CN103014284B - 一种对制造圆锥滚子所用GCr15钢材的改制工艺 - Google Patents
一种对制造圆锥滚子所用GCr15钢材的改制工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于滚动轴承制造领域，涉及一种对制造圆锥滚子所用GCr15钢材的改制工艺，所述改制工艺的步骤包括：原材料检验、球化退火、球化检验、酸洗、冷拔、再结晶退火、再结晶检验、校直、磨外圆和终检；球化退火工序中，790℃保温；温度降低至720℃保温；降至650℃再保温后开炉降温至280℃出炉。本发明改制后的材料能完全达到加工需要的尺寸公差要求；采用本发明的改制工艺：改制后的材料的显微组织能够达到GB/T18254-2002《高碳铬轴承钢》的技术要求；改制后的材料能够有效去除90%以上的脱碳层，经过后续加工可全部去除脱碳层；用改制的材料生产出的滚动体在热处理后能达到规定的机械性能和力学性能要求。
Description
技术领域
本发明属于滚动轴承制造领域，涉及一种对制造圆锥滚子所用GCr15钢材的改制工艺。尤其是直径为12mm至40mm的热轧不退火GCr15轴承钢盘条和圆钢的改制工艺。
背景技术
通常生产圆锥滚子的原材料采用热轧不退火的盘条或圆钢，钢材的牌号有GCr15、GCr15SiMn和GCr15SiMo等，其中GCr15使用最广泛。制造直径15mm至50mm的圆锥滚子一般采用直径12mm至40mm的盘条或圆钢作为原材料。
在制造圆锥滚子时，对所用钢材的力学性能、金相组织和直径尺寸要求很严，而钢材生产企业提供的热轧不退火GCr15盘条和圆钢的表面存在脱碳层，直径尺寸误差较大，满足不了圆锥滚子的生产要求，不能直接用于生产，需要进行改制。
对热轧不退火GCr15盘条和圆钢进行改制，就是把从钢材生产企业购进的原材料进行再加工，使钢材的性能和尺寸达到生产圆锥滚子的技术要求。改制包括了对原材料的退火处理和机械加工。退火处理是通过对材料进行加温、保温和降温处理，使其内部结晶组织发生一定变化，从而使材料的组织特性符合圆锥滚子的制造要求。机械加工一般是通过冷拔，或者磨削，或者这两种方法兼用，将原材料加工到符合生产要求的尺寸公差范围内，并将脱碳层有效去除。
发明内容
本发明的目的是提出一种对制造圆锥滚子所用GCr15钢材的改制工艺。
本发明提出的对制造圆锥滚子所用GCr15钢材的改制工艺，其工艺步骤如下所述：
1. 原材料检验
对原材料进行检验的目的是确定原材料是否合格，并判定原材料是否能投入生产。
（1）抽取检验样品
对于圆钢棒料，从购进的同一批次钢材中随机抽取6根，作为检验样品；对于盘条卷料，从购进的同一批次钢材中随机抽取6盘，作为检验样品。
(2) 检验外观、表面质量、直径尺寸和不圆度
① 外观和表面质量由检验员以目视的方式检查，材料表面不允许有裂纹、折叠、拉裂、结疤、夹杂，及其他对使用有害的缺陷，材料端头形状应符合GB/T18254-2002的规定。
② 直径尺寸和不圆度由检验员用精度为0.05mm的卡尺测量的方式检查，直径尺寸和不圆度应符合GB/T18254-2002规定的公差。
经过外观、表面质量、直径尺寸和不圆度检验合格的材料可进入下一步材质检验。对于检验不合格的材料停止使用，不得投入生产。
(3) 检验材质
① 抽取试样
对于圆钢棒料，先从抽取的6根圆钢上切取材质检验的用材，具体方法是：在每根圆钢的任一端端部，分别切取长度为25cm的料段，共切取6个料段。对于盘条卷料，先从抽取的6盘盘条中切取材质检验的用材，具体方法是：在每盘盘条卷料的任一端端部，分别切取长度为25cm的料段，共切取6个料段。
然后制作试样，试样的制作方法是：从每个料段的切割端切取2个2.5cm长的小样段，将其中一个小样段的横断面磨平，作为横向试样；将另一个小样段沿轴线剖切开，把剖切后的纵断面磨平，作为纵向试样。共取得6个横向试样和6个纵向试样。
每个料段切取小样段后，剩余的部分用于化学成分分析。
② 分析材料化学成分
将剩余的20cm料段进行酸洗，去除表面异物，按照GB/T222规定的方法在钻床上低速钻取样屑，然后送到粉碎机里粉碎，之后按照GB/T223规定的方法分别测定碳、铬、硅、锰、钼、磷、硫、镍和铜的含量。测定结果应符合GB/T18254-2002规定。
③ 材料硬度试验
在布氏硬度计上对横向试样一端做硬度试验，所有试样所测得的布氏硬度值均应符合GB/T18254-2002的规定。
④ 低倍组织检查
