軸承零件表面淬火工藝探索

李 欣，李曉峰

（1.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 制造技術(shù)部，黑龍江 哈爾濱150036; 2.哈爾濱市第二鍋爐廠,黑龍江 哈爾濱 150056）

軸承零件表面淬火工藝探索

李 欣1，李曉峰2

（1.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 制造技術(shù)部，黑龍江 哈爾濱150036; 2.哈爾濱市第二鍋爐廠,黑龍江 哈爾濱 150056）

對(duì)軸承零件表面淬火工藝進(jìn)行了初步介紹，討論了感應(yīng)加熱表面淬火工藝中加熱功率對(duì)淬火組織和淬硬層深度的影響及操作要點(diǎn)與注意事項(xiàng)，供相關(guān)人員參考。

軸承零件；感應(yīng)加熱表面淬火；加熱功率；淬火組織；淬硬層深度

1 前言

表面淬火是表面熱處理的主要內(nèi)容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內(nèi)應(yīng)力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲勞性能,被廣泛用于既要求表層具有高的耐磨性、抗疲勞強(qiáng)度和較大的沖擊載荷，又要求整體具有良好的塑性和韌性的零件，例如風(fēng)電軸承套圈。

通過不同的熱源對(duì)工件進(jìn)行快速加熱，當(dāng)零件表層溫度達(dá)到臨界點(diǎn)以上（此時(shí)工件心部溫度處于臨界點(diǎn)以下）時(shí)迅速予以冷卻，使工件表層得到了淬硬組織而心部仍保持原來的組織。為了達(dá)到只加熱工件表層的目的，要求所用熱源具有較高的能量密度。根據(jù)加熱方法不同，表面淬火可分為感應(yīng)加熱（高頻、中頻、工頻）表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火、激光加熱表面淬火、電子束表面淬火等，目前行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的主要是感應(yīng)加熱方法。

本文就影響表面感應(yīng)加熱淬火質(zhì)量的零件組織、淬硬層深度等因素及應(yīng)注意的問題進(jìn)行討論。

2 加熱功率的影響

選取某型號(hào)軸承外套，材質(zhì)GCr15，進(jìn)行表面感應(yīng)加熱淬火試驗(yàn)，通過調(diào)整淬火功率改變淬硬層深度，淬火功率分別為220kW、160kW、140kW,加熱時(shí)間相同。

套圈在感應(yīng)淬火后立即進(jìn)行 165℃×3h的低溫回火，在套圈上沿直徑方向切取試樣 ，經(jīng)鑲嵌 、水磨拋光后用 FM-700型全自動(dòng)顯微硬度計(jì)在橫截面上沿深度方向進(jìn)行硬度測(cè)試，載荷為 9.8 N。依據(jù) GB／T 5617—2005標(biāo)準(zhǔn)，極限硬度定義為：零件表面所要求的最低硬度（HV）的0.8倍，如下式所示，HVHL=0.8×HVMS，式中：HVHL—極限硬度，HVMS—零件表面所要求最低硬度值，淬硬層為表面至極限硬度點(diǎn)間的距離。試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液腐蝕后用 Olympus BHM 型光學(xué)顯微鏡觀察顯微組織。用 FM-700全自動(dòng)顯微硬度計(jì)進(jìn)行不同微區(qū)組織顯微硬度測(cè)試 。表面淬硬層馬氏體組織見圖1，淬硬層深度見表1。

圖1 表面淬硬層馬氏體組織

表1 淬硬層深度

隨著功率的增大，淬硬層深度增大，感應(yīng)淬火表層組織的原奧氏體晶粒度降低，而馬氏體級(jí)別提高,說明隨著功率的增大，在淬硬層深度增加的同時(shí)表層組織有逐漸粗化的趨勢(shì)，因?yàn)楫?dāng)加熱時(shí)間不變而增大加熱功率時(shí)，功速比會(huì)增加，這意味著試樣表層的加熱溫度升高，珠光體在發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變后晶粒會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大，因此淬火組織會(huì)發(fā)生粗化 ；同時(shí)隨著套圈表層溫度升高，使熱量能夠傳遞到更深層，因此淬火后淬硬層深度也增加了。

3 表面感應(yīng)淬火常見質(zhì)量問題及注意事項(xiàng)

3.1 表面感應(yīng)淬火常見質(zhì)量問題

3.1.1 開裂

加熱溫度過高、溫度不均勻；冷卻過急且不均勻；淬火介質(zhì)及溫度選擇不當(dāng)；回火不及時(shí)且回火不足，材料淬透性偏高，成分偏析，有缺陷，含過量夾雜物。

