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國外機械行業(yè)的軸承熱處理方法(上)摘要：
金剛石介紹等離子弧焊接的材料、裝配、工藝與缺陷形式香港華大開發(fā)出新型直壓式注塑機高端模具缺乏工業(yè)之母怎堪重任刀具閱讀知識數(shù)字化設(shè)計與并行工程在摩托車研發(fā)中的應(yīng)用(下)等離子切割設(shè)備選型國內(nèi)民企首臺百噸級減速機在常問世高精度齒輪滾刀漸開線中凹齒形型線設(shè)計與應(yīng)用螺旋軸磨損表面的堆焊修復(fù)FANUC數(shù)控銑床G功能代碼,M代碼數(shù)控機床的坐標(biāo)系簡介新刀具技術(shù)在起落架加工中的應(yīng)用自動調(diào)零伺服傾角傳感器的設(shè)計與實現(xiàn)先進制造技術(shù)的系統(tǒng)整體性。
及其發(fā)展動態(tài)PLC在輪胎模電火花成型機中的應(yīng)用PDM實施方法的優(yōu)化大直徑漸開線花鍵拉刀的齒形角修正航空薄壁件的刀具偏擺數(shù)控補償加工技術(shù)捷太格特推出改進型大型臥式加工中心處理方法行業(yè)機械國外馬氏體零件組織軸承工藝熱處理質(zhì)量好壞直接關(guān)系后續(xù)加工質(zhì)量最終影響零件使用性能壽命熱處理機械行業(yè)能源消耗大戶污染大戶近年來科學(xué)技術(shù)進步及其熱處理方面應(yīng)用熱處理技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)以下幾個方面清潔熱處理熱處理生產(chǎn)形成廢水廢氣粉塵噪聲電磁輻射環(huán)境造成污染解決熱處理環(huán)境污染?！ ?/p>
熱處理質(zhì)量好壞直接關(guān)系著后續(xù)的加工質(zhì)量以致最終影響零件的使用性能及壽命，同時熱處理又是機械行業(yè)的能源消耗大戶和污染大戶。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進步及其在熱處理方面的應(yīng)用，熱處理技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)清潔熱處理
熱處理生產(chǎn)形成的廢水、廢氣、廢鹽、粉塵、噪聲及電磁輻射等均會對環(huán)境造成污染。解決熱處理的環(huán)境污染問題，實行清潔熱處理(或稱綠色環(huán)保熱處理)是發(fā)達(dá)國家熱處理技術(shù)發(fā)展的方向之一。為減少SO2、CO、CO2、粉塵及煤渣的排放，已基本杜絕使用煤作燃料，重油的使用量也越來越少，改用輕油的居多，天然氣仍然是最理想的燃料。燃燒爐的廢熱利用已達(dá)到很高的程度，燃燒器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和空-燃比的嚴(yán)格控制保證了合理燃燒的前提下，使NOX和CO降低到最低限度；使用氣體滲碳、碳氮共滲及真空熱處理技術(shù)替代鹽浴處理以減少廢鹽及含CN-有毒物對水源的污染；采用水溶性合成淬火油代替部分淬火油，采用生物可降解植物油代替部分礦物油以減少油污染?！ ?/p>
(2)精密熱處理
精密熱處理有兩方面的含義：一方面是根據(jù)零件的使用要求、材料、結(jié)構(gòu)尺寸，利用物理冶金知識及先進的計算機模擬和檢測技術(shù)，優(yōu)化工藝參數(shù)，達(dá)到所需的性能或最大限度地發(fā)揮材料的潛力；另一方面是充分保證優(yōu)化工藝的穩(wěn)定性，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量分散度很小(或為零)及熱處理畸變?yōu)榱恪！ ?/p>
(3)節(jié)能熱處理
科學(xué)的生產(chǎn)和能源管理是能源有效利用的最有潛力的因素，建立專業(yè)熱處理廠以保證滿負(fù)荷生產(chǎn)、充分發(fā)揮設(shè)備能力是科學(xué)管理的選擇。在熱處理能源結(jié)構(gòu)方面，優(yōu)先選擇一次能源；充分利用廢熱、余熱；采用耗能低、周期短的工藝代替周期長、耗能大的工藝等?！ ?/p>
(4)少無氧化熱處理
由采用保護氣氛加熱替代氧化氣氛加熱到精確控制碳勢、氮勢的可控氣氛加熱，熱處理后零件的性能得到提高，熱處理缺陷如脫碳、裂紋等大大減少，熱處理后的精加工留量減少，提高了材料的利用率和機加工效率。真空加熱氣淬、真空或低壓滲碳、滲氮、氮碳共滲及滲硼等可明顯改善質(zhì)量、減少畸變、提高壽命?！ ?/p>
軸承零件的熱處理質(zhì)量控制在整個機械行業(yè)是最為嚴(yán)格的。軸承熱處理在過去的20來年里取得了很大的進步，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：熱處理基礎(chǔ)理論的研究；熱處理工藝及應(yīng)用技術(shù)的研究；新型熱處理裝備及相關(guān)技術(shù)的開發(fā)?！ ?/p>
1、高碳鉻軸承鋼的退火
