天如海
图6-10 连杆螺栓极其热处理工艺
连杆螺栓的生产工艺路线为：下料→锻造→退火→机加工→调质→机加工→装配。 退火（或正火）作为预先热处理，其主要目的是为了改善锻造组织，细化晶粒，有利于切削加工，并为随后调质热处理作好组织准备。
在调质热处理中，淬火的加热温度为840土10℃，而后油冷，获得马氏体组织；回火加热温度525土10C，水冷（防止第二类回火脆性）。
经调质热处理后金相组织应为回火索氏体，其硬度约为30～38HRC。 2、中淬透性合金调质钢
多为铬锰钢、铬钼钢、镍铬钢，有35CrMo、38CrMoAl、38CrSi、40CrNi等。这类钢合金元素的质量分数较高，油淬临界直径为40～60mm，常用来制作大截面、重负荷的重要零件如内燃机曲轴、变速箱主动轴等。
3、高淬透性合金调质钢
多为铬镍钼钢、铬锰钼钢、铬镍钨钢，有40CrNiMoA、40CrMnMo、25CrgNi4WA等。这类钢合金元素的质量分数最高，淬透性也很高，油淬临界直径为60～100mm。铬和镍的适当配合，使此类钢的力学性能更加优异。主要用来制造截面尺寸更大、承受更重载荷的重要零件如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机轴等。
七、弹簧钢
用来制造各种弹性零件如板簧、螺旋弹簧、钟表发条等的钢称为弹簧钢。 （一）工作条件和性能要求
弹簧是广泛应用于交通、机械、国防、仪表等行业及日常生活中的重要零件，主要工作在冲击、振动、扭转、弯曲等交变应力下，利用其较高的弹性变形能力来贮存能量，以驱动某些装置或减缓震动和冲击作用。因此，弹簧必须有较高的弹性极限和强度，防止工作时产生塑性变形；弹簧还应有较高的疲劳强度和屈强比，避免疲劳破坏；弹簧
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应该具有较高的塑性和韧性，保证在承受冲击载荷条件下正常工作；弹簧应具有较好的耐热性和耐腐蚀性，以便适应高温及腐蚀的工作环境；为了进一步提高弹簧的力学性能，它还应该具有较高的淬透性和较低的脱碳敏感性。 （二）化学成分
碳素弹簧钢碳的质量分数一般在0.6～0.9%之间，合金弹簧钢的碳含量在0.45～0.75%之间，以保证其有较高弹性极限和疲劳强度，碳含量过低，强度不够，易产生塑性变形；碳含量过高，塑性和韧性会降低，耐冲击载荷能力下降。碳素钢制成的弹簧件力学性能较差，只能做一些工作在不太重要场合的小弹簧。
合金弹簧钢中的主加合金元素是硅和锰，主要是为了提高淬透性和屈强比，硅的作用比较明显，但是硅会使弹簧钢热处理表面脱碳倾向增大，锰则会使钢易于过热。铬、钒、钨的加入为的是在减少弹簧钢脱碳、过热倾向的同时，进一步提高其淬透性和强度，这些元素可以提高过冷奥氏体的稳定性，使大截面弹簧得以在油中淬火，降低其变形、开裂的几率。此外，钒还可以细化晶粒，钨、钼能防止第二类回火脆性，硼则有利于淬透性的进一步提高。
（三）热处理特点
根据弹簧的尺寸和加工方法不同，可分为热成型弹簧和冷成形弹簧两大类，它们的热处理工艺也不相同。
1、热成型弹簧的热处理
直径或板厚大于10～15mm的大型弹簧件，多用热轧钢丝或钢板制成。先把弹簧加热到高于正常淬火温度50℃～80℃的条件下热卷成形，然后进行淬火+中温回火，获得具有良好弹性极限和疲劳强度的回火托氏体。弹簧热处理后一般还要进行喷丸处理，目的是强化表面，使表面产生残余压应力，提高疲劳强度，延长使用寿命。
热轧弹簧钢采用热成形制造板簧的工艺路线如下：
