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特鋼知識(shí)
GCr15
2015-12-11
材料名稱(chēng)：軸承鋼
牌號(hào)：GCr15A
標(biāo)準(zhǔn)：GB/T18254-2002
●特性及適用范圍：
軸承鋼全名叫滾動(dòng)軸承鋼，具有高的抗壓強(qiáng)度與疲勞極限，高硬度，高耐磨性及一定韌性，淬透性好，對(duì)硫和磷控制極嚴(yán)，是一種高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，可做冷做摸具鋼。比重：7.81
鉻軸承鋼 最常用的是GCr15。使用量占軸承鋼的絕大部分。
添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼 在鉻軸承鋼中加入Si、Mn可提高淬透性，如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。為了節(jié)鉻，加入Mo、V可得到無(wú)鉻軸承鋼。如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，其性能與GCr15相近。
GCr15A是 GCr15鋼經(jīng)過(guò)電渣重熔的一種精密專(zhuān)用軸承鋼。具有高純度、高密度，碳化物均勻性好的特點(diǎn)，疲憊性能優(yōu)于普通 GCr15軸承鋼。適宜制造軍用軸承產(chǎn)品，專(zhuān)用軸承、航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承、精密儀表、精密主軸軸承等。
●化學(xué)成份：
碳 C ：0.95～1.05
硅 Si：0.15～0.35
錳 Mn：0.20～0.40
硫 S ：≤0.020
磷 P ：≤0.027
鉻 Cr：1.30～1.60
鎳 Ni：≤0.30
銅 Cu：≤0.25
●力學(xué)性能：
抗拉強(qiáng)度 σb (MPa)：1902
沖擊功 Akv (J)：26
硬度 ：63HRC
試樣尺寸：某試樣
●軸承鋼鍛造溫度
（1）始鍛溫度：1150（1120）終鍛溫度：850（800）度。
（2）鍛造前清除表面缺陷，盡量預(yù)熱后在快速加熱。
（3）溫加工時(shí)，應(yīng)避免200~400度的藍(lán)脆區(qū)。熱加工時(shí)，應(yīng)避免進(jìn)入高溫脆區(qū)（大于1250）。應(yīng)盡量避免進(jìn)入熱脆區(qū)（800~~950度）。
●鍛后熱處理
（1）鍛后——預(yù)先熱處理（球化退火）——最終熱處理（淬火+低溫回火）
（2）球化退火目的：降低硬度，便于加工，為淬火做準(zhǔn)備。
球化退火過(guò)程：加熱到750~~770度，保溫一定時(shí)間，在緩慢冷卻到600度以下空冷。
●熱處理規(guī)范及金相組織：
普通退火：790-810度加熱，爐冷至650度后，空冷——HB170-207
等溫退火：790-810度加熱，710-720度等溫，空冷——HB207-229
球化退火：軸承鋼預(yù)先熱處理是球化退火。其目的不僅是降低鋼的硬度，以利于切削加工，更重要的是獲得細(xì)的球狀球光體和均勻分布的過(guò)剩的細(xì)粒狀碳化物，為零件的最終熱處理做組織準(zhǔn)備。
高碳鉻軸承鋼的球化退火是為了獲得鐵素體基體上均勻分布著細(xì)、小、勻、圓的碳化物顆粒的組織，為以后的冷加工及最終的淬回火作組織準(zhǔn)備。傳統(tǒng)的球化退火工藝是在略高于Ac1的溫度（如GCr15為780~810℃）保溫后隨爐緩慢冷卻（25℃/h）至650℃以下出爐空冷。該工藝熱處理時(shí)間長(zhǎng)（20h以上），且退火后碳化物的顆粒不均勻，影響以后的冷加工及最終的淬回火組織和性能。之后，根據(jù)過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)等溫球化退火工藝：在加熱后快冷至Ar1以下某一溫度范圍內(nèi)（690~720℃）進(jìn)行等溫，在等溫過(guò)程中完成奧氏體向鐵素體和碳化物的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完成后可直接出爐空冷。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省熱處理時(shí)間（整個(gè)工藝約12~18h）, 處理后的組織中碳化物細(xì)小均勻。另一種節(jié)省時(shí)間的工藝是重復(fù)球化退火：第一次加熱到810℃后冷卻至650℃，再加熱到790℃后冷卻到650℃出爐空冷。該工藝雖可節(jié)省一定的時(shí)間，但工藝操作較繁。
各種軸承鋼淬火+低溫回火及硬度表
鋼號(hào) 淬火溫度及淬火介質(zhì) 低溫回火 硬度HRC
GCR6 800~820 水或油 150~170 62~64
GCR9 800~830 水或油 150~170 62~64
GCR9SIMN 810~820 水或油 150~160 62~64
GCR15 820~846 油 150~160 62~64
