微型單滾道臺階軸的熱處理工藝

王智勇，程俊景，張亭亭

(洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

1 概述

微型單滾道臺階軸是某高精度微型軸連軸承組件的關鍵零件，其結構如圖1所示。該軸為空心臺階軸，軸上有軸承滾道(滾道的幾何精度在P4以上)，臺階軸的一端帶有M5細螺紋，螺紋處壁厚為0.5 mm，軸總長為25 mm，最大外徑為7 mm，軸材料為ZGCr15高碳鉻軸承鋼。軸連軸承組件裝機時因受力會出現臺階軸螺紋的斷裂，影響正常使用；因此，需對此問題進行分析。

圖1 臺階軸結構示意圖

2 螺紋斷裂的原因分析

臺階軸的熱處理設備為雙室真空淬火爐，真空淬火油正常使用溫度為20～80 ℃。常規熱處理工藝為：預熱溫度650 ℃，保溫時間25 min;淬火溫度830 ℃，保溫時間15 min;淬火油溫40 ℃，不攪拌，冷卻10 min，出爐空冷；回火溫度為150 ℃，回火時間為3 h，出爐空冷。

上述熱處理工藝得到的臺階軸的淬、回火硬度為62.7～63.1 HRC，組織為3級，符合JB/T 1255—2001的技術條件要求。在裝機時出現螺紋斷裂現象，分析主要原因是螺紋處的硬度過高，脆性較大，裝配時在外力的影響下產生了斷裂。采取降低硬度的措施可降低螺紋處脆性，提高韌性，避免斷裂現象的發生。但由于該臺階軸尺寸小，精度要求高；因此，既要保證軸上滾道的高硬度以提高滾道的加工精度，還要保證螺紋端的硬度不能太高，以防止軸連軸承裝機時出現螺紋斷裂。依圖紙要求，軸上A，B，C段的熱處理硬度分別為： 46～51 HRC(A=3 mm)，46～65 HRC(B=9 mm)，61～65 HRC(C=16 mm)。

3 熱處理工藝試驗

針對微型單滾道臺階軸精度高、外形尺寸小、長徑比大的特點和軸硬度的要求，首先按原常規熱處理工藝對臺階軸進行整體淬、回火處理，再對螺紋處進行局部回火。局部回火使用WGH-IV-36微型高頻感應加熱設備來完成。

根據硬度要求，將加熱電流設定為550 A，溫度400 ℃，空冷。為使臺階軸各段達到較佳的硬度，對回火時間進行了研究，結果見表1。

表1 不同回火時間下試驗結果

由表1可知，時間的長短可以有效控制各部位回火后的硬度，1～11號試樣A段硬度高，B段和C段硬度合格；12～14號試樣A段、B段和C段硬度合格；而15～19號試樣C段硬度低，A段和B段硬度合格。因此，確定的局部高頻回火溫度為400 ℃，回火時間為7.8 s。

4 結束語

對微型帶滾道臺階軸采取高頻感應局部回火的方法能夠有效控制軸上各部位的回火硬度，使軸上各部位的硬度符合技術要求，從而使產品性能滿足使用要求，有效減少或者避免了裝機軸螺紋開裂的發生。