扁钢剪断→加热压弯成型后淬火→中温回火→喷丸→装配。
弹簧钢的淬火温度一般为830~880℃，温度过高易发生晶粒粗大和脱碳，使其疲劳强度大为降低。因此在淬火加热时，应选用少、无氧化的设备如盐浴炉、保护气氛炉等，防止氧化脱碳。炉气要严格控制，并尽量缩短弹簧在炉中停留的时间。淬火加热后在50~80℃油中冷却，冷至100～150℃时即可取出进行中温回火。回火温度根据弹簧的性能要求加以确定，一般为480~550℃。回火后的硬度约为39～52HRC。对剪切应力较大的弹簧回火后硬度应为48～52HRC，板簧回火后的硬度应为39～47HRC。
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2、冷成型弹簧的热处理
直径小于8mm的小尺寸弹簧件，常用冷拔钢丝冷卷成形。根据拉拔工艺不同，冷成形弹簧可以只进行去应力处理或进行常规的弹簧热处理。冷拉钢丝制造工艺及后续热处理方法有以下三种：
① 铅浴处理冷拉钢丝 先将钢丝连续拉拔三次，使总变形量达到50％左右，然后加热到Ac3（900-950℃）以上温度使其奥氏体化，随后在500—550℃的铅浴中等温，使奥氏体全部转化为索氏体组织，再多次冷拔至所需尺寸。这类弹簧钢丝的屈服强度可达1600MPa以上，而且在冷卷成形后不必再进行淬火处理，只要在200～300℃退火消除应力即可。
② 油淬回火钢丝 先将钢丝冷拉到规定尺寸，再进行油淬回火。这类钢丝强度虽不如铅浴处理的冷拉钢丝，但是其性能均匀一致。在冷卷成形后，只要进行去应力回火处理，不再经过淬火回火处理了。
③ 退火状态钢丝 将钢丝冷拉到所需尺寸，再进行退火处理。软化后的钢丝冷卷成形后，需经过淬火十中温回火，以获得所需的力学性能。 八、滚动轴承钢
用来制作各种滚动轴承零件如轴承内外套圈，滚动体(滚珠、滚柱、滚针等)的专用钢称为滚动轴承钢。
（一）工作条件和性能要求
滚动轴承在工作时，滚动体与套圈处于点或线接触方式，接触应力在1500～5000MPa以上。而且是周期性交变承载，每分钟的循环受力次数达上万次，经常会发生疲劳破坏使局部产生小块的剥落。除滚动摩擦外，滚动体和套圈还存在滑动摩擦，所以轴承的磨损失效也是十分常见的。因此，滚动轴承必须具有较高的淬透性，高且均匀的硬度和耐磨性，良好的韧性、弹性极限和接触疲劳强度，在大气及润滑介质下有良好的耐蚀性和尺寸稳定性。 （二）化学成分
1、高碳：滚动轴承钢碳的质量分数较高，一般在(0.95％—1.15％)C之间，以保证其获得高强度、高硬度和高耐磨性。
2、铬为基本合金元素：铬是滚动轴承钢的基本合金元素，其质量分数为(0.4％～1.65％)Cr。铬的主要作用是提高淬透性和回火稳定性，铬能与碳作用形成细小弥散分布的合金渗碳体(Fe，Cr)3C，可以使奥氏体晶粒细化，减轻钢的过热敏感性，提高耐磨性，
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并能使钢在淬火时得到细针状或隐晶马氏体，使钢在保持高强度的基础上增加韧性。
但铬的含量不易过高，否则淬火后残余奥氏体的量会增加，碳化物呈不均匀分布，导致钢的硬度、疲劳强度和尺寸稳定性等降低。
3、其它元素：对大型轴承(如钢珠直径超过30～50mm的滚动轴承)而言，还可以加入硅、锰、钒，进一步提高淬、强度、耐磨性和回火稳定性。
4、纯度要求高：滚动轴承钢的接触疲劳强度等对杂质和非金属夹杂物的含量和分布比较敏感，因此，必须将硫、磷的质量分数分别控制在0.02％S和0.027％P之内，氧化物、硫化物、硅酸盐等非金属夹杂物含量和分布控制在规定的级别之内。 （三）热处理特点