GCR15SIMN 800~840 油 150~170 62~64
（三）淬火及淬火介質(zhì)
（1）淬火顏色（經(jīng)驗(yàn)） 白色最硬而脆，黃色硬而韌，蘭色軟而韌。
（2） 淬火介質(zhì)
A 水：一般溫度不超過(guò)40度，不得有油，肥皂等雜質(zhì)。
B 鹽及堿的水溶液：水中加百分之5~10的鹽或堿。
鹽溶液冷卻速度是水的十倍，硬度高而均勻，但組織應(yīng)力大，有一定的銹蝕作用。溫度小于60度無(wú)油軸承。
堿溶液（苛性納水溶液）腐蝕性大，適應(yīng)范圍小。
C 油：包括機(jī)油，錠子油，變壓器油，柴油等?？蓽p小變形與開(kāi)裂。不適用碳鋼。油溫度：在60~~80度，最高不超過(guò)100~120度。
（四）回火溫度
軸承鋼采用低溫回火。溫度：150~250度。可在保持高硬度和高耐磨性的前提下，降低內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時(shí)崩裂或過(guò)早損壞。硬度HRC：58~~64。
●熱處理規(guī)范及金相組織：
熱處理規(guī)范：850～860℃淬火，油冷；160℃回火2h。
金相組織：回火馬氏體。
3.正 火：900-920度加熱，空冷——HB270-390
4.高溫回火：650-700度加熱，空冷——HB229-285
5.淬 火：860度加熱，油淬——HRC62-66
6.低溫回火：150-170度回火，空冷——HRC61-66
7.碳氮共滲：820-830度共滲1.5-3小時(shí)，油淬，-60度至-70度深冷處理 +150度至+160回火，空冷——HRC≈67
淬火后在室溫停留：淬火后，一定要使套圈內(nèi)外均勻冷至室溫后進(jìn)行冷處理，否則容易開(kāi)裂，冷至室溫后馬上冷處理（一般不超過(guò)30min），否則會(huì)中止奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變。
冷處理溫度：冷處理的溫度主要根據(jù)鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變終止溫度Mf，另外還要考慮冷處理對(duì)機(jī)械性能的影響及工藝性等因素。對(duì)于GCr15鋼，冷處理選用-70℃；精度要求不甚高的套圈或設(shè)備有限制時(shí)，冷處理溫度可選為-40～-70℃；超精密軸承，可在-70℃～-80℃之間進(jìn)行冷處理。過(guò)冷的溫度影響軸承沖擊疲勞和接觸壽命。
冷處理保溫：雖然大量馬氏體的轉(zhuǎn)變是在冷到一定溫度傾刻間完成的，但為使一批套圈表面與心部都均勻達(dá)到冷處理溫度，需要一定的保溫時(shí)間，一般為1～1.5h。
冷處理后的回火：套圈冷處理后放在空氣中,其溫度緩慢升至室溫后及時(shí)進(jìn)行回火。溫升不能太快，否則容易開(kāi)裂；回火及時(shí)，否則套圈內(nèi)部較大的殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致套圈開(kāi)裂，一般不超過(guò)2h。
5. 熱處理及組織性能 軸承鋼的熱處理主要為球化退火、淬火和低溫回火。
(1)
(2) 淬火和低溫回火 淬火溫度要求十分嚴(yán)格，溫度過(guò)高會(huì)過(guò)熱，晶粒長(zhǎng)大，使韌性和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形；溫度過(guò)低，則奧氏體中溶解的鉻量和碳量不夠，鋼淬火后硬度不足。GCr15鋼的淬火溫度嚴(yán)格控制在820℃～840℃范圍內(nèi), 回火溫度一般為150℃～160℃。
|
|
|
GCr15鋼淬火溫度對(duì)機(jī)械性能的影響
軸承鋼淬火后的組織為極細(xì)的回火馬氏體、均勻分布的粒狀碳化物以及少量殘余奧氏體。
GCr15鋼淬火、回火后的顯微組織
精密軸承必須保證在長(zhǎng)期存放和使用中不變形。引起變形和尺寸變化的原因主要是存在有內(nèi)應(yīng)力和殘余奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變。為了穩(wěn)定尺寸，淬火后可立即進(jìn)行“冷處理”（-60℃～-50℃），并在回火和磨削加工后，進(jìn)行低溫時(shí)效處理（120℃～130℃, 保溫5小時(shí)～10小時(shí)）。
|
鋼 種 |
鋼號(hào) |
化學(xué)成分/（%） |
熱處理 |
機(jī)械性能 |
||||||||||
|
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
其他 |
淬火溫度 |
回火溫度 |
σb/ MPa |
σ0.2/ MPa |
δ/% |
ψ/% |
HB |
||
|
℃ |
℃ |
|||||||||||||
|
淬火介質(zhì) |
回火介質(zhì) |
|||||||||||||
|
調(diào) 質(zhì) 鋼 |
38CrA |
0.34～0.42 |
0.5～0.8 |
0.17～0.37 |