将6个纵向试样放在温度为65~80℃，质量分数为50%的工业用盐酸水溶液中浸蚀25~40分钟，清洗晾干后放在10倍的放大镜下分别进行低倍组织观察。首先观察是否有明显缺陷，试样应无缩孔、裂纹、气泡、过烧、白点，以及有害夹杂物；然后观察疏松和偏析，试样的中心疏松、一般疏松和偏析三项评级分别按照GB/T18254-2002附录A中的第1级别图、第2级别图和第3级别图来评定，所有试样均不得大于相应级别图中的1级水平；
⑤ 非金属夹杂物检验
将纵向试样放在100倍的显微镜上观察材料中的非金属夹杂物，按照GB/T18254-2002附录A中的第4级别图来判定材料是否合格；所有试样中，三分之二以上试样的硫化物存量不得大于第4级别图中细系2.5级和粗细1.5级，氧化铝存量不得大于第4级别图中细系2.0级和粗细1.5级，硅酸盐存量不得大于第4级别图中细系0.5级和粗细0.5级，点状不变形夹杂物存量不得大于第4级别图中细系1.0级和粗细1.0级；同时，所有试样的同类项目的平均级也不得大于上述值。
⑥ 显微组织检验
将横向试样横端面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀，在500倍显微镜下观察。按照GB/T18254-2002附录A中的第6级别图来判定材料是否合格。所有试样应符合2~4级。
⑦ 脱碳层深度检验
在横向试样上检验材料脱碳层深度。将横断面抛光，用4%硝酸酒精溶液深度浸蚀，使钢的组织能够清楚显示。用100倍的显微镜在试样周围边缘观察，测量最大的总脱碳层深度。对于直径12~15mm的钢材，每边总脱碳层深度不得大于0.2mm；对于直径16~30mm的钢材，每边总脱碳层深度不得大于0.4mm；对于直径31~40mm的钢材，每边总脱碳层深度不得大于0.6mm。
⑧ 碳化物不均匀性检验
a. 碳化物网状评定
将横向试样按照GB/T18254-2002规定的热处理制度进行淬火、回火。然后将横剖面抛光，用4%硝酸酒精溶液浸蚀。在500倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中的第7级别图来判定材料是否合格。所有试样不得大于2.5级。
b. 碳化物带状评定
将纵向试样按照GB/T18254-2002规定的热处理制度进行淬火、回火。然后将纵剖面抛光，用4%硝酸酒精溶液深度浸蚀。分别在500倍和100倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中第8级别图里×500图和×100图，综合判定材料是否合格。对于直径小于等于30mm的钢材，所有试样不得大于2.0级；对于直径大于30mm的钢材，所有试样不得大于2.5级。
c. 碳化物液析评定
对经过淬回火、抛光和浸蚀的纵向试样用100倍显微镜观察碳化物液析，按照GB/T18254-2002附录A中的第9级别图来判定材料是否合格。所有试样不得大于2.0级。
经过材质检验合格的材料可进入下一步材球化退火。对于材质检验不合格的材料停止使用，不得投入生产。
2.球化退火
（1）圆钢棒料球化退火
把经过材质检验合格的原材料放进箱式退火炉，用真空泵抽取炉内空气，使炉内压力达到-0.05MPa，之后充入浓度为不低于99.96%的氮气。20分钟后，开始加温，当炉内温度达到790℃后保温4小时。在保温期间，材料内部的铁素体上的碳化物开始分解为均匀分布的球状体。保温4小时是考虑到既防止材料退火后硬度过高，又不降低生产效率。之后将炉内温度降低至720℃，再保温10小时。GCr15轴承钢在710℃~730℃时，是珠光体球化的理想条件，所以将材料降至720℃，进行等温处理。之后降至650℃再保温3小时，使材料内部的组织进一步保持稳定。之后开炉降温，降至280℃出炉；
（2）盘条卷料球化退火
把经过检验合格的原材料放入井式退火炉，用真空泵抽取炉内空气，使炉内压力达到-0.05MPa，之后充入浓度为不低于99.96%的氮气。40分钟后，开始加温，加温至790℃±5℃后保温6小时。在保温期间，材料内部的铁素体上的碳化物开始分解为均匀分布的球状体。保温6小时是考虑到盘条卷料在井式炉里温度的均性差，为防止材料温度不一致而确定的。之后降至720℃再保温8小时，之后降至650℃再保温3小时，之后随炉降温，降温至280℃出炉。
3.球化检验
对于圆钢棒料，从球化退火后的材料中随机选取一根，在棒料的两端和中部各切取25cm长的料段进行检验；对于盘条卷料，从球化退火后的材料中随机选取一盘，在材料的两端和中部各切取25cm长的料段进行检验。从每个料段的切割端再切取2个2.5cm长的小样段作为试样，将其中一个小样段横断面（与轴线垂直的端面）磨平，作为横向试样；另一个小样段沿轴线剖切开，将纵断面（经过圆钢轴线的平面）磨平，作为纵向试样。共取得3个横向试样和3个纵向试样。
