GCr15軸承套圈熱處理的探討與分析

南京科潤(rùn)工業(yè)介質(zhì)股份有限公司 王錫樵

浙江為尚機(jī)械有限公司(原人本軸承) 劉美冬

 一直以來(lái)，軸承套圈的熱處理是業(yè)內(nèi)人們討論的熱點(diǎn)。本文分別對(duì)淬火加熱方式/設(shè)備、套圈的變形、淬火油的選用及維護(hù)等進(jìn)行了探討和分析。

一、軸承套圈的加熱方式/設(shè)備的討論

1.1、鹽浴加熱淬火

鹽浴加熱淬火的特點(diǎn)是：適用性廣，一個(gè)加熱爐可以用幾個(gè)淬火槽，它不受套圈形狀的限制，可以滿足小批量多品種生產(chǎn)的要求，對(duì)于剛剛起步的小、微型企業(yè)來(lái)說(shuō)，設(shè)備投資低，操作簡(jiǎn)單，但是勞動(dòng)強(qiáng)度較大，操作環(huán)境較差。不過(guò)，在環(huán)境保護(hù)方面只要選擇易溶解于水的中性鹽浴配方，如50%NaCI+50%Na2CO3和用603滲碳劑進(jìn)行脫氧，就可以滿足生產(chǎn)要求。它們所產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢水都不會(huì)污染環(huán)境。從確保產(chǎn)品質(zhì)量的角度來(lái)說(shuō)，只要選擇合理的耐熱鋼掛具和淬火介質(zhì)是可以達(dá)到技術(shù)要求的，且套圈淬火后的表面質(zhì)量較好，沒(méi)有氧化脫碳現(xiàn)象，不需要回火后進(jìn)行光飾處理，節(jié)省了成本。

為了使套圈的畸變小，在設(shè)備方面應(yīng)該選用三相四極的側(cè)埋式或者頂埋式電極鹽浴爐，它在加熱時(shí)鹽浴的流動(dòng)性比較好，比較均勻，鹽浴波對(duì)套圈的沖擊力比較小。溫度的測(cè)試則由插到鹽浴槽內(nèi)的熱電偶完成，可通過(guò)儀表能達(dá)到精確的控制。

另外在淬火介質(zhì)方面應(yīng)該使用能有效減少套圈的淬火橢圓度及能獲得良好光亮性的軸承專(zhuān)用淬火油，對(duì)于≤5mm的薄壁件套圈來(lái)說(shuō)，可以選擇分級(jí)淬火油，如南京科潤(rùn)工業(yè)介質(zhì)股份有限公司的軸承專(zhuān)用淬火油KR498G；壁厚≤12mm的可選用KR468G；對(duì)于在16~20mm厚壁的內(nèi)圈可以選擇快速淬火油，如軸承專(zhuān)用淬火油KR028G。這樣就達(dá)到了根據(jù)套圈的有效壁厚不同，使用幾個(gè)不同冷卻速度的淬火油槽的目的。對(duì)于特厚件的產(chǎn)品還可以選擇水溶性淬火介質(zhì)，如配制一定濃度的KR6480、KR9988等水溶性淬火介質(zhì)，這樣節(jié)省了能源和投資，做到了一爐多用的目的。

1.2、真空淬火

1.2.1、精密軸承的真空淬火

對(duì)于小、微型精密軸承來(lái)說(shuō)，它的失效形式是磨損及疲勞損壞，因此需要軸承具有均勻的硬度、高的耐磨性、彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，有足夠的淬透性和韌性以及微小的淬火畸變，為此可以選擇真空淬火技術(shù)。

1968年前后，首先是由美國(guó)海斯公司和日本真空技術(shù)研究所研制出了真空淬火油和水劑淬火劑，使真空淬火技術(shù)在熱處理行業(yè)得到迅速的發(fā)展，從而使國(guó)內(nèi)外的真空淬火設(shè)備在軸承行業(yè)也得到了使用。而且，國(guó)產(chǎn)真空爐的整體質(zhì)量也不錯(cuò)，價(jià)格又比進(jìn)口真空爐便宜許多，從而使真空淬火技術(shù)在精密軸承熱處理方面得到了廣泛的使用。真空淬火不會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳，可以實(shí)現(xiàn)光亮淬火的目的，淬火畸變又小，可以減少熱處理后的機(jī)械加工余量。另外，真空淬火對(duì)工件具有脫氣作用，可以將鋼材內(nèi)的有害雜質(zhì)抽掉，從而提高了工件的力學(xué)性能和使用壽命，軸承鋼經(jīng)真空淬火后的耐磨性和疲勞壽命比一般的常規(guī)淬火可以提高2倍以上。真空淬火的操作環(huán)境清潔、操作方法自動(dòng)簡(jiǎn)便，它屬于無(wú)公害無(wú)污染的清潔熱處理工序。

