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精密轴承的真空热处理技术

发布者:重庆鼎星渗氮表面处理有限公司 发布时间:2017/12/7 11:03:04 阅读:次 【字体:

   精密轴承的真空热处理技术

  作者:胡正贵

  单位:上海鸣志精密轴承制造有限公司

  来源:《金属加工(热加工)》杂志

  对于小、微型精密轴承来说,原材料的化学成分、原始组织、机加工水平、热处理工艺,以及加工设备均有可能极大地影响轴承的使用寿命。本文主要从真空热处理工艺和设备方面谈一下个人的看法,不妥之处敬请批评指正。

  真空热处理的发展概况

  1968年前后,美国公司和日本真空研究所研制出了真空淬火油和水剂淬火剂,轴承钢的热处理开始采用真空热处理,而真空技术在热处理行业也得到迅速发展。从单室炉发展到多室组合机群,从一般真空热处理发展到高压气淬、真空水剂淬火、真空渗碳、真空碳氮共渗及多元共渗等。经过几十年的努力,国内真空炉的制作质量和水平也得到了很大提高,降低了使用单位的生产成本,真空热处理的应用范围迅速扩大。

  目前,真空热处理已经在各种工具钢、不锈钢、高速钢、轴承钢及所有的碳钢和合金钢等重要零件的热处理上得到应用。

  真空热处理的优点

  (1)可以实现光亮热处理。工件在低于大气压的压力下加热时,不接触空气,不发生表面变化。将炉内抽真空到0.1~1Pa时,工件内的杂质含量可以降低到1.5ppm(1ppm=0.0001%),所以工件实现了清洁光亮淬火的目的。

  (2)工件真空淬火后畸变小。如外径65mm,壁厚2mm的9Cr18向心轴承套圈,经真空淬火后,其椭圆度较普通热处理减小到1/8~1/9。

  (3)具有脱气作用,提高被处理工件的力学性能和使用寿命。因为钢铁在冶炼时会吸气(H2、N2、CO等),从而产生微小气孔和氢脆,用真空技术可以将工件内的水分等不纯气体抽掉,使工件表面清洁光亮,不易发生氢脆。且因表面质量得到改善,工件耐磨性提高,其使用寿命可以提高30%~120%。

  (4)可以减少热处理后的机加工余量。真空热处理后没有氧化脱碳现象,畸变很小,所以热处理后可以减少加工甚至免去机加工。

  (5)分解氧化物。当真空度低于金属或合金的相应氧化物的分解压力时,其氧化物会发生分解,形成游离氧排出,使工件表面质量进一步提高,可活化工件表面。

  (6)操作环境清洁,操作自动简便,属无公害、无污染的清洁热处理。

  生产案例

  小、微型精密轴承的主要失效形式是磨损及疲劳损坏,因此需要工件具有均匀的硬度,高的耐磨性、弹性极限和接触疲劳强度,足够的淬透性和韧性,以及微小的畸变。

  我公司生产的小、微型轴承材质为国产GCr15,轴承外圈直径4~50mm,厚0.2~1.5mm,内圈直径3~45mm,厚0.5~1.5mm,淬火硬度≥63HRC,金相组织符合JB/T 1255—2001《高碳铬轴承钢滾动轴承热处理技术条件》中规定的2级隐晶或细小结晶状马氏体,均匀分布的细小残留碳化物和少量残留奥氏体。同一炉产品的硬度差≤1HRC,畸变≤0.01mm。对于精密轴承来说,其质量稳定性非常重要,其中热处理起着很关键的作用,为此工艺装备和工艺的确定显得格外的重要。

  为此,我们选择了北京机电研究所生产的WZC-45卧式双室油气淬真空炉,真空淬火油和回火油选择了南京科润工业介质有限公司的KR368真空淬火油和KR 535回火油。从2005年使用至今,两个单位供应的产品质量良好,性能稳定,售后服务品质高。

  (1)WZC—45双室油气淬火炉

  该炉加热功率60kW,炉膛加热室尺寸为450mm×670mm×350mm,额定装炉量120kg,最高工作温度1300℃,炉温均匀性±5℃,加热室极限真空度6.6×10-3~6.6Pa,压升率0.66Pa/h,淬火充气压力8.7×104Pa。这种炉型适合于小、微型轴承的淬火。

  为保证轴承套圈的淬火质量和产量,在淬火料筐内放三层料盘,根据不同型号的轴承套圈,每炉产量为40~70kg。由于真空加热的速度比较慢,真空加热时间是盐炉的4~6倍,空气炉的1.5~2倍,所以要进行预热,使每层料盘上的套圈温度能均匀。将预热温度设在700℃,从室温升到700℃的加热时间45min,在700℃保温40min,真空度为40Pa;然后经15min升温至835~845℃进行保温50~90min(根据型号确定相应的淬火温度和保温时间),真空度为0.1Pa。对于轴承钢而言,在900℃以下加热,真空度越高,脱气效果越好,表面越亮;但真空度也不能太高,否则会造成脱铬,产品发生粘接,影响轴承的使用寿命。

  (2)淬火冷却介质

  对于小、微型轴承,采用真空淬火时,其冷却介质需要用真空淬火油,且真空淬火油必须满足以下条件:

  ①蒸气压较低,一般在10-2~10-4Pa,以确保在10-1~10Pa真空度条件下,真空淬火油不会产生明显挥发。

  ②杂质与残碳少,酸值低。零件真空淬火后的表面光亮度应不低于标准试样的70%。

  ③临界压强低,冷却性能好。零件真空淬火后的硬度要均匀,达到常压淬火硬度或更高。

  ④热稳定性好,即抗老化性能好,使用寿命长。

  通过市场调研,我公司选择了南京科润工业介质生产的KR368真空淬火油,此真空淬火油能满足产品的技术要求,具有光亮性好、易清洗、油的带耗少、易抽真空,以及热氧化而温度性好等特点,所淬工件硬度均匀,畸变小。多年来油品质量稳定,使用寿命长,从2005年使用至今没有整槽更换过新的淬火油,在正常消耗的情况之下,仅正常补充新油而已。

  我公司严格按照操作规程,在新油投入使用时进行脱气处理,真空油的使用温度控制在70~80℃。在加热结束准备淬火时,料筐从加热室进入淬火室时须立即关闭热闸门,并对加热室进行继续抽真空,以保证加热室的真空度始终高于淬火室,使两室之间具有良好的隔热密封状态。淬火时油槽应充入4~6.7×104Pa的高纯氮气(99.999%),以保持油面压强,抑制淬火油的挥发,降低淬火室油雾浓度。轴承套圈冷透后,出油槽沥干残油,并对淬火室抽真空,除去油雾气,打开炉门出工件,停炉后加热室应保持真空状态(3.99×104Pa),防止空气或者水分进入。当加热室温度小于300℃,淬火室再进行抽真空脱气;当加热室温度降到250℃以下就可以切断水、气和电源了。

  (3)油浴回火炉

  能循环流动的油浴回火炉是为了确保小、微型精密轴承套圈的淬火应力消除充分,尺寸稳定性好,硬度均匀,不会导致成品装配后因回火不充分而发生畸变。对回火油的要求是闪点高、油烟小、热氧化稳定性好,以及使用寿命长。

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