减少轻系列轴承外圈淬火变形的方法

刘树仁，初美财，王殿臣

（哈尔滨轴承集团公司 热处理分厂，黑龙江 哈尔滨 150036）

1 前言

轴承套圈在热处理淬火时会产生或多或少的椭圆变形。轻、特轻系列轴承产品椭圆变形一直是热处理淬火加工轴承套圈的一大难题。通过调整热处理淬火工艺，减少椭圆变形，效果明显。

2 工艺改进前

在铸链炉加工材质为GCr15、壁厚≤6mm的轴承套圈，如6009.01、6207.01。原工艺淬火加热温度为：Ⅰ区835℃、Ⅱ区835℃、Ⅲ区835℃，加热时间30～40min。上料间隔6min上料一次，上料重量20kg/次，淬火油温度40～80℃，工艺曲线见图1 。该工艺加工的产品符合其他质量要求，回火后的硬度为HRC62～63，金相组织3级,但套圈椭圆变形较大，造成劳动强度增加。产品质量情况见表1 。

图1 改进前淬火工艺

表1 改进前产品变形量

3 原因分析

工件加热过程中的应力变化如图2 所示。

（1）工件在热处理加工前，工件内部应力如图2a所示。

（2）工件进入加热炉后由于热胀冷缩原理，尖角处首先被加热后膨胀，工件受力方向如图2b所示。

（3）工件在加热炉内完全透烧后组织由珠光体转变成奥氏体，整体胀大，工件受力方向如图2c 所示。

（4）工件在冷却过程中仍然是尖角处先凉下来，组织由奥氏体转变为马氏体，体积胀大，工件受力方向如图2d 所示。

（5）工件完全冷却后，组织由奥氏体转变为马氏体，体积胀大，工件受力方向如图2e 所示。

图2 工件加热过程中的应力变化

4 工件加热过程中应力的变化

轴承零件在淬火加热和冷却过程中受力方向交替变化，加上冷却时入油的先后顺序不同，导致工件内部应力不均匀，使工件在淬火后产生一定程度的椭圆变形，壁薄工件热处理后表现得较为严重。由此可知，套圈的椭圆变形是由于在淬火加热和冷却过程中的应力造成的，因此尽可能减少在这个过程中的应力，就可以达到减少套圈在淬火后的椭圆变形。控制变形必须制定适合的热处理工艺。由图2 可以看出减小套圈的变形趋势，应该减小加热和冷却时的应力，从而应该保证工件受热均匀，从而使工件所受的应力分布均匀；减缓工件的加热速度；降低工件的淬火温度；提高淬火介质的温度。

5 改进方案

（1）为使工件受热均匀将工件平铺在炉底板上加热，防止工件堆积。

（2）减缓工件的加热速度，将Ⅰ区预热温度降低，减缓工件尖角处的加热速度，使工件尖角处的膨胀速度降低，从而减小了工件在此过程中的受力。

（3）将Ⅱ区温度提高，同时缩短加热时间，降低工件奥氏体均匀化程度，从而减小了图2（c）透烧后的受力。

（4）Ⅲ区保温温度降低，提高淬火油温度，减少工件在图2（d）冷却时的受力。

工艺淬火加热温度为：Ⅰ区820℃、Ⅱ区845℃、Ⅲ区830℃、时间22～24min。每隔4 min上料一次，17kg/次，淬火油温度70～100℃，工艺曲线见图3 。该工艺加工的产品符合其他质量要求，回火后的硬度为61.5～62.5HRC，金相组织2级。套圈椭圆变形量明显得到控制。产品质量情况见表2 。

图3 改进后淬火工艺

表2 改进后产品变形量

6 结束语

通过批量生产验证，该工艺加工的产品质量稳定可靠，减少了产品的热处理淬火变形量，提高了产品的产量，减轻了劳动强度。