2006年國內(nèi)軸承生產(chǎn)廠家開始采用低溫硝鹽替代淬火油作為淬火冷卻介質(zhì)，隨著硝鹽的投入使用，軸承零件的淬火方式實現(xiàn)了淬火冷卻技術(shù)的跨躍式發(fā)展，目前低溫鹽浴淬火在軸承行業(yè)相當(dāng)普及。我公司擁有多條氮基保護(hù)氣氛的輥底式鹽淬自動化生產(chǎn)線、輥底式馬貝熱處理生產(chǎn)線的熱加工設(shè)備，其所用的淬火冷卻介質(zhì)大都實現(xiàn)了硝鹽浴淬火代替淬火油，并積累了豐富的應(yīng)用技術(shù)經(jīng)驗。
通過使用硝鹽淬火冷卻介質(zhì)擴(kuò)大了GCr15鋼的應(yīng)用范圍，滾子由φ30mm擴(kuò)大到φ40mm，鋼球由φ42mm擴(kuò)大到φ50.8mm，套圈有效壁厚由15mm擴(kuò)大到24mm，為高碳鉻軸承鋼的材料代用降本增效，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障工藝。硝鹽溶液淬火過程中沒有蒸氣膜階段，高溫區(qū)冷卻速度很快，所以對于厚壁工件可以獲得優(yōu)良的淬火組織，而在低溫區(qū)等溫時冷卻速度近乎為零，所以淬火變形很小。硝鹽的冷卻速度可以通過變化含水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，十分簡單方便。
隨著低溫硝鹽的廣泛使用，也存在著訂貨、驗收及管理的規(guī)范性問題，若訂貨產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)量問題而后續(xù)的驗收工作跟不上去，直接影響淬火冷卻介質(zhì)的冷卻性能。近十年來，通過加強(qiáng)硝鹽淬火冷卻技術(shù)的應(yīng)用及管理，軸承套圈的熱處理內(nèi)在質(zhì)量得到了較好的控制，減小了產(chǎn)品的留量，提升了產(chǎn)品質(zhì)量的層次和水平，不斷滿足主要主機(jī)配套軸承的精度、性能、壽命、質(zhì)量穩(wěn)定性及可靠性的要求，使得軸承零件的熱處理質(zhì)量大大提升。
1.硝鹽訂貨技術(shù)要求
硝酸鉀+亞硝酸鈉的混合鹽應(yīng)用于金屬材料熱處理行業(yè)擁有多種的配比，對于高碳鉻軸承鋼制軸承零件而言，由于硝鹽混合鹽的配比為50%KNO3+50%NaNO2配比會更好控制，在軸承熱處理行業(yè)比較常用；而且50%硝酸鉀+50%亞硝酸鈉的混合鹽，屬于低溫鹽浴系列，所以實際使用的生產(chǎn)廠家更多一些。為了保證進(jìn)廠的硝鹽質(zhì)量，規(guī)定了相關(guān)的訂貨技術(shù)要求，該組分鹽的熔化溫度為140℃，考慮到儀器誤差等因素，因此規(guī)定驗收的混合硝酸鹽熔點如表1所示。
第一種方式：單組分的鹽采購標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《HB 5408 航空熱處理用鹽規(guī)范》，淬火用鹽的成分為亞硝酸鈉和硝酸鉀，單組分要求如表2所示，自行配比按照各占50%進(jìn)行配置。
第二種方式：生產(chǎn)廠家配制混合硝酸鹽（或直接使用）的各單組分（硝酸鉀、亞硝酸鈉）也應(yīng)符合《HB 5408航空熱處理用鹽規(guī)范》要求，最終提供各含有50%配比的亞硝酸鈉和硝酸鉀混合態(tài)淬火用鹽，其組分要求如表3所示。若是自行配置，高碳鉻軸承鋼制軸承零件淬火用硝酸鹽相應(yīng)熔點及配比應(yīng)符合表1、表2規(guī)定，若廠家直接提供混合硝酸鹽時，其熔點及配比應(yīng)符合表1、表3規(guī)定。
表1 混合硝酸鹽熔點要求
配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） | 熔點/℃ |
50%硝酸鉀+50%亞硝酸鈉 | 140～145 |
表2 硝酸鹽的化學(xué)成分