對(duì)于外徑4~50mm、厚度0.2~1.5mm、內(nèi)圈直徑3~45mm、厚度0.5~1.5mm的軸承套圈，國(guó)內(nèi)技術(shù)要求是：淬火硬度≥63HRC,金相組織符合JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承熱處理技術(shù)條件》中規(guī)定的2級(jí)隱晶或細(xì)小結(jié)晶狀馬氏體，均勻分布的細(xì)小殘留碳化物和少量的殘留奧氏體。同一爐產(chǎn)品的淬火硬度差應(yīng)<1HRC，淬火畸變<0.01mm。為此需要用有質(zhì)量穩(wěn)定的真空淬火爐和優(yōu)良的淬火介質(zhì)來(lái)保證。為了保證套圈尺寸穩(wěn)定性，在真空淬火后應(yīng)該立即進(jìn)行-80℃的深冷處理（馬氏體轉(zhuǎn)變終點(diǎn)為-90℃），并且保溫2小時(shí)后出低溫箱，隨后在空氣中緩慢回溫到室溫，臨末在油中進(jìn)行回火處理。

1.2.2、真空淬火爐

目前，國(guó)外品牌的真空淬火爐有：Hayes、AbarIpsen、DegussaIpsen等，其中l(wèi)psen、ALD、BMI、TAV、Consarc、ECM等進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)較早，并且充當(dāng)了領(lǐng)頭羊的作用，對(duì)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)真空爐的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。如真空高壓氣淬、真空油、氣淬雙室爐、真空低壓滲碳組合生產(chǎn)線等技術(shù)的應(yīng)用提高了工件的淬火質(zhì)量和生產(chǎn)效率。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)真空爐的設(shè)備廠家也很多，主要集中在北京地區(qū)，如北京航天萬(wàn)源（原211廠）、華海中誼、機(jī)電研究所、華翔、易利等，其他地方如鹽城豐東?沈陽(yáng)佳譽(yù)、中山凱旋等國(guó)產(chǎn)真空爐的總體質(zhì)量也不錯(cuò)，價(jià)格比進(jìn)口的便宜很多，維護(hù)及售后服務(wù)也方便，選擇以上國(guó)產(chǎn)真空設(shè)備可以降低生產(chǎn)成本。

對(duì)于精密小、微型軸承來(lái)說(shuō)采用真空油淬爐是較理想的設(shè)備，根據(jù)產(chǎn)量的大小可以選擇規(guī)格不同的爐型。根據(jù)真空熱處理爐的分類(lèi)應(yīng)該是周期中溫電阻式（700～1000℃）、低壓真空熱處理爐（133Pa～10-1Pa）。上述真空爐分為立式和臥式二種，其中臥式油淬爐和臥式氣、油淬雙室爐的普及率很高，使用范圍也較大。除了淬軸承套圈以外還可以淬工模具零件，是一爐多用的設(shè)備。對(duì)于軸承套圈來(lái)說(shuō)，真空淬火后表面很光亮，呈現(xiàn)銀白色，淬火硬度的分散度很小，在1HRC范圍之內(nèi)。如果用一般的真空回火爐在200℃以下回火時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微氧化現(xiàn)象，使工件表面顏色發(fā)暗。況且真空回火時(shí)間又長(zhǎng)又耗氮?dú)?，使生產(chǎn)成本增大，故一般使用專(zhuān)用回火油浴爐來(lái)替代真空回火爐，這是比較理想的工藝手段，如用科潤(rùn)KR535、KR565等回火油同樣可以達(dá)到光亮的目的，且用油回火后的硬度均勻性很好，設(shè)備投資及其生產(chǎn)成本也比真空回火低許多。

1.2.3、真空淬火油的選擇

對(duì)于精密小、微型軸承來(lái)說(shuō)，采用真空淬火技術(shù)是理想的工藝，為此需要使用真空淬火油。真空淬火油的特點(diǎn)是：（1）蒸汽壓較低，一般在10-4～10-2Pa，以確保在10-1～10Pa真空度條件下，真空淬火油不會(huì)產(chǎn)生明顯的揮發(fā)。（2）雜質(zhì)與殘?zhí)驾^少、酸值低，零件真空淬火后的表面光亮度應(yīng)不低于標(biāo)準(zhǔn)試樣的70%。（3）臨界壓強(qiáng)低，冷卻性能好，零件真空淬火后的硬度均勻，達(dá)到常壓淬火的硬度或者更高。（4）熱穩(wěn)定性好，即抗老化性能好，使用壽命長(zhǎng)。

