南京科潤(rùn)工業(yè)介質(zhì)股份有限公司 王錫樵
浙江為尚機(jī)械有限公司(原人本軸承) 劉美冬
一直以來(lái)，軸承套圈的熱處理是業(yè)內(nèi)人們討論的熱點(diǎn)。本文分別對(duì)淬火加熱方式/設(shè)備、套圈的變形、淬火油的選用及維護(hù)等進(jìn)行了探討和分析。
一、軸承套圈的加熱方式/設(shè)備的討論
1.1、鹽浴加熱淬火
鹽浴加熱淬火的特點(diǎn)是：適用性廣，一個(gè)加熱爐可以用幾個(gè)淬火槽，它不受套圈形狀的限制，可以滿足小批量多品種生產(chǎn)的要求，對(duì)于剛剛起步的小、微型企業(yè)來(lái)說(shuō)，設(shè)備投資低，操作簡(jiǎn)單，但是勞動(dòng)強(qiáng)度較大，操作環(huán)境較差。不過(guò)，在環(huán)境保護(hù)方面只要選擇易溶解于水的中性鹽浴配方，如50%NaCI+50%Na2CO3和用603滲碳劑進(jìn)行脫氧，就可以滿足生產(chǎn)要求。它們所產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢水都不會(huì)污染環(huán)境。從確保產(chǎn)品質(zhì)量的角度來(lái)說(shuō)，只要選擇合理的耐熱鋼掛具和淬火介質(zhì)是可以達(dá)到技術(shù)要求的，且套圈淬火后的表面質(zhì)量較好，沒(méi)有氧化脫碳現(xiàn)象，不需要回火后進(jìn)行光飾處理，節(jié)省了成本。
為了使套圈的畸變小，在設(shè)備方面應(yīng)該選用三相四極的側(cè)埋式或者頂埋式電極鹽浴爐，它在加熱時(shí)鹽浴的流動(dòng)性比較好，比較均勻，鹽浴波對(duì)套圈的沖擊力比較小。溫度的測(cè)試則由插到鹽浴槽內(nèi)的熱電偶完成，可通過(guò)儀表能達(dá)到精確的控制。
另外在淬火介質(zhì)方面應(yīng)該使用能有效減少套圈的淬火橢圓度及能獲得良好光亮性的軸承專用淬火油，對(duì)于≤5mm的薄壁件套圈來(lái)說(shuō)，可以選擇分級(jí)淬火油，如南京科潤(rùn)工業(yè)介質(zhì)股份有限公司的軸承專用淬火油KR498G；壁厚≤12mm的可選用KR468G；對(duì)于在16~20mm厚壁的內(nèi)圈可以選擇快速淬火油，如軸承專用淬火油KR028G。這樣就達(dá)到了根據(jù)套圈的有效壁厚不同，使用幾個(gè)不同冷卻速度的淬火油槽的目的。對(duì)于特厚件的產(chǎn)品還可以選擇水溶性淬火介質(zhì)，如配制一定濃度的KR6480、KR9988等水溶性淬火介質(zhì)，這樣節(jié)省了能源和投資，做到了一爐多用的目的。
1.2、真空淬火
1.2.1、精密軸承的真空淬火
對(duì)于小、微型精密軸承來(lái)說(shuō)，它的失效形式是磨損及疲勞損壞，因此需要軸承具有均勻的硬度、高的耐磨性、彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，有足夠的淬透性和韌性以及微小的淬火畸變，為此可以選擇真空淬火技術(shù)。
1968年前后，首先是由美國(guó)海斯公司和日本真空技術(shù)研究所研制出了真空淬火油和水劑淬火劑，使真空淬火技術(shù)在熱處理行業(yè)得到迅速的發(fā)展，從而使國(guó)內(nèi)外的真空淬火設(shè)備在軸承行業(yè)也得到了使用。而且，國(guó)產(chǎn)真空爐的整體質(zhì)量也不錯(cuò)，價(jià)格又比進(jìn)口真空爐便宜許多，從而使真空淬火技術(shù)在精密軸承熱處理方面得到了廣泛的使用。真空淬火不會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳，可以實(shí)現(xiàn)光亮淬火的目的，淬火畸變又小，可以減少熱處理后的機(jī)械加工余量。另外，真空淬火對(duì)工件具有脫氣作用，可以將鋼材內(nèi)的有害雜質(zhì)抽掉，從而提高了工件的力學(xué)性能和使用壽命，軸承鋼經(jīng)真空淬火后的耐磨性和疲勞壽命比一般的常規(guī)淬火可以提高2倍以上。真空淬火的操作環(huán)境清潔、操作方法自動(dòng)簡(jiǎn)便，它屬于無(wú)公害無(wú)污染的清潔熱處理工序。
