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軸承資料熱處置
來源:海力軸承網 時間:2013-03-29
1高碳鉻軸承鋼的退火
高碳鉻軸承鋼的球化退火是為了取得鐵素體基體上均勻散布著細、孝勻、圓的碳化物顆粒的安排；為今后的冷加工及結尾的淬回火作安排預備.傳統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.該工藝熱處置時刻長(20h以上)[1]；且退火后碳化物的顆粒不均勻；影響今后的冷加工及結尾的淬回火安排和功能.之后；依據過冷奧氏體的轉變特色；開發等溫球化退火工藝：在加熱后快冷至Ar1以下某一溫度范圍內(690~720℃)進行等溫；在等溫進程中完結奧氏體向鐵素體和碳化物的轉變；轉變完結后可直接出爐空冷.該工藝的長處是節約熱處置時刻(整個工藝約12~18h),處置后的安排中碳化物細微均勻.另一種節約時刻的工藝是重復球化退火：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.該工藝雖可節約必定的時刻；但工藝操作較繁.
2高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火
2。1慣例馬氏體淬回火的安排與功能
近20年來；慣例的高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火工藝的展開首要分兩個方面：一方面是展開淬回火工藝參數對安排和功能的影響；如淬回火進程中的安排轉變、剩余奧氏體的分化、淬回火后的耐性與疲憊功能等[2~10]，另一方面是淬回火的工藝功能；如淬火條件對尺度和變形的影響、尺度安穩性等[11~13].
慣例馬氏體淬火后的安排為馬氏體、剩余奧氏體和未溶(殘留)碳化物組成.其間；馬氏體的安排形狀又可分為兩類：在金相顯微鏡下(擴大倍數通常低于1000倍)；馬氏體可分為板條狀馬氏體和片狀馬氏體兩類典型安排；通常淬火后為板條和片狀馬氏體的混合安排；或稱介于二者之間的中心形狀 棗核狀馬氏體(軸承職業上所謂的隱晶馬氏體、結晶馬氏體)，在高倍電鏡下；其亞布局可分為位錯纏結和孿晶.其詳細的安排形狀首要取決于基體的碳含量；奧氏體溫度越高；原始安排越不安穩；則奧氏體基體的碳含量越高；淬后安排中剩余奧氏體越多；片狀馬氏體越多；尺度越大；亞布局中孿晶的份額越大；且易構成淬火顯微裂紋.通常；基體碳含量低于0。3%時；馬氏體首要是位錯亞布局為主的板條馬氏體，基體碳含量高于0。6%時；馬氏體是位錯和孿晶混合亞布局的片狀馬氏體，基體碳含量為0。75%時；呈現帶有顯著中脊面的大片狀馬氏體；且片狀馬氏體成長時彼此碰擊處帶有顯微裂紋[8].與此一同；隨奧氏體化溫度的進步；淬后硬度進步；耐性降低；但奧氏體化溫度過高則因淬后剩余奧氏體過多而招致硬度降低.
慣例馬氏體淬火后的安排中剩余奧氏體的含量通常為6~15%；剩余奧氏體為軟的亞安穩相；在必定的條件下(如回火、天然時效或零件的運用進程中)；其失穩發作分化為馬氏體或貝氏體.分化帶來的成果是零件的硬度進步；耐性降低；尺度發作改動而影響零件的尺度精度乃至正常作業.對尺度精度需求較高的軸承零件；通常期望剩余奧氏體越少越好；如淬火后進行彌補水冷或深冷處置；選用較高溫度的回火等[12~14].但剩余奧氏體可進步耐性和裂紋擴大抗力；必定的條件下；工件表層的剩余奧氏體還可降低觸摸應力會集；進步軸承的觸摸疲憊壽數；這種狀況下在工藝和資料的成分上采納必定的辦法來保存必定量的剩余奧氏體并進步其安穩性；如參加奧氏體安穩化元素Si、Mn,進行安穩化處置等[15,16].
2。2慣例馬氏體淬回火工藝
慣例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.淬回火后的力學功能除淬前的原始安排、淬火工藝有關外；還很大程度上取決于回火溫度及時刻.隨回火溫度升高和保溫時刻的延伸；硬度降低；強度和耐性進步.可依據零件的作業需求挑選適宜的回火工藝：GCr15鋼制軸承零件：150~180℃，GCr15SiMn鋼制軸承零件：170~190℃.對有特別需求的零件或選用較高溫度回火以進步軸承的運用溫度；或在淬火與回火之間進行-50~-78℃的冷處置以進步軸承的尺度安穩性；或進行馬氏體分級淬火以安穩剩余奧氏體取得高的尺度安穩性和較高的耐性.
不少專家對加熱進程中的轉變進行了研討[2；7~9,17]；如奧氏體的構成、奧氏體的再結晶、殘留碳化物的散布及運用非球化安排作為原始安排等.
