減少軸承套圈淬火變形量的熱處理工藝探索

李 欣，于 瀅

減少軸承套圈淬火變形量的熱處理工藝探索

李 欣1，于 瀅2

（1.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 技術(shù)中心， 黑龍江 哈爾濱150036；2.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 熱處理分廠，黑龍江 哈爾濱150036）

通過對深溝球軸承外圈分組進(jìn)行熱處理試驗(yàn)，分析了工藝參數(shù)對套圈熱處理變形的影響，制訂出合理的熱處理工藝，減少了套圈熱處理變形。

軸承套圈；橢圓度；工藝參數(shù)；保溫溫度；油液攪拌頻率

1 前言

軸承是當(dāng)代機(jī)械設(shè)備中的一種重要零部件。它的主要功能是支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，降低其運(yùn)動過程中的摩擦系數(shù)，保證其回轉(zhuǎn)精度，因此，對軸承的精度和內(nèi)在質(zhì)量提出了很高的要求。軸承的內(nèi)在質(zhì)量涉及的因素很多，熱處理是保證軸承內(nèi)在質(zhì)量的方法之一。軸承套圈在熱處理后，個別套圈的橢圓度會超出技術(shù)要求，在下一道磨工序無法加工，這樣的套圈往往做報廢處理，既浪費(fèi)人力物力又造成了經(jīng)濟(jì)上的損失，因此，做減少軸承套圈熱處理變形的工藝試驗(yàn)，制定出減少熱處理變形的工藝很有必要。

2 熱處理變形原因分析

金屬材料的熱處理變形主要是由于熱處理過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力以及工件自重變形等很多因素共同作用而產(chǎn)生。工件在熱處理前由于各種原因可能存在內(nèi)應(yīng)力，熱處理加熱過程中，由于鋼的屈服強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，當(dāng)殘余應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度值時就會引起工件的不均勻塑性變形而造成形狀畸變。加熱時產(chǎn)生的熱應(yīng)力，受鋼的化學(xué)成分、加熱的速度、工件的大小和形狀的影響很大，尤其工件形狀復(fù)雜、各部分厚薄不均勻，會致使工件各部分的膨脹程度不同而形成很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致工件不均勻塑性變形。與工件加熱時的情況相比，工件冷卻時產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力對工件的變形影響更大。熱應(yīng)力引起的變形主要發(fā)生在熱應(yīng)力產(chǎn)生的初期，此時工件心部處于高溫狀態(tài)，屈服強(qiáng)度低，在瞬時的熱應(yīng)力作用下心部受到很多方向的收縮擠壓，而產(chǎn)生塑性變形。隨著冷卻的進(jìn)行，鋼的屈服強(qiáng)度升高，相對來說塑性變形變的更加困難，冷卻開始時造成的塑性變形得以保持下來，這就造成了工件的變形。

3 工藝試驗(yàn)及結(jié)果分析

本工藝改進(jìn)探索試驗(yàn)主要是從減少熱應(yīng)力變形入手，分為3組試驗(yàn)。

設(shè)備：輥棒式熱處理爐。

試驗(yàn)用軸承套圈：某型號深溝球軸承外套，見圖1， 數(shù)量300個。熱處理工藝曲線見圖 2。

加熱溫度為790～810℃，保溫溫度為830～860℃。

圖1 深溝球軸承外套剖面圖

圖2 熱處理工藝曲線簡圖

3.1第1組試驗(yàn)

在保溫階段分別選取工藝溫度840℃。

選取100個直徑為60mm、有效壁厚5mm的某型號深溝球軸承外套，在工裝上擺放2層，按照800℃預(yù)熱15min，840℃保溫30min，入油冷卻，油攪拌頻率為60Hz，冷卻后抽檢5個測量硬度、組織，按照J(rèn)B/T 1255標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定均合格。百分之百測量橢圓變形量，因?yàn)槠P(guān)系,不列出詳細(xì)數(shù)值，100個套圈平均變形量數(shù)值為0.16162mm。

3.2第2組試驗(yàn)