對(duì)于外徑4~50mm、厚度0.2~1.5mm、內(nèi)圈直徑3~45mm、厚度0.5~1.5mm的軸承套圈，國(guó)內(nèi)技術(shù)要求是：淬火硬度≥63HRC,金相組織符合JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承熱處理技術(shù)條件》中規(guī)定的2級(jí)隱晶或細(xì)小結(jié)晶狀馬氏體，均勻分布的細(xì)小殘留碳化物和少量的殘留奧氏體。同一爐產(chǎn)品的淬火硬度差應(yīng)<1HRC，淬火畸變<0.01mm。為此需要用有質(zhì)量穩(wěn)定的真空淬火爐和優(yōu)良的淬火介質(zhì)來(lái)保證。為了保證套圈尺寸穩(wěn)定性，在真空淬火后應(yīng)該立即進(jìn)行-80℃的深冷處理（馬氏體轉(zhuǎn)變終點(diǎn)為-90℃），并且保溫2小時(shí)后出低溫箱，隨后在空氣中緩慢回溫到室溫，臨末在油中進(jìn)行回火處理。
1.2.2、真空淬火爐
目前，國(guó)外品牌的真空淬火爐有：Hayes、AbarIpsen、DegussaIpsen等，其中l(wèi)psen、ALD、BMI、TAV、Consarc、ECM等進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)較早，并且充當(dāng)了領(lǐng)頭羊的作用，對(duì)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)真空爐的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。如真空高壓氣淬、真空油、氣淬雙室爐、真空低壓滲碳組合生產(chǎn)線等技術(shù)的應(yīng)用提高了工件的淬火質(zhì)量和生產(chǎn)效率。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)真空爐的設(shè)備廠家也很多，主要集中在北京地區(qū)，如北京航天萬(wàn)源（原211廠）、華海中誼、機(jī)電研究所、華翔、易利等，其他地方如鹽城豐東?沈陽(yáng)佳譽(yù)、中山凱旋等國(guó)產(chǎn)真空爐的總體質(zhì)量也不錯(cuò)，價(jià)格比進(jìn)口的便宜很多，維護(hù)及售后服務(wù)也方便，選擇以上國(guó)產(chǎn)真空設(shè)備可以降低生產(chǎn)成本。
對(duì)于精密小、微型軸承來(lái)說(shuō)采用真空油淬爐是較理想的設(shè)備，根據(jù)產(chǎn)量的大小可以選擇規(guī)格不同的爐型。根據(jù)真空熱處理爐的分類應(yīng)該是周期中溫電阻式（700～1000℃）、低壓真空熱處理爐（133Pa～10-1Pa）。上述真空爐分為立式和臥式二種，其中臥式油淬爐和臥式氣、油淬雙室爐的普及率很高，使用范圍也較大。除了淬軸承套圈以外還可以淬工模具零件，是一爐多用的設(shè)備。對(duì)于軸承套圈來(lái)說(shuō)，真空淬火后表面很光亮，呈現(xiàn)銀白色，淬火硬度的分散度很小，在1HRC范圍之內(nèi)。如果用一般的真空回火爐在200℃以下回火時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微氧化現(xiàn)象，使工件表面顏色發(fā)暗。況且真空回火時(shí)間又長(zhǎng)又耗氮?dú)�，使生產(chǎn)成本增大，故一般使用專用回火油浴爐來(lái)替代真空回火爐，這是比較理想的工藝手段，如用科潤(rùn)KR535、KR565等回火油同樣可以達(dá)到光亮的目的，且用油回火后的硬度均勻性很好，設(shè)備投資及其生產(chǎn)成本也比真空回火低許多。
1.2.3、真空淬火油的選擇
對(duì)于精密小、微型軸承來(lái)說(shuō)，采用真空淬火技術(shù)是理想的工藝，為此需要使用真空淬火油。真空淬火油的特點(diǎn)是：（1）蒸汽壓較低，一般在10-4～10-2Pa，以確保在10-1～10Pa真空度條件下，真空淬火油不會(huì)產(chǎn)生明顯的揮發(fā)。（2）雜質(zhì)與殘?zhí)驾^少、酸值低，零件真空淬火后的表面光亮度應(yīng)不低于標(biāo)準(zhǔn)試樣的70%。（3）臨界壓強(qiáng)低，冷卻性能好，零件真空淬火后的硬度均勻，達(dá)到常壓淬火的硬度或者更高。（4）熱穩(wěn)定性好，即抗老化性能好，使用壽命長(zhǎng)。