（1）观察显微组织
将横向试样横端面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀；在500倍显微镜下观察，按照JB/T1255-2001中的第1级别图来判定球化退火是否合格。试样应符合2~4级，不允许出现1级欠火组织，5级碳化物不均匀组织和6级过热组织。
（2）材料硬度试验
对纵向试样和横向式样做硬度试验，试样的布氏硬度应符合JB/T1255-2001规定的179HBW~207HBW，不允许超出此范围。
4.酸洗
将球化退火后的材料放在酸洗池里进行浸泡和清洗，浸泡时间不低于10分钟，不长于20分钟。酸洗后应用清水冲洗。如果保存时间超过12小时，应喷洒防锈剂。
5.冷拔
将经过酸洗后的材料放在酸冷拔机上进行冷拔。对于直径在20mm以下的钢材，冷拔前与冷拔后材料截面积的压缩率控制在0.1~0.2以内，对于直径为20~40mm的钢材，冷拔前与冷拔后材料截面积的压缩率控制在0.075~0.15以内。压缩率的计算公式为：
压缩率=（d 0 2－d 2）/d 0 2
式中：d 0 －材料冷拔前的直径；
d －材料冷拔后的直径。
对于盘圆卷料，冷拔后要按照工艺要求切成棒料。
6.再结晶退火
再结晶退火时，把冷拔后的材料放在箱式退火炉里加热至680℃，保温2~ 4小时后随炉冷却到550℃，之后出炉空冷。
7.再结晶检验
为了防止材料在再结晶退火时组织和硬度发生变化，再结晶退火后要对材料的组织和硬度再次进行检验；取样方法和检验项目与球化检验相同。
8.校直
校直工序分初校和精校两步完成，分别在两个校直机上完成。
9.磨外圆
磨外圆是把校直后的材料放在外圆无心磨床上将外圆磨至规定的尺寸。磨外圆工序有两个作用：一是去掉表面脱碳层，防止材料存在不可淬火的机体；二是使材料的直径达到要求尺寸。当材料需要磨去的余量较大时，要分多次逐步磨到规定尺寸。用贯穿磨的方法磨削，一般要经过三遍磨削后达到要求尺寸。
10.终检
材料经过磨削后，改制工作即告完成，之后要对材料进行终检。终检时，按照所制造的圆锥滚子的工艺要求来判定材料的合格性。检验项目包括：尺寸公差、不圆度和外观质量。
本发明提出的对制造轴承滚动体所用GCr15钢材的改制工艺有以下特点：
(1) 改制后的材料能完全达到加工需要的尺寸公差要求；
(2) 改制后的材料的显微组织能够达到GB/T 18254-2002《高碳铬轴承钢》的技术要求；
(3) 改制后的材料能够有效去除90%以上的脱碳层，经过后续加工可全部去除脱碳层；
(4) 用改制的材料生产出的滚动体在热处理后能达到规定的机械性能和力学性能要求。
具体实施方式
结合给出的实施例对本发明工艺具体说明如下。
本发明提出的对制造轴承圆锥滚子所用GCr15钢材的改制工艺，其工艺流程为：原材料检验→球化退火→球化检验→酸洗→冷拔→再结晶退火→再结晶检验→校直→磨外圆→终检。
实施例1
制造32218圆锥滚子，采用直径为20mm，长度为5m的热轧不退火GCr15圆钢。改制后要求为：直径为 
mm，不圆度不超过0.015mm，粗糙度Ra不超过2.5μm。
1.原材料检验
（1）抽取检验样品
从购进的同一批次钢材中随机抽取6根，作为检验样品。
（2）检验外观、表面质量、直径尺寸和不圆度
① 检验员以目视方式检查材料表面有无裂纹、折叠、拉裂、结疤、夹杂，以及其他对使用有害的缺陷；确定材料端头形状是否整齐、平整，不得有马蹄形、飞边、毛刺，以及影响使用的切斜、压扁。
② 检验员用精度为0.05mm的卡尺检测材料直径尺寸和不圆度，材料的直径公差应20±0.40mm，不圆度不得大于0.4mm。
（3） 检验材质
① 抽取试样
先从已抽取的6根圆钢上切取材质检验的用材，具体方法是：在每根圆钢的任一端端部，分别切取长度为25cm的料段，共切取6个料段。
然后制作试样，试样的制作方法是：从每个料段的切割端切取2个2.5cm长的小样段，将其中一个小样段的横断面磨平，作为横向试样；将另一个小样段沿轴线剖切开，把剖切后的纵断面磨平，作为纵向试样。共取得6个横向试样和6个纵向试样。
每个料段切取小样段后，剩余的20cm用于化学成分分析。
② 分析材料化学成分
将6个20cm的料段进行酸洗，去除表面异物，在钻床上低速钻取样屑，然后送到粉碎机里粉碎，之后分别测定碳、铬、硅、锰、钼、磷、硫、镍、铜等元素的含量。碳、铬、硅、锰、钼、磷、硫、镍、铜等元素含量的测定方法按照GB/T223的规定，合格性应按照GB/T18254-2002判定。
