摘 要

GCr15钢是精密机床轴承钢的主要钢种，在各类精密机床中都有大量运用。而轴承作为各类机械中的一项重要组成部分，其主要作用是支撑机械的旋转体，使其在旋转过程中降低摩擦系数，进而达到减小摩擦阻力和磨损量的作用。与此同时还能保证旋转体的回转精度。精密机床轴承在运行时由于受到周期负荷的作用，容易发生接触性疲劳破坏，常发生材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片或小块状脱落。因此精密机床轴承钢需要良好的强度。其次，精密机床轴承运行中有大量摩擦，需要耐磨性良好，故要求一定硬度。同时除此之外，精密机床轴承钢还应有一定塑性和尺寸稳定性。

为了满足以上性能，人们常对GCr15进行一系列热处理以提高其力学性能。现有的热处理方式有马氏体淬火、马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火、贝马复相淬火等。考虑到双相组织对性能影响的优越性，本文进行了30个试样的不同工艺参数下的马贝复相淬火。

本文实验，首先对试样进行不同工艺参数的马贝复相淬火工艺，之后对其进行Lepera试剂腐蚀，大致了解其中主要组织成分。紧接着将试样切割成不同形状以进行下列性能测试,包括抗拉强度、硬度、断后伸长率以及热膨胀系数。与这些力学性能相对的分别是轴承要求的强度、耐磨性、塑性和尺寸稳定性性能。

本次实验的主要目的是，通过各类力学性能测试的统计和分析，获得30种不同的热处理工艺参数中最佳的一组。最终通过实验分析，得到最佳工艺参数为50℃奥氏体化后在100℃油中淬火1min ，之后在230℃的盐溶液中等温5min 最后空冷至室温。

关键词：马贝复相淬火 力学性能 热处理工艺参数

Abstract

GCr15 steel is the main type of precision machine tool bearing steel and it is used in many kinds of precision machine tools. As an important part of all kinds of machinery, bearings role is to support the bearing rotor of machine, reduce friction coefficient

Of rotor during work time, thereby reducing friction and wear. At the same time can ensure that the rotary accuracy of rotating body. Precision machine tool bearing steel have alternating load at run time, prone to contact fatigue damage. Because of fatigue damage,a lot of local area or small patches of material surface often off. So the precision machine tool bearing steel need good strength. Secondly, there are a large number of precision friction, so it needs good wear resistance and requires a certain hardness.In addition, precision machine tool bearing steel should have certain plasticity and dimensional stability.

In order to satisfy the above properties, people often have heat treatment of GCr15 to improve the mechanical properties. The existing heat treatment including martensite quenching and martensite isothermal quenching, bainite isothermal quenching, Bainite martensite duplex microstructure quenching. Considering of duplex microstructures good effect to organization performance. This paper describe the experiment that have 30 different bainite martensite duplex microstructure quenching to the 30 same samples .

Experiments in this paper, first of all ,have different bainite martensite duplex microstructure quenching to thes amples .Then we try to understand the major tissue components of every sample by using lepera reagent corrode the samples. Then the specimen was cut into different shapes to make the following performance testing, including tensile strength, hardness, elongation and coefficient of thermal expansion. The respectively relative to these mechanical properties is requirements of bearing strength, wear resistance, plastic and dimensional stability.

The main purpose of this experiment is to find the best one in 30 kinds of different heat treatment through the statistics and analysis of all kinds of mechanical performance test. Finally through experimental analysis, obtained best one is that parameters to 850 DEG C austenitization then have 100 DEG C oil quenching for 1min and isothermal in 230 DEG C salt solution for 5min ,finally,hve air cooling to room temperature.