選取同批次套圈100個，在工裝上擺放2層，850℃保溫30min，入油冷卻，油攪拌頻率為60Hz，冷卻后抽檢5個測量硬度、組織，按照J(rèn)B/T 1255標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定均合格。百分之百測量橢圓變形量，因?yàn)槠P(guān)系,不列出詳細(xì)數(shù)值， 100個套圈平均變形量數(shù)值為0.1753mm。

試驗(yàn)結(jié)果分析。兩組套圈保溫溫度下的熱處理硬度、組織均合格，但840℃保溫變形量比850℃要小一些，這說明了工藝溫度降低后工件的高溫強(qiáng)度損失相對減小，塑性抗力增強(qiáng)，工件的抗應(yīng)力變形、抗淬火變形能力增強(qiáng)，變形就會減少，并且質(zhì)量也合格，適用于生產(chǎn)。需要說明的是，如果正式生產(chǎn)取工藝溫度下限830℃，要求熱處理爐有非常高的爐溫均勻性和系統(tǒng)精度，否則在爐溫低點(diǎn)可能會造成欠熱，很難保證熱處理質(zhì)量，所以未作下限溫度試驗(yàn)；同理，取上限860℃也要求熱處理爐有非常高的爐溫均勻性和系統(tǒng)精度，雖然一般不會造成過熱，但浪費(fèi)能源、增加生產(chǎn)成本，實(shí)際生產(chǎn)中很少使用該溫度，因此，也未做該溫度試驗(yàn)。

3.3第3組試驗(yàn)

選取同以上兩組試驗(yàn)同批次套圈100個，在工裝上擺放2層，按照840℃保溫30min，入油冷卻，油攪拌頻率改為45Hz，冷卻后抽檢5個測量硬度、組織，按照J(rèn)B/T 1255標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定均合格。百分之百測量橢圓變形量，因?yàn)槠P(guān)系,不列出詳細(xì)數(shù)值，100個套圈平均變形量數(shù)值為0.1608mm。

試驗(yàn)結(jié)果分析。與上一組相同的保溫溫度比較，油攪拌頻率降低，工件變形較小，說明了工件熱處理冷卻速度越快，冷卻越不均勻，對應(yīng)的變形也會越大。適當(dāng)降低冷卻速率，可以得到組織、硬度合格、變形較小的熱處理工件。

4 結(jié)束語

通過上述試驗(yàn)分析，可得出如下結(jié)論：

（1）在熱處理保溫溫度工藝范圍內(nèi)，保溫溫度低時熱處理變形小；保溫溫度高時熱處理變形大。

（2）冷卻速度影響工件變形量，油攪拌頻率大（冷卻速度大）時，工件變形相對較大。

因此，建議熱處理時使用840℃保溫，冷卻油攪拌頻率45Hz。

熱處理變形是熱處理過程中的主要缺陷之一，對于軸承這樣的精密零件影響非常大，但又不能避免，只能盡量減小。任何熱處理工藝參數(shù)的變化都或多或少地影響工件的變形量，在某些特定條件下，有些參數(shù)表現(xiàn)為影響工件變形量的主要因素，有些則為次要因素。在制定熱處理工藝時，應(yīng)根據(jù)具體情況制定具體的工藝參數(shù)，不僅要獲得合格的組織、硬度，也要考慮到盡可能的減少熱處理變形。要想獲得變形小的熱處理工藝，需要通過大量的試驗(yàn)進(jìn)行探索，不斷改進(jìn)，逐步完善。

（編輯：鐘 媛）

Discussion on heat treatment technology of reducing quench deformation of bearing ring

Li Xin1,Yu Ying2
(1.Technical Center,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China;2.Heat Treatment Sub-factory,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China)

The infuence of technology parameters on heat treatment deformation of ring was analyzed on basis of grouping outer ring of deep groove ball bearing and making heat treatment test. The appropriate heat treatment technology was established, so that heat treatment deformation of ring was reduced.

bearing ring; ellipticity; technology parameters; temperature of heat preservation; oil stirring frequency

TH 133.33，TG162.71

B

1672-4852（2015）01-0026-02

2015-01-10.

李 欣（1981-），男，工程師.