軸承制造技術(shù)——熱處理

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(jìn)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(shù)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(jìn)而淬火冷卻后，實(shí)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(kuò)散，進(jìn)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(yīng)加熱的熱處理，主要用于中碳鋼，應(yīng)用于形狀復(fù)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?？紤]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(jìn)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(shí)間）

在滲碳淬火熱處理中，尤其要求通過高效化以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，與整體淬火的處理時(shí)間相比，滲碳淬火的處理時(shí)間長達(dá)前者的幾倍到數(shù)十倍(處理時(shí)間隨著軸承尺寸不同而有差異，但大尺寸軸承有時(shí)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(shí)間是有待解決的一大課題。

氣體滲碳廣泛應(yīng)用于批量生產(chǎn)。通常，按照滲碳的機(jī)理，一般認(rèn)為有2個(gè)階段。在第1階段是由于滲碳?xì)怏w與鋼材的滲碳反應(yīng)，碳向鋼材表面移動(dòng)的階段；第2階段，滲碳?xì)怏w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(kuò)散，表面碳勢降低，由滲碳?xì)怏w補(bǔ)充，要縮短滲碳時(shí)間有必要提高第1，2階段的速度。

使用普通的RX氣體進(jìn)行氣體滲碳時(shí)，為加速其第1階段的滲碳，一般要加大滲碳?xì)怏w中的CO, H₂的分壓力。近年來，正在著眼于改變滲碳?xì)怏w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(shí)間的技術(shù)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(jìn)行滲碳，提高碳在鋼表面的滲入速度。

在碳擴(kuò)散的第2階段，由于碳的擴(kuò)散依賴于溫度，通過提高滲碳溫度，可以大幅度縮短滲碳時(shí)間。不過，由于滲碳溫度高，晶粒粗大化等重要原因，會導(dǎo)致機(jī)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(shí)間，但目前來看，這樣的新材料價(jià)格較高。

圖1  軸承的普通制造工序

圖2  熱處理時(shí)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(shù)，是一項(xiàng)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(dāng)?shù)膶Σ?，例如?/span>減少材料偏析，在不進(jìn)行鍛造工序時(shí)，降低材料的殘余應(yīng)力等。