軸承套圈管材冷擠壓與棒料熱鍛的工藝對比

吳松林

(錢潮軸承有限公司 熱處理分廠，杭州 311215)

中小型軸承批量生產中對加工質量和加工效率要求非常高，熱鍛和冷擠壓是套圈毛坯制備的常用方法，熱鍛工藝存在氧化脫碳，鍛件精度低，加工余量大等特點；冷擠壓工藝為少切削工藝，擠壓加工的套圈精度高，留量小，效率高[1]。下文對套圈管材的冷擠壓成形工藝與棒料的熱鍛工藝進行對比分析。

1 工藝方法對比

管材冷擠壓成形工藝為：管材切割成小件→拋丸→磷化→中和清洗→冷擠成形；棒料熱鍛成形工藝為：熱軋棒料加熱→落料→鐓粗→熱擠成形→切底→輾擴成形→退火。對比工藝過程可知：

(1)管材冷擠壓工藝沒有鍛造高溫加熱，能耗低，污染少，降低了成本。

(2)管材冷擠壓沒有高溫加熱，基本不受熱脹冷縮影響，套圈冷擠壓尺寸比熱鍛造穩定，工藝設計時可考慮減少車加工留量。

(3)冷擠后的毛坯外形與冷擠模完全一致，產品的尺寸精度主要取決于冷擠模的尺寸精度，同一套冷擠模擠壓出的產品尺寸偏差相比熱鍛產品要小很多。以32008X1WC外圈為例，其采用熱鍛和冷擠后外徑圓度誤差測量結果見表1。由表1可知，冷擠壓產品的尺寸偏差較小，部分尺寸可以直接進行磨加工處理，不需進行車削加工。如圓錐滾子軸承冷擠件外圈外徑面和內圈內徑面，在管材內、外壁的脫貧碳和其他缺陷深度控制在較小范圍內時，冷擠件可直接進行磨削加工，減少了加工留量。

表1 32008X1WC外圈冷擠件與熱鍛毛坯外徑圓度誤差抽檢結果 mm

(4)熱鍛在1 000 ℃以上加工，鍛件表層氧化脫碳層厚；而冷擠壓沒有加熱過程，材料損耗少。

通過實際測算可知，冷擠產品車加工余量較熱鍛件減少30%～45%，大大提高了車加工的效率，成本也相應下降。

2 材料性能對比

2.1 斷面流線

由材料理論可知，鋼材的軋制方向(縱向)力學性能要高于橫向[2]。分別選取管材冷擠壓和棒材熱鍛的軸承套圈，平行于軸向切取試樣，按照GB/T 18254—2002《高碳鉻軸承鋼》中關于低倍組織的試驗方法，以50%的工業鹽酸配比，加熱到60～80 ℃，對試樣熱蝕25～40 min，取出清洗干凈后，觀察截面流線分布情況。冷擠和熱鍛試樣的斷面流線分別如圖1、圖2所示，由圖可知，冷擠件沒有明顯改變材料的纖維方向，這是由于套圈通過管材冷擠成形，材料的纖維方向與套圈的工作面基本平行，車、磨加工不會大量切斷材料纖維狀態，從而提高了軸承的抗疲勞性能；熱鍛件的材料纖維在軸承工作面附近的流線不平行于工作面，較為雜亂，使得材料在縱向上的性能優勢沒有得到充分利用。

圖1 冷擠件斷面流線

圖2 熱鍛件斷面流線

2.2 奧氏體晶粒和熱處理組織檢測

選取管材冷擠件和棒材熱鍛件，對其軸向(縱向)剖切制樣，采用飽和苦味酸水溶液加十二烷基苯磺酸鈉，在90～100 ℃對試樣進行熱浸蝕。然后置于ZEISS-Axiovert 40 MAT金相顯微鏡上，依據GB/T 6394—2002《金屬平均晶粒度測定方法》，放大500倍檢測試樣晶粒度，得到冷擠件的晶粒度為10級(圖3)，熱鍛件的晶粒度為8級(圖4)，冷擠件的晶粒更加細化。

圖3 冷擠件的晶粒度

圖4 熱鍛件的晶粒度

將同型號采用冷擠和熱鍛的套圈車工件在滾棒爐上按相同的工藝進行熱處理，熱處理工藝參數見表2。抽取熱處理后的產品樣件，經縱向線切割制樣，用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，置于金相顯微鏡上，放大500倍觀察，并依據JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術條件》進行評定。得到冷擠件的淬火+低溫回火后組織為3.0級(圖5)，而熱鍛件的淬火+低溫回火組織局部略大于4.0級(圖6)，冷擠件的組織更加細化。

表2 冷擠和熱鍛套圈采用的熱處理工藝

圖5 冷擠件組織

圖6 熱鍛件組織

2.3 軸承疲勞壽命

選取冷擠壓工藝生產的圓錐滾子軸承LM11949/10，L44649/10和LM48548/10各8套，在ABLT-1A型試驗機上進行疲勞壽命強化試驗，試驗結果見表3。由表3可知，3個型號軸承的疲勞壽命強化試驗均達到了基本額定壽命L10的3倍以上，且均未失效，達到了試驗要求。由此可知，冷擠壓軸承的壽命與熱鍛工藝生產的軸承壽命水平相當。

表3 冷擠壓軸承的疲勞壽命強化試驗結果

3 結束語

管材冷擠壓生產的軸承，在相同的熱處理工藝下，其內部組織和晶粒度質量都明顯優于熱鍛產品，能夠獲得理想的金屬流線，充分利用了金屬材料縱向的性能優勢，而其疲勞強化壽命試驗初步驗證了壽命與熱鍛工藝生產的軸承相當，同時降低了軸承的生產成本，提高了生產效率。由于管材的內在質量對軸承的壽命至關重要，因此應選購優質軸承鋼，嚴格控制管材生產質量。