GCr15轴承套圈硬态切削工艺近表层性能研究

摘要

轴承是重要的基础机械零件，在工业中的应用十分广泛，它的质量直接决定了机械装备的可靠水平、精度等级、性能优良和寿命时间的长短。用CBN/PCBN（立方氮化硼/聚晶立方氮化硼）和陶瓷刀具进行硬态干切削技术被逐步认为是替代粗车、精车、磨削，甚至是以磨粒磨削为基础的超精磨的精密、高效、低成本的清洁绿色加工主流技术之一。
　　本文通过以硬态切削加工 GCr15轴承（62~64HRC）为研究对象，对轴承套圈的近表层性能进行了实验分析。本文主要有以下几个方面内容：（1）通过采用不同热处理工艺配合电解萃取方法，制备出能够满足样品特性要求（均匀性、时间稳定性与温度稳定性）的残余奥氏体参考样品，验证了残余奥氏体参考样品的方法和工艺的通用性并应用于轴承内外圈近表层残余奥氏体量的测试。实验条件下的轴承套圈残余奥氏体含量测定结果远小于标准规定。（2）通过对退火态的GCr15轴承套圈的球化体和显微组织进行评级与观察，硬态切削后的轴承套圈进行碳化物、显微组织和晶粒度评级与观察，并对从沟道表面至1mm深处显微组织进行分析，结果显示退火态轴承套圈显微组织为球化体及点状球化体+铁素体，碳化物均匀分布在铁素体基体上；经淬回火后的轴承套圈显微组织为隐晶马氏体+细小针状马氏体+弥散分布颗
　　粒状碳化物+极少量残余奥氏体，晶粒细小、组织较均匀；轴承显微组织沿深度无明显变化，轴承套圈中碳化物有呈轻微带状分布的趋势。（3）通过对GCr15轴承套圈沟道进行近表层残余应力分布测定，结果表明，使用硬态切削加工工艺之后，能够在轴承沟道表面形成较大的残余压应力，并随着深度的增加残余压应力不断减小，最大压应力约700MPa，应力层深度在60~80μm。通过减小测量时的腐蚀层深度，更加精细的测定残余应力分布，结果表明，硬态切削加工工艺在轴承沟道次表面处残余压应力最大，形成与磨削加工工艺不同的典型勺型特征曲线。（4）通过对轴承套圈沟道处作显微硬度梯度测定，结果表明，轴承套圈硬度值在765~781HV之间，轴承套圈硬度值沿深度无明显变化。对轴承沟道处作表面微观形貌分析，可以看到规律而齐整的切削痕迹。硬态切削加工后，轴承套圈沟道处表面有较低的粗糙度。（5）通过测量 FA G磨削轴承的近表层性能并与国产硬态切削加工轴承对比，发现 FA G轴承显微组织更加细小、碳化物分布更加均匀，显微组织要明显优于国产硬态切削轴承。FA G磨削轴承硬度小于国产硬态切削轴承。FA G轴承有少量较粗划痕。FAG轴承套圈近表层为残余压应力，最大压应力约为-550MPa，压应力深度约为30μm。（6）国产硬态切削加工轴承的近表层显微组织、硬度大小与分布、表面粗糙度、残余奥氏体含量均能满足甚至远远优于标准的规定值，基本能够达到国外先进精密磨削轴承（FA G轴承）的水平，甚至在近表层残余应力的大小与分布上要优于国外精密磨削轴承，这都表明硬态切削工艺在精密轴承制造上有着非常广阔的发展前景。
　　大小与分布、表面粗糙度、残余奥氏体含量均能满足甚至远远优于标准的规定值，基本能够达到国外先进精密磨削轴承（FA G轴承）的水平，甚至在近表层残余应力的大小与分布上要优于国外精密磨削轴承，这都表明硬态切削工艺在精密轴承制造上有着非常广阔的发展前景。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 硬态切削工艺

1.2 课题来源与研究内容

第二章 实验设备与方法

2.1 主要试验设备

2.2 实验材料

2.3 热处理与加工工艺

2.4 试验方法

第三章 轴承套圈近表层残余奥氏体的检测

3.1 残余奥氏体参考样品的制备

3.2 轴承套圈残余奥氏体含量的测量

3.3 分析与讨论

3.3 本章小结

第四章 轴承套圈近表层显微组织分析研究

4.1 退火态轴承套圈显微组织分析

4.2 硬态切削轴承套圈显微组织分析

4.3 分析与讨论

4.4 本章小结

第五章 硬态切削后轴承套圈近表层残余应力分布

5.1 硬态切削后轴承套圈沟道近表层残余应力分布

5.2 硬态切削轴承套圈近表层残余应力分布原因分析

5.3 分析与讨论

5.4 本章小结

第六章 轴承套圈沟道近表面层性能

6.1 轴承套圈沟道近表面层显微硬度梯度

6.2 轴承内圈沟道表面形貌

6.3 轴承内圈沟道表面粗糙度

6.4 本章小结

第七章 FA G航空轴承的性能对比

7.1 FAG轴承近表层显微组织研究

7.2 FAG轴承与实验轴承在近表层纳米硬度测试结果上的对比

7.3 FAG轴承沟道处近表层显微形貌研究

7.4 FAG轴承沟道处近表层残余应力分布

7.5 FAG轴承残余奥氏体含量与表面粗糙度

7.6 分析与讨论

7.7 本章小结

结论

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和参加科研情况