減少輕系列軸承外圈淬火變形的方法

劉樹仁，初美財，王殿臣

（哈爾濱軸承集團公司 熱處理分廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

軸承套圈在熱處理淬火時會產生或多或少的橢圓變形。輕、特輕系列軸承產品橢圓變形一直是熱處理淬火加工軸承套圈的一大難題。通過調整熱處理淬火工藝，減少橢圓變形，效果明顯。

2 工藝改進前

在鑄鏈爐加工材質為GCr15、壁厚≤6mm的軸承套圈，如6009.01、6207.01。原工藝淬火加熱溫度為：Ⅰ區835℃、Ⅱ區835℃、Ⅲ區835℃，加熱時間30～40min。上料間隔6min上料一次，上料重量20kg/次，淬火油溫度40～80℃，工藝曲線見圖1 。該工藝加工的產品符合其他質量要求，回火后的硬度為HRC62～63，金相組織3級,但套圈橢圓變形較大，造成勞動強度增加。產品質量情況見表1 。

圖1 改進前淬火工藝

表1 改進前產品變形量

3 原因分析

工件加熱過程中的應力變化如圖2 所示。

（1）工件在熱處理加工前，工件內部應力如圖2a所示。

（2）工件進入加熱爐后由于熱脹冷縮原理，尖角處首先被加熱后膨脹，工件受力方向如圖2b所示。

（3）工件在加熱爐內完全透燒后組織由珠光體轉變成奧氏體，整體脹大，工件受力方向如圖2c 所示。

（4）工件在冷卻過程中仍然是尖角處先涼下來，組織由奧氏體轉變為馬氏體，體積脹大，工件受力方向如圖2d 所示。

（5）工件完全冷卻后，組織由奧氏體轉變為馬氏體，體積脹大，工件受力方向如圖2e 所示。

圖2 工件加熱過程中的應力變化

4 工件加熱過程中應力的變化

軸承零件在淬火加熱和冷卻過程中受力方向交替變化，加上冷卻時入油的先后順序不同，導致工件內部應力不均勻，使工件在淬火后產生一定程度的橢圓變形，壁薄工件熱處理后表現得較為嚴重。由此可知，套圈的橢圓變形是由于在淬火加熱和冷卻過程中的應力造成的，因此盡可能減少在這個過程中的應力，就可以達到減少套圈在淬火后的橢圓變形。控制變形必須制定適合的熱處理工藝。由圖2 可以看出減小套圈的變形趨勢，應該減小加熱和冷卻時的應力，從而應該保證工件受熱均勻，從而使工件所受的應力分布均勻；減緩工件的加熱速度；降低工件的淬火溫度；提高淬火介質的溫度。

5 改進方案

（1）為使工件受熱均勻將工件平鋪在爐底板上加熱，防止工件堆積。

（2）減緩工件的加熱速度，將Ⅰ區預熱溫度降低，減緩工件尖角處的加熱速度，使工件尖角處的膨脹速度降低，從而減小了工件在此過程中的受力。

（3）將Ⅱ區溫度提高，同時縮短加熱時間，降低工件奧氏體均勻化程度，從而減小了圖2（c）透燒后的受力。

（4）Ⅲ區保溫溫度降低，提高淬火油溫度，減少工件在圖2（d）冷卻時的受力。

工藝淬火加熱溫度為：Ⅰ區820℃、Ⅱ區845℃、Ⅲ區830℃、時間22～24min。每隔4 min上料一次，17kg/次，淬火油溫度70～100℃，工藝曲線見圖3 。該工藝加工的產品符合其他質量要求，回火后的硬度為61.5～62.5HRC，金相組織2級。套圈橢圓變形量明顯得到控制。產品質量情況見表2 。

圖3 改進后淬火工藝

表2 改進后產品變形量

6 結束語

通過批量生產驗證，該工藝加工的產品質量穩定可靠，減少了產品的熱處理淬火變形量，提高了產品的產量，減輕了勞動強度。