軸承滾子防銹工藝分析

于曉巖，李財林

(瓦房店軸承股份有限公司，遼寧 瓦房店 116300)

1 銹蝕與防銹

金屬與周圍介質發生化學或電化學作用而引起的破壞稱為腐蝕[1]，一般習慣上稱金屬在大氣中的腐蝕為銹蝕。高碳鉻軸承鋼GCr15在干燥的環境中較難出現銹蝕現象，GCr15[2]中Cr的含量(質量分數，下同)為1.40%～1.65%。一般情況下，材料中Cr，Ni含量高,其耐蝕性越好。但相比不銹鋼，軸承鋼的防銹性遠遠不夠。軸承鋼中Cr，Mn的添加主要用以增加淬透性和耐磨性。軸承鋼在加工過程中經過熱處理后抗蝕性有所改善，這是因為熱處理一般先進行球化退火，然后淬火(820～840 ℃)加低溫回火(150～160 ℃)，得到回火馬氏體和分布均勻的細粒狀碳化物及少量殘余奧氏體(通過金相可以直接檢驗)，使軸承鋼的硬度(62～64 HRC)、接觸疲勞強度、韌性和抗蝕性得到提高。這對后工序間的加工及成品的存放都是有利的一面，但相應的防銹處理也必須得當。

在自然存放條件下，工序間待加工滾子和成品滾子防銹措施不當將會出現電化學腐蝕，影響滾子的加工和正常使用。金屬與電解質相互作用而發生的腐蝕稱為電化學腐蝕[3]。在潮濕的空氣中，軸承鋼滾子表面會吸附一層很薄的水膜(水膜與季節的溫度也有很大關系)，水膜中含有少量的氫離子與氫氧根離子，還溶解有氧氣等氣體，在滾子表面形成一層電解質溶液，與軸承鋼中的鐵和少量的碳化物形成無數微小的原電池，鐵為負極，碳為正極，鐵失去電子而被氧化，產生電化學腐蝕。滾子防銹與溫度和空氣相對濕度有很大關系，因此，防銹除要制定常態化措施外，季節性配套工藝也極為重要。

熱處理的表面處理方法有氧化處理，即發藍、發黑、磷化處理與鈍化處理等；常規表面處理方法中的電鍍、熱噴涂、油漆、塑料噴涂等都是金屬防銹的良好措施。軸承滾子的防銹方法與上述有所區別，多采取防銹油(劑)噴涂，但基本原理相同，就是采用抗氧化材料或有機材料等形成保護膜，阻斷水、氧等腐蝕性介質對基體材料的侵蝕，以達到防銹的目的。

2 生產過程中的防銹與防銹液配制

滾子生產過程中，從材料改制的初始工序到終磨完成的最后工序，滾子工序間留量非常大。這些留量的設計原則基本出于兩點考慮，即保證產品形狀精度的加工需要和切除銹蝕脫碳層的質量要求。

軸承滾子用熱軋鋼毛坯料徑的選擇規則見表1。最小毛坯料徑Dm=Db+a，依據GB/T 702—1986圓整到規格的最小尺寸。根據表中的數據可知，如果沖壓料徑為20 mm，那么工藝規定的脫碳層加工余量為0.8 mm，材料損耗占投量的4%；如果車制料徑為40 mm，則工藝規定的脫碳層加工余量為1.2 mm，材料損耗占投量的3%。由此可見，不同加工方式的備料工序中，銹蝕脫碳層加工損耗約占材料總投量的3%～4%，耗材量較大。因此，逐步采取定制成品棒料或成品盤圓料來降低原料的銹蝕消耗已是選料的主要方向。