生產(chǎn)真空油的國(guó)內(nèi)外供應(yīng)商很多，可以根據(jù)需求進(jìn)行選擇。如南京科潤(rùn)的真空淬火油，根據(jù)冷卻速度的不同有快、中、慢三種，如：KR328、KR348、KR368三種，該公司還可以根據(jù)用戶的特殊要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的真空淬火油。在大量的生產(chǎn)實(shí)踐中證明，對(duì)于精密小、微型軸承使用KR368真空淬火油是很理想的淬火介質(zhì)。

1.2.4、真空淬火的注意事項(xiàng)

為確保軸承套圈的質(zhì)量和產(chǎn)量，根據(jù)真空淬火爐的型號(hào)大小不同，可以選擇不同的爐型。套圈、料盤(pán)和料筐必須進(jìn)行清冼及烘干，在裝料筐內(nèi)可以放3~5層料盤(pán)。由于真空加熱是以輻射為主，所以加熱速度比較慢，真空加熱的時(shí)間是鹽浴爐的4~6倍，空氣爐的1.5~2倍，所以要進(jìn)行預(yù)熱，使每層料盤(pán)上的套圈的溫度能保持均勻。預(yù)熱溫度可設(shè)在650~700℃左右，真空度40Pa，保持一段時(shí)間后再升溫到淬火加熱溫度，真空度0.1Pa。對(duì)于軸承鋼而言，在900℃以下加熱，真空度越高其脫氣效果越好，表面越光亮。但是也不能太高，否則會(huì)造成脫鉻，產(chǎn)品發(fā)生粘連，影響軸承的使用壽命，甚至于報(bào)廢。

新的真空淬火油在使用前必須進(jìn)行脫氣處理，操作方法是：關(guān)閉冷室爐門(mén)后開(kāi)啟油攪拌器，進(jìn)行抽真空除氣，從觀察孔中觀察油面沸騰情況，當(dāng)沸騰的油面即將達(dá)到離油槽口80~100mm時(shí)立即關(guān)閉機(jī)械真空泵,此時(shí)大量的氣泡會(huì)從油面逸出，等氣泡逐漸消失后，再打開(kāi)真空泵繼續(xù)抽真空，氣泡還會(huì)出現(xiàn)，再關(guān)閉真空泵，這樣反復(fù)幾次，臨末打開(kāi)油加熱器對(duì)油進(jìn)行加熱，并繼續(xù)抽真空直到?jīng)]有氣泡出現(xiàn)為止，此時(shí)真空淬火油的脫氣工作就算完成了。真空油的使用溫度一般都在40~80℃，油溫過(guò)低粘度大，導(dǎo)致冷卻速度下降，使套圈的硬度不均勻，表面不光亮。油溫太高，油會(huì)蒸發(fā)導(dǎo)致老化。

真空油淬時(shí)要防止發(fā)生爆炸事故，它的發(fā)生主要是由于操作不當(dāng)，所以要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。要防止發(fā)生爆炸的三個(gè)條件同時(shí)共存，即可燃?xì)怏w、助燃物（氧氣、空氣、火源)。

1.3、碳氮共滲設(shè)備

1.3.1、碳氮共滲的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于在污染及潤(rùn)滑條件極差的特殊環(huán)境下工作的軸承來(lái)說(shuō)，用常規(guī)的熱處理或碳化物超細(xì)化處理等工藝都無(wú)法滿足軸承套圈需要表面耐磨性高、心部韌性好的技術(shù)要求，為此必需對(duì)套圈進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。一般的做法是對(duì)軸承鋼先進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)后再滲碳、碳氮共滲或滲氮處理，實(shí)際上直接進(jìn)行表面強(qiáng)化處理后的心部硬度和調(diào)質(zhì)處理的心部硬度是基本一樣的，這樣可以節(jié)省一道調(diào)質(zhì)工藝。

在表面強(qiáng)化處理方面選擇碳氮共滲處理是較好的工藝手段之一，如用GCr15軸承鋼制造的噴油嘴，經(jīng)碳氮共滲工藝上性能提高明顯，因此在特殊環(huán)境下工作的專(zhuān)用軸承也可以采用碳氮共滲的強(qiáng)化處理工藝，同樣也會(huì)有良好的效果。所用設(shè)備可以分別選擇密封箱式多用爐生產(chǎn)線或推桿式料盤(pán)連續(xù)爐生產(chǎn)線，對(duì)于車(chē)間面積有限制的企業(yè)可以用密封箱式多用爐是很好的選擇。

