轴承钢热处理应用技术

自1905年欧洲开发的高碳铬轴承钢（碳和铬的质量分数分别为1.0%和1.5%）问世以来，至今已有一个多世纪了。在这期间，由于它的化学成分配比合理，力学性能优秀，价格在合金钢中又比较低廉，所以高碳铬轴承钢的占比在轴承钢中达到80%以上，得到世界各国的普遍重视和应用。
据《世界金属导报》2018年12期介绍：2017年，我国主要优特钢企业兴澄特种钢铁有限公司（以下简称兴澄特钢）、新冶特钢有限责任公司（以下简称新冶特钢）和本钢集团有限公司特钢厂（以下简称本钢特钢）轴承钢的粗钢总产量为301.46万t，占我国轴承钢总产量的51%；兴澄特钢的轴承钢年产量为100万t，其中高端轴承钢产量为60余万t，已经连续八年名列世界轴承钢产销量首位。目前兴澄特钢在轴承钢产量上占我国轴承钢总产量的30%以上，有很大一部分用于出口，其轴承钢冶金质量和接触疲劳性能总体处于世界先进水平；从实体轴承对比试验来看，其力学性能等指标是某国外品牌公司的2.5倍。
轴承钢冶金质量的提高是轴承制造的基石，要达到轴承制造强国还须从产品质量管理着手，将产品设计、机械加工、热处理、智能精密制造、精密检测、密封、润滑、装配与安装等紧密结合。
本书主要从热处理角度来分析如何提高轴承钢制件热处理的内在质量，希望达到“搞好热处理，制件一顶几”的目的。从热处理原理、工艺、装备、可控气氛、淬火冷却介质及冷处理应用等方面来阐述，希望通过先进的热处理手段，使高碳铬轴承钢制件的疲劳寿命和耐磨性有所提高，达到高端轴承钢的使用寿命目标。
20多年来，作者到过许多生产第一线，发现熟悉轴承钢制件热处理技术方面的人员不多了，精通热处理技术的人员则更少，企业内的老师傅、老工程技术人员、质量检验人员及车间管理人员陆续退休，热处理专业的毕业生到基层后的流失现象比较严重，甚至出现断层的可能。这些原因导致在热处理的新产品、新技术、新材料、新设备的开发方面碰到了一定的困难，妨碍了技术的进步，限制了产品质量的提高。基层的热处理工作者和管理者迫切期望能得到一本有关轴承钢热处理方面的、通俗易懂的专业参考书籍。为此，作者从轴承钢的热处理原理、性能、工艺等方面着手编写了这本书供大家学习和借鉴，希望能对读者有所帮助。
本书由王锡樵主编，左永平、邹磊、侯奎、顾开选、郭嘉、王俊杰、王涛、孙清汝参加编写。其中，第1章～第3章由王锡樵编写；第4章中的4.3节由左永平编写，4.5.1节由王涛编写，4.6节由邹磊和侯奎编写，4.7节由顾开选、郭嘉、王俊杰编写，第4章其他节由王锡樵编写﹔第5章中的5.1节～5.3节由王涛和孙清汝编写，第5章其他节由王锡樵编写。陈坤参与了本书的整理工作。王锡樵负责全书审校工作。
在本书的编写过程中得到了刘云旭先生的指导、聂晓霖研究员级高工和王俊杰教授的支持和帮助，此外还得到了上海交通大学顾剑锋教授、洛阳轴研科技股份有限公司雷建中教授级高工、中国宝武钢铁集团有限公司上海五钢公司薄鑫涛教授级高工、上海轨道交通集团任颂赞教授级高工、浙江五洲新春集团股份有限公司王明舟总师、上海良纺纺机专件有限公司蔡志强高工的帮助，在此表示衷心感谢。
在编写过程中学习、吸收、借鉴了大量的国内外热加工领域内专家、教授的专著、论文，如钟顺思、王顺昌、[日]濑户浩藏、范崇惠、刘耀中、郭颂赞、张滢、马春生、李志超、王滨生、门香兰、屠恒悦、朱培瑜、许大维、王运迪、程震武、翟长生、陈乃录、刘斌等，还有朱志刚、龚健、刘美冬、袁福东提供的资料为作者编著本书提供了条件，在此一并表示感谢。
由于作者水平有限，若有不当之处，恳请读者提出宝贵意见，不胜感谢。

