文章出處:知識中心 網(wǎng)責任編輯: 洛陽軸承 閱讀量: 發(fā)表時間:2021-05-21 17:11:48
要滿足軸承性能要求,以淬火硬化為目的的熱處理是不可少的工序。熱處理工序中所消耗的能源占軸承制造工序總能耗的25%左右。因此,從節(jié)能、環(huán)保角度,對軸承制造過程中的熱處理進行分析,主要的對策包括:熱處理工序的高效化;小變形熱處理技術等。
1 軸承的熱處理方法
以淬火硬化為目的的軸承熱處理方法有多種,多數(shù)情形下可大致分為整體淬火、滲碳淬火、高頻淬火、碳氮共滲等。
整體淬火是最普通的軸承熱處理工藝,材料多數(shù)使用高碳鉻軸承鋼(GCr15)。在熱處理爐中加熱到840 ℃左右,并使球化退火所形成的碳化物在基體中適度、均勻地固溶,進而淬火冷卻后,實施低溫回火。通過未溶碳化物與回火析出的碳化物,獲得均勻的析出組織,可用于要求耐磨的軸承。
滲碳淬火是在熱處理爐中將低碳合金鋼于930 ℃左右保溫,管理爐內(nèi)的滲碳性氣體,從表面到內(nèi)部使碳滲入擴散,進行淬火的熱處理,由于碳濃度的梯度,淬火后的表面硬化,因內(nèi)部比表面硬度低,用于要求耐沖擊性的軸承。
高頻淬火是利用感應加熱的熱處理,主要用于中碳鋼,應用于形狀復雜的汽車車輪用軸承等,只硬化必要部位。
碳氮共滲是在滲碳性氣體中添加5%左右的氨,在表面層附近析出氮化物。考慮到,奧氏體中的碳與氮的溶解度差異,通常是在低于滲碳溫度的750~850 ℃下進行處理,尤其是對于在混入異物的環(huán)境下使用的軸承的長壽命化最有效。
2 熱處理高效化(壓縮滲碳時間)
在滲碳淬火熱處理中,尤其要求通過高效化以實現(xiàn)節(jié)能,與整體淬火的處理時間相比,滲碳淬火的處理時間長達前者的幾倍到數(shù)十倍(處理時間隨著軸承尺寸不同而有差異,但大尺寸軸承有時候要在爐中經(jīng)過將近100 h的處理),因此消耗較多的能源,為降低能耗,縮短滲碳時間是有待解決的一大課題。
氣體滲碳廣泛應用于批量生產(chǎn)。通常,按照滲碳的機理,一般認為有2個階段。在第1階段是由于滲碳氣體與鋼材的滲碳反應,碳向鋼材表面移動的階段;第2階段,滲碳氣體與鋼材表面的碳勢大致相等之后,鋼材表面的碳向內(nèi)部擴散,表面碳勢降低,由滲碳氣體補充,要縮短滲碳時間有必要提高第1,2階段的速度。
使用普通的RX氣體進行氣體滲碳時,為加速其第1階段的滲碳,一般要加大滲碳氣體中的CO, H2的分壓力。近年來,正在著眼于改變滲碳氣體中所含CO, H2的分壓力,開發(fā)旨在提高滲碳速度、壓縮滲碳時間的技術此外,作為替代氣體滲碳的滲碳工藝,通過在稱為真空滲碳的低壓氣氛中,使少量的碳化氫系氣體直接與工件接觸,以進行滲碳,提高碳在鋼表面的滲入速度。
在碳擴散的第2階段,由于碳的擴散依賴于溫度,通過提高滲碳溫度,可以大幅度縮短滲碳時間。不過,由于滲碳溫度高,晶粒粗大化等重要原因,會導致機械性能降低,所以,滲碳溫度存在不能超過晶粒粗化極限溫度的問題。開發(fā)可解決上述問題的材料也是解決問題的途徑。
從材料方面考慮,需開發(fā)新的材料,即容易使碳滲入鋼材表面的材料。此外,通過使用高淬透性的材料,使有效硬化層深度加深,能縮短滲碳時間,但目前來看,這樣的新材料價格較高。
3 小變形熱處理技術
熱處理過程中會發(fā)生變形,熱處理后的變形量決定了后續(xù)磨削工序(圖1)的磨削余量。軸承的制造工序中,僅次于熱處理能耗的是磨削、組裝工序,通過減小磨削余量可壓縮磨削的循環(huán)時間,降低熱處理變形關系到削減大量能耗。
圖1 軸承的普通制造工序
以軸承鋼熱處理時的尺寸變化(圖2)為例,隨著加熱時的溫升,發(fā)生熱膨脹與奧氏體化,并在冷卻時產(chǎn)生熱收縮,馬氏體相變時產(chǎn)生熱處理變形。這樣一來,熱處理時有很多引起尺寸變化的要素,由于該尺寸變化時產(chǎn)生偏差,而發(fā)生熱處理變形。該尺寸變化的偏差,是加熱、冷卻時的溫度偏差引起,均勻地加熱、冷卻可降低熱處理變形。
為此,防止熱處理變形的對策有以下幾種:以降低加熱時的溫度不均為目的的多級升溫;以降低冷卻時的溫度不均為目的的多級冷卻;還有淬火油種類、油槽攪拌速度的最優(yōu)化之類的措施。近年來,也在采取其他對策:如,通過模擬熱處理時油槽內(nèi)的油液流動,進行分析,開發(fā)形成均勻油液流動的油槽;通過改善熱處理夾具,能實現(xiàn)均勻加熱、冷卻。
此外,尤其在容易發(fā)生熱處理變形的薄壁軸承方面,根據(jù)熱處理時溫度與尺寸變化的關系(圖2)進行淬火(壓模淬火)。如果是軸承鋼,經(jīng)整體淬火引起的相變導致尺寸膨脹,在Ms點之后,約束外徑側(cè),并用壓力機一邊控制工件上下方向,一邊完成淬火。由于滲碳淬火完成后尺寸幾乎沒有改變,淬火過程中發(fā)生熱收縮,一邊用壓力機控制并約束內(nèi)徑側(cè),一邊實施淬火,進而大幅度地降低熱處理變形(圖3)。
在熱處理的尺寸變化時,利用該變化進行約束淬火是降低熱處理變形的有效對策之一。軸承并不像齒輪那樣形狀復雜,由于形狀簡單,一直在實施約束淬火,不過,約束淬火的熱處理成本比普通熱處理費用高是有待解決的問題。
圖2 熱處理時溫度與尺寸變化
圖3 約束淬火方法
因此,開發(fā)出不產(chǎn)生熱處理變形的熱處理技術,是一項有意義的研究工作。針對影響鋼材變形的因素,也可采取適當?shù)膶Σ?,例如?/span>減少材料偏析,在不進行鍛造工序時,降低材料的殘余應力等。
小結
上面闡述了軸承的幾種典型熱處理方法,與以節(jié)能為目的的高效化與低變形熱處理技術,但為了適應減輕環(huán)境負擔的要求,熱處理工序方面發(fā)揮更大的作用,進一步提高技術水平是不可缺少的,有必要以節(jié)能為核心,進一步實現(xiàn)低成本化。
(來源:軸承雜志社)
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