1.3.2、碳氮共滲工藝

套圈的表面強(qiáng)化處理選擇碳氮共滲是因?yàn)樗墓矟B溫度比滲碳溫度低，這可以減小畸變；比滲氮時(shí)間短,則可以縮短生產(chǎn)周期，可以節(jié)約生產(chǎn)成本。軸承鋼的含碳量在0.95~1.05%C，屬于高碳鉻鋼，碳氮共滲有一定的難度，為此需要更為合理的工藝。如將裝入料筐內(nèi)的套圈先在清洗機(jī)中清除油污及臟物，然后進(jìn)入多用爐內(nèi)進(jìn)行分段預(yù)熱，在840~860℃碳氮共滲，碳勢(shì)1.20%，氨氣0.10~0.20m³/h,共滲淬火加熱時(shí)間180~300分鐘，共滲后的表面硬度62~63HRC,距表面0.2mm處的淬火硬度870~890HV（65.5~66HRC）、化合物組織2~3級(jí)、層深0.6~0.8mm、心部組織3~4級(jí)。共滲溫度高，則共滲時(shí)間短，層深較深，硬度也高。為了進(jìn)一步減小畸變，得到良好的機(jī)械性能和金相組織，可以降低共滲溫度（840~850℃）和淬火溫度（810~840℃），這樣，距表面0.20mm的硬度仍然是65.5~66HRC、層深0.60~0.65mm、碳氮化合物2~3級(jí)、心部組織3級(jí)，達(dá)到了技術(shù)要求。使用推桿式料盤(pán)爐生產(chǎn)線的工藝也是比較?的選擇，它在各個(gè)區(qū)域可以分別進(jìn)行強(qiáng)滲—擴(kuò)散—降溫淬火，所以它的產(chǎn)量比多用爐大，質(zhì)量也很穩(wěn)定，有條件的企業(yè)推薦選擇推桿式爐。

1.3.3、密封箱式多用爐

生產(chǎn)線包括多用爐、回火爐、清洗機(jī)、裝卸料料車(chē)、工件移動(dòng)小車(chē)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成?，F(xiàn)在節(jié)能型的多用爐大多都圓型的，爐襯材料選擇絕熱性好、蓄熱量少的輕質(zhì)耐火材料和耐火纖維，它們的密封性很好，可以使?fàn)t溫均勻性在±5℃范圍。在滴注式或直升式氣氛的爐子中，其氣氛控制用氧探頭碳勢(shì)控制儀和二氧化碳紅外儀進(jìn)行多元控制。此時(shí)爐膛內(nèi)的氧探頭測(cè)得的氧勢(shì)及紅外儀測(cè)得的二氧化碳值會(huì)和溫度一起傳遞給碳勢(shì)控制儀并進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算，此時(shí)顯示出爐膛內(nèi)的真實(shí)碳勢(shì)，對(duì)碳氮共滲的碳勢(shì)、層深及其濃度梯度做到了精確的控制，確保了產(chǎn)品的質(zhì)量。

現(xiàn)在生產(chǎn)多用爐的設(shè)備廠商很多，其質(zhì)量也相當(dāng)?shù)暮?，價(jià)格也比進(jìn)口的便宜很多，所以極少再?gòu)膰?guó)外原裝進(jìn)口。國(guó)內(nèi)的供應(yīng)商如愛(ài)協(xié)林熱處理系統(tǒng)（北京）有限公司、易普森工業(yè)爐（上海）有限公司、江蘇豐東熱技術(shù)股份有限公司、天龍科技爐業(yè)（無(wú)錫）有限公司、上海匯森益發(fā)工業(yè)爐有限公司、吉埃裴工業(yè)爐（上海）有限公司、南京攝山爐業(yè)（集團(tuán)）有限公司等等都是很好的選擇。

1.4、貝氏體等溫淬火

國(guó)外著名的SKF,FAG等軸承制造公司在鐵路、軋機(jī)、礦山、工程機(jī)械等方面的專(zhuān)用軸承都采用了貝氏體等溫淬火工藝，因?yàn)檫@類(lèi)軸承除了要求耐磨性好以外還需要有良好的尺寸穩(wěn)定性、沖擊韌性、斷裂韌性及表面殘余壓應(yīng)力，磨加工時(shí)不會(huì)出現(xiàn)裂紋。國(guó)內(nèi)幾十年來(lái)隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對(duì)軋機(jī)、鐵路、采煤、鉆井、工程機(jī)械等特殊軸承也有了明確的要求，除了研制適合于貝氏體淬火的專(zhuān)用軸承鋼以外，即要求對(duì)常規(guī)軸承鋼（GCr15、GCr15SiMn）進(jìn)行貝氏體等溫淬火，為此從設(shè)備及工藝上必須得到保證。