0.8～1.1 |
|
|
860油 |
590油 |
950 |
800 |
12 |
50 |
169～321 |
|
40CrA |
0.35～0.46 |
0.5～0.8 |
0.17～0.37 |
0.8～1.1 |
|
|
850油 |
590油 |
1000 |
800 |
9 |
45 |
267～302 |
|
|
30CrMnSiA |
0.28～0.35 |
0.8～1.1 |
0.9～1.2 |
0.8～1.1 |
|
|
880油 |
550油 |
1100 |
850 |
10 |
45 |
302～363 |
|
|
37CrNi3A |
0.33～0.41 |
0.25～0.55 |
0.17～0.37 |
1.2～1.6 |
3.0～3.5 |
|
820油 |
550油 |
1100 |
1000 |
9 |
50 |
≥269 |
|
|
38CrMoAlA |
0.35～0.42 |
0.3～0.6 |
0.17～0.37 |
1.35～1.65 |
|
0.15～0.25Mo 0.7～1.1Al |
940油 |
640 |
1000 |
850 |
15 |
50 |
306～332 |
|
|
40CrNiMoA |
0.36～0.44 |
0.5～0.8 |
0.17～0.37 |
0.6～0.9 |
1.25～1.75 |
0.15～0.25Mo |
860油 |
580油 |
1090 |
970 |
15 |
58 |
306～332 |
|
|
30Ni4CrMoA |
0.26～0.33 |
0.2～0.6 |
0.1～0.4 |
1.2～1.5 |
3.3～4.3 |
0.3～0.6Mo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35Cr2Ni4MoA |
0.3～0.4 |
0.3～0.6 |
0.15～0.4 |
1.6～2.0 |
3.5～4.2 |
0.25～0.6Mo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
滲 碳 鋼 |
15CrA |
0.15 |
|
|
0.7～1.0 |
|
|
860油 |
160空 |
600 |
400 |
15 |
50 |
211～298 |
|
20MnV |
0.20 |
1.2～1.5 |
|
|
|
0.1V |
800油 |
200空 |
850 |
650 |
14 |
50 |
|
|
|
12CrNi3A |
0.1～0.16 |
0.3～0.6 |
|
0.6～0.9 |
3.0 |
|
860油 |
160 |
950 |
700 |
11 |
55 |
220～267 |
|
|
20MnMoB |
0.16～0.24 |
0.9～1.2 |
|
|
|
0.2～0.3Mo 0.001～0.005B |
880油 |
200空 |
1100 |
900 |
10 |
50 |
|
|
|
16Cr2MnTiA |
0.13～0.18 |
1.0～1.3 |
|
1.05～1.80 |
≤0.25 |
0.06～0.12Ti |
830油 |
170空 |
1100 |
880 |
11.5 |
53 |
306～401 |
|
|
12Cr2Ni4A |
0.10～0.15 |
0.3～0.6 |
|
1.25～1.65 |
3.25～3.65 |
|
800油 |
160空 |
1000 |
880 |
12 |
55 |
291～391 |
|
|
20SiMnMoVA |
0.17～0.24 |
1.3～1.6 |
0.5～0.8 |
|
≤0.25 |
0.3～0.4Mo 0.15～0.25V |
900油 |
200空 |
1150 |
950 |
10 |
50 |
|
|
|
18CrNi4A |
0.15～0.20 |
0.3～0.6 |
≤0.35 |
0.8～1.1 |
3.7～4.3 |
0.05V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18Cr2Ni4WA |
0.14～0.20 |
0.25～0.55 |
|
1.35～1.65 |
4.0～4.4 |
0.8～1.2W |
870油 |
160空 |
1150 |
850 |
11 |
45 |
341～401 |
|
|
超 高 強(qiáng) 度 鋼 |
40CrMnSiMoV |
0.37～0.42 |
0.8～1.2 |
1.2～1.6 |
1.2～1.5 |
0.07～0.12V |
0.45～0.6Mo |
920油 |
200 |
1943 |
|
13.7 |
45.4 |
|
|
40CrNi2Si2MoVA (300M) |
0.38～0.43 |
0.60～0.90 |
1.45～1.80 |
0.7～0.95 |
1.65～2.00 |
0.30～0.50Mo ≥0.05V |
871油 |
300(空) (二次) |
≥1862 |
≥1517 |
≥8 |
≥30 |
≤241 |
|
|
40CrNiMoA (AISI4340) |
0.37～0.44 |
0.6～0.8 |
0.2～0.35 |
0.7～0.9 |
1.65～2.0 |
