精密机床轴承锻坯控冷-快速预备热处理工艺基础研究

摘要

轴承是精密机床的核心零件，其制造过程是采用先进的冷轧成形技术，该成形工艺获得的产品具有厚度均匀且尺寸精度高，内部微观组织细密，晶粒细小的效果，具备良好的机械使用性能。本文是针对国内某精密锻造有限公司采用冷轧成形工艺生产的GCr15精密机床轴承锻坯，经过镦粗-高速精锻后的冷却锻坯出现的冷却不均匀性问题和后续长达十几小时的球化退火工艺，这种传统的冷却方式和球化退火工艺，缺乏合理的与锻坯组织性能相匹配的冷却-预处理工艺，锻坯质量可控性和技术经济性差。因此有必要需要寻求更高效的控冷工艺和预备热处理工艺。 本文首先对轴承锻坯的冷却方式进行了设计，针对高速精锻后温度为850℃轴承锻坯进行空冷、风冷、水冷三种冷却方式。结果表明，随着冷却能力的增强，珠光体组织片层间距逐渐减小，珠光体团尺寸减小，网状碳化物厚度也减小，其效果以浸水冷却方式最为显著。为进一步研究不同终冷温度对轴承锻坯组织的影响，采用80~85℃热水浸水冷却方式，建立了冷却条件同组织之间的对应关系，得到了随轴承锻坯浸水保持时间延长至5~10s，获得终冷温度550℃、410℃和340℃轴承锻坯，锻坯组织由回火马氏体、下贝氏体和少量残余奥氏体组成，终冷温度610℃的冷却组织为珠光体。对于不同终冷温度锻坯组织，其组织中贝氏体含量随终冷温度降低而减少。 采用分级等温球化退火工艺和离异共析球化工艺，球化组织均可达到碳化物的圆细化效果。其中，冷却方式对球化组织产生的影响，在淬火处理前后的碳化物参数表现出明显规律，球化组织的碳化物平均粒径细小，则淬火之后的碳化物粒径小且未溶碳化物的体积分数同球化组织的碳化物粒径存在一定的正相关性；也得到了分级等温球化退火工艺获得的组织硬度低于离异共析球化组织，在力学性能指标都符合要求的前提下，控冷轴承锻坯匹配分级等温球化工艺更有利于后续切削机加工和冷辗扩过程。而采用离异共析球化的快速预备热处理工艺，总能耗为927080KJ，球化周期为5h，每球化1吨轴承锻坯，生产效率被提高至3.7倍，可降低26.42%的能源消耗，技术经济性更为显著。

目录

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第1章 绪论

1.1 精密机床轴承概述

1.2 轴承锻坯成形制造工艺简介

1.3 课题相关研究现状

1.4 课题来源、研究目的及意义

1.5主要研究内容

1.6 本章小结

第2章 实验测试研究方案

2.1 实验条件

2.2 实验方法

2.3 本章小结

第3章 精密机床轴承锻坯控制冷却工艺方法

3.1不同冷却介质条件的控冷轴承锻坯

3.2 不同终冷温度对锻坯微观组织的影响

3.3 轴承锻坯冷却结果分析

3.4 本章小结

第4章 精密轴承锻坯快速预备热处理方法

4.1 锻后冷却与分级等温球化快速预备热处理工艺

4.2 锻后冷却与离异共析球化快速预备热处理工艺

4.3 锻坯控冷条件对球化组织及力学性能的协同影响机制

4.4 本章小结

第5章 精密机床轴承锻坯控制冷却-快速预处理工艺优化匹配

5.1 轴承锻坯控制冷却-快速预处理工艺球化组织匹配

5.2 轴承锻坯控制冷却-快速预处理组织力学性能匹配

5.3 轴承锻坯快速预备热处理的能源消耗

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间科研成果