G。 Lowisch等[3；8]兩次奧氏體化后淬火的軸承鋼100Cr6的機械功能進行了研討：首要；進行1050℃奧氏體化并快冷至550℃保溫后空冷；得到均勻的細片狀珠光體；隨后進行850℃二次奧氏體化、淬油；其淬后安排中馬氏體及碳化物的尺度細孝馬氏體基體的碳含量及剩余奧氏體含量較高；經過較高溫度的回火使奧氏體分化；馬氏體中分出許多的微細碳化物；降低淬火應力；進步硬度、強耐性和軸承的承載才能.在觸摸應力的效果下；其功能怎么；需進行進一步的研討；但可估測：其觸摸疲憊功能應優于慣例淬火.
酒井久裕等[7]對循環熱處置后的SUJ2軸承鋼的顯微安排及機械功能進行了研討：先加熱到1000℃保溫0。5h使球狀碳化物固溶；然后；預冷至850℃淬油.接著重復1~10次由疾速加熱到750℃、保溫1min后油冷至室溫的熱循環；最終疾速加熱到680℃保溫5min油冷.此刻安排為超細鐵素體加細密的碳化物(鐵素體晶粒度小于2μm、碳化物小于0。2μm)；在710℃下呈現超塑性(開裂延伸率可到500%)；可運用資料的這一特性進行軸承零件的溫加工成型.最終；加熱到800℃保溫淬油并進行160℃回火.經這種處置后；觸摸疲憊壽數L10比慣例處置大幅度進步；其失效辦法由慣例處置的早期失效型變為磨損失效型.
軸承鋼經820℃奧氏體化后在250℃進行短時分級等溫空冷；接著進行180℃回火；可使淬后的馬氏體中碳濃度散布更為均勻；沖擊耐性比慣例淬回火進步一倍.因而；В。В。БЁЛОЗЕРОВ等提出把馬氏體的碳濃度均勻程度可作為熱處置零件的彌補質量規范[6].
2。3馬氏體淬回火的變形及尺度安穩性
馬氏體淬回火進程中；因為零件各個部位的冷卻不均勻；不行防止地呈現熱應力和安排應力而招致零件的變形.淬回火后零件的變形(包含尺度改動和形狀改動)受許多要素影響；是一個適當雜亂的難題.如零件的形狀與尺度、原始安排的均勻性、淬火前的粗加工狀況(車削時進刀量的大孝機加工的剩余應力等)、淬火時的加熱速度與溫度、工件的擺放辦法、入油辦法、淬火介質的特性與循環辦法、介質的溫度等均影響零件的變形.國內外對此進行了許多的研討；提出不少操控變形的辦法；如選用旋轉淬火、壓模淬火、操控零件的入油辦法等[11,13；18].Beck等人的研討標明：由蒸氣膜期間向歡騰期的轉變溫度過高時；大的冷速而發作大的熱應力使低屈服點的奧氏體發作變形而招致零件的畸變.Lübben等人以為變形是單個零件或零件之間浸油不均勻構成；尤其是選用新油是更易呈現這種景象.Tensi等人以為：在Ms點的冷卻速度對變形起決定性效果；在Ms點及以下溫度選用低的冷速可削減變形.Volkmuth等人[13]體系研討了淬火介質(包含油及鹽浴)對圓錐滾子軸承內外圈的淬火變形.成果標明：因為冷卻辦法不一樣；套圈的直徑將有不一樣程度的“增大”；且隨介質溫度的進步；套圈巨細端的直徑增大程度趨于共同；即“喇叭”狀變形減.保惶茲Φ耐衷脖湫(單一徑向平面內的直徑變動量Vdp、VDp)減.荒諶σ蚋斬冉洗螅黃潯湫渦∮諭餿.
馬氏體淬回火后零件的尺度安穩性首要受三種不一樣轉變的影響[12,14]：碳從馬氏體晶格中搬遷構成ε-碳化物、剩余奧氏體分化和構成Fe3C；三種轉變彼此疊加.50~120℃之間；因為ε-碳化物的沉積分出；導致零件的體積縮.話懔慵150℃回火后已完結這一轉變；其對零件今后運用進程中的尺度安穩性的影響能夠疏忽，100~250℃之間；剩余奧氏體分化；轉變為馬氏體或貝氏體；將伴跟著體積漲大，帶爐和無馬弗網帶爐、鑄鏈爐、輥底爐、滾筒爐系列出產線；從上料、前清除、保氣氛(或可控氣氛)下加熱、淬火、后清除(有時還進行二次深冷)及回火均主動完結.主動化程度及操控精度高；處置后工件的質量均勻；有些出產線還配有在線檢測設備對處置后的工件進行變形或質量檢測與操控；整條熱處置出產線可作為軸承主動出產線的一有些運用.不一樣的熱處置出產線依據其布局特色適用于不一樣類型和尺度軸承零件的熱處置；如網帶爐適用于中小型軸承套圈，輥底爐配有主動升降淬火設備；適用于尺度較大的軸承零件，滾筒爐適用于翻滾體及小型套圈.