1.4.1、等溫淬火設(shè)備

根據(jù)軸承套圈的大小可以分別選擇箱式多用爐或者推桿式料盤(pán)爐生產(chǎn)線，而極少采用網(wǎng)帶式爐（除工件很薄的產(chǎn)品），爐內(nèi)通可控氣氛，碳勢(shì)在0.9~1.0%CP。為減小加熱和冷卻時(shí)的畸變，需要將套圈放在專(zhuān)用料筐內(nèi)，經(jīng)清冼后入爐，在多用爐中加熱需要分段預(yù)熱后再加熱到淬火溫度，用推桿式料盤(pán)爐則可以分區(qū)段預(yù)熱后加熱，它們的加熱溫度比馬氏體淬火溫度要高出20~30℃。這二種爐型的淬火鹽槽都在加熱爐外面，為的是避免硝鹽蒸氣對(duì)加熱爐爐膛的腐蝕，因此硝鹽等溫淬火槽是很關(guān)鍵的設(shè)備，它是由加熱器、攪拌器、水份測(cè)量?jī)x、熱電偶、溫度時(shí)間控制記錄儀、殘鹽回收及排風(fēng)裝置組成。

1.4.2、貝氏體等溫淬火工藝

GCr15軸承鋼在可控氣氛中加熱，它的淬火可以分為馬氏體 淬火，馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體等溫淬火，其馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度202℃（在850℃奧氏體化溫度時(shí)），根據(jù)套圈的有效壁厚確定其淬火加熱溫度，壁厚＜10mm的淬火溫度低一些，壁厚≥15mm的淬火溫度略高一些；壁厚≥20mm的再高一些，其淬火溫度一般在855~885℃范圍內(nèi)酌情選擇；加熱時(shí)間根據(jù)裝爐量而定。因?yàn)橛捕纫筮_(dá)到58HRC，所以必須在240℃溫度下進(jìn)行中溫轉(zhuǎn)變。由于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度低于此溫度，所以轉(zhuǎn)變熱浴的溫度必須大于220℃，為此貝氏體等溫淬火的溫度在220~240℃，適合于這個(gè)溫度段的介質(zhì)只有硝鹽才能達(dá)到，如50%NaNO3+50%KNO2,它的熔點(diǎn)為143℃，使用溫度160~550℃；或者25%NaNO2+25%NaNO3+50%KNO3,它的熔點(diǎn)為175℃，使用溫度205~600℃，需要用0.5~1.5%的水分來(lái)調(diào)節(jié)冷卻速度。在硝鹽中的等溫時(shí)間為2~4小時(shí)，此時(shí)得到的硬度在58~62HRC,金相組織是下貝氏體+未溶碳化物+少量的殘留氏體。出鹽槽后在80℃的熱水中清冼即可，對(duì)于直徑＞200mm的厚壁套圈還需要進(jìn)行220~240℃的回火處理。

1.4.3、殘余亞硝酸鹽的無(wú)害化處理辦法

在大量生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)等溫處理后的套圈及料筐在轉(zhuǎn)移及清洗過(guò)程中，會(huì)有含亞硝酸鈉的殘?jiān)皬U水滯留在地面或下水溝內(nèi)，需要將它們收集起來(lái)進(jìn)行無(wú)害化處理，即將有毒的亞硝酸鈉用NaClO氧化劑在水中進(jìn)行溶解。其化學(xué)反應(yīng)是：NaNO2+NaClO=NaNO3+NaCl。通過(guò)專(zhuān)門(mén)處理后的廢水經(jīng)檢測(cè)后亞硝酸鈉含量<100mg/L時(shí)即達(dá)到了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可以正常排放，對(duì)生態(tài)環(huán)境已經(jīng)沒(méi)有污染了。