高碳鉻軸承鋼的球化退火是為了獲得鐵素體基體上均勻分布著細(xì)、小、勻、圓的碳化物顆粒的組織，為以后的冷加工及最終的淬回火作組織準(zhǔn)備。傳統(tǒng)的球化退火工藝是在略高于Ac1的溫度(如GCr15為780~810℃)保溫后隨爐緩慢冷卻(25℃/h)至650℃以下出爐空冷。該工藝熱處理時間長(20h以上)[1]，且退火后碳化物的顆粒不均勻，影響以后的冷加工及最終的淬回火組織和性能。
之后，根據(jù)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變特點，開發(fā)等溫球化退火工藝：在加熱后快冷至Ar1以下某一溫度范圍內(nèi)(690~720℃)進行等溫，在等溫過程中完成奧氏體向鐵素體和碳化物的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完成后可直接出爐空冷。該工藝的優(yōu)點是節(jié)省熱處理時間(整個工藝約12~18h),處理后的組織中碳化物細(xì)小均勻。另一種節(jié)省時間的工藝是重復(fù)球化退火：第一次加熱到810℃后冷卻至650℃，再加熱到790℃后冷卻到650℃出爐空冷。該工藝雖可節(jié)省一定的時間，但工藝操作較繁?！ ?/p>
2、高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火
2.1常規(guī)馬氏體淬回火的組織與性能
近20年來，常規(guī)的高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火工藝的發(fā)展主要分兩個方面：一方面是開展淬回火工藝參數(shù)對組織和性能的影響，如淬回火過程中的組織轉(zhuǎn)變、殘余奧氏體的分解、淬回火后的韌性與疲勞性能等[2~10]；另一方面是淬回火的工藝性能，如淬火條件對尺寸和變形的影響、尺寸穩(wěn)定性等[11~13]。
常規(guī)馬氏體淬火后的組織為馬氏體、殘余奧氏體和未溶(殘留)碳化物組成。其中，馬氏體的組織形態(tài)又可分為兩類：在金相顯微鏡下(放大倍數(shù)一般低于1000倍)，馬氏體可分為板條狀馬氏體和片狀馬氏體兩類典型組織，一般淬火后為板條和片狀馬氏體的混合組織，或稱介于二者之間的中間形態(tài)—棗核狀馬氏體(軸承行業(yè)上所謂的隱晶馬氏體、結(jié)晶馬氏體)；在高倍電鏡下，其亞結(jié)構(gòu)可分為位錯纏結(jié)和孿晶。其具體的組織形態(tài)主要取決于基體的碳含量，奧氏體溫度越高，原始組織越不穩(wěn)定，則奧氏體基體的碳含量越高，淬后組織中殘余奧氏體越多，片狀馬氏體越多，尺寸越大，亞結(jié)構(gòu)中孿晶的比例越大，且易形成淬火顯微裂紋。
一般，基體碳含量低于0.3％時，馬氏體主要是位錯亞結(jié)構(gòu)為主的板條馬氏體；基體碳含量高于0.6％時，馬氏體是位錯和孿晶混合亞結(jié)構(gòu)的片狀馬氏體；基體碳含量為0.75％時，出現(xiàn)帶有明顯中脊面的大片狀馬氏體，且片狀馬氏體生長時相互撞擊處帶有顯微裂紋[8]。與此同時，隨奧氏體化溫度的提高，淬后硬度提高，韌性下降，但奧氏體化溫度過高則因淬后殘余奧氏體過多而導(dǎo)致硬度下降。
常規(guī)馬氏體淬火后的組織中殘余奧氏體的含量一般為6~15％，殘余奧氏體為軟的亞穩(wěn)定相，在一定的條件下(如回火、自然時效或零件的使用過程中)，其失穩(wěn)發(fā)生分解為馬氏體或貝氏體。分解帶來的后果是零件的硬度提高，韌性下降，尺寸發(fā)生變化而影響零件的尺寸精度甚至正常工作。對尺寸精度要求較高的軸承零件，一般希望殘余奧氏體越少越好，如淬火后進行補充水冷或深冷處理，采用較高溫度的回火等[12~14]。但殘余奧氏體可提高韌性和裂紋擴展抗力，一定的條件下，工件表層的殘余奧氏體還可降低接觸應(yīng)力集中，提高軸承的接觸疲勞壽命，這種情況下在工藝和材料的成分上采取一定的措施來保留一定量的殘余奧氏體并提高其穩(wěn)定性，如加入奧氏體穩(wěn)定化元素Si、Mn,進行穩(wěn)定化處理等[15,16]?！?/p>
2.2常規(guī)馬氏體淬回火工藝
常規(guī)高碳鉻軸承鋼馬氏體淬回火為：把軸承零件加熱到830~860℃保溫后，在油中進行淬火，之后進行低溫回火。淬回火后的力學(xué)性能除淬前的原始組織、淬火工藝有關(guān)外，還很大程度上取決于回火溫度及時間。隨回火溫度升高和保溫時間的延長，硬度下降，強度和韌性提高?？筛鶕?jù)零件的工作要求選擇合適的回火工藝：GCr15鋼制軸承零件：150~180℃；GCr15SiMn鋼制軸承零件：170~190℃。對有特殊要求的零件或采用較高溫度回火以提高軸承的使用溫度，或在淬火與回火之間進行-50~-78℃的冷處理以提高軸承的尺寸穩(wěn)定性，或進行馬氏體分級淬火以穩(wěn)定殘余奧氏體獲得高的尺寸穩(wěn)定性和較高的韌性?！ ?/p>
不少學(xué)者對加熱過程中的轉(zhuǎn)變進行了研究[2，7~9,17]，如奧氏體的形成、奧氏體的再結(jié)晶、殘留碳化物的分布及使用非球化組織作為原始組織等。G.Lowisch等[3，8]兩次奧氏體化后淬火的軸承鋼100Cr6的機械性能進行了研究：首先，進行1050℃