生產(chǎn)真空油的國(guó)內(nèi)外供應(yīng)商很多，可以根據(jù)需求進(jìn)行選擇。如南京科潤(rùn)的真空淬火油，根據(jù)冷卻速度的不同有快、中、慢三種，如：KR328、KR348、KR368三種，該公司還可以根據(jù)用戶的特殊要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的真空淬火油。在大量的生產(chǎn)實(shí)踐中證明，對(duì)于精密小、微型軸承使用KR368真空淬火油是很理想的淬火介質(zhì)。
1.2.4、真空淬火的注意事項(xiàng)
為確保軸承套圈的質(zhì)量和產(chǎn)量，根據(jù)真空淬火爐的型號(hào)大小不同，可以選擇不同的爐型。套圈、料盤和料筐必須進(jìn)行清冼及烘干，在裝料筐內(nèi)可以放3~5層料盤。由于真空加熱是以輻射為主，所以加熱速度比較慢，真空加熱的時(shí)間是鹽浴爐的4~6倍，空氣爐的1.5~2倍，所以要進(jìn)行預(yù)熱，使每層料盤上的套圈的溫度能保持均勻。預(yù)熱溫度可設(shè)在650~700℃左右，真空度40Pa，保持一段時(shí)間后再升溫到淬火加熱溫度，真空度0.1Pa。對(duì)于軸承鋼而言，在900℃以下加熱，真空度越高其脫氣效果越好，表面越光亮。但是也不能太高，否則會(huì)造成脫鉻，產(chǎn)品發(fā)生粘連，影響軸承的使用壽命，甚至于報(bào)廢。
新的真空淬火油在使用前必須進(jìn)行脫氣處理，操作方法是：關(guān)閉冷室爐門后開(kāi)啟油攪拌器，進(jìn)行抽真空除氣，從觀察孔中觀察油面沸騰情況，當(dāng)沸騰的油面即將達(dá)到離油槽口80~100mm時(shí)立即關(guān)閉機(jī)械真空泵,此時(shí)大量的氣泡會(huì)從油面逸出，等氣泡逐漸消失后，再打開(kāi)真空泵繼續(xù)抽真空，氣泡還會(huì)出現(xiàn)，再關(guān)閉真空泵，這樣反復(fù)幾次，臨末打開(kāi)油加熱器對(duì)油進(jìn)行加熱，并繼續(xù)抽真空直到?jīng)]有氣泡出現(xiàn)為止，此時(shí)真空淬火油的脫氣工作就算完成了。真空油的使用溫度一般都在40~80℃，油溫過(guò)低粘度大，導(dǎo)致冷卻速度下降，使套圈的硬度不均勻，表面不光亮。油溫太高，油會(huì)蒸發(fā)導(dǎo)致老化。
真空油淬時(shí)要防止發(fā)生爆炸事故，它的發(fā)生主要是由于操作不當(dāng)，所以要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。要防止發(fā)生爆炸的三個(gè)條件同時(shí)共存，即可燃?xì)怏w、助燃物（氧氣、空氣、火源)。
1.3、碳氮共滲設(shè)備
1.3.1、碳氮共滲的優(yōu)點(diǎn)
對(duì)于在污染及潤(rùn)滑條件極差的特殊環(huán)境下工作的軸承來(lái)說(shuō)，用常規(guī)的熱處理或碳化物超細(xì)化處理等工藝都無(wú)法滿足軸承套圈需要表面耐磨性高、心部韌性好的技術(shù)要求，為此必需對(duì)套圈進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。一般的做法是對(duì)軸承鋼先進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)后再滲碳、碳氮共滲或滲氮處理，實(shí)際上直接進(jìn)行表面強(qiáng)化處理后的心部硬度和調(diào)質(zhì)處理的心部硬度是基本一樣的，這樣可以節(jié)省一道調(diào)質(zhì)工藝。
在表面強(qiáng)化處理方面選擇碳氮共滲處理是較好的工藝手段之一，如用GCr15軸承鋼制造的噴油嘴，經(jīng)碳氮共滲工藝上性能提高明顯，因此在特殊環(huán)境下工作的專用軸承也可以采用碳氮共滲的強(qiáng)化處理工藝，同樣也會(huì)有良好的效果。所用設(shè)備可以分別選擇密封箱式多用爐生產(chǎn)線或推桿式料盤連續(xù)爐生產(chǎn)線，對(duì)于車間面積有限制的企業(yè)可以用密封箱式多用爐是很好的選擇。
