軸承套圈管材冷擠壓與棒料熱鍛的工藝對(duì)比

吳松林

(錢潮軸承有限公司 熱處理分廠，杭州 311215)

中小型軸承批量生產(chǎn)中對(duì)加工質(zhì)量和加工效率要求非常高，熱鍛和冷擠壓是套圈毛坯制備的常用方法，熱鍛工藝存在氧化脫碳，鍛件精度低，加工余量大等特點(diǎn)；冷擠壓工藝為少切削工藝，擠壓加工的套圈精度高，留量小，效率高[1]。下文對(duì)套圈管材的冷擠壓成形工藝與棒料的熱鍛工藝進(jìn)行對(duì)比分析。

1 工藝方法對(duì)比

管材冷擠壓成形工藝為：管材切割成小件→拋丸→磷化→中和清洗→冷擠成形；棒料熱鍛成形工藝為：熱軋棒料加熱→落料→鐓粗→熱擠成形→切底→輾擴(kuò)成形→退火。對(duì)比工藝過(guò)程可知：

(1)管材冷擠壓工藝沒(méi)有鍛造高溫加熱，能耗低，污染少，降低了成本。

(2)管材冷擠壓沒(méi)有高溫加熱，基本不受熱脹冷縮影響，套圈冷擠壓尺寸比熱鍛造穩(wěn)定，工藝設(shè)計(jì)時(shí)可考慮減少車加工留量。

(3)冷擠后的毛坯外形與冷擠模完全一致，產(chǎn)品的尺寸精度主要取決于冷擠模的尺寸精度，同一套冷擠模擠壓出的產(chǎn)品尺寸偏差相比熱鍛產(chǎn)品要小很多。以32008X1WC外圈為例，其采用熱鍛和冷擠后外徑圓度誤差測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，冷擠壓產(chǎn)品的尺寸偏差較小，部分尺寸可以直接進(jìn)行磨加工處理，不需進(jìn)行車削加工。如圓錐滾子軸承冷擠件外圈外徑面和內(nèi)圈內(nèi)徑面，在管材內(nèi)、外壁的脫貧碳和其他缺陷深度控制在較小范圍內(nèi)時(shí)，冷擠件可直接進(jìn)行磨削加工，減少了加工留量。

表1 32008X1WC外圈冷擠件與熱鍛毛坯外徑圓度誤差抽檢結(jié)果 mm

(4)熱鍛在1 000 ℃以上加工，鍛件表層氧化脫碳層厚；而冷擠壓沒(méi)有加熱過(guò)程，材料損耗少。

通過(guò)實(shí)際測(cè)算可知，冷擠產(chǎn)品車加工余量較熱鍛件減少30%～45%，大大提高了車加工的效率，成本也相應(yīng)下降。

2 材料性能對(duì)比

2.1 斷面流線

由材料理論可知，鋼材的軋制方向(縱向)力學(xué)性能要高于橫向[2]。分別選取管材冷擠壓和棒材熱鍛的軸承套圈，平行于軸向切取試樣，按照GB/T 18254—2002《高碳鉻軸承鋼》中關(guān)于低倍組織的試驗(yàn)方法，以50%的工業(yè)鹽酸配比，加熱到60～80 ℃，對(duì)試樣熱蝕25～40 min，取出清洗干凈后，觀察截面流線分布情況。冷擠和熱鍛試樣的斷面流線分別如圖1、圖2所示，由圖可知，冷擠件沒(méi)有明顯改變材料的纖維方向，這是由于套圈通過(guò)管材冷擠成形，材料的纖維方向與套圈的工作面基本平行，車、磨加工不會(huì)大量切斷材料纖維狀態(tài)，從而提高了軸承的抗疲勞性能；熱鍛件的材料纖維在軸承工作面附近的流線不平行于工作面，較為雜亂，使得材料在縱向上的性能優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到充分利用。

圖1 冷擠件斷面流線

圖2 熱鍛件斷面流線

2.2 奧氏體晶粒和熱處理組織檢測(cè)

選取管材冷擠件和棒材熱鍛件，對(duì)其軸向(縱向)剖切制樣，采用飽和苦味酸水溶液加十二烷基苯磺酸鈉，在90～100 ℃對(duì)試樣進(jìn)行熱浸蝕。然后置于ZEISS-Axiovert 40 MAT金相顯微鏡上，依據(jù)GB/T 6394—2002《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》，放大500倍檢測(cè)試樣晶粒度，得到冷擠件的晶粒度為10級(jí)(圖3)，熱鍛件的晶粒度為8級(jí)(圖4)，冷擠件的晶粒更加細(xì)化。

圖3 冷擠件的晶粒度

圖4 熱鍛件的晶粒度

將同型號(hào)采用冷擠和熱鍛的套圈車工件在滾棒爐上按相同的工藝進(jìn)行熱處理，熱處理工藝參數(shù)見(jiàn)表2。抽取熱處理后的產(chǎn)品樣件，經(jīng)縱向線切割制樣，用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，置于金相顯微鏡上，放大500倍觀察，并依據(jù)JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件》進(jìn)行評(píng)定。得到冷擠件的淬火+低溫回火后組織為3.0級(jí)(圖5)，而熱鍛件的淬火+低溫回火組織局部略大于4.0級(jí)(圖6)，冷擠件的組織更加細(xì)化。

表2 冷擠和熱鍛套圈采用的熱處理工藝

圖5 冷擠件組織

圖6 熱鍛件組織

2.3 軸承疲勞壽命

選取冷擠壓工藝生產(chǎn)的圓錐滾子軸承LM11949/10，L44649/10和LM48548/10各8套，在ABLT-1A型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞壽命強(qiáng)化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，3個(gè)型號(hào)軸承的疲勞壽命強(qiáng)化試驗(yàn)均達(dá)到了基本額定壽命L10的3倍以上，且均未失效，達(dá)到了試驗(yàn)要求。由此可知，冷擠壓軸承的壽命與熱鍛工藝生產(chǎn)的軸承壽命水平相當(dāng)。

表3 冷擠壓軸承的疲勞壽命強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

管材冷擠壓生產(chǎn)的軸承，在相同的熱處理工藝下，其內(nèi)部組織和晶粒度質(zhì)量都明顯優(yōu)于熱鍛產(chǎn)品，能夠獲得理想的金屬流線，充分利用了金屬材料縱向的性能優(yōu)勢(shì)，而其疲勞強(qiáng)化壽命試驗(yàn)初步驗(yàn)證了壽命與熱鍛工藝生產(chǎn)的軸承相當(dāng)，同時(shí)降低了軸承的生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。由于管材的內(nèi)在質(zhì)量對(duì)軸承的壽命至關(guān)重要，因此應(yīng)選購(gòu)優(yōu)質(zhì)軸承鋼，嚴(yán)格控制管材生產(chǎn)質(zhì)量。