對(duì)于外徑30~200mm的常用機(jī)電、通用軸承套圈，淬火畸變多以脹大為主。目前，在國(guó)內(nèi)，這些產(chǎn)品基本都是在網(wǎng)帶爐或輥棒爐內(nèi)進(jìn)行加熱的，用可控氣氛保護(hù)，碳勢(shì)0.9~1.0%CP，大部分用甲醇做載體氣、丙烷做富化氣。所用的淬火介質(zhì)根據(jù)軸承套圈的大小、有效厚度的厚薄分別選擇快速淬火油（如南京科潤(rùn)工業(yè)介質(zhì)股份有限公司的KR028G）及分級(jí)淬火油（如KR468G、KR498）等。大部分淬火油槽內(nèi)有上下二個(gè)輸送帶，上面的小輸送帶通過(guò)變頻器可以做上下竄動(dòng)及水平輸送套圈，下面的大輸送帶將經(jīng)小輸送帶翻轉(zhuǎn)180º的套圈緩慢提出油面，然后套圈落入清洗機(jī)內(nèi)進(jìn)行除油清洗，臨末進(jìn)行回火處理。

二、軸承套圈的變形分析

2.1、熱處理前的加工變形

軸承套圈的成型有以下幾種方式：

(1)冷軋軸承鋼管

熱軋鋼管經(jīng)過(guò)球化退火后根據(jù)規(guī)格需要通過(guò)軋機(jī)，冷軋成相應(yīng)規(guī)格的冷?鋼管，然后車(chē)削成型，或者直接將冷軋成型鋼管車(chē)削成型，這二種方式加工的殘余應(yīng)力相對(duì)大一些，會(huì)增加后續(xù)熱處理中的畸變量，但是得到的組織是比較致密的。

(2)冷鍛

冷鍛是指鋼材先經(jīng)球化退火，再進(jìn)行冷鍛或冷碾，臨末車(chē)削成形。

(3)熱鍛

熱鍛是指鋼材先經(jīng)經(jīng)球化退火，冷卻后再車(chē)削成型。

(4)熱軋鋼管

熱軋鋼管是指將熱軋鋼管先球化退火，再車(chē)削成型。

對(duì)于外徑≤100mm的軸承套圈來(lái)說(shuō)，目前多數(shù)采用冷輾工藝成形，該工藝由于節(jié)能、可有效降低成本，被廣范使用，但產(chǎn)生的應(yīng)力較大，給熱處理帶來(lái)一定難度。為此要求熱處理工藝要更加精確、操作更加認(rèn)真才能夠達(dá)到技術(shù)要求。

2.2、加熱時(shí)的熱處理畸變

加熱時(shí)產(chǎn)生的畸變與多種因素有關(guān)，如套圈的進(jìn)料方式、預(yù)熱溫度、加熱溫度、加熱速度及加熱時(shí)間等。加熱時(shí)，爐膛的控溫精度能保持在±5℃、可控氣氛的碳勢(shì)能控制在±1% CP的精度范圍,均是控制熱處理畸變的重要參數(shù)。

套圈的裝爐量、裝爐方式和升溫速度也是關(guān)鍵工序。套圈在爐膛內(nèi)加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。如果進(jìn)料太多會(huì)造成套圈相互之間的擠壓而產(chǎn)生變形；加熱速度太快會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。因此，對(duì)于較大尺寸的薄壁件需要緩慢預(yù)熱、低溫加熱，加熱溫度取下限，用人工將套圈呈45º單層擺放，套圈之間應(yīng)留有一定間距，以免落入油槽時(shí)產(chǎn)生磕碰。對(duì)于厚薄相差懸殊的套圈應(yīng)該預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)，使套圈各部分受熱均勻一致。對(duì)于外徑≤50mm的薄壁套圈可以散裝擺放或自動(dòng)雙層碼放。加熱溫度建議取下限，加熱時(shí)間在達(dá)到奧氏體化后適當(dāng)保持即可。

2.3、淬火冷卻時(shí)的畸變

2.3.1、膨脹與收縮

對(duì)于外徑小于200mm的套圈，經(jīng)連續(xù)式網(wǎng)帶爐和輥棒爐中加熱，在淬火時(shí)套圈的外徑尺寸大部分是漲大的，極少有收縮現(xiàn)象，主要是由于馬氏體組織轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的體積增大。

GCr15軸承鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)MS為202℃，為了減少漲大現(xiàn)象，可將淬火時(shí)的油溫提高至120℃，可以使套圈淬火后的殘余奧氏體含量多一些，從而減小體積的增大量。據(jù)檢測(cè)，如果淬火組織中殘余奧氏體的含量為7%，淬后體積膨脹量為0.42%，當(dāng)殘余奧氏體含量增加至10%，其體積膨脹量?jī)H0.26%。但殘余奧氏體自身也會(huì)轉(zhuǎn)變成馬氏體，又會(huì)使體積膨脹，因此需要有適量的殘余奧氏體，使整體組織更穩(wěn)定一些。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證：在同一淬火溫度和油溫下分別進(jìn)行淬油后立即回火、淬油后通過(guò)15℃的水冷再回火、淬油后進(jìn)入-50℃的冷處理再回火，發(fā)現(xiàn)后二種的尺寸穩(wěn)定性比較好，因此建議擁有兩個(gè)清洗水槽的企業(yè)，可將10~15℃的冷清洗槽放在熱清洗槽的前面，否則將會(huì)導(dǎo)致殘余奧氏體的穩(wěn)定化，失去冷清洗的意義。