③ 材料硬度试验
在布氏硬度计上对横向试样一端做硬度试验，试验所测得的布氏硬度值应179HBW~207HBW范围内。
④ 低倍组织检查
将6个纵向试样放在温度为65~80℃，质量分数为50%的工业用盐酸水溶液中浸蚀25~40分钟，清洗晾干后放在10倍的放大镜下分别进行低倍组织观察。首先观察是否有明显缺陷，试样应无缩孔、裂纹、气泡、过烧、白点，以及有害夹杂物；然后观察疏松和偏析，试样的中心疏松、一般疏松和偏析三项评级分别按照GB/T18254-2002附录A中的第1级别图、第2级别图和第3级别图来评定，均不得大于相应级别图中的1级水平；
⑤ 非金属夹杂物检验
将6个纵向试样分别放在100倍的显微镜上观察材料中的非金属夹杂物，按照GB/T18254-2002附录A中的第4级别图来判定材料是否合格。所有试样中，三分之二以上试样的硫化物存量不得大于第4级别图中细系2.5级和粗细1.5级，氧化铝存量不得大于第4级别图中细系2.0级和粗细1.5级，硅酸盐存量不得大于第4级别图中细系0.5级和粗细0.5级，点状不变形夹杂物存量不得大于第4级别图中细系1.0级和粗细1.0级。同时，所有试样的同类项目的平均级也不得大于上述值。
⑥ 显微组织检验
将横向试样横端面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀，分别在500倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中的第6级别图来判定材料是否合格，所有试样应符合2~4级。
⑦ 脱碳层深度检验
将横断面抛光，用4%硝酸酒精溶液深度浸蚀，使钢的组织能够清楚显示，用100倍的显微镜在试样周围边缘观察，测量最大的总脱碳层深度。每边总脱碳层深度不得大于0.4mm。
⑧ 碳化物不均匀性检验
a. 碳化物网状评定
将横向试样进行淬火、回火。淬火温度为830℃，保温时间为12分种，冷却方式为油冷；回火温度为150℃，回火时间为90分种。然后将横剖面抛光，用4%硝酸酒精溶液浸蚀。在500倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中的第7级别图来判定材料是否合格。所有试样不得大于2.5级。
b. 碳化物带状评定
将纵向试样进行淬火、回火。淬火温度为830℃，保温时间为12分种，冷却方式为油冷；回火温度为150℃，回火时间为90分种。然后将纵剖面抛光，用4%硝酸酒精溶液深度浸蚀。分别在500倍和100倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中第8级别图里×500图和×100图，综合判定材料是否合格。对于直径小于等于30mm的钢材，所有试样不得大于2.0级；对于直径大于30mm的钢材，所有试样不得大于2.5级。
c. 碳化物液析评定
对经过淬回火、抛光和浸蚀的纵向试样用100倍显微镜观察碳化物液析，按照GB/T18254-2002附录A中的第9级别图来判定材料是否合格。所有试样不得大于2.0级。
经过材质检验合格的材料可进入球化退火。对于材质检验不合格的材料停止使用，不得投入生产。
2.球化退火
把经过材质检验合格的原材料送进箱式退火炉，用真空泵抽取炉内空气，使炉内压力达到-0.05MPa，之后充入浓度为不低于99.96%的氮气。20分钟后，开始加温。当炉内温度达到790℃后保温4小时。之后将炉内温度降低至720℃，再保温10小时。之后降至650℃再保温3小时。之后开炉降温，降至280℃出炉；
3.球化检验
在球化退火后的材料中随机选取一根，从其两端和中部各切取25cm长的料段，再从每个料段的切割端切取2个2.5cm长的小样段作为试样，将其中一个小样段横断面磨平，作为横向试样；另一个小样段沿轴线剖切开，将纵断面磨平，作为纵向试样。共取得3个横向试样和3个纵向试样。
（1）观察显微组织
将横向试样横端面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀；在500倍显微镜下观察，按照JB/T1255-2001中的第1级别图来判定球化退火是否合格。试样应符合2~4级，不允许出现1级欠火组织，5级碳化物不均匀组织和6级过热组织。
（2）材料硬度试验
对纵向试样和横向式样做硬度试验，试样的布氏硬度应符合JB/T1255-2001规定的179HBW~207HBW，不允许超出此范围。
4.酸洗
