毕业论文(3)

中北大学2016届本科毕业论文

是在加热保温后，快冷至Ar1下20℃左右，等温一段时间，在冷却到500℃出炉空冷。碳钢、合金刀具钢、冷冲模具球和轴承零件常作等温球化退火工艺，采用等温球化退火，通过增加过冷度来提高球化速度，从而获得更为细小的、均匀的碳化物

[25]

。球化退火后的组织为索氏体型珠光体+ 粒状碳化物, 硬度HRC 16～25.4

本实验采用的是球化退火，将钢件温度加热到Ac1+（20~30）℃保温一段时间，然后随炉冷却到室温，根据表2.2，其Ac1温度为770℃，因此较为理想的温度为800~ 810℃之间，于是我们制定以下球化退火工艺:810℃加热2h,随炉冷却至650℃，再出炉空冷。

根据临界温度初步确定加热温度 表2.2

临界点 温度（近似值）/℃ 2.2.2淬火温度确定

把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度（Vc）冷却，以得到稳定状态的马氏体或者下贝氏体组织的热处理工艺称之为淬火。其目的：提高工具、渗碳零件和其他高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性[24]。

由于GCr15SiMn轴承钢属于过共析钢，所以对其温度应该选Ac1+（30 ~50℃ )，因为过共析钢在淬火之前都要进行球化退火，使之得到粒状珠光体组织，淬火加热时组织为细小奥氏体晶粒和未溶的粒状碳化物，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布在马氏体基体上的细小粒状碳化物组织。这种组织不仅具有高强度、高硬度、高耐磨性，而且也具有较好的韧性。如果淬火加热温度超过Accm，加热时碳化物将完全溶入奥氏体中，是奥氏体的碳质量分数增加，是Ms和Mf点降低，淬火后残余奥氏体量增加，使钢的硬度和耐磨性降低，同时，奥氏体晶粒粗化，淬火后容易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性增大。此外，淬火加热温度高，淬火应力大，工件表面氧化、脱碳严重，也增加可工件淬火变形及开裂的倾向。因此，根据GCr15SiMn轴承钢的临界温度，其淬火温度应该为800 ~ 820℃[26]。

Ac1 770℃

Ac3 872℃

Ms 200℃

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将材料分成分别打上编号。在淬火实验中，把试样按温度770,800,830,860,890℃分成五大组。在其中在860℃淬火的分成三组，加热时间为40分钟，

GCr15SiMn弹簧钢属于过共析钢，其淬火加热温度应主要根据相变点来确定。所以，对于GCr15SiMn应选取其Ac3+(30 ~ 50℃)即810℃退火。因此，GCr15SiMn钢的正常淬火温度达到860℃左右。 2.2.3 淬火加热时间确定

淬火加热时间应包括工件整个截面加热到预定淬火温度，并使之在该温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间。在具体生产条件下，淬火加热时间常采用经验公式[25]。常用经验公式是

τ=α·Κ? D (1)

式中 τ——加热时间，（min）；

α——加热系数,(min/mm)； Κ——装炉修正系数； D——零件有效厚度（mm）

加热系数α表示工件单位需要的加热时间，其 大小与工件尺寸，加热介

质和钢的化学成分有关。如表2.3示。

表2.3 常用钢的加热系数[14]

工件材料 工件直＜600℃箱750 - 径mm 800-900℃箱式1000-1300℃高式炉中加850℃盐浴炉炉或井式炉中温盐炉中加热 热 中加热或预加热 热 第12页 共12页

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碳钢 ≤50 ＞50 0.3-0.4 0.4-0.5 1.0-1.2 1.2-1.5 1.2-1.5 1.5-1.8 合金钢 ≤50 ＞50 0.45-0.50 0.50-0.55 高合金钢 高速钢 0.30-0.40 0.30-0.35 0.30-0.35 0.65-0.85 0.17-0.2 0.16-0.18 0.16-0.18 根据表3试样直径和修正系数可以得出GCr15SiMn钢的加热时间为38分钟所以在实验中正常淬火时间定为40min，油冷。 2.2.4 淬火介质的选择

淬火介质的选择，首先应按工件所采用的材料及其淬透层深度的要求，根据该种材料的端淬性曲线，通过一定的图表来进行选择。若仅从淬透层深度考虑，凡是淬火烈度大于按淬透层深度所要求的淬火烈度的淬火介质都可以使用。但是从淬火应力变形开裂的角度考虑，淬火介质的淬火烈度愈低愈好。综合这两方面的要求，选择淬火介质的第一原则应是在满足工件淬透层深度要求的前提下，选择淬火烈度最低的淬火介质。如果结合过冷奥氏体连续冷却曲线及淬火本质选择淬火介质时，还应考虑其冷却特性，即淬火介质应作如下选择：在相当于被淬火钢的过冷奥氏体最不稳定区有足够的冷却能力，而在马氏体转变区其冷却速度却又很缓慢。此外，淬火介质的冷却特性在使用过程中应该稳定，长期使用和存放不易变质，价格低廉，来源丰富，且无毒及无环境污染[12]。根据实际生产经验，轴承钢一般选用油淬。 2.2.5 回火工艺确定

将经过淬火的工件加热到临界点Ac1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺过程叫做回火。其目的：减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足工件的性能要求[15]。

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轴承钢采用低温回火，温度：150~250度。可在保持高硬度和高耐磨性的前提下，降低内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。 最终确定实验方案为图2.4

编号 85 12,15,18 04,13,64 16,03,33 4,5,14 62,65,68 X1，XF B1，PF Y1，G8 BF,Y0 2.3 硬度的测定

硬度是表征金属材料软硬程度的性能指标。生产中常有的布氏硬度、洛氏硬度及维氏硬度。

（1）布氏硬度(HB)一般用于材料较软的时候，如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。 布式硬度(HB)是以一定大小的试验载荷，将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面，保持规定时间，然后卸荷，测量被测表面压痕直径。布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。一般为：以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。

（2）洛式硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在

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工艺参数及流程

退火 退火→淬火830℃ 退火→淬火770℃ 退火→淬火800℃ 退火→淬火860℃ 退火→淬火890℃ 退火→淬火860℃→回火150℃ 退火→淬火860℃→回火200℃ 退火→淬火860℃→回火250℃ 退火→淬火860℃→回火300℃

个数 1 3 3 3 3 3 2 2 2 2

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一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： ①HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。②HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等) 。③HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。

（3）维氏硬度是以49.03～980.7N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1.961～＜49. 03N，它适用于较薄工件、工具表面或 镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷<1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。HV适用于显微镜析。维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值。

在测量不同材料硬度时，需要注意的是：（1）HRC和HB在生产中的应用都很广泛, HRC适用范围HRC 20～67，相当于HB225～650 。若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。 若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB。布式硬度上限值HB650,不能高于此值。 （2）洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥，试验载荷为一确定值，中国标准是150公斤力。 布氏硬度计之压头为淬硬钢球（HBS)或硬质合金球（HBW），试验载荷随球直径不同而不同，从3000到31.25公斤力。（3）洛式硬度压痕很小，测量值有局部性，须测数点求平均值，适用成品和薄片，归于无损检测一类。 布式硬度压痕较大，测量值准，不适用成品和薄片，一般不归于无损检测一类。（4）洛式硬度的硬度值是一无名数，没有单位。布式硬度的硬度值有单位，且和抗拉强度有一定的近似关系。洛式硬度直接在表盘上显示、也可以数字显示，操作方便，快捷直观，适用于大量生产中。布式硬度需要用显微镜测量压痕直径，然后查表或计算，操作较繁琐。

硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为

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