(2)多用爐
多用爐把可控氣氛加熱和保氣氛下淬火聯系為一體；完結工件的無氧化淬火工藝進程；首要適用于小批量多種類的軸承零件熱處置.
(3)感應加熱淬回火設備
感應加熱具有加熱速度快、節能等長處；處置后的工件具有一些慣例加熱所沒有的功能.設備體積.子詡傻街岢猩咧校皇迪腫遠.
(4)真空爐
真空狀況下加熱可削減或防止工件的氧化；合作高壓氣淬可操控工件的冷卻及變形；防止了油淬帶來的環境污染難題；完結衛生熱處置；別的；真空熱處置后；工件的顯微安排愈加細微均勻；外表與心部安排共同；硬度均勻；有利于軸承疲憊壽數的進步.
(5)淬火冷卻介質及配備
淬火介質可分為三大類：油基、水基和氣體淬火介質.
油基淬火介質是最常用的淬火介質.通常的淬火油是N32或N15機械油；為進步其冷卻功能、抗老化功能、亮光功能、高溫功能等別離參加催冷劑、清除劑、亮光劑、抗氧化劑；構成了疾速油、疾速亮光油、高溫分級等溫油等系列淬火油以使用于不一樣尺度和需求的軸承零件的淬火；別的還有低揮發性的真空淬火油.油基淬火介質的缺點是淬火進程中發作油煙構成空氣污染、在隨后的清除進程中構成水污染.
水基淬火介質是由有機聚合物、抗腐蝕劑和其他增加劑組成的水溶液.經過改動有機聚合物的類型和濃度可得到不一樣的冷卻特性以合適于不一樣軸承零件的淬火冷卻需求；在淬火冷卻進程中；有機物附著在零件外表可削減零件淬火開裂的危險性；且不發作油煙；清除便利；無污染；是淬火介質的展開方向.其缺乏是抗老化功能不如油基淬火介質；需對溶液常常進行測驗；定時增加有機物溶液以保證其冷卻功能.
氣體淬火是選用惰性氣體為介質(常用的氮氣)；把緊縮氣體經過特別描繪的噴嘴噴射到工件外表完結工件的淬火冷卻.經過調理氣體的壓力和噴嘴的布局能夠操控冷卻特性和變形；如Tinscher等人的研討[11]標明：當氮氣的流速到達100m/s時；其冷卻特性與油附近；當對工件的外表的亮光度沒有特別的需求時；可選用緊縮空氣作為淬火介質；淬火時外表構成的3~5μm的氧化層可經過今后的磨加工去除去.氣體淬火比水基淬火更潔凈；且本錢更低；其關鍵技能是噴嘴的布局描繪.
淬火冷卻配備是除淬火介質外影響工件淬火效果的另一大要素.國外對常用的淬火油槽實施多參數操控；如油溫、油的冷卻特性、油的循環與拌和的方向及速度、工件入油的辦法等；以求得到最佳的淬火安排與功能；一同把變形減小到最小程度.日本NSK等聞名軸承公司對淬火油進行定時或在線檢測；依據檢測成果增加所需的增加劑或更新淬火油，另一方面；對淬火后工件的變形進行在線檢測；把變形超差的工件主動分檢出去；進行矯正后再進入下道工序；可大大減小工件的磨加工留量.別的；油槽中淬火介質的冷卻逐漸由水循環冷卻改為全風冷；運用空氣作為冷卻介質節約許多的水資源.
多工位主動淬火壓床也是國外遍及選用的淬火工裝；可主動完結升降、上下料、噴油冷卻、油溫調理及張緊(或壓力)的調理等舉措；微機操控；出產節拍可調；可作為軸承主動出產線的一有些適用.
(6)清除設備
清除通常是油淬后的必備工序.接連出產線所用的清除設備通常完結熱皂水浸泡、清水噴淋、熱風烘干等進程；并帶有油水別離設備.領先的清除設備中；在烘干前還加有二次冷卻設備(配有制冷設備；溫度在5~10℃之間可調)；以削減剩余奧氏體的含量；進步尺度安穩性.
