轴承热处理和表面处理加工工艺

热处理工艺

1. 预备热处理

目的： 消除锻造应力，改善组织均匀性，为最终热处理做准备

工艺参数：

- 正火：850-900℃加热，空冷

- 球化退火：790-810℃加热，缓冷至650℃以下出炉

- 应用：GCr15、GCr15SiMn等高碳铬轴承钢

2. 淬火处理

淬火加热：

- GCr15：840-860℃（油淬）

- GCr15SiMn：850-870℃（油淬）

- 加热时间：按工件有效厚度计算

冷却方式：

- 油淬：使用快速淬火油，温度控制在40-80℃

- 分级淬火：160-200℃硝盐浴保温5-10分钟

3. 回火处理

工艺参数：

- 温度：150-180℃

- 时间：2-4小时

- 冷却：静止空气中自然冷却

技术要求：

- 硬度：HRC61-66

- 组织：细小针状马氏体+细小均匀碳化物

4. 特殊热处理

低温回火： 120-150℃×2-4h，提高尺寸稳定性

深冷处理： -80℃以下处理，减少残余奥氏体

表面处理工艺

1. 表面强化处理

喷丸处理

工艺参数：

- 弹丸直径：0.3-0.8mm

- 喷射压力：0.3-0.6MPa

- 处理时间：根据零件大小确定

- 效果：表面压应力200-400MPa

滚压处理

应用部位： 轴承滚道、沟道表面

工艺要点：

- 滚压力：按材料和尺寸计算

- 进给量：0.05-0.2mm/r

- 表面粗糙度可达Ra0.1-0.025μm

2. 表面防护处理

发蓝处理

工艺流程：

1. 化学除油 → 水洗

2. 酸洗活化 → 水洗

3. 发蓝处理（135-145℃）→ 水洗

4. 皂化处理 → 脱水防锈

技术指标：

- 膜层颜色：蓝黑色

- 耐腐蚀性：中性盐雾试验≥96小时

磷化处理

工艺类型：

- 锌系磷化：膜重2-8g/m²

- 锰系磷化：膜重5-15g/m²

- 应用：中小型轴承防锈处理

3. 表面改性处理

渗碳处理

适用材料： 低碳合金钢（20Cr2Ni4A等）

工艺参数：

- 渗碳温度：900-930℃

- 渗碳时间：按渗层深度要求

- 表面碳含量：0.85-1.05%

碳氮共渗

工艺特点：

- 温度：820-860℃

- 渗层深度：0.1-0.8mm

- 表面硬度：HRC58-62

- 变形小，耐磨性好

4. 现代表面技术

PVD涂层

常用涂层：

- TiN：金黄色，硬度2200HV

- CrN：银灰色，摩擦系数低

- DLC：黑色，自润滑性能好

应用优势：

- 提高耐磨性3-10倍

- 减少摩擦系数

- 改善疲劳强度

离子注入

注入元素： N⁺、C⁺、B⁺等

技术效果：

- 表面硬度显著提高

- 耐磨性增强

- 抗咬合性能改善

质量控制要点

1. 热处理质量控制

- 硬度检测：洛氏硬度计

- 金相组织检验：显微镜观察

- 变形量检查：专用检具测量

- 残余应力测试：X射线衍射法

2. 表面处理质量控制

- 膜层厚度：磁性测厚仪或金相法

- 结合力测试：划格法或弯曲试验

- 耐腐蚀性：盐雾试验

- 表面粗糙度：轮廓仪检测

3. 关键工艺参数监控

- 温度精度：±5℃

- 时间控制：±1分钟

- 冷却速度：严格按工艺执行

- 环境清洁度：符合相关标准

分析互补两个方案

1. 退火

- 目的：消除锻造或轧制后的内应力，降低硬度以便切削加工。

- 工艺：加热至800°C左右（如GCr15钢），保温后缓慢冷却。

- 应用：轴承套圈或滚动体毛坯的预处理。

2. 淬火+低温回火

- 淬火：加热到850°C（如GCr15钢），油淬或盐浴淬火，获得高硬度马氏体。

- 回火：150-180°C保温，减少残余应力，提高韧性。

- 关键点：需控制淬火变形和残余奥氏体含量（通常＜10%）。

3. 贝氏体等温淬火

- 特点：在230-260℃盐浴中等温，形成下贝氏体，兼具高韧性和抗冲击性。

- 适用场景：铁路轴承或重载工况。

4. 深冷处理（Cryogenic Treatment）

- 工艺：淬火后立即冷却至-70°C以下，进一步转化残余奥氏体为马氏体。

- 效果：提升尺寸稳定性和耐磨性，适用于精密轴承。

轴承表面处理工艺

表面处理旨在改善表层性能，常见方法包括：

1. 渗碳/碳氮共渗

- 工艺：在920°C渗碳或800°C碳氮共渗，形成高碳表层（0.8-1.2%碳含量）。

- 优势：心部保持韧性，表层高硬度（HRC 60+），适用于齿轮轴承等交变载荷场景。

2. 物理/化学气相沉积（PVD/CVD）

- 涂层类型：TiN、CrN、DLC（类金刚石碳膜）。

- 效果：降低摩擦系数（DLC可至0.1），耐温达400°C以上，用于高速主轴轴承。

3. 表面喷丸强化

- 方法：高速弹丸冲击表面，引入压应力层（深度0.1-0.3mm）。

- 作用：抑制疲劳裂纹萌生，寿命提升30%-50%。

4. 离子注入

- 技术：氮/碳离子注入表层（深度＜1μm），形成超硬氮化物。

- 特点：无尺寸变化，适合精密微型轴承。

5. 磷化或氧化处理

- 磷化：形成多孔磷酸盐膜，促进润滑剂吸附。

- 氧化（发黑）：提高耐腐蚀性，但硬度提升有限。

工艺选择依据

1. 材料匹配：高碳铬钢（如GCr15）适合常规淬火，而渗碳钢（如20CrMnTi）需先渗碳。

2. 工况需求：高速轴承需PVD涂层，重载轴承优选渗碳+喷丸组合。

3. 成本控制：深冷处理或离子注入成本较高，适用于高端领域。

前沿技术趋势

- 复合工艺：如激光表面淬火+渗硫，同步提升硬度和自润滑性。

- 智能化控制：基于AI的淬火冷却速率动态调节，减少变形。