1.3.2、碳氮共滲工藝
套圈的表面強(qiáng)化處理選擇碳氮共滲是因?yàn)樗墓矟B溫度比滲碳溫度低，這可以減小畸變；比滲氮時(shí)間短,則可以縮短生產(chǎn)周期，可以節(jié)約生產(chǎn)成本。軸承鋼的含碳量在0.95~1.05%C，屬于高碳鉻鋼，碳氮共滲有一定的難度，為此需要更為合理的工藝。如將裝入料筐內(nèi)的套圈先在清洗機(jī)中清除油污及臟物，然后進(jìn)入多用爐內(nèi)進(jìn)行分段預(yù)熱，在840~860℃碳氮共滲，碳勢(shì)1.20%，氨氣0.10~0.20m³/h,共滲淬火加熱時(shí)間180~300分鐘，共滲后的表面硬度62~63HRC,距表面0.2mm處的淬火硬度870~890HV（65.5~66HRC）、化合物組織2~3級(jí)、層深0.6~0.8mm、心部組織3~4級(jí)。共滲溫度高，則共滲時(shí)間短，層深較深，硬度也高。為了進(jìn)一步減小畸變，得到良好的機(jī)械性能和金相組織，可以降低共滲溫度（840~850℃）和淬火溫度（810~840℃），這樣，距表面0.20mm的硬度仍然是65.5~66HRC、層深0.60~0.65mm、碳氮化合物2~3級(jí)、心部組織3級(jí)，達(dá)到了技術(shù)要求。使用推桿式料盤爐生產(chǎn)線的工藝也是比較?的選擇，它在各個(gè)區(qū)域可以分別進(jìn)行強(qiáng)滲—擴(kuò)散—降溫淬火，所以它的產(chǎn)量比多用爐大，質(zhì)量也很穩(wěn)定，有條件的企業(yè)推薦選擇推桿式爐。
1.3.3、密封箱式多用爐
生產(chǎn)線包括多用爐、回火爐、清洗機(jī)、裝卸料料車、工件移動(dòng)小車、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成�，F(xiàn)在節(jié)能型的多用爐大多都圓型的，爐襯材料選擇絕熱性好、蓄熱量少的輕質(zhì)耐火材料和耐火纖維，它們的密封性很好，可以使?fàn)t溫均勻性在±5℃范圍。在滴注式或直升式氣氛的爐子中，其氣氛控制用氧探頭碳勢(shì)控制儀和二氧化碳紅外儀進(jìn)行多元控制。此時(shí)爐膛內(nèi)的氧探頭測(cè)得的氧勢(shì)及紅外儀測(cè)得的二氧化碳值會(huì)和溫度一起傳遞給碳勢(shì)控制儀并進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算，此時(shí)顯示出爐膛內(nèi)的真實(shí)碳勢(shì)，對(duì)碳氮共滲的碳勢(shì)、層深及其濃度梯度做到了精確的控制，確保了產(chǎn)品的質(zhì)量。
現(xiàn)在生產(chǎn)多用爐的設(shè)備廠商很多，其質(zhì)量也相當(dāng)?shù)暮�，價(jià)格也比進(jìn)口的便宜很多，所以極少再?gòu)膰?guó)外原裝進(jìn)口。國(guó)內(nèi)的供應(yīng)商如愛(ài)協(xié)林熱處理系統(tǒng)（北京）有限公司、易普森工業(yè)爐（上海）有限公司、江蘇豐東熱技術(shù)股份有限公司、天龍科技爐業(yè)（無(wú)錫）有限公司、上海匯森益發(fā)工業(yè)爐有限公司、吉埃裴工業(yè)爐（上海）有限公司、南京攝山爐業(yè)（集團(tuán)）有限公司等等都是很好的選擇。
1.4、貝氏體等溫淬火
國(guó)外著名的SKF,FAG等軸承制造公司在鐵路、軋機(jī)、礦山、工程機(jī)械等方面的專用軸承都采用了貝氏體等溫淬火工藝，因?yàn)檫@類軸承除了要求耐磨性好以外還需要有良好的尺寸穩(wěn)定性、沖擊韌性、斷裂韌性及表面殘余壓應(yīng)力，磨加工時(shí)不會(huì)出現(xiàn)裂紋。國(guó)內(nèi)幾十年來(lái)隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對(duì)軋機(jī)、鐵路、采煤、鉆井、工程機(jī)械等特殊軸承也有了明確的要求，除了研制適合于貝氏體淬火的專用軸承鋼以外，即要求對(duì)常規(guī)軸承鋼（GCr15、GCr15SiMn）進(jìn)行貝氏體等溫淬火，為此從設(shè)備及工藝上必須得到保證。