2.3.2、橢圓畸變

橢圓畸變和淬火油溫及淬火油的攪拌程度有關(guān)，當(dāng)淬火油溫低及攪拌烈度大時(shí)畸變就大。防止橢圓畸變的措施：在淬火介質(zhì)允許的情況下盡量提高油溫，當(dāng)油溫提高到100~140℃時(shí)，以降低馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下的冷卻速度；或者在馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上保溫1~2min后，再進(jìn)行空冷，即馬氏體分級(jí)淬火，可減少馬氏體轉(zhuǎn)變帶來(lái)的組織應(yīng)力，減少畸變。對(duì)于壁厚小于2mm左右的薄壁小套圈在淬火時(shí)可以停止淬火油的攪拌和小輸送帶的上下竄動(dòng)，且將小輸送帶的前進(jìn)速度適當(dāng)調(diào)快可以減小錐度，根據(jù)設(shè)備和工況的不同，有時(shí)還可以將淬火油簾關(guān)掉。對(duì)于薄壁件的淬火油應(yīng)該選擇分級(jí)淬火油，如KR468G或KR498等。

2.3.3、錐度畸變

對(duì)軸承套圈來(lái)說(shuō)，在油中淬火后均會(huì)發(fā)生錐度畸變，因?yàn)榇慊饡r(shí)上下二端的冷卻速度是不一樣的，馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始時(shí)間有先后，上端的冷卻速度比下端的冷卻速度慢，下端的冷卻快，導(dǎo)致上端的外徑比下端的外漲大得多。為了使錐度盡量地小，使套圈兩端的冷卻速度基本接近，或達(dá)到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)，在淬火油槽內(nèi)增加了能翻轉(zhuǎn)180º的小輸送帶，套圈在小輸送帶上停留20秒后再翻轉(zhuǎn)180º時(shí)的錐度，僅0.01mm。杭州金舟科技股份有限公司等企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備在技術(shù)上已經(jīng)能夠滿足調(diào)整工藝需要了，他們生產(chǎn)的小輸送帶通過(guò)變頻器可以做上下不同頻率的竄動(dòng)和不同速度的運(yùn)行，給工藝調(diào)整帶來(lái)方便，總之套圈的膨脹是由于殘余奧氏體多引起的，畸變是由于套圈兩端到達(dá)馬氏體點(diǎn)的時(shí)間不同引起的，根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格的不同需要做耐心細(xì)致的調(diào)整。

2.4、淬火變形矯正

對(duì)于尺寸和壁厚較大的套圈一般都用快速油淬火，但會(huì)出現(xiàn)錐度或橢圓畸變，習(xí)慣做法是在淬火后、回火前進(jìn)行人工敲擊高點(diǎn)或頂棒撐大低點(diǎn)，或用淬火壓床進(jìn)行滾淬，使其在殘余奧氏體較多時(shí)、趁熱塑性較好時(shí)得到矯正，從而提高了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)率。

2.5、爐內(nèi)氣氛的調(diào)整

網(wǎng)帶或輥棒式輸送帶爐的可控氣氛大都采用甲醇做載體氣、丙烷做富化氣，用于GCr15軸承鋼的保護(hù)淬火，其碳勢(shì)控制在0.9~1.0%CP。對(duì)輔料純度的要求是：甲醇>99.9%，丙烷>95%。在停爐后再升溫時(shí)，加熱爐的下落料口處應(yīng)該有工業(yè)氮?dú)膺M(jìn)入口，以便排出停爐后再次升溫時(shí)爐內(nèi)的空氣。然后在爐溫升到750℃時(shí)通入甲醇繼續(xù)排氣若干小時(shí)，在爐溫升到850℃時(shí)通入丙烷運(yùn)轉(zhuǎn)3~4個(gè)小時(shí)后即可進(jìn)入工件。

