减少轴承套圈淬火变形量的热处理工艺探索

李 欣，于 滢

减少轴承套圈淬火变形量的热处理工艺探索

李 欣1，于 滢2

（1.哈尔滨轴承集团公司 技术中心， 黑龙江 哈尔滨150036；2.哈尔滨轴承集团公司 热处理分厂，黑龙江 哈尔滨150036）

通过对深沟球轴承外圈分组进行热处理试验，分析了工艺参数对套圈热处理变形的影响，制订出合理的热处理工艺，减少了套圈热处理变形。

轴承套圈；椭圆度；工艺参数；保温温度；油液搅拌频率

1 前言

轴承是当代机械设备中的一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，保证其回转精度，因此，对轴承的精度和内在质量提出了很高的要求。轴承的内在质量涉及的因素很多，热处理是保证轴承内在质量的方法之一。轴承套圈在热处理后，个别套圈的椭圆度会超出技术要求，在下一道磨工序无法加工，这样的套圈往往做报废处理，既浪费人力物力又造成了经济上的损失，因此，做减少轴承套圈热处理变形的工艺试验，制定出减少热处理变形的工艺很有必要。

2 热处理变形原因分析

金属材料的热处理变形主要是由于热处理过程中产生的热应力和组织应力以及工件自重变形等很多因素共同作用而产生。工件在热处理前由于各种原因可能存在内应力，热处理加热过程中，由于钢的屈服强度随温度的升高而降低，当残余应力达到屈服强度值时就会引起工件的不均匀塑性变形而造成形状畸变。加热时产生的热应力，受钢的化学成分、加热的速度、工件的大小和形状的影响很大，尤其工件形状复杂、各部分厚薄不均匀，会致使工件各部分的膨胀程度不同而形成很大的热应力，导致工件不均匀塑性变形。与工件加热时的情况相比，工件冷却时产生的热应力和组织应力对工件的变形影响更大。热应力引起的变形主要发生在热应力产生的初期，此时工件心部处于高温状态，屈服强度低，在瞬时的热应力作用下心部受到很多方向的收缩挤压，而产生塑性变形。随着冷却的进行，钢的屈服强度升高，相对来说塑性变形变的更加困难，冷却开始时造成的塑性变形得以保持下来，这就造成了工件的变形。

3 工艺试验及结果分析

本工艺改进探索试验主要是从减少热应力变形入手，分为3组试验。

设备：辊棒式热处理炉。

试验用轴承套圈：某型号深沟球轴承外套，见图1， 数量300个。热处理工艺曲线见图 2。

加热温度为790～810℃，保温温度为830～860℃。

图1 深沟球轴承外套剖面图

图2 热处理工艺曲线简图

3.1第1组试验

在保温阶段分别选取工艺温度840℃。

选取100个直径为60mm、有效壁厚5mm的某型号深沟球轴承外套，在工装上摆放2层，按照800℃预热15min，840℃保温30min，入油冷却，油搅拌频率为60Hz，冷却后抽检5个测量硬度、组织，按照JB/T 1255标准规定均合格。百分之百测量椭圆变形量，因为篇幅关系,不列出详细数值，100个套圈平均变形量数值为0.16162mm。

3.2第2组试验

选取同批次套圈100个，在工装上摆放2层，850℃保温30min，入油冷却，油搅拌频率为60Hz，冷却后抽检5个测量硬度、组织，按照JB/T 1255标准规定均合格。百分之百测量椭圆变形量，因为篇幅关系,不列出详细数值， 100个套圈平均变形量数值为0.1753mm。

试验结果分析。两组套圈保温温度下的热处理硬度、组织均合格，但840℃保温变形量比850℃要小一些，这说明了工艺温度降低后工件的高温强度损失相对减小，塑性抗力增强，工件的抗应力变形、抗淬火变形能力增强，变形就会减少，并且质量也合格，适用于生产。需要说明的是，如果正式生产取工艺温度下限830℃，要求热处理炉有非常高的炉温均匀性和系统精度，否则在炉温低点可能会造成欠热，很难保证热处理质量，所以未作下限温度试验；同理，取上限860℃也要求热处理炉有非常高的炉温均匀性和系统精度，虽然一般不会造成过热，但浪费能源、增加生产成本，实际生产中很少使用该温度，因此，也未做该温度试验。

3.3第3组试验

选取同以上两组试验同批次套圈100个，在工装上摆放2层，按照840℃保温30min，入油冷却，油搅拌频率改为45Hz，冷却后抽检5个测量硬度、组织，按照JB/T 1255标准规定均合格。百分之百测量椭圆变形量，因为篇幅关系,不列出详细数值，100个套圈平均变形量数值为0.1608mm。

试验结果分析。与上一组相同的保温温度比较，油搅拌频率降低，工件变形较小，说明了工件热处理冷却速度越快，冷却越不均匀，对应的变形也会越大。适当降低冷却速率，可以得到组织、硬度合格、变形较小的热处理工件。

4 结束语

通过上述试验分析，可得出如下结论：

（1）在热处理保温温度工艺范围内，保温温度低时热处理变形小；保温温度高时热处理变形大。

（2）冷却速度影响工件变形量，油搅拌频率大（冷却速度大）时，工件变形相对较大。

因此，建议热处理时使用840℃保温，冷却油搅拌频率45Hz。

热处理变形是热处理过程中的主要缺陷之一，对于轴承这样的精密零件影响非常大，但又不能避免，只能尽量减小。任何热处理工艺参数的变化都或多或少地影响工件的变形量，在某些特定条件下，有些参数表现为影响工件变形量的主要因素，有些则为次要因素。在制定热处理工艺时，应根据具体情况制定具体的工艺参数，不仅要获得合格的组织、硬度，也要考虑到尽可能的减少热处理变形。要想获得变形小的热处理工艺，需要通过大量的试验进行探索，不断改进，逐步完善。

（编辑：钟 媛）

Discussion on heat treatment technology of reducing quench deformation of bearing ring

Li Xin1,Yu Ying2
(1.Technical Center,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China;2.Heat Treatment Sub-factory,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China)

The infuence of technology parameters on heat treatment deformation of ring was analyzed on basis of grouping outer ring of deep groove ball bearing and making heat