真空清除是這些年展開起來的清除設備.其運用淬火油等揮發性液體減壓后沸點降低和油、水、水蒸氣等有機液一同加熱其沸點亦降低的原理進行清除，別的；運用特別的氣、液混合泵發作細小的空氣泡混入清除液中；運用微氣泡在工件外表決裂時發作的爆炸力損壞污漬和工件的聯系力；然后進一步進步真空清除的效果.在前室清除后；進入后真空室；經過抽真空將殘存的油和水蒸騰出來并進行真空疾速枯燥.該類清除設備的長處是：清除效果好；尤其是對布局雜亂的零件；清除效果更為明顯；清除后工件外表亮光，安全、衛生；清除液為清水；不加對環境有害的氯化物和石油類溶劑，主動化程度高；且可運用清除加熱代替低溫回火；節約回火費用.
7。3貝氏體等溫淬火配備
依據軸承加工的特色；所運用的設備首要有兩大類：主動出產線和周期爐.
(1)主動出產線：種類少、批量大的軸承合適主動化出產；如鐵路軸承的出產多運用主動出產線.主動出產線首要由保氣氛加熱爐和等溫淬火槽組成；其間等溫淬火有些所用設備按運送工件的舉措又可分為三類：轉底、推盤及輸送帶式.由愛協林公司開發的轉底、推盤式等溫淬火設備是把轉底或推盤組織置于等溫鹽浴中；工件按必定的節拍進出；回憶操控次序出料；舉措由PLC程序操控；該類設備主動化程度高；出資大，由沙菲公司開發的輸送帶式等溫淬火主動線與當前遍及運用的網帶式保氣氛淬火主動線布局原理類似；僅僅所用淬火介質為鹽.飫嗌璞敢話闃皇視糜諦〕嘰緄牧慵.
(2)周期式等溫淬火設備：軋機軸承因為種類多、批量.行⌒馱岢猩Ъ葉嗖捎孟涫鉸+淬火冷卻槽+等溫槽+清除槽；也有選用箱式爐+多個等溫槽.該裝備出資少；適用性強；但勞動強度大；安全性差.易普森公司把多用爐和貝氏體淬火等溫聯系為一體,防止了由加熱設備到等溫淬火之間的氧化,且等溫選用空氣爐,配一套殘鹽收回體系,防止了殘鹽的環境污染.除此之外；可運用多用爐的特色進行小批量多種類軸承零件的處置；克服了通常主動等溫設備的尺度約束.當前；在貝氏體等溫淬火大力推行之際；該設備具有很大的推行價值.
3。4保氣氛及操控
跟著對工件淬火后外表質量需求的進步；保(可控)氣氛加熱越來越遍及；包含退火在內的熱處置均選用保(或可控)氣氛加熱.20世紀70年代；首要選用吸熱式氣氛.吸熱式氣氛是質料氣和空氣的混合氣體在催化劑的效果下有些反響構成一種含18～23%CO、37～42%H2、余量N2的保氣氛.80年代；世界動力危給世界經濟以宏大沖擊；氮基氣氛應運而生；氮-甲醇氣氛的組份與吸熱式氣氛附近；以氮-甲醇為代表的氮基氣氛得到廣泛推行.90年代；呈現了把空氣和碳氫化合物直接通入高于800°C爐膛內的產氣辦法；即直生式氣氛.經過研討發現；這種富含高CH4成分的氣氛；盡管其氣體反響達不到類似于吸熱式氣氛的平衡程度；但其碳的傳輸才能仍是由氣氛中CO與H2的含量來操控；用氧探頭聯系CO2分析儀進行碳勢操控是能夠完結的.直生式氣氛的首要長處是許多節約了質料氣耗費量；據統計這種氣氛無論用在周期式氣氛爐仍是接連性氣氛爐；其質料氣耗費節約費用70%左右.今日；全球約有300多臺套氣氛爐運用這種氣氛進行滲碳、碳氮共滲、保氣氛淬火等多種熱處置.
近幾年的實踐使用標明；氧探頭的運用壽數是不定的；氧探頭信號的逐漸漂移是固定電解質的典型缺點所造成的.因為這種漂移首要受爐子運轉工況的影響；并且漂移的開端及大幅度的漂移是不行預見的；所以由氧探頭丈量的碳勢與實踐值之間差異也是不行預見的.因而；大家定時校驗其丈量精度；例如；一個星期一次；用鋼箔定碳片來檢測氧探頭信號能否失真；這真是一個費事的作業；不利于爐子完結全主動化；有時乃至會影響正常出產.鑒于上述緣由；Ipsen開發了一個兩層丈量體系.其間一個帶規范氧探頭用于正常的操控碳勢；另一個獨立丈量體系用于檢測這個氧探頭的作業狀況；即這兩個體系別離丈量氣氛的碳勢；當成果呈現很大誤差時；就會報警.這第二個丈量體系作業元件能夠是CO2紅外分析儀；也能夠是一個微型氧探頭(λ-探頭)；迄今為止；已有許多氣氛爐安裝了這種兩層丈量體系.
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