Key Words: Bainite martensite duplex microstructure quenching mechanical property the parameters of heat treatment process

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

目 录 Ⅲ

第一章 绪论 1

1.1 轴承性能及其制造工艺 1

1.2 精密机床轴承钢热处理工艺 1

1.2.1精密机床轴承钢热处理工艺 2

1.2.2 精密机床轴承钢热处理国内外发展现状 3

1.3 课题研究目的及意义 3

1.4 本文的主要研究内容 3

第二章 实验条件及实验方案 5

2.1 实验条件 5

2.1.1 实验材料 5

2.1.2 实验设备 5

2.2 实验方案 5

2.2.1 实验技术路线 6

2.2.2 精密机床轴承钢热处理实验试样准备 7

2.2.3 精密机床轴承钢的热处理实验 8

2.2.4 精密机床轴承钢的抗拉强度测试 10

2.2.5 精密机床轴承钢的显微硬度测试 10

2.2.6 精密机床轴承钢的断后伸长率测量 11

2.2.7 精密机床轴承钢的动态机械分析（TMA）测试 11

第三章 热处理工艺参数对精密机床轴承钢的影响机制 12

3.1 精密机床轴承钢热处理工艺参数 12

3.2精密机床轴承钢经马贝复相淬火后的相组成 14

3.2.1 精密机床轴承钢经马贝复相淬火后的相组成理论分析 14

3.2.2 精密机床轴承钢经马贝复相淬火后的实际相组成 14

3.3 热处理工艺参数对抗拉强度的影响机制 15

3.3.1 100℃油淬是热处理工艺参数对抗拉强度的影响机制 17

3.3.2 70℃油淬是热处理工艺参数对抗拉强度的影响机制 19

3.4 热处理工艺参数对断后伸长率的影响机制 19

3.5 热处理工艺参数对硬度的影响机制 21

3.5.1 100℃油淬下热处理工艺参数对硬度的影响机制 22

3.5.2 70℃油淬下热处理工艺参数对硬度的影响机制 22

3.6 热处理工艺参数对热膨胀系数的影响机制 23

3.7 本章小结及结论 25

第四章 结论与展望 26

4.1 结论 26

4.2 展望 26

致谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1轴承性能及其制造工艺

在当代社会中，随着科技和人们的经济生活水平日益提高，机械工业生产也在不断进步中。其中一项显著标志就是对精密机床使用要求的提高。精密机床在工业中应用广泛，主要包括坐标镗床、螺纹磨床、蜗杆磨床、齿轮磨床、光学磨床、高精度外园磨床、高精度滚刀磨床、高精度螺纹车床以及其他高精度机床。一台精密机床由许许多多个工艺各异性能不同的组件构成，其中尤为重要的就是精密机床的轴承，在主轴前后，电机处以及支撑侧均有轴承分布。轴承在精密机床中主要发挥着让轴上器件不受轴旋转运动的干扰。机床轴承在机床运行过程中，有承受载荷、抵抗外来冲击力和不断高速旋转的特殊性能。一般轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架构成，这四个部分的质量直接影响轴承的性能和寿命。在精密机床运行期间，轴承套圈和滚动体之间的相对速度十分快，加上外加交变载荷及长期高速旋转导致的温度升高。由于上述原因，精密机床的轴承性能必然十分良好才能达到要求。由此可见，关于提高精密机床轴承性能的课题十分值得我们深入探讨。

精密机床的轴承在实际使用过程中往往要拉伸、压缩、弯曲、剪切、交变等复杂的应力状态和高应力值条件下，高速长时间工作。通常要求制造轴承材料在一定热处理加工之后具有以下性能：（1）合适的硬度与接触疲劳寿命、耐磨性、弹性极限有着非常密切的关系，因此要求滚动轴承材料有一定的硬度。（2）很多轴承在使用过程中承受一定的冲击负荷，因此要求轴承钢有一定韧性，以保证轴承不受冲击载荷而破坏。（3）轴承材料同时需要较高的尺寸稳定性。而这些性能又受到材料成分、冶金质量、冷加工和热处理工艺等等方面的影响^[1]。而其中热处理是改善轴承性能最重要的一种方法，通常热处理方法使得性能改的原理如下：改变组织形态、控制马氏体含量，以及马氏体最佳碳含量，碳化物形态以及残余奥氏体含量等等。