1、预先热处理：滚动轴承的预先热处理采用球化退火，球化退火工艺为将钢材加热到790～800℃，在710～720℃保温3～4小时，而后炉冷。
目的是得到细粒状珠光体组织和均匀过剩的细粒状碳化物，降低锻造后钢的硬度，使其不高于210HBS，提高切削加工性能，并为零件的最终热处理作组织上的准备。
2、最终热处理：滚动轴承钢的最终热处理一般是淬火+低温回火，淬火加热温度严格控制在820—840℃，如果淬火加热温度过高(≥850℃)，将会使残余奥氏体量增多，并会因过热而淬得粗片状马氏体，使钢的冲击韧度和疲劳强度急剧降低。淬火后应立即回火，回火温度为150～160℃，保温2～3小时。组织应为极细的回火马氏体+细小而均匀分布的粒状碳化物+少量残余奥氏体，硬度为(61—65)HRC。
对于尺寸性稳定要求很高的精密轴承，可在淬火后于一60～一80℃进行冷处理，消除应力和减少残余奥氏体的量，然后再进行回火和磨削加工，为进一步稳定尺寸，最后采用低温时效处理120～130℃保温5—10h。 （四）常用滚动轴承钢
我国的滚动轴承钢大致可分为两类： 1、铬轴承钢
目前我国的轴承钢多届此类钢，其中最常见的是GCrl5，除用作中、小轴承外，还可制成精密量具、冷冲模具和机床丝杠等。 2、其他轴承钢
含硅、锰等合金元素轴承钢
为了提高淬透性，在制造大型和特大型轴承常在铬轴承钢基础上添加硅、锰等，如GCrl5SiMn。
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无铬轴承钢
为节约铬，我国制成只有锰、硅、钼、钒，而不含铬的轴承钢如GSiMnV、GSiMnMoV等，与铬轴承钢相比，其淬透性、耐磨性、接触疲劳强度、锻造性能较好，但是脱碳敏感性较大且耐蚀性较差。
渗碳轴承钢
为进一步提高耐磨性和耐冲击载荷可采用渗碳轴承钢，如用于中小齿轮、轴承套圈、滚动件G20CrMo、G20CrNiMo；用于冲击载荷的大型轴承的G20Cr2Ni4A。常用滚动轴承钢的牌号、成分、热处理及用途见表6-7。
（五）应用举例
滚动轴承钢除用作轴承外，还可用来制作精密量具，冷冲模、机床丝杠以及柴油机油泵上的精密偶件—喷油嘴等。下面以GCr15钢制造的油泵偶件针阀体为例说明其热处理特点。
针阀体与针阀针阀是内燃机油泵中一对精密偶件，阀体固定在汽缸头上，在不断喷油的情况下，针阀顶端与阀体端部有强烈的摩擦作用，而且阀体端部工作温度在260℃左右，阀体与针阀要求尺寸精密而稳定，稍有变形，就会引起漏油或出现卡死现象。因此，要求针阀体有高的硬度与耐磨牲，高的尺寸稳定性。
热处理技术条件： 62～64 HRC，热处理变形度<0.04mm。 针阀体的加工路线如下：
下料→机加工→去应力→机加工+淬火、冷处理、回火，时效→机加工→时效→机加工。
去应力处理在400℃下进行，以消除加工应力，为减小变形创造条件。热处理工艺曲线如图6-11所示。
淬火冷却采用硝盐分级淬火以减小变形；冷处理在略低于-60℃进行，通过冷处理来减少残余奥氏体量，起到稳定尺寸的作用。回火温度为170℃，以降低淬火及冷处理后产生时应力。第一次时效在回火后进行，加热温度为130℃，保温6h，利用较低温度，较长时间的保温，使应力进一步降低，组织更加趋向于稳定。第二次时效在精磨后进行。采用同上工艺，以便更进一步降低应力、稳定组织，稳定尺寸。
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