将球化退火后的材料放在酸洗池里进行浸泡和清洗，浸泡时间不低于10分钟，不长于20分钟。酸洗后应用清水冲洗，并喷洒防锈剂。
5.冷拔
将经过酸洗后的材料放在冷拔机上冷拔，从直径20mm冷拔至直径18.6mm，冷拔后直径公差为18.6±0.03mm。
6.再结晶退火
把冷拔后的材料放在退火炉里加热至680℃，保温2~ 4小时后随炉冷却到550℃，之后出炉空冷。
7.再结晶检验
在再结晶退火后的材料中随机选取一根，从材料的两端和中部各切取一段25cm长的料段，再从每个料段的切割端切取2个2.5cm长的小样段制作试样，将其中一个小样段横断面磨平，作为横向试样；将另一个小样段沿轴线剖切开，把纵断面磨平，作为纵向试样。共取得3个横向试样和3个纵向试样。
（1）观察显微组织
将横向试样横端面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀，在500倍显微镜下观察，各试样的显微组织仍应符合JB/T1255-2001中第1级别图的2~4级。
（2）材料硬度试验
对纵向试样和横向式样做硬度试验，各试样的布氏硬度仍应符合JB/T1255-2001规定的179HBW~207HBW。
8.校直
把经过再结晶检验合格的材料，先放在初校机上初校，之后放在精校机上精校。经过两次校直后材料的总弯曲度应不超过0.6mm。
9.磨外圆
把经过校直后材料放在外圆无心磨床上将外圆磨到规定的mm。磨外圆工序经过三遍磨削，最后达到要求尺寸。
10.终检
材料经过磨外圆后要对材料进行终检，终检项目包括：尺寸符合
mm要求，不圆度不超过0.015mm，粗糙度Ra不超过2.5μm，表面不得有肉眼可见的磕碰伤。
实施例2
制造30208圆锥滚子，采用直径为11mm的热轧不退火GCr15圆盘条钢材。改制后要求为：直径公差
mm，不圆度不超过0.01mm，粗糙度Ra不超过2.5μm。
1.原材料检验
（1）抽取检验样品
从购进的同一批次钢材中随机抽取6盘，作为检验样品。
（2）检验外观、表面质量、直径尺寸和不圆度
① 检验员以目视方式检查材料表面有无裂纹、折叠、拉裂、结疤、夹杂，以及其他对使用有害的缺陷；确定材料端头形状是否整齐、平整，不得有马蹄形、飞边、毛刺，以及影响使用的切斜、压扁。
② 检验员用精度为0.05mm的卡尺检测材料直径尺寸和不圆度，材料的直径公差应11±0.40mm，不圆度不得大于0.64mm。
（3）检验材质
① 抽取试样
先从已抽取的6盘盘条卷料中切取材质检验的用材，具体方法是：在每盘盘条卷料的任一端端部，各切取长度为25cm的料段，共切取6个料段。
然后制作试样，试样的制作方法是：从每个料段的切割端切取2个2.5cm长的小样段，将其中一个小样段的横断面磨平，作为横向试样；将另一个小样段沿轴线剖切开，把剖切后的纵断面磨平，作为纵向试样。共取得6个横向试样和6个纵向试样。
每个料段切取小样段后，剩余的20cm用于化学成分分析。
② 分析材料化学成分
将6个20cm料段进行酸洗，去除表面异物，在钻床上低速钻取样屑，然后送到粉碎机里粉碎，之后分别测定碳、铬、硅、锰、钼、磷、硫、镍、铜等元素的含量。碳、铬、硅、锰、钼、磷、硫、镍、铜等元素含量的测定方法按照GB/T223的规定，合格性应按照GB/T18254-2002判定。
③ 材料硬度试验
在布氏硬度计上对横向试样一端做硬度试验，试验所测得的布氏硬度值应179HBW~207HBW范围内。
④ 低倍组织检查
将6个纵向试样放在温度为65~80℃，质量分数为50%的工业用盐酸水溶液中浸蚀25~40分钟，清洗晾干后放在10倍的放大镜下分别进行低倍组织观察。首先观察是否有明显缺陷，试样应无缩孔、裂纹、气泡、过烧、白点，以及其他有害夹杂物。然后观察疏松和偏析，试样的中心疏松、一般疏松和偏析三项评级分别按照GB/T18254-2002附录A中的第1级别图、第2级别图和第3级别图来评定，均不得大于相应级别图中的1级水平。
⑤ 非金属夹杂物检验
将6个纵向试样分别放在100倍的显微镜上观察材料中的非金属夹杂物，按照GB/T18254-2002附录A中的第4级别图来判定材料是否合格。所有试样中，三分之二以上试样的硫化物存量不得大于第4级别图中细系2.5级和粗细1.5级，氧化铝存量不得大于第4级别图中细系2.0级和粗细1.5级，硅酸盐存量不得大于第4级别图中细系0.5级和粗细0.5级，点状不变形夹杂物存量不得大于第4级别图中细系1.0级和粗细1.0级。同时，所有试样的同类项目的平均级也不得大于上述值。
⑥ 显微组织检验