指標(biāo)項目 | 指標(biāo)要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） | |
硝酸鉀 | 亞硝酸鈉 | |
純度 | ≥98.7 | ≥99.0 |
硫酸根 | ≤0.18 | ≤0.10 |
碳酸根 | ≤0.05 | — |
氯離子 | ≤0.30 | ≤0.30 |
亞硝酸鹽 | ≤0.05 | — |
鈣鎂鐵總量 | ≤0.10 | — |
水不溶物 | ≤0.10 | ≤0.10 |
水分 | ≤0.50 | ≤0.50 |
表3 混合硝酸鹽的化學(xué)成分及pH值
指標(biāo)項目 | 指標(biāo)要求 |
主含量（%） | 硝酸鉀≥49.35，亞硝酸鈉≥49.5 |
水分（%） | ≤0.50 |
硫酸根（%） | ≤0.05 |
碳酸根（%） | ≤0.05 |
氯離子（%） | ≤0.30 |
鈣鎂鐵總量（%） | ≤0.10 |
水不溶物（%） | ≤0.10 |
pH值（1%的水溶液） | 6.5～8.5 |
2.淬火用鹽驗收
淬火用鹽進(jìn)廠后，對生產(chǎn)廠家提供的第三方檢驗出具的原件質(zhì)量檢驗證明和供方出具的原件質(zhì)量進(jìn)行對標(biāo)檢驗，并放置在特定的倉庫予以保存管理；每批次應(yīng)隨機(jī)取樣，取樣重量為500g，放入容器內(nèi)，注明生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品名稱、批號、數(shù)量、生產(chǎn)日期、進(jìn)廠日期，相關(guān)部門按表1進(jìn)行熔點的檢驗，合格后方可發(fā)貨使用。生產(chǎn)現(xiàn)場領(lǐng)用的鹽根據(jù)消耗量的多少隨領(lǐng)隨加，不準(zhǔn)在生產(chǎn)現(xiàn)場存放；生產(chǎn)部門領(lǐng)用的鹽在使用過程中發(fā)現(xiàn)顏色異常或其他異常問題時應(yīng)停止使用，通知相關(guān)部門處理；該類材料在領(lǐng)用運輸過程中應(yīng)輕裝輕卸，防止撞擊，防止日曬、雨淋，不得與有機(jī)物、還原劑及易燃品等物質(zhì)混運。
3.硝鹽浴管理使用
硝鹽浴是指亞硝酸鈉和硝酸鉀混合鹽加熱熔化后形成液態(tài)介質(zhì)，屬于低溫鹽浴。開爐前，檢查淬火槽是否需要添加淬火冷卻介質(zhì)，根據(jù)消耗量的多少確定添加量。添加時應(yīng)從熔鹽槽裝料口加入，禁止從淬火槽中添加；熔鹽和打鹽應(yīng)保證濃度的均勻性：起動熔鹽槽后，當(dāng)鹽浴溫度達(dá)到150℃以上時開起攪拌機(jī)，保證使用鹽浴濃度的均勻性。當(dāng)熔鹽槽的溫度達(dá)到工藝要求時結(jié)束熔鹽，將熔鹽槽中的鹽打入到淬火槽中，并開起其中的攪拌裝置，淬火槽達(dá)到工藝要求溫度時方可加工產(chǎn)品。不允許在淬火鹽槽或熔鹽槽中放入其他物品。
高碳鉻軸承鋼制軸承零件淬火用硝鹽浴工藝要求溫度控制在（160±5）℃～（240±5）℃，根據(jù)不同的組織和性能要求，選擇不同的淬火冷卻介質(zhì)使用溫度。對于風(fēng)電及鐵路軸承零件等重點產(chǎn)品正常生產(chǎn)時，鹽浴介質(zhì)冷卻性能應(yīng)采用淬火烈度測試儀實時在線監(jiān)測。要求采用失重法對淬火烈度測定儀按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行定期校驗。根據(jù)產(chǎn)品的型號按工藝要求選擇不同的淬火烈度值和不同的含水量控制，按照作業(yè)規(guī)范進(jìn)行水量添加。加工軸承零件的純鹽浴冷卻能力不足，需要向淬火槽中加入自來水，將淬火烈度控制在工藝要求范圍內(nèi)，淬火烈度用淬火烈度測試儀實時在線監(jiān)測，并建立相關(guān)臺帳記錄。