1.4.1、等溫淬火設(shè)備
根據(jù)軸承套圈的大小可以分別選擇箱式多用爐或者推桿式料盤爐生產(chǎn)線，而極少采用網(wǎng)帶式爐（除工件很薄的產(chǎn)品），爐內(nèi)通可控氣氛，碳勢(shì)在0.9~1.0%CP。為減小加熱和冷卻時(shí)的畸變，需要將套圈放在專用料筐內(nèi)，經(jīng)清冼后入爐，在多用爐中加熱需要分段預(yù)熱后再加熱到淬火溫度，用推桿式料盤爐則可以分區(qū)段預(yù)熱后加熱，它們的加熱溫度比馬氏體淬火溫度要高出20~30℃。這二種爐型的淬火鹽槽都在加熱爐外面，為的是避免硝鹽蒸氣對(duì)加熱爐爐膛的腐蝕，因此硝鹽等溫淬火槽是很關(guān)鍵的設(shè)備，它是由加熱器、攪拌器、水份測(cè)量?jī)x、熱電偶、溫度時(shí)間控制記錄儀、殘鹽回收及排風(fēng)裝置組成。
1.4.2、貝氏體等溫淬火工藝
GCr15軸承鋼在可控氣氛中加熱，它的淬火可以分為馬氏體 淬火，馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體等溫淬火，其馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度202℃（在850℃奧氏體化溫度時(shí)），根據(jù)套圈的有效壁厚確定其淬火加熱溫度，壁厚＜10mm的淬火溫度低一些，壁厚≥15mm的淬火溫度略高一些；壁厚≥20mm的再高一些，其淬火溫度一般在855~885℃范圍內(nèi)酌情選擇；加熱時(shí)間根據(jù)裝爐量而定。因?yàn)橛捕纫筮_(dá)到58HRC，所以必須在240℃溫度下進(jìn)行中溫轉(zhuǎn)變。由于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度低于此溫度，所以轉(zhuǎn)變熱浴的溫度必須大于220℃，為此貝氏體等溫淬火的溫度在220~240℃，適合于這個(gè)溫度段的介質(zhì)只有硝鹽才能達(dá)到，如50%NaNO3+50%KNO2,它的熔點(diǎn)為143℃，使用溫度160~550℃；或者25%NaNO2+25%NaNO3+50%KNO3,它的熔點(diǎn)為175℃，使用溫度205~600℃，需要用0.5~1.5%的水分來(lái)調(diào)節(jié)冷卻速度。在硝鹽中的等溫時(shí)間為2~4小時(shí)，此時(shí)得到的硬度在58~62HRC,金相組織是下貝氏體+未溶碳化物+少量的殘留氏體。出鹽槽后在80℃的熱水中清冼即可，對(duì)于直徑＞200mm的厚壁套圈還需要進(jìn)行220~240℃的回火處理。
1.4.3、殘余亞硝酸鹽的無(wú)害化處理辦法
在大量生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)等溫處理后的套圈及料筐在轉(zhuǎn)移及清洗過(guò)程中，會(huì)有含亞硝酸鈉的殘?jiān)皬U水滯留在地面或下水溝內(nèi)，需要將它們收集起來(lái)進(jìn)行無(wú)害化處理，即將有毒的亞硝酸鈉用NaClO氧化劑在水中進(jìn)行溶解。其化學(xué)反應(yīng)是：NaNO2+NaClO=NaNO3+NaCl。通過(guò)專門處理后的廢水經(jīng)檢測(cè)后亞硝酸鈉含量<100mg/L時(shí)即達(dá)到了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可以正常排放，對(duì)生態(tài)環(huán)境已經(jīng)沒(méi)有污染了。
對(duì)于外徑30~200mm的常用機(jī)電、通用軸承套圈，淬火畸變多以脹大為主。目前，在國(guó)內(nèi)，這些產(chǎn)品基本都是在網(wǎng)帶爐或輥棒爐內(nèi)進(jìn)行加熱的，用可控氣氛保護(hù)，碳勢(shì)0.9~1.0%CP，大部分用甲醇做載體氣、丙烷做富化氣。所用的淬火介質(zhì)根據(jù)軸承套圈的大小、有效厚度的厚薄分別選擇快速淬火油（如南京科潤(rùn)工業(yè)介質(zhì)股份有限公司的KR028G）及分級(jí)淬火油（如KR468G、KR498）等。大部分淬火油槽內(nèi)有上下二個(gè)輸送帶，上面的小輸送帶通過(guò)變頻器可以做上下竄動(dòng)及水平輸送套圈，下面的大輸送帶將經(jīng)小輸送帶翻轉(zhuǎn)180º的套圈緩慢提出油面，然后套圈落入清洗機(jī)內(nèi)進(jìn)行除油清洗，臨末進(jìn)行回火處理。