表1 滾子毛坯外徑總留量 mm

2.1 防銹液、潤滑冷卻液和清洗液的配制

從滾子加工流程來看，工序分布以磨削加工占比最大，防銹措施基本涵蓋了整個過程。無論是防銹液、潤滑冷卻液和清洗液的配制，都添加了抑制滾子銹蝕的配料。滾子工序間如超過8 h不加工或不向下工序移動，需做防銹處理；超過2周要重新防銹一次，雨季則為每周重新防銹一次。防銹液用8%～10%亞硝酸鈉、0.55%～0.65%無水碳酸鈉(無結晶水的碳酸鈉，工業名稱為輕質堿)和水配制而成。

滾子終磨的清洗，采用2%～3%的76-2或816清洗劑、0.25%～0.35%亞硝酸鈉、0.25%～0.35%無水碳酸鈉和水配制的溶液。值得注意的是，清洗后的滾子應立即進行外觀選別，否則需要用含有5%～10%防銹潤滑油的汽油溶液做防銹處理(利用添加易揮發汽油溶劑的防銹潤滑油可使滾子表面的清洗液迅速干燥，并起到選別前的臨時防銹作用)。

潤滑冷卻液具有潤滑、冷卻、清洗、防銹功能，調配時應按正確的配比及配制方法操作，且攪拌均勻。單機使用夏季不超過1周，冬季不超過2周，集中循環冷卻液應根據使用情況而采取相應措施，如效果差要徹底清槽重新配制。其由0.35%～0.45%亞硝酸鈉、0.25%～0.35%無水碳酸鈉、1%～1.5%(單機)或1.5%～2%(集中循環)乳化油配制而成。潤滑冷卻液每周需檢測1次，集中循環冷卻液要每天用pH試紙檢測pH值，當pH值低于8時屬異常，應送檢，并根據檢驗數據調節各成分的含量。

2.2 防銹機理

防銹油、潤滑冷卻液和清洗液的配制應優先側重滾子的防銹。由于滾子銹蝕的主要原因是電化學腐蝕，而亞硝酸鈉屬于陽極型緩蝕劑，也是氧化膜型緩蝕劑，其使金屬表面形成極薄的鈍化致密氧化膜，使金屬離子化受阻，抑制電化學陽極反應，減緩滾子的銹蝕。當亞硝酸鈉液體濃度為2%～5%，pH值為8～10時，其防銹效果最好。如果僅單純用于防銹，配制8%～10%亞硝酸鈉、0.3%～0.5%碳酸鈉和水的防銹液，可以達到長年防銹的目的。

由于碳酸鈉的水溶液電離出的碳酸根離子與水中氫離子結合成碳酸氫根離子，所以溶液pH值顯堿性，亞硝酸鈉溶液需要添加碳酸鈉使溶液pH值達到9左右，溶液的防銹性能才能最好，這也是各種溶液中亞硝酸鈉與碳酸鈉捆綁使用的主要原因。碳酸鈉還具有清洗功能。

通常使用的69-1乳化油也添加防銹劑等，主要還是以潤滑性能為主，同時兼顧殺菌作用。

此外，在滾子的整個加工過程中應嚴格執行防銹操作規程和工藝。不徒手抓持終檢成品滾子，因為人體汗液中含有水、氯化鈉、碳酸鈣等鹽類以及極少量的鉀、硫、尿素、尿酸、乳酸和肌酐等代謝產物，如果與滾子接觸會加速其銹蝕；應散亂裝盒，避免線性接觸，多數滾子間為點接觸可起到積極的防銹效果；成品滾子包裝入庫應采用F20-1防銹油噴涂。

3 結束語

隨著現代加工技術向高速、強力、精密方向發展及類似于軸承的超硬、超強度等難加工材料的增加，導致切削加工過程中的摩擦力、摩擦熱大幅度提高，這就要求金屬加工液具有更好的潤滑、冷卻、清洗、防銹性能，以便獲得理想的加工表面和存放產品的長期防銹效果。因此，對于尋求制定規范合理的防銹操作規程和工藝，依靠科技手段配制質優價廉的防銹液、潤滑冷卻液和清洗液，仍需要不斷的努力與探索。