将横向试样横端面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀，分别在500倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中的第6级别图来判定材料是否合格。所有试样应符合2~4级。
⑦ 脱碳层深度检验
将横断面抛光，用4%硝酸酒精溶液深度浸蚀，使钢的组织能够清楚显示，用100倍的显微镜在试样周围边缘观察，测量最大的总脱碳层深度。每边总脱碳层深度不得大于0.2mm。
⑧ 碳化物不均匀性检验
a. 碳化物网状评定
将横向试样进行淬火和回火。淬火温度为830℃，保温时间为12分种，冷却方式为油冷；回火温度为150℃，回火时间为90分种。然后将横剖面抛光，用4%硝酸酒精溶液浸蚀，在500倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中的第7级别图来判定材料是否合格。所有试样不得大于2.5级。
b. 碳化物带状评定
将纵向试样进行淬火和回火。淬火温度为830℃，保温时间为12分种，冷却方式为油冷；回火温度为150℃，回火时间为90分种。然后将纵剖面抛光，用4%硝酸酒精溶液深度浸蚀，分别在500倍和100倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中第8级别图里×500图和×100图，综合判定材料是否合格。对于直径小于等于30mm的钢材，所有试样不得大于2.0级；对于直径大于30mm的钢材，所有试样不得大于2.5级。
c. 碳化物液析评定
对经过淬回火、抛光和浸蚀的纵向试样用100倍显微镜观察碳化物液析，按照GB/T18254-2002附录A中的第9级别图来判定材料是否合格。所有试样不得大于2.0级。
经过材质检验合格的材料可进入球化退火。对于材质检验不合格的材料停止使用，不得投入生产。
2.球化退火
把经过材质检验合格的原材料放入井式退火炉，用真空泵抽取炉内空气，使炉内压力达到-0.05MPa，之后充入浓度为不低于99.96%的氮气。40分钟后，开始加温，加温至790±5℃后保温6小时。之后降至720℃再保温8小时，之后降至650℃再保温3小时，之后随炉降温，降温至280℃出炉。
3.球化检验
在经过球化退火后的材料中随机选取一盘，从其两端和中部各切取25cm长的料段，再从每个料段的切割端切取2个2.5cm长的小样段作为试样，将其中一个小样段横断面磨平，作为横向试样；另一个小样段沿轴线剖切开，将纵断面磨平，作为纵向试样。共取得3个横向试样和3个纵向试样。
（1）观察显微组织
将横向试样横端面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀；在500倍显微镜下观察，按照JB/T1255-2001中的第1级别图来判定球化退火是否合格。试样应符合2~4级，不允许出现1级欠火组织，5级碳化物不均匀组织和6级过热组织。
（2）材料硬度试验
对纵向试样和横向式样做硬度试验，试样的布氏硬度应符合JB/T1255-2001规定的179HBW~207HBW，不允许超出此范围 。
4.酸洗
将球化退火后的材料放在酸洗池里进行浸泡和清洗，浸泡时间不低于10分钟，不长于20分钟。酸洗后应用清水冲洗。如果放置时间超过12小时，应喷洒防锈剂。
5.冷拔
将经过酸洗后的材料放在冷拔机上冷拔，从直径11mm冷拔至直径10.4mm，冷拔后直径公差为10.4±0.03mm。冷拔后将材料切为5mm长的棒料段。
6.再结晶退火
把冷拔后并切断的材料放在箱式退火炉里加热至680℃，保温2~ 4小时后随炉冷却到550℃，之后出炉空冷。
7.再结晶检验
从再结晶退火后的材料中随机选取一根，在材料的两端和中部各切取一段25cm长的料段，再从每个料段的切割端切取2个2.5cm长的小样段制作试样，将其中一个小样段横断面磨平，作为横向试样；将另一个小样段沿轴线剖切开，把纵断面磨平，作为纵向试样。共取得3个横向试样和3个纵向试样。
（1）观察显微组织
将横向试样横端面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀，在500倍显微镜下观察，各试样的显微组织仍应符合JB/T1255-2001中第1级别图的2~4级。
（2）材料硬度试验
对纵向试样和横向式样做硬度试验，各试样的布氏硬度仍应符合JB/T1255-2001规定的179HBW~207HBW。
8.校直
把经过再结晶检验合格的材料，先放在初校机上初校，之后放在精校机上精校。经过两次校直后材料的总弯曲度应不超过0.5mm。