二、軸承套圈的變形分析
2.1、熱處理前的加工變形
軸承套圈的成型有以下幾種方式：
(1)冷軋軸承鋼管
熱軋鋼管經(jīng)過(guò)球化退火后根據(jù)規(guī)格需要通過(guò)軋機(jī)，冷軋成相應(yīng)規(guī)格的冷?鋼管，然后車削成型，或者直接將冷軋成型鋼管車削成型，這二種方式加工的殘余應(yīng)力相對(duì)大一些，會(huì)增加后續(xù)熱處理中的畸變量，但是得到的組織是比較致密的。
(2)冷鍛
冷鍛是指鋼材先經(jīng)球化退火，再進(jìn)行冷鍛或冷碾，臨末車削成形。
(3)熱鍛
熱鍛是指鋼材先經(jīng)經(jīng)球化退火，冷卻后再車削成型。
(4)熱軋鋼管
熱軋鋼管是指將熱軋鋼管先球化退火，再車削成型。
對(duì)于外徑≤100mm的軸承套圈來(lái)說(shuō)，目前多數(shù)采用冷輾工藝成形，該工藝由于節(jié)能、可有效降低成本，被廣范使用，但產(chǎn)生的應(yīng)力較大，給熱處理帶來(lái)一定難度。為此要求熱處理工藝要更加精確、操作更加認(rèn)真才能夠達(dá)到技術(shù)要求。
2.2、加熱時(shí)的熱處理畸變
加熱時(shí)產(chǎn)生的畸變與多種因素有關(guān)，如套圈的進(jìn)料方式、預(yù)熱溫度、加熱溫度、加熱速度及加熱時(shí)間等。加熱時(shí)，爐膛的控溫精度能保持在±5℃、可控氣氛的碳勢(shì)能控制在±1% CP的精度范圍,均是控制熱處理畸變的重要參數(shù)。
套圈的裝爐量、裝爐方式和升溫速度也是關(guān)鍵工序。套圈在爐膛內(nèi)加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。如果進(jìn)料太多會(huì)造成套圈相互之間的擠壓而產(chǎn)生變形；加熱速度太快會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。因此，對(duì)于較大尺寸的薄壁件需要緩慢預(yù)熱、低溫加熱，加熱溫度取下限，用人工將套圈呈45º單層擺放，套圈之間應(yīng)留有一定間距，以免落入油槽時(shí)產(chǎn)生磕碰。對(duì)于厚薄相差懸殊的套圈應(yīng)該預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)，使套圈各部分受熱均勻一致。對(duì)于外徑≤50mm的薄壁套圈可以散裝擺放或自動(dòng)雙層碼放。加熱溫度建議取下限，加熱時(shí)間在達(dá)到奧氏體化后適當(dāng)保持即可。
2.3、淬火冷卻時(shí)的畸變
2.3.1、膨脹與收縮
對(duì)于外徑小于200mm的套圈，經(jīng)連續(xù)式網(wǎng)帶爐和輥棒爐中加熱，在淬火時(shí)套圈的外徑尺寸大部分是漲大的，極少有收縮現(xiàn)象，主要是由于馬氏體組織轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的體積增大。
GCr15軸承鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)MS為202℃，為了減少漲大現(xiàn)象，可將淬火時(shí)的油溫提高至120℃，可以使套圈淬火后的殘余奧氏體含量多一些，從而減小體積的增大量。據(jù)檢測(cè)，如果淬火組織中殘余奧氏體的含量為7%，淬后體積膨脹量為0.42%，當(dāng)殘余奧氏體含量增加至10%，其體積膨脹量?jī)H0.26%。但殘余奧氏體自身也會(huì)轉(zhuǎn)變成馬氏體，又會(huì)使體積膨脹，因此需要有適量的殘余奧氏體，使整體組織更穩(wěn)定一些。