3.1.2 淬硬層過深或過淺

加熱功率過大或過?。浑娫搭l率過低或過高；加熱時(shí)間過長(zhǎng)或過短；材料淬透性過低或過高；淬火介質(zhì)溫度、壓力、成分不當(dāng)。

3.1.3 表面硬度過高或過低

材料碳含量偏高或偏低，表面脫碳，加熱溫度低；回火溫度或保溫時(shí)間不當(dāng)；淬火介質(zhì)成分、壓力、溫度不當(dāng)。

3.1.4 表面硬度不均

感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理；加熱不均；冷卻不均；材料帶狀組織偏析，局部脫碳。

3.1.5 表面融化

感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理；零件有尖角、孔、槽；加熱時(shí)間過長(zhǎng)；材料表面有裂紋缺陷。

3.2 表面感應(yīng)淬火注意事項(xiàng)

（1）如果一臺(tái)設(shè)備加熱多種規(guī)格的軸承零件，可用兩個(gè)以上的頻率分別對(duì)應(yīng)滿足。不同直徑的套圈，一般應(yīng)按直徑較小且批量較大的套圈來選擇頻率。這樣所有的套圈電效率不會(huì)受到影響。對(duì)于直徑較大的套圈可能超出合理的頻率范圍( 頻率偏高) ，但可以通過增加加熱時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。頻率選擇偏低，會(huì)造成電效率下降，如果低于電效率極限值的5% 就不可取。

（2）感應(yīng)器居里溫度以下區(qū)段，采用較低的頻率加熱，居里溫度以上區(qū)段采用較高的頻率加熱。

（3）感應(yīng)加熱屬于快速加熱，加熱速度對(duì)相變溫度、相變動(dòng)力學(xué)和形成的組織都有很大影響。

（a）其臨界點(diǎn)隨加熱速度的增大而增高。鐵素體-碳化物組織越粗大，臨界點(diǎn)上升也越快。

（b）加熱速度對(duì)相變動(dòng)力學(xué)的影響。在一般等溫加熱的條件下，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的速度隨等溫溫度的提高而加快。

（c）加熱速度對(duì)淬火鋼組織的影響。在快速加熱的條件下，珠光體中的鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體后，仍會(huì)殘留部分碳化物。即使這些碳化物全部溶解，奧氏體也不一定會(huì)完全均勻化，淬火后將得到碳含量不等的馬氏體。提高加熱溫度可以減輕或消除這種現(xiàn)象，但溫度過高又將導(dǎo)致奧氏體晶粒粗大。當(dāng)材料原始組織一定時(shí)，加熱溫度應(yīng)根據(jù)加熱速度選定。

（4）加熱速度對(duì)表面淬火件硬度的影響。感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)，在一定的加熱速度下可在某一相應(yīng)的溫度下獲得最高的硬度。提高加熱速度，這一溫度向高溫推移。

（5）表面淬火件的耐磨性。 采用高頻表面淬火的軸承零件的耐磨性比普通淬火高得多。

（6）原始組織對(duì)快速加熱相變的影響。 鋼的原始組織不僅對(duì)相變 速度起著決定性的作用，而且還會(huì)顯著影響淬火后的組織和性能。原始組織越細(xì)，兩相接觸面積越大，奧氏體形核位置越多，碳原子擴(kuò)散路程越短，越會(huì)加速相變。

4 軸承套圈感應(yīng)加熱表面淬火操作要點(diǎn)

（1）待處理軸承零件表面應(yīng)無裂紋、傷痕、黑皮、毛刺、油污和脫碳層等。

（2）設(shè)計(jì)制造或選用感應(yīng)器、噴水器時(shí)，其結(jié)構(gòu)形狀和尺寸應(yīng)滿足工藝要求。

（3）正確選擇電參數(shù)，使設(shè)備處于最佳工作狀態(tài)。

5 結(jié)束語

軸承套圈的感應(yīng)加熱熱處理有加熱速度快、生產(chǎn)效率高、節(jié)能、產(chǎn)品質(zhì)量高、提高軸承耐磨性、變形小、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)。表面淬火加熱功率及加熱時(shí)間的選擇極為重要，直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量，因此在正式生產(chǎn)中，應(yīng)進(jìn)行大量的試驗(yàn)，以確定合理的熱處理工藝參數(shù)。

（編輯：林小江）

Exploration on surface hardening process of bearing parts

Li Xin1,Li Xiaofeng2
(1.Manufacturing Technology Department,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China;2.Harbin Second Boiler Factory,Harbin 150056,China)

The surface hardening technology of bearing parts is introduced initially. The effect of heating power on the quenching microstructure and depth of hardening layer in induction heating surface quenching process and considerations are discussed, for relevant personnel reference.

bearing parts; induction heating surface quenching; heating power; quenching structure; quenching layer depth

TG162.71

B

1672-4852（2015）04-0020-02

2015-10-15.

李 欣（1981-），男，工程師.