若爐口的??出現(xiàn)藍(lán)色火焰時(shí)說(shuō)明爐內(nèi)空氣沒(méi)有排凈，需要繼續(xù)排除空氣，只有爐內(nèi)氣氛調(diào)整好了淬出的套圈才會(huì)光亮。淬火爐要定期燒碳黑，把爐膛內(nèi)和輸送帶上的碳黑燒掉，網(wǎng)帶上不能有黑色碳黑出現(xiàn)。關(guān)于碳勢(shì)的控制，有些企業(yè)采用單一甲醇做保護(hù)氣氛，認(rèn)為其碳勢(shì)也能達(dá)到0.6%CP。實(shí)際上甲醇在850℃時(shí)很難裂解完全，很難達(dá)到此數(shù)值，雖然通過(guò)氧探頭反映出來(lái)的碳勢(shì)是0.6%CP,但是實(shí)際上是假象，因?yàn)楣ぜ](méi)有清洗，工件上的油污及其臟物，和大量沒(méi)有被抽掉的淬火油煙進(jìn)入爐膛內(nèi)，造成碳勢(shì)的增加，出現(xiàn)了0.6%CP的假象。GCr15軸承鋼的含碳量是0.95~1.05%,若爐內(nèi)的碳勢(shì)太低的話，則套圈表面會(huì)有貧碳現(xiàn)象發(fā)生。一般金相上較難發(fā)現(xiàn)，實(shí)質(zhì)上表面的碳化物已經(jīng)減少了。如果留磨量少的話就會(huì)影響到耐磨性能。

下落通道淬火油的油簾二側(cè)應(yīng)該有抽油煙裝置，抽氣泵的抽氣口應(yīng)在油簾的下面，比在上面的效果好，并且能節(jié)省氣體，抽出的廢氣通過(guò)油汽分離器送到爐口點(diǎn)燃做爐口火封用。二側(cè)油簾的大小應(yīng)該分別有球閥可以調(diào)節(jié)，油簾的大小也是調(diào)整套圈表面光亮性的手段之一。有時(shí)套圈二端出現(xiàn)蘭色或蘭黑色的現(xiàn)象是油中進(jìn)入空氣了，可能是油循環(huán)泵或高速離心機(jī)工作時(shí)帶入的微量空氣所致。

三、淬火介質(zhì)的選擇和維護(hù)

3.1、對(duì)淬火介質(zhì)的要求

軸承套圈用的淬火介質(zhì)必須是環(huán)保產(chǎn)品，并且能達(dá)到淬火硬度均勻、淬火畸變小、表面清潔光亮和使用壽命長(zhǎng)的目的。為此對(duì)淬火介質(zhì)提出了較高的技術(shù)要求，即有高的閃點(diǎn)、良好的冷卻性能、蒸汽膜段短、高中溫的冷卻速度快，具有較強(qiáng)的淬硬、淬透能力，可以獲得較高的硬度，低溫的冷卻速度緩慢，以減少組織應(yīng)力和熱應(yīng)力，可以有效地控制淬火畸變，使之達(dá)到硬度均勻的技術(shù)要求。還應(yīng)該具備良好的光亮性能、帶耗少，套圈表面的淬火油容易清洗掉，同時(shí)具備優(yōu)良的抗老化性能，能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定的淬火質(zhì)量和使用壽命。

對(duì)于尺寸和壁厚較大的套圈選擇快速淬火油，反之則用分級(jí)淬火油。新的淬火油在投入使用前需要進(jìn)行脫氣處理，否則會(huì)影響套圈的光亮度和淬火硬度的均勻性能。脫氣處理方法：高出正常使用的油溫10~20℃，并打開(kāi)油攪拌泵進(jìn)行油循環(huán)，連續(xù)運(yùn)行 24~48小時(shí)即可。

3.2、日常維護(hù)

平時(shí)工作時(shí)在滿足工藝要求的前提下，淬火油溫盡量低一些，以便延長(zhǎng)油的使用壽命。要求定期用符合（ISO/DIS 9950）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的冷卻特性測(cè)試儀對(duì)油進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)調(diào)整。油中不能含有≥0.03%或痕跡的水分，一但水分超標(biāo)可以用油水分離裝置或用電加熱的辦法來(lái)解決。

淬火油在長(zhǎng)期使用后，因碳黑或污物會(huì)導(dǎo)致淬火油中的雜質(zhì)增多，影響淬火油的冷卻性能，為此可以用除碳劑來(lái)提純淬火油的清潔度。平時(shí)可以在油槽邊用高速離心機(jī)定期過(guò)濾，這樣改善了淬火油的清潔度，提高了油的冷卻性能，保證套圈的淬火質(zhì)量。

（來(lái)源：南京熱處理行業(yè)協(xié)會(huì)）