減少輕系列軸承外圈淬火變形的方法

劉樹仁，初美財，王殿臣

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 熱處理分廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

軸承套圈在熱處理淬火時會產(chǎn)生或多或少的橢圓變形。輕、特輕系列軸承產(chǎn)品橢圓變形一直是熱處理淬火加工軸承套圈的一大難題。通過調(diào)整熱處理淬火工藝，減少橢圓變形，效果明顯。

2 工藝改進(jìn)前

在鑄鏈爐加工材質(zhì)為GCr15、壁厚≤6mm的軸承套圈，如6009.01、6207.01。原工藝淬火加熱溫度為：Ⅰ區(qū)835℃、Ⅱ區(qū)835℃、Ⅲ區(qū)835℃，加熱時間30～40min。上料間隔6min上料一次，上料重量20kg/次，淬火油溫度40～80℃，工藝曲線見圖1 。該工藝加工的產(chǎn)品符合其他質(zhì)量要求，回火后的硬度為HRC62～63，金相組織3級,但套圈橢圓變形較大，造成勞動強(qiáng)度增加。產(chǎn)品質(zhì)量情況見表1 。

圖1 改進(jìn)前淬火工藝

表1 改進(jìn)前產(chǎn)品變形量

3 原因分析

工件加熱過程中的應(yīng)力變化如圖2 所示。

（1）工件在熱處理加工前，工件內(nèi)部應(yīng)力如圖2a所示。

（2）工件進(jìn)入加熱爐后由于熱脹冷縮原理，尖角處首先被加熱后膨脹，工件受力方向如圖2b所示。

（3）工件在加熱爐內(nèi)完全透燒后組織由珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體，整體脹大，工件受力方向如圖2c 所示。

（4）工件在冷卻過程中仍然是尖角處先涼下來，組織由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，體積脹大，工件受力方向如圖2d 所示。

（5）工件完全冷卻后，組織由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，體積脹大，工件受力方向如圖2e 所示。

圖2 工件加熱過程中的應(yīng)力變化

4 工件加熱過程中應(yīng)力的變化

軸承零件在淬火加熱和冷卻過程中受力方向交替變化，加上冷卻時入油的先后順序不同，導(dǎo)致工件內(nèi)部應(yīng)力不均勻，使工件在淬火后產(chǎn)生一定程度的橢圓變形，壁薄工件熱處理后表現(xiàn)得較為嚴(yán)重。由此可知，套圈的橢圓變形是由于在淬火加熱和冷卻過程中的應(yīng)力造成的，因此盡可能減少在這個過程中的應(yīng)力，就可以達(dá)到減少套圈在淬火后的橢圓變形?？刂谱冃伪仨氈贫ㄟm合的熱處理工藝。由圖2 可以看出減小套圈的變形趨勢，應(yīng)該減小加熱和冷卻時的應(yīng)力，從而應(yīng)該保證工件受熱均勻，從而使工件所受的應(yīng)力分布均勻；減緩工件的加熱速度；降低工件的淬火溫度；提高淬火介質(zhì)的溫度。

5 改進(jìn)方案

（1）為使工件受熱均勻?qū)⒐ぜ戒佋跔t底板上加熱，防止工件堆積。

（2）減緩工件的加熱速度，將Ⅰ區(qū)預(yù)熱溫度降低，減緩工件尖角處的加熱速度，使工件尖角處的膨脹速度降低，從而減小了工件在此過程中的受力。

（3）將Ⅱ區(qū)溫度提高，同時縮短加熱時間，降低工件奧氏體均勻化程度，從而減小了圖2（c）透燒后的受力。

（4）Ⅲ區(qū)保溫溫度降低，提高淬火油溫度，減少工件在圖2（d）冷卻時的受力。

工藝淬火加熱溫度為：Ⅰ區(qū)820℃、Ⅱ區(qū)845℃、Ⅲ區(qū)830℃、時間22～24min。每隔4 min上料一次，17kg/次，淬火油溫度70～100℃，工藝曲線見圖3 。該工藝加工的產(chǎn)品符合其他質(zhì)量要求，回火后的硬度為61.5～62.5HRC，金相組織2級。套圈橢圓變形量明顯得到控制。產(chǎn)品質(zhì)量情況見表2 。

圖3 改進(jìn)后淬火工藝

表2 改進(jìn)后產(chǎn)品變形量

6 結(jié)束語

通過批量生產(chǎn)驗證，該工藝加工的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，減少了產(chǎn)品的熱處理淬火變形量，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量，減輕了勞動強(qiáng)度。