作者

本书系统地介绍了轴承钢及其热处理技术，主要内容包括：轴承钢的基础知识、GCr15轴承钢的特性及应用、相关高碳铬轴承钢钢种的特性和应用、轴承钢制件的热处理、轴承钢的淬火冷却介质应用及淬火槽的设计思路。本书在介绍了轴承钢性能及冶金质量控制的基础上，重点介绍了轴承钢的热处理技术，如轴承钢的预备热处理、轴承套圈的马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火、轴承套圈的热处理畸变与对策、高碳铬轴承钢的深冷处理、轴承钢的感应热处理与真空热处理等。本书内容系统性强，将基础理论知识和丰富的实践经验相结合，对轴承钢应用与热处理生产均有较高的参考价值。

序
前言
第1章　轴承钢的基础知识 1
1.1　主要轴承钢生产国家的钢号、化学成分及概况 2
1.2　轴承钢中非金属夹杂物及碳化物的控制 8
1.2.1　非金属夹杂物的控制 8
1.2.2　轴承钢碳化物（液析、带状和网状）的控制 14
1.3　影响轴承钢疲劳寿命的因素 25
1.3.1　轴承钢中的马氏体 26
1.3.2　轴承钢中的未溶碳化物 28
1.3.3　轴承钢中的合金元素和杂质元素 29
1.3.4　轴承钢中的凝固组织和纤维组织 30
1.3.5　轴承钢中的残留奥氏体和残余应力 32
1.4　合金元素在轴承钢中的作用 35
1.5　轴承钢的冶金质量及发展趋势 38
1.6　国外轴承钢生产现状 39
1.7　我国轴承钢生产现状 41
1.8　轴承钢的锻造轧制状况 42
1.9　原始组织对淬火钢力学性能的影响 46
1.9.1　淬火钢的硬度 46
1.9.2　淬火钢的强度 46
1.9.3　冲击韧度 48
1.9.4　耐磨性 48
1.9.5　疲劳强度 50
1.9.6　淬火温度范围 52
1.9.7　淬火开裂 53
1.9.8　轴承钢的热处理 54
参考文献 55
第2章　GCr15轴承钢的特性及应用 57
2.1　GCr15钢的性能 57
2.1.1　GCr15钢的物理性能 58
2.1.2　GCr15钢的组织转变 58
2.1.3　GCr15钢的生产工艺 64
2.1.4　GCr15钢的力学性能 65
2.1.5　切削性能 69
2.1.6　影响轴承钢的力学性能和使用性能的因素 70
2.2　轴承钢的Fe-Cr-C相图 79
2.3　轴承钢的马氏体转变、残留奥氏体转变和贝氏体转变 80
2.3.1　轴承钢的马氏体转变 80
2.3.2　轴承钢中的残留奥氏体及其稳定性 89
2.3.3　轴承钢的贝氏体转变 91
参考文献 100
第3章　相关高碳铬轴承钢钢种的特性和应用 101
3.1　GCr15SiMn轴承钢的特性和应用 101
3.1.1　GCr15SiMn钢简介 101
3.1.2　GCr15SiMn钢的组织转变 101
3.1.3　GCr15SiMn钢的生产工艺 101
3.1.4　GCr15SiMn钢的力学性能 104
3.1.5　GCr15SiMn钢的切削性能 106
3.2　G8Cr15轴承钢的特性与应用 106
3.2.1　G8Cr15钢简介 106
3.2.2　G8Cr15钢的相关性能 107
3.2.3　G8Cr15钢的组织转变 107
3.2.4　G8Cr15钢的生产工艺 108
3.2.5　G8Cr15钢的力学性能 109
3.2.6　G8Cr15钢的切削性能 109
3.3　GCr18Mo（SKF24）轴承钢的特性与应用 110
3.3.1　GCr18Mo（SKF24）
钢简介 110
3.3.2　GCr18Mo（SKF24）钢的相关性能 110
3.3.3　GCr18Mo（SKF24）的组织转变 110
3.3.4　GCr18Mo（SKF24）钢的生产工艺 112
3.3.5　GCr18Mo（SKF24）钢的力学性能 112
3.3.6　GCr18Mo（SKF24）钢的切削性能 113