9.磨外圆
把经过校直后材料放在外圆无心磨床上磨到规定的
mm。磨外圆工序经过三遍磨削，最后达到要求尺寸。
10.终检
材料经过磨外圆后要对材料进行终检，终检项目包括：尺寸符合
mm要求，不圆度不超过0.01mm，粗糙度Ra不超过2.5μm，表面不得有肉眼可见的磕碰伤。
Claims (1)
1.一种对制造圆锥滚子所用GCr15钢材的改制工艺，其特征在于：所述改制工艺的步骤如下所述：
A、原材料检验
对原材料进行检验的目的是确定原材料是否合格，并判定原材料是否能投入生产；
（1）抽取检验样品
对于圆钢棒料，从购进的同一批次钢材中随机抽取6根，作为检验样品；对于盘条卷料，从购进的同一批次钢材中随机抽取6盘，作为检验样品；
（2）检验外观、表面质量、直径尺寸和不圆度
① 外观和表面质量由检验员以目视的方式检查，材料表面不允许有裂纹、折叠、拉裂、结疤、夹杂，及其他对使用有害的缺陷，材料端头形状应符合GB/T18254-2002的规定；
② 直径尺寸和不圆度用精度为0.05mm的卡尺测量的方式检查，直径尺寸和不圆度应符合GB/T18254-2002规定的公差；
经过外观、表面质量、直径尺寸和不圆度检验合格的材料进入下一步材质检验；
（3）检验材质
① 抽取试样
对于圆钢棒料，先从抽取的6根圆钢上切取材质检验的用材，具体方法是：在每根圆钢的任一端端部，分别切取长度为25cm的料段，共切取6个料段；对于盘条卷料，先从抽取的6盘盘条中切取材质检验的用材，具体方法是：在每盘盘条卷料的任一端端部，分别切取长度为25cm的料段，共切取6个料段；
然后制作试样，从每个料段的切割端切取2个2.5cm长的小样段，将其中一个小样段的横断面磨平，作为横向试样；将另一个小样段沿轴线剖切开，把剖切后的纵剖面磨平，作为纵向试样；共取得6个横向试样和6个纵向试样；
每个料段切取小样段后，剩余的部分用于化学成分分析；
② 分析材料化学成分
将剩余的20cm料段进行酸洗，去除表面异物，按照GB/T222规定的方法在钻床上低速钻取样屑，然后送到粉碎机里粉碎，之后按照GB/T223规定的方法分别测定碳、铬、硅、锰、钼、磷、硫、镍和铜的含量；测定结果应符合GB/T18254-2002规定；
③ 材料硬度试验
在布氏硬度计上对横向试样一端做硬度试验，所有试样所测得的布氏硬度值均应符合GB/T18254-2002的规定；
④ 低倍组织检查
将6个纵向试样放在温度为65~80℃，质量分数为50%的工业用盐酸水溶液中浸蚀25~40分钟，清洗晾干后放在10倍的放大镜下分别进行低倍组织观察；首先观察是否有明显缺陷，试样应无缩孔、裂纹、气泡、过烧、白点，以及有害夹杂物；然后观察疏松和偏析，试样的中心疏松、一般疏松和偏析三项评级分别按照GB/T18254-2002附录A中的第1级别图、第2级别图和第3级别图来评定，所有试样均不得大于相应级别图中的1级水平；
⑤ 非金属夹杂物检验
将纵向试样放在100倍的显微镜上观察材料中的非金属夹杂物，按照GB/T18254-2002附录A中的第4级别图来判定材料是否合格；所有试样中，三分之二以上试样的硫化物存量不得大于第4级别图中细系2.5级和粗细1.5级，氧化铝存量不得大于第4级别图中细系2.0级和粗细1.5级，硅酸盐存量不得大于第4级别图中细系0.5级和粗细0.5级，点状不变形夹杂物存量不得大于第4级别图中细系1.0级和粗细1.0级；同时，所有试样的同类项目的平均级也不得大于上述值；
⑥ 显微组织检验
将横向试样横断面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀，在500倍显微镜下观察；按照GB/T18254-2002附录A中的第6级别图来判定材料是否合格；所有试样应符合2~4级；
⑦ 脱碳层深度检验
在横向试样上检验材料脱碳层深度；将横断面抛光，用4%硝酸酒精溶液深度浸蚀，使钢的组织能够清楚显示；用100倍的显微镜在试样周围边缘观察，测量最大的总脱碳层深度；对于直径12~15mm的钢材，每边总脱碳层深度不得大于0.2mm；对于直径16~30mm的钢材，每边总脱碳层深度不得大于0.4mm；对于直径31~40mm的钢材，每边总脱碳层深度不得大于0.6mm；
⑧ 碳化物不均匀性检验
a. 碳化物网状评定
将横向试样按照GB/T18254-2002规定的热处理制度进行淬火、回火，然后将横断面抛光，用4%硝酸酒精溶液浸蚀，在500倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中的第7级别图来判定材料是否合格，所有试样不得大于2.5级；