經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證：在同一淬火溫度和油溫下分別進(jìn)行淬油后立即回火、淬油后通過(guò)15℃的水冷再回火、淬油后進(jìn)入-50℃的冷處理再回火，發(fā)現(xiàn)后二種的尺寸穩(wěn)定性比較好，因此建議擁有兩個(gè)清洗水槽的企業(yè)，可將10~15℃的冷清洗槽放在熱清洗槽的前面，否則將會(huì)導(dǎo)致殘余奧氏體的穩(wěn)定化，失去冷清洗的意義。
2.3.2、橢圓畸變
橢圓畸變和淬火油溫及淬火油的攪拌程度有關(guān)，當(dāng)淬火油溫低及攪拌烈度大時(shí)畸變就大。防止橢圓畸變的措施：在淬火介質(zhì)允許的情況下盡量提高油溫，當(dāng)油溫提高到100~140℃時(shí)，以降低馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下的冷卻速度；或者在馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上保溫1~2min后，再進(jìn)行空冷，即馬氏體分級(jí)淬火，可減少馬氏體轉(zhuǎn)變帶來(lái)的組織應(yīng)力，減少畸變。對(duì)于壁厚小于2mm左右的薄壁小套圈在淬火時(shí)可以停止淬火油的攪拌和小輸送帶的上下竄動(dòng)，且將小輸送帶的前進(jìn)速度適當(dāng)調(diào)快可以減小錐度，根據(jù)設(shè)備和工況的不同，有時(shí)還可以將淬火油簾關(guān)掉。對(duì)于薄壁件的淬火油應(yīng)該選擇分級(jí)淬火油，如KR468G或KR498等。
2.3.3、錐度畸變
對(duì)軸承套圈來(lái)說(shuō)，在油中淬火后均會(huì)發(fā)生錐度畸變，因?yàn)榇慊饡r(shí)上下二端的冷卻速度是不一樣的，馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始時(shí)間有先后，上端的冷卻速度比下端的冷卻速度慢，下端的冷卻快，導(dǎo)致上端的外徑比下端的外漲大得多。為了使錐度盡量地小，使套圈兩端的冷卻速度基本接近，或達(dá)到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)，在淬火油槽內(nèi)增加了能翻轉(zhuǎn)180º的小輸送帶，套圈在小輸送帶上停留20秒后再翻轉(zhuǎn)180º時(shí)的錐度，僅0.01mm。杭州金舟科技股份有限公司等企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備在技術(shù)上已經(jīng)能夠滿足調(diào)整工藝需要了，他們生產(chǎn)的小輸送帶通過(guò)變頻器可以做上下不同頻率的竄動(dòng)和不同速度的運(yùn)行，給工藝調(diào)整帶來(lái)方便，總之套圈的膨脹是由于殘余奧氏體多引起的，畸變是由于套圈兩端到達(dá)馬氏體點(diǎn)的時(shí)間不同引起的，根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格的不同需要做耐心細(xì)致的調(diào)整。
2.4、淬火變形矯正
對(duì)于尺寸和壁厚較大的套圈一般都用快速油淬火，但會(huì)出現(xiàn)錐度或橢圓畸變，習(xí)慣做法是在淬火后、回火前進(jìn)行人工敲擊高點(diǎn)或頂棒撐大低點(diǎn)，或用淬火壓床進(jìn)行滾淬，使其在殘余奧氏體較多時(shí)、趁熱塑性較好時(shí)得到矯正，從而提高了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)率。
2.5、爐內(nèi)氣氛的調(diào)整
網(wǎng)帶或輥棒式輸送帶爐的可控氣氛大都采用甲醇做載體氣、丙烷做富化氣，用于GCr15軸承鋼的保護(hù)淬火，其碳勢(shì)控制在0.9~1.0%CP。對(duì)輔料純度的要求是：甲醇>99.9%，丙烷>95%。在停爐后再升溫時(shí)，加熱爐的下落料口處應(yīng)該有工業(yè)氮?dú)膺M(jìn)入口，以便排出停爐后再次升溫時(shí)爐內(nèi)的空氣。然后在爐溫升到750℃時(shí)通入甲醇繼續(xù)排氣若干小時(shí)，在爐溫升到850℃時(shí)通入丙烷運(yùn)轉(zhuǎn)3~4個(gè)小時(shí)后即可進(jìn)入工件。