3.4　GCr15SiMo轴承钢的特性与应用 113
3.4.1　GCr15SiMo钢简介 113
3.4.2　GCr15SiMo钢的相关性能 113
3.4.3　GCr15SiMo钢的组织转变 114
3.4.4　GCr15SiMo钢的生产工艺 115
3.4.5　GCr15SiMo钢的力学性能 115
3.5　SKF25钢的特性与应用 117
3.5.1　SKF25钢简介 117
3.5.2　SKF25钢的相关性能 117
3.5.3　SKF25钢的组织转变 117
3.5.4　SKF25钢的生产工艺 118
3.5.5　SKF25钢的力学性能 119
3.5.6　SKF25钢的切削性能 120
参考文献 120
第4章　轴承钢制件的热处理 121
4.1　轴承钢的预备热处理 122
4.2　利用锻造余热的感应球化退火和变温形变复相热处理 123
4.2.1　利用锻造余热的感应球化退火 123
4.2.2　轴承钢连续变温形变复相淬火工艺 124
4.3　轴承钢的锻坯锻后冷却路径控制新方法 124
4.3.1　碳化物形成原因及控制冷却方法 125
4.3.2　匀速冷却介质及其冷却特性 128
4.3.3　匀速冷却介质在轴承锻坯锻后控冷过程中的应用 130
4.4　轴承钢的无氧化、无脱碳等温球化退火 133
4.5　轴承套圈的马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火 141
4.5.1　轴承套圈的马氏体分级淬火 141
4.5.2　轴承套圈的贝氏体等温淬火 151
4.5.3　硝酸盐残渣的处理 154
4.5.4　硝酸盐溶液的净化处理 154
4.5.5　新型碳化硅炉炉膛结构 155
4.6　轴承套圈的热处理畸变与对策 159
4.6.1　轴承套圈的膨胀和收缩产生的畸变与对策 159
4.6.2　轴承套圈淬火时产生的圆柱度畸变与对策 163
4.6.3　轴承套圈淬火时产生的锥度畸变与对策 166
4.6.4　提高轴承套圈淬火时光亮度的方法 169
4.6.5　轴承钢淬火时发生的逆硬化现象 174
4.6.6　轴承套圈表面热处理后磨削砂轮的选择 178
4.7　高碳铬轴承钢的深冷处理 179
4.7.1　冷处理及深冷处理的概述 179
4.7.2　深冷处理机理 180
4.7.3　深冷处理工艺 181
4.7.4　深冷处理应用效果 182
4.7.5　GCr15轴承钢深冷处理 184
4.7.6　深冷处理设备 187
4.8　轴承钢的感应热处理 191
4.8.1　锭杆的感应穿透加热、自动模压淬火和自动矫直生产线 191
4.8.2　薄壁轴承套圈的感应加热、保护气氛、模压淬火新技术 206
4.8.3　大型高碳铬轴承钢套圈的无软带感应加热 210
4.9　整体（套）冲压滚针轴承的热处理新技术 218
4.9.1　冲压外圈和保持架的热处理要求 218
4.9.2　GCr15钢滚针的成形方法及热处理设备 220
4.9.3　整体（套）冲压滚针轴承的可控气氛应用 225
4.9.4　整体（套）冲压

1）本书系统地介绍了轴承钢及其热处理技术，主要内容包括：轴承钢的基础知识、GCr15轴承钢的特性及应用、相关高碳铬轴承钢钢种的特性和应用、轴承钢制件的热处理、轴承钢的淬火冷却介质应用及淬火糟的设计思路。
2）本书在介绍了轴承钢性能及冶金质量控制的基础上，重点介绍了轴承钢的热处理技术，如轴承钢的预备热处理、轴承套圈的马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火、轴承套圈的热处理畸变与对策、高碳铬轴承钢的深冷处理、轴承钢的感应热处理与真空热处理等。
3）本书内容系统性强，将基础理论知识和丰富的实践经验相结合，对轴承钢应用与热处理生产均有较高的参考价值。