淬火方式對GCr15SiMo鋼制特大型軸承套圈淬硬層的影響

孫小東，王云廣，王紅偉，周鵬龍，郝奧玄，杜 翔

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471000)

GCr15SiMn鋼制特大型軸承套圈常存在熱處理后硬度合格，但成品硬度達不到技術(shù)要求的現(xiàn)象。GCr15SiMo鋼與GCr15SiMn鋼相比，具有更高的淬透性[1]。為了保證軸承套圈成品硬度，軸承行業(yè)正在逐步采用GCr15SiMo鋼代替GCr15SiMn鋼制造特大型軸承套圈。GCr15SiMo鋼制特大型軸承套圈的熱處理，通常采用輥底式鹽淬連續(xù)爐和井式油淬周期爐兩種設(shè)備[2]。其中，輥底式鹽淬連續(xù)爐適合大批量連續(xù)加工產(chǎn)品；而井式油淬周期爐，每次僅加工一爐產(chǎn)品，適合小批量產(chǎn)品的加工。為此，本文研究淬火工藝對GCr15SiMo鋼制特大型軸承套圈淬硬層的影響。

1 試驗材料

選用外徑為φ800 mm，高度為200 mm，有效壁厚為50 mm 的GCr15SiMo鋼制特大型軸承套圈作為試驗套圈。

采用ARL4460直讀光譜儀對軸承套圈檢測化學成分，其檢測結(jié)果見表1。檢測結(jié)果表明，試驗套圈材料符合GB/T 18254—2016標準要求。

表1 軸承套圈的化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)

2 試驗工藝

GCr15SiMo鋼制特大型軸承套圈整體淬火技術(shù)要求：軸承套圈成品表面硬度為58～63 HRC；淬硬層深度為硬度58 HRC處距表面的垂直距離，該類軸承套圈成品淬硬層深度不小于2.0 mm。

分別選用油浴淬火和鹽浴淬火對GCr15SiMo鋼制特大型軸承套圈進行整體淬火試驗。

2.1 鹽浴淬、回火

試驗設(shè)備采用輥底式鹽淬連續(xù)生產(chǎn)線，工藝流程為： 淬火加熱→鹽浴淬火冷卻→空氣爐回火。鹽浴淬、回火工藝見圖1。

1)將軸承套圈平放至輥棒爐上料臺上，見圖2。然后由上料臺傳至清洗工位進行清洗后再傳至主加熱爐。

2)淬火加熱：一區(qū)工藝溫度為865 ℃，二區(qū)工藝溫度為865 ℃，三區(qū)工藝溫度為865 ℃，加熱時間為3.5 h。

3)淬火冷卻：淬火介質(zhì)由180 ℃的復(fù)合硝酸鹽液+適量水組成，冷卻時間為10～15 min。

4)回火：回火溫度為210 ℃，回火時間為12 h。

5)軸承套圈淬火、回火后傳至卸料臺，見圖3。

圖1 鹽浴淬、回火工藝Fig.1 The process of salt bath quenching and tempering

2.2 油浴淬、回火

試驗設(shè)備采用井式淬火加熱爐、淬火油槽和井式回火爐，工藝流程： 井式爐淬火加熱→油浴淬火冷卻→井式爐回火。油浴淬、回火工藝見圖4。

圖2 套圈放置上料臺Fig.2 The placement loading table of ring

圖3 套圈淬火、回火后傳至卸料臺Fig.3 The unloading table of ring after quenching and tempering

1)將軸承套圈平放在淬火料架上，平穩(wěn)吊入井式淬火加熱爐。

2)淬火加熱：一區(qū)工藝溫度為870 ℃，二區(qū)工藝溫度為870 ℃，加熱時間為210 min。

3)淬火冷卻：將加熱好的軸承套圈吊入淬火油槽進行冷卻，用紅外測溫儀測試軸承套圈的表面溫度，控制套圈出油溫度在90～100 ℃。

4)軸承套圈淬火后平放在回火架上，吊入井式回火爐進行回火，回火溫度為210 ℃，回火時間為12 h。

3 試驗結(jié)果

3.1 裂紋檢測

軸承套圈磨加工至成品尺寸后，在CDW-000型熒光磁粉探傷機上，利用復(fù)合磁化法對成品軸承套圈進行熒光磁粉探傷。結(jié)果未發(fā)現(xiàn)軸承套圈表面有缺陷磁痕，探傷結(jié)果合格。

圖4 油浴淬、回火工藝Fig.4 The process of oil bath quenching and tempering

3.2 硬度檢測

3.2.1表面硬度檢測

軸承套圈磨加工至成品尺寸后，采用TH-140里氏硬度計對軸承套圈表面硬度進行檢測。軸承套圈表面硬度為59～60.5 HRC，依據(jù)標準JB/T 1255—2014的要求[3]，軸承套圈成品硬度合格。

3.2.2硬度分布曲線

切取成品軸承套圈試樣，然后用HRA-150洛氏硬度計檢測套圈淬硬層深度。

兩種不同的淬火方式(鹽浴淬火和油浴淬火)下，GCr15SiMo鋼制軸承套圈淬、回火后硬度分布檢測結(jié)果分別見表2和表3。

表2 鹽浴淬火軸承套圈硬度檢測結(jié)果

表3 油浴淬火軸承套圈硬度檢測結(jié)果

從表2和表3可以看出，采用鹽浴淬回火后軸承套圈硬度58 HRC處距表面為4 mm；而采用油浴淬回火后軸承套圈硬度58 HRC處距表面為5 mm。由此可見，兩種淬火方式熱處理后的軸承套圈成品硬度均滿足技術(shù)要求。

3.3 金相組織

將成品軸承套圈切取10×10×10 mm樣塊，磨制端面金相試樣，經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕后在GX-51奧林巴斯金相顯微鏡下檢驗淬硬層金相組織，按照標準中JB/T 1255—2014第二級別圖進行評定。從圖5中可以看出，GCr15SiMo鋼制軸承套圈鹽浴淬回火及油浴淬回火后淬硬層均為細小結(jié)晶馬氏體組織，并有細小碳化物均勻分布在馬氏體基體上，馬氏體組織均可評定為3級[4-5]。

圖5 (a)鹽浴淬、回火組織 3級；(b)油浴淬、回火組織 3級Fig.5 (a)salt bath quenching and tempering microstructure，level 3；(b)oil bath quenching and tempering microstructure，level 3

4 結(jié)論及建議

1)GCr15SiMo鋼制特大型軸承套圈，采用鹽浴淬、回火后淬硬層深度為4 mm；采用油浴淬、回火后淬硬層深度為5 mm；采用鹽浴、油浴兩種淬火方式加工的軸承套圈成品表面硬度均能滿足技術(shù)要求。

2)產(chǎn)品批量大時建議選用輥底式鹽淬連續(xù)爐加工；產(chǎn)品批量小時建議選用井式油淬周期爐加工。