b. 碳化物带状评定
将纵向试样按照GB/T18254-2002规定的热处理制度进行淬火、回火，然后将纵剖面抛光，用4%硝酸酒精溶液深度浸蚀，分别在500倍和100倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中第8级别图里×500图和×100图，综合判定材料是否合格；对于直径小于等于30mm的钢材，所有试样不得大于2.0级；对于直径大于30mm的钢材，所有试样不得大于2.5级；
c. 碳化物液析评定
对经过淬回火、抛光和浸蚀的纵向试样用100倍显微镜观察碳化物液析，按照GB/T18254-2002附录A中的第9级别图来判定材料是否合格，所有试样不得大于2.0级；
经过材质检验合格的材料进入下一步球化退火；
B.球化退火
（1）圆钢棒料球化退火
把经过材质检验合格的原材料放进箱式退火炉，用真空泵抽取炉内空气，使炉内压力达到-0.05MPa，之后充入浓度为不低于99.96%的氮气；20分钟后，开始加温，当炉内温度达到790℃后保温4小时；在保温期间，材料内部的铁素体上的碳化物开始分解为均匀分布的球状体；保温4小时是考虑到既防止材料退火后硬度过高，又不降低生产效率；之后将炉内温度降低至720℃，再保温10小时；之后降至650℃再保温3小时，使材料内部的组织进一步保持稳定；之后开炉降温，降至280℃出炉；
（2）盘条卷料球化退火
把经过检验合格的原材料放入井式退火炉，用真空泵抽取炉内空气，使炉内压力达到-0.05MPa，之后充入浓度为不低于99.96%的氮气，40分钟后，开始加温，加温至790℃±5℃后保温6小时；在保温期间，材料内部的铁素体上的碳化物开始分解为均匀分布的球状体；保温6小时是考虑到盘条卷料在井式炉里温度的均性差，为防止材料温度不一致而确定的；之后降至720℃再保温8小时，之后降至650℃再保温3小时，之后随炉降温，降温至280℃出炉；
C.球化检验
对于圆钢棒料，从球化退火后的材料中随机选取一根，在棒料的两端和中部各切取25cm长的料段进行检验；对于盘条卷料，从球化退火后的材料中随机选取一盘，在材料的两端和中部各切取25cm长的料段进行检验；从每个料段的切割端再切取2个2.5cm长的小样段作为试样，将其中一个小样段横断面磨平，作为横向试样；另一个小样段沿轴线剖切开，将纵剖面磨平，作为纵向试样；共取得3个横向试样和3个纵向试样；
（1）观察显微组织
将横向试样横断面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀；在500倍显微镜下观察，按照JB/T1255-2001中的第1级别图来判定球化退火是否合格，试样应符合2~4级，不允许出现1级欠火组织，5级碳化物不均匀组织和6级过热组织；
（2）材料硬度试验
对纵向试样和横向式样做硬度试验，试样的布氏硬度应符合JB/T1255-2001规定的179HBW~207HBW；
D.酸洗
将球化退火后的材料放在酸洗池里进行浸泡和清洗，浸泡时间不低于10分钟，不长于20分钟；酸洗后用清水冲洗；
E.冷拔
将经过酸洗后的材料放在冷拔机上进行冷拔；对于直径小于20mm的钢材，冷拔前与冷拔后材料截面积的压缩率控制在0.1~0.2以内，对于直径为20~40mm的钢材，冷拔前与冷拔后材料截面积的压缩率控制在0.075~0.15以内；压缩率的计算公式为：
压缩率=（d 0 2－d 2）/d 0 2
式中：d 0 －材料冷拔前的直径；
d －材料冷拔后的直径；
对于盘圆卷料，冷拔后按照工艺要求切成棒料；
F.再结晶退火
再结晶退火时，把冷拔后的材料放在箱式退火炉里加热至680℃，保温2~ 4小时后随炉冷却到550℃，之后出炉空冷；
G.再结晶检验
为了防止材料在再结晶退火时组织和硬度发生变化，再结晶退火后要对材料的组织和硬度再次进行检验；取样方法和检验项目与球化检验相同；
H.校直
校直工序分初校和精校两步完成，分别在两个校直机上完成；
I.磨外圆
把校直后的材料放在外圆无心磨床上将外圆磨至规定的尺寸；磨外圆工序有两个作用：一是去掉表面脱碳层，防止材料存在不可淬火的机体；二是使材料的直径达到要求尺寸；当材料需要磨去的余量较大时，分多次逐步磨到规定尺寸；
M.终检
材料经过磨削后，改制工作即告完成，之后对材料进行终检；终检时，按照所制造的圆锥滚子的工艺要求来判定材料的合格性；检验项目包括：尺寸公差、不圆度和外观质量。
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