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滚珠丝杠的选材热处理工艺分析

专业：机械设计与制造

班级：机械设计与制造1班

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丝杠是由不同齿形的牙齿呈螺旋线围绕细长圆柱形轴心而构成的细长零件，

它通过螺纹齿所形成的螺旋线传递等分精度与力距，从而实现回转运动与直线

运动的相互转化。丝杠按工作时的滑动特性，可分为滑动丝杠与滚珠丝杠

两大类。近年来，随着机械制造业的发展，滚珠丝杠由于其具有很小的摩

擦阻力和极高的传动效率，逐渐取代滑动丝杠，被广泛应用于各种车床、

铣床、镗床等工业设备和精密仪器的制造。

轴承寿命是丝杠材料的最主要性能指标。丝杠轴承的疲劳寿命是一个统计概

念，即在一定的载荷条件下，用破坏概率与循环次数之间的关系来表示除。疲劳

寿命之外，丝杠还必须满足高速、重载、精密、长寿的工艺要求。因而要求丝杠

具有高强韧性、表面高硬度耐腐蚀，淬透性好、尺寸精度高、尺寸稳定性好等

技术指标。表1给出了丝杠钢的性能指标要求。丝杠的性能获得，与丝杠的选材

及热处理工艺密不可分，本文就丝杠材料的选择和热处理工艺做一简要概述。

表1-1丝杠钢的性能指标要求

对于提高丝杠材料的疲劳寿命，近20年来，国内外开展了大量研究工作。

必威体育精装版的研究结果表明，钢中的夹杂物和碳化物缺陷作为钢种已存在的裂纹，在外

加应力诱变下，极易向内扩散，并造成材料疲劳寿命的显著降低。因此，在选

择丝杠材料时，应严格控制和消除钢中夹杂及缺陷，提高钢的材纯净度和组织均

匀性。

为保证轴承钢质量，国家业已颁（换）发了多项轴承钢生产许可证，对国内

各大轴承钢生产厂家的产品质量做出了更高要求，同时也使各生产厂家相继采用

了大容量电弧炉和真空精炼设备进行轴承钢的生产，保证了丝杠钢的质量。

滚珠丝杠的性能要求有：①高硬度，为保持精度，一般要求硬度达HRC58~62；

螺母内螺纹滚道则要求硬度为HRC60~64。②高强度，滚珠丝杠副要求有高的承

载能力，并能带动重的负荷做精确运动，一般都要求其抗拉强度σ≥700MPa。

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③良好的韧性，要选用高韧性的钢材，表面又要达到一定的硬度和耐磨性。④良

好的精度稳定性。⑤良好的热处理性能。滚珠丝杠在工作过程中，要受到钢球点

应力的疲劳作用，因此需要容易淬硬，且能得到一定深度的淬硬层，同时淬火时

不易变形，开裂。

根据上述工件的服役条件及性能要求，常用的滚珠丝杠材料有低碳渗碳淬硬

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钢（如20CrMo，20CrMnTi等），轴承钢（如GCr15等），中碳合金钢（如37MnSi，

42Cr，42CrMo等）。GCr15钢具有优良的综合性能，被广泛应用于滚珠丝杠的制

造。另外，一些合金工具钢，如9Mn2V等，由于其淬硬性和淬透性较好，且回火

稳定性较高，也逐渐应用于滚珠丝杠的制造。

由于滚珠丝杠大多采用表面淬硬的方式提高其高耐磨性，疲劳寿命和机械强

度。而无论是低碳钢的铁素体带状偏析，或是轴承钢及中碳合金钢的网状渗碳体

分布，均会导致材料的韧性显著下降和降低零件淬硬后性能。因此，在丝杠材料

淬硬前的预先热处理是必不可少的。

正火作为一种改善钢材组织，并提高其综合机械性能的手段，往往作为低，

中碳钢在淬火前的预先热处理工艺。对低碳渗碳淬硬丝杠毛坯的正火工艺为：加

热至Ac+30~50℃，保温2~4h，快冷正火。在高温下正火，可使珠光体与铁素体

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在高温下全部转化为奥氏体，并在空冷过程中形成片状珠光体+铁素体（P+F），

消除带状偏析。对合金含量较多的渗碳钢，如18Cr2Ni4W，15CrNi3Mo（En39B），

20CrNi2Mo（4320）等，其加工性能差，正火后需进行高温回火，可在正火后于

620~680℃高温回火，改善组织及加工性能。

对于轴承钢和中碳合金钢，由于Cr、Si等合金元素均会缩小γ相区，使共

析点S左移，因此易形成较多网状碳化物，其正火工艺的具体操作为：Ac+30~50℃