬火 16
4.3.1淬火加热速度的确定 17
4.3.2淬火加热温度的确定 17
4.3.3加热时间的确定 17
4.3.4淬火方式的确定 18
4.3.5马氏体淬火工艺的比较 18
4.4轴承套圈的回火 19
4.4.1回火温度的确定 20
4.4.2回火时间的确定 20
4.4.3回火后的冷却 21
4.4.4回火工艺曲线 21
4.5提高滚动轴承套圈性能的后续工艺 21
第五章 轴承套圈热处理设备设计 23
5.1球化退火设备 23
5.2淬、回火生产线 23
5.2.1进料架 24
5.2.2套圈清洗机 24
5.2.3带保护气氛的淬火加热炉 24
5.2.4上下振荡式淬火槽 25
5.2.5等温槽 26
5.2.6辊底式回火炉 26
结语 27
参考文献 28
第一章 绪论
很多大型机械可见到轴承的身影，它有着承受载荷、降低摩擦、引导运动件的作用 [1]。热处理工艺和原材料决定着轴承套圈的使用性能。热处理决定了钢中的组织组成，从而影响着材料的力学性能、化学性能和表面质量，因此优化热处理工艺，并根据轴承套圈的工作环境和失效模式选择适合的热处理参数以获得工件的最佳综合性能，是热处理技术的重要课题[2]。选用的轴承钢应具有良好抗疲劳的性能、耐磨损性能以及高的强度和硬度。GCr15钢是高碳铬轴承钢的典型代表，该钢种的热加工变形性能好，球化退火后有良好的可切削性能[3]，适于制造种轴承套圈，具有较为广泛的尺寸。
1.1滚动轴承的发展状况
1.1.1进展
我国滚动轴承工业从20世纪初开始发展，已有100多年的历史。在此期间，滚动轴承用钢已发展为一种相对完整的轴承用钢系统。常见滚动轴承见图1.1。在热处理过程中，研究主要集中在以下几个方面[46]。
（1）减少热处理过程中的氧化脱碳。
（2）提高零件的强度、硬度和韧性，可通过合适的热处理来获得所需要的性能，如球化退火、晶粒细化、贝氏体淬火，低温回火等。
（3）减少轴承套圈的变形。
（4）简化工艺、降低成本，若需要高的强度硬度，可通过表面热处理来获得所需性能。
（5）推动轴承的自动化和机械化生产。
（6）研究高碳铬轴承钢组织与性能的关系。
（7）加强冷却技术和冷却介质的研究。
（8）提高轴承零件的尺寸稳定性。
（9）加强轴承零件的废品及失效分析工作，通过分析其原因从而制定一套更佳的热处理工艺路线。
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图1.1 常见滚动轴承
Figure 1.1 Common rolling bearings
1.1.2国外轴承发展状况
世界轴承工业始于19世纪末至20世纪初。目前世界十大著名轴承公司为：1.瑞典SKF、2.日本NSK、3.日本KOYO、4.日本NTN、5.日本NMB、6.美国TIMKEN、7.德国FAG、8.德国INA、9.日本NACHI、10.美国TORRINGTON。其主要生产的轴承见图1.2和图1.3。在西欧、拉美、非洲和中东，SKF集团是轴承供应大户，占据三分之一市场份额；在美国市场，TIMKEN公司领先，占22%市场份额，其次是SKF集团和TORRINGTON公司，各占2%市场份额；在亚洲（不包括日本），SKF集团占据17%的市场份额；在日本，NSK公司是最大的轴承供应商，SKF集团销售的轴承占据日本市场的2%[78]。
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图1.2 瑞士SKF滚动轴承 图1.3 日本NSK滚动轴承
Figure 1.2 Swiss SKF rolling bearings Figure 1.3 This NSK rolling bearing
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