0.2～0.3Mo 0.4～0.5Mo |
900油 |
230 |
1820 |
1560 |
8 |
30 |
|
|
|
35Si2Mn2MoV |
0.32～0.38 |
1.60～1.90 |
1.45～1.75 |
|
|
0.1～0.2V |
920油 |
250 |
1840 |
1580 |
12 |
46 |
|
|
|
30Si2Mn2MoWV |
0.27～0.31 |
1.5～2.0 |
2.0～2.5 |
0.05～0.15V |
0.4～0.6W |
0.55～0.75Mo |
950油 |
250 |
≥1900 |
≥1500 |
10 |
25 |
|
|
|
30CrMnSiNi2A |
0.26～0.38 |
1.00～1.30 |
0.9～1.2 |
0.9～1.2 |
1.4～1.8 |
|
900油 |
250 |
1700 |
1530 |
13.5 |
49 |
|
|
|
GC-19 |
0.32～0.37 |
0.8～1.2 |
0.8～1.2 |
1.3～1.7 |
|
2.0～2.5Mo 0.4～0.5V |
1020油 |
550 |
1895 |
|
10.5 |
46.5 |
|
|
|
彈 簧 鋼 |
65Mn |
0.62～0.7 |
0.9～1.2 |
0.17～0.37 |
|
|
|
870油 |
460 |
1300 |
1200 |
5 |
25 |
|
|
60Si2Mn |
0.57～0.65 |
0.6～0.9 |
1.5～2.0 |
|
|
|
870油/水 |
460 |
1300 |
1200 |
5 |
25 |
|
|
|
70Si3MnA |
0.66～0.74 |
0.6～0.9 |
2.4～2.8 |
|
|
|
860油 |
420 |
1800 |
1600 |
5 |
20 |
|
|
|
50CrVA |
0.46～0.54 |
0.5～0.8 |
0.17～0.37 |
0.8～1.10 |
|
0.1～2.2V |
850油 |
520 |
1300 |
1100 |
10 |
45 |
|
|
|
65Si2MnWA |
0.61～0.69 |
0.7～1.0 |
1.5～2.0 |
|
|
0.8～1.2W |
850油 |
420 |
1900 |
1700 |
5 |
20 |
|
|
|
55SiMnMoVNb |
0.52～0.6 |
1.0～1.3 |
0.4～0.7 |
|
0.08～0.15V |
0.3～0.4Mo 0.01～0.03Nb |
880油 |
530 |
≥1400 |
≥1300 |
≥7 |
≥35 |
|
|
|
60Si2MnBRE |
0.56～0.64 |
0.6～0.9 |
1.6～2.0 |
|
|
0.001～0.005B 0.15～0.2RE |
870油 |
460 |
≥1600 |
≥140 |
≥5 |
≥20 |
|
|
|
軸 承 鋼 |
GCr6 |
1.05～1.15 |
0.15～0.35 |
0.2～0.4 |
0.4～0.7 |
|
|
810水/油 |
155空 |
|
|
|
|
62～64(HRC) |
|
GCr9 |
1.0～1.1 |
0.15～0.35 |
0.2～0.4 |
0.9～1.2 |
|
|
820水/油 |
160空 |
|
|
|
|
62～64(HRC) |
|
|
GCr9SiMn |
1.0～1.1 |
0.9～1.2 |
0.4～0.7 |
0.9～1.2 |
|
|
820水/油 |
160空 |
|
|
|
|
62～66(HRC) |
|
|
GCr15 |
0.95～1.05 |
0.2～0.4 |
0.15～0.35 |
1.3～1.65 |
|
|
830水/油 |
160空 |
|
|
|
|
62～66(HRC) |
|
|
GCr15SiMn |
0.95～1.05 |
0.9～1.2 |
0.4～0.65 |
1.3～1.65 |
|
|
830油 |
170空 |
|
|
|
|
≥62(HRC) |
|
|
GSiMnMoV |
0.95～1.10 |
0.75～1.05 |
0.4～0.65 |
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0.2～0.3V 0.2～0.4Mo |
790油 |
170空 |
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≥62(HRC) |
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鋼 種 |
鋼號(hào) |
化學(xué)成分/（%） |
熱處理 |
機(jī)械性能 |
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C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
其他 |
淬火溫度 |
回火溫度 |
σb/ MPa |
σ0.2/ MPa |
δ/% |
ψ/% |
HB |
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