典型軸承熱處理技術(shù)應(yīng)用
汽車用的軸承分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩大類。滑動(dòng)軸承主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)上。滾動(dòng)軸承廣泛用于汽車上的各個(gè)機(jī)械與電氣總成上。滾動(dòng)軸承有球形及滾子兩種，按照承受負(fù)荷的大小及方向不同又分為向心軸承和推力軸承，向心軸承適合承受徑向（重直于軸心線）負(fù)荷，推力軸承適合承受軸向（平行于軸心線）負(fù)荷，還有一種同時(shí)承受徑向和軸向力的向心推力軸承。其實(shí)，現(xiàn)在幾乎所有的滾動(dòng)軸承都可以在一定條件下同時(shí)承受徑向負(fù)荷和橫向負(fù)荷，只是偏重于哪一方面或者兩者兼顧。滾動(dòng)軸承主要分有滾珠軸承、滾柱軸承和滾針軸承，按照作用不同分置在汽車上的各個(gè)部位。由于軸承的種類比較多，在這里以常用的典型的滾動(dòng)軸承為代表介紹此類軸承的熱處理技術(shù)的應(yīng)用。
1.滾動(dòng)軸承使用要求
滾動(dòng)軸承品種很多，但結(jié)構(gòu)上一般均由外套、內(nèi)套、滾動(dòng)體（鋼球、滾柱、滾針）和保持架組成。滾動(dòng)軸承大多在集中、高載荷，并承受交變應(yīng)力，以及高轉(zhuǎn)速下服役。其失效的主要形式是疲勞和磨損。滾動(dòng)軸承的軸承圈及滾動(dòng)元件一般用高純度的特種鉻合金鋼制成，主要是GCr15鋼和 GCr15SiMn鋼，其中GCr15鋼用量最大。熱處理對(duì)提高滾動(dòng)軸承內(nèi)在質(zhì)量及延長(zhǎng)使用壽命起著至關(guān)重要的作用，在這里以GCr15鋼為材質(zhì)的熱處理技術(shù)應(yīng)用來(lái)和各位同行交流。
2.生產(chǎn)工藝
以規(guī)格型號(hào)：TM6305、TM6205、TM6206、TM6207等此類軸承為例的主要生產(chǎn)工藝流程如下：
（1）外圈加工
原材料（軸承鋼棒料）下料→球化退火→鍛造（熱鍛或高速鍛）→超細(xì)化處理→粗車加工→精車加工→強(qiáng)化熱處理→拋丸→雙端面粗磨→無(wú)心磨粗磨→粗磨外溝→補(bǔ)充回火→深冷處理→雙端面精磨→無(wú)心磨精磨→精磨外溝→精研外溝→零件終驗(yàn)→打標(biāo)識(shí)、零件清洗。
（2）內(nèi)圈加工
原材料（軸承鋼棒料）下料→球化退火→鍛造（熱鍛或高速鍛）→超細(xì)化處理→粗車加工→精車加工→強(qiáng)化熱處理→拋丸→雙端面粗磨→無(wú)心磨精磨→粗磨內(nèi)溝→粗磨內(nèi)孔→補(bǔ)充回火→深冷處理→雙端面精磨→精磨內(nèi)溝→精磨內(nèi)孔→精研內(nèi)溝→零件清洗。
（3）裝配（內(nèi)圈、外圈、鋼球、保持架）
合套→鉚壓→成品退磁清洗→全檢測(cè)振動(dòng)值→全檢游隙→全尺寸、外觀檢驗(yàn)→防銹包裝。
3.預(yù)備熱處理工藝
針對(duì)GCr15鋼含有較多的鉻碳化物形成元素，含碳量、含鉻量都很高的特點(diǎn)，設(shè)定了如下預(yù)熱處理工藝：
（1）鋼材下料后在鍛造前進(jìn)行等溫球化退火工藝，如圖1所示。使用型號(hào)為GKT -50的輥底式真空鎖氣連續(xù)退火生產(chǎn)線，球化后，組織為點(diǎn)狀和球狀珠光體，硬度：185～207HBW。球化退火后達(dá)到細(xì)化碳化物的目標(biāo)。
圖 1
（2）鍛造后毛坯碳化物的超細(xì)化處理工藝，如圖2所示。為了降低能耗，利用鍛造余熱，保證軸承工件毛坯終鍛溫度在850～900℃，然后加熱到1050℃固溶，使碳化物溶解，并使成分均勻化，然后淬入等溫槽在310℃進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變獲得下貝氏體組織，再將等溫轉(zhuǎn)變完成后的工件進(jìn)行短時(shí)間的等溫球化。經(jīng)過(guò)這樣處理的工件毛坯具有超細(xì)化的碳化物，碳化物的外形比較圓整，分布也比較均勻，也有利于消除或減輕帶狀偏析等不良缺陷。