若爐口的??出現(xiàn)藍(lán)色火焰時(shí)說(shuō)明爐內(nèi)空氣沒(méi)有排凈，需要繼續(xù)排除空氣，只有爐內(nèi)氣氛調(diào)整好了淬出的套圈才會(huì)光亮。淬火爐要定期燒碳黑，把爐膛內(nèi)和輸送帶上的碳黑燒掉，網(wǎng)帶上不能有黑色碳黑出現(xiàn)。關(guān)于碳勢(shì)的控制，有些企業(yè)采用單一甲醇做保護(hù)氣氛，認(rèn)為其碳勢(shì)也能達(dá)到0.6%CP。實(shí)際上甲醇在850℃時(shí)很難裂解完全，很難達(dá)到此數(shù)值，雖然通過(guò)氧探頭反映出來(lái)的碳勢(shì)是0.6%CP,但是實(shí)際上是假象，因?yàn)楣ぜ䴖](méi)有清洗，工件上的油污及其臟物，和大量沒(méi)有被抽掉的淬火油煙進(jìn)入爐膛內(nèi)，造成碳勢(shì)的增加，出現(xiàn)了0.6%CP的假象。GCr15軸承鋼的含碳量是0.95~1.05%,若爐內(nèi)的碳勢(shì)太低的話，則套圈表面會(huì)有貧碳現(xiàn)象發(fā)生。一般金相上較難發(fā)現(xiàn)，實(shí)質(zhì)上表面的碳化物已經(jīng)減少了。如果留磨量少的話就會(huì)影響到耐磨性能。
下落通道淬火油的油簾二側(cè)應(yīng)該有抽油煙裝置，抽氣泵的抽氣口應(yīng)在油簾的下面，比在上面的效果好，并且能節(jié)省氣體，抽出的廢氣通過(guò)油汽分離器送到爐口點(diǎn)燃做爐口火封用。二側(cè)油簾的大小應(yīng)該分別有球閥可以調(diào)節(jié)，油簾的大小也是調(diào)整套圈表面光亮性的手段之一。有時(shí)套圈二端出現(xiàn)蘭色或蘭黑色的現(xiàn)象是油中進(jìn)入空氣了，可能是油循環(huán)泵或高速離心機(jī)工作時(shí)帶入的微量空氣所致。
三、淬火介質(zhì)的選擇和維護(hù)
3.1、對(duì)淬火介質(zhì)的要求
軸承套圈用的淬火介質(zhì)必須是環(huán)保產(chǎn)品，并且能達(dá)到淬火硬度均勻、淬火畸變小、表面清潔光亮和使用壽命長(zhǎng)的目的。為此對(duì)淬火介質(zhì)提出了較高的技術(shù)要求，即有高的閃點(diǎn)、良好的冷卻性能、蒸汽膜段短、高中溫的冷卻速度快，具有較強(qiáng)的淬硬、淬透能力，可以獲得較高的硬度，低溫的冷卻速度緩慢，以減少組織應(yīng)力和熱應(yīng)力，可以有效地控制淬火畸變，使之達(dá)到硬度均勻的技術(shù)要求。還應(yīng)該具備良好的光亮性能、帶耗少，套圈表面的淬火油容易清洗掉，同時(shí)具備優(yōu)良的抗老化性能，能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定的淬火質(zhì)量和使用壽命。
對(duì)于尺寸和壁厚較大的套圈選擇快速淬火油，反之則用分級(jí)淬火油。新的淬火油在投入使用前需要進(jìn)行脫氣處理，否則會(huì)影響套圈的光亮度和淬火硬度的均勻性能。脫氣處理方法：高出正常使用的油溫10~20℃，并打開(kāi)油攪拌泵進(jìn)行油循環(huán)，連續(xù)運(yùn)行 24~48小時(shí)即可。
3.2、日常維護(hù)
平時(shí)工作時(shí)在滿足工藝要求的前提下，淬火油溫盡量低一些，以便延長(zhǎng)油的使用壽命。要求定期用符合（ISO/DIS 9950）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的冷卻特性測(cè)試儀對(duì)油進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)調(diào)整。油中不能含有≥0.03%或痕跡的水分，一但水分超標(biāo)可以用油水分離裝置或用電加熱的辦法來(lái)解決。
淬火油在長(zhǎng)期使用后，因碳黑或污物會(huì)導(dǎo)致淬火油中的雜質(zhì)增多，影響淬火油的冷卻性能，為此可以用除碳劑來(lái)提純淬火油的清潔度。平時(shí)可以在油槽邊用高速離心機(jī)定期過(guò)濾，這樣改善了淬火油的清潔度，提高了油的冷卻性能，保證套圈的淬火質(zhì)量。
（來(lái)源：南京熱處理行業(yè)協(xié)會(huì)）