若連續(xù)淬火，鹽浴中水含量應(yīng)及時補(bǔ)充：水的添加量及添加頻率按相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。若不能達(dá)到工藝要求的鹽浴溫度和淬火烈度時，應(yīng)查清原因，給予調(diào)整；當(dāng)淬火烈度達(dá)到穩(wěn)定及鹽浴溫度滿足工藝要求后方可進(jìn)行淬火；若發(fā)現(xiàn)水含量嚴(yán)重超標(biāo)，應(yīng)查明原因，及時調(diào)整，方能繼續(xù)生產(chǎn)。當(dāng)淬火槽中鹽浴液面低于下限時，應(yīng)停止淬火，并向淬火槽中加入適量淬火冷卻介質(zhì)，待鹽浴溫度和淬火烈度達(dá)到工藝要求，且鹽浴溫度和淬火烈度穩(wěn)定后方可繼續(xù)淬火。短期停爐時，需將淬火槽保溫，防止熔鹽凝固；長時間停爐或設(shè)備維修時，需將淬火槽中的熔鹽全部返回到熔鹽槽。
依據(jù)《JB/T 10175—2008，熱處理質(zhì)量控制要求》，結(jié)合生產(chǎn)實際，淬火冷卻介質(zhì)混合硝鹽浴在生產(chǎn)使用過程中每半年檢驗其總堿度≤0.05%；硫酸根離子含量≤0.2%，氯離子含量≤0.50%。取樣時應(yīng)開起淬火槽攪拌裝置，檢驗結(jié)果符合要求時可使用，否則應(yīng)進(jìn)行調(diào)整或更換鹽浴。從鹽水分離器中分離的鹽應(yīng)每天按要求定時添加到淬火槽中，進(jìn)入鹽浴中的零件清洗工序必須保證清洗干凈，若工件達(dá)不到清洗要求，應(yīng)停止加工。
4.硝鹽浴定期過濾
當(dāng)?shù)Ｗo(hù)氣氛的輥底式鹽淬自動化生產(chǎn)線連續(xù)工作一定時間后，應(yīng)對封閉的鹽槽中的硝鹽進(jìn)行定期過濾，由于工件清洗不干凈或爐內(nèi)氮基氣氛過高所導(dǎo)致的炭黑難免使得硝鹽浴中帶入一些雜質(zhì)。我公司曾對使用約一年的生產(chǎn)線采用過濾機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場過濾，將低溫硝鹽浴通過抽鹽泵從槽液中抽取送入可移動的過濾機(jī)中進(jìn)行過濾，最終可發(fā)現(xiàn)在過濾袋中的凝固鹽塊中含有不少的黑色雜物，連續(xù)過濾16h后，約有將近20kg的雜物出現(xiàn)。附圖為現(xiàn)場過濾機(jī)的安裝使用場景，附圖a為過濾機(jī)以及連接的管道，附圖b為連于過濾機(jī)的管道以及抽鹽泵。從熔鹽槽將其鹽浴抽出后經(jīng)過濾機(jī)過濾后，進(jìn)入熔鹽槽的另一槽口。抽鹽泵固定于熔鹽槽一入口的上方。
（a）過濾機(jī)
（b）抽鹽泵
輥底爐生產(chǎn)線現(xiàn)場過濾
5.環(huán)保方面
首先采用了獨特的廢氣處理技術(shù)使硝鹽蒸氣的排放量為零。其次硝鹽槽的加水系統(tǒng)中，所加水從清洗機(jī)初洗槽引入，降低了清洗機(jī)清洗水中鹽的濃度，而且清洗機(jī)配有鹽濃度自動監(jiān)測裝置和鹽水自動分離裝置，鹽濃度超過設(shè)定上限時鹽水自動分離裝置自動開起，分離后的鹽可以回收并放入硝鹽淬火槽重新利用，可使含鹽廢液排放為零，符合環(huán)保要求。作為一種簡單的離子結(jié)晶體比淬火油化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，永遠(yuǎn)不會變質(zhì)，可無限期使用，帶到清洗機(jī)中的鹽經(jīng)鹽水分離后可以放回淬火槽重新利用。
作者：李昭昆、董漢杰、張玲
單位：洛陽LYC軸承有限公司、航空精密軸承國家重點實驗室
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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