圖 2
4. 碳氮共滲工藝
針對(duì)GCr15鋼的特點(diǎn)和滾動(dòng)軸承的服役條件，考慮到此類汽車軸承的載荷比較大的使用特點(diǎn)，內(nèi)圈、外圈采用了碳氮共滲工藝：
為了降低熱處理成本，我們特別開(kāi)發(fā)了適合碳氮共滲的連續(xù)式網(wǎng)帶爐進(jìn)行碳氮共滲處理，具體參數(shù)為：加熱溫度：835℃±5℃，最后一區(qū)溫度降為825℃±5℃；碳勢(shì)：1.3%C，最后一區(qū)1.2%C；從入爐到加熱完成總時(shí)間：420min；CH3OH：2000mL/min；NH3：2L/min；使用分級(jí)淬碳氮共滲工藝火油淬火，油溫：110℃±5℃；清洗：60～80℃；冷處理：5～15℃；回火：190℃±5℃（外圈：210℃±5℃），回火時(shí)間：180 min。經(jīng)過(guò)上述碳氮共滲處理后的工件檢測(cè)結(jié)果為：表面硬度：基準(zhǔn)（61～65HRC），實(shí)績(jī)63HRC；滲層深度：基準(zhǔn)（≥0.25mm），實(shí)績(jī)0.4mm；金相組織：碳化物1級(jí)、馬氏體1級(jí)（見(jiàn)圖3、4）。針對(duì)滾動(dòng)體的特點(diǎn)我們也特別開(kāi)發(fā)了新的碳氮共滲的設(shè)備，能夠使?jié)L動(dòng)體深層比較均勻，使用和內(nèi)圈相似的碳氮共滲的工藝，達(dá)到了強(qiáng)化的效果。
圖3 GCr15鋼碳氮共滲，淬、回火的表層組織（100×）
圖4 GCr15鋼碳氮共滲，淬、回火的表層組織（500×）
為了消除精加工前的機(jī)加工過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力，增加了一次180℃、4h的補(bǔ)充回火。為了減少淬火組織中殘留奧氏體的含量，并使剩余的殘留奧氏體趨于穩(wěn)定，從而增加尺寸穩(wěn)定性進(jìn)行了-50℃、1.5h的深冷處理。
5使用效果
應(yīng)用了上述的熱處理工藝后的滾動(dòng)軸承與未經(jīng)過(guò)強(qiáng)化的同型號(hào)的滾動(dòng)軸承，經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架400h耐久測(cè)試后對(duì)比的照片如圖5所示，經(jīng)過(guò)強(qiáng)化后的軸承耐磨損效果明顯，使發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的使用壽命增加明顯。
（a）強(qiáng)化 （b）未強(qiáng)化
圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架耐久測(cè)試后的強(qiáng)化軸承與未強(qiáng)化軸承
5.結(jié)語(yǔ)
通過(guò)應(yīng)用等溫球化退火、超細(xì)化處理的預(yù)處理工藝細(xì)化并均勻化了碳化物，很好的改善了帶狀偏析，再經(jīng)過(guò)對(duì)內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體的碳氮共滲的強(qiáng)化熱處理，以及經(jīng)過(guò)減少機(jī)加工過(guò)程中的應(yīng)力的補(bǔ)充回火和提升尺寸穩(wěn)定性的深冷處理使發(fā)動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承具有了極高的耐磨性及耐久使用壽命高的特點(diǎn)，提升了使用者的安全性。
作者：楊清泉
單位：新大洲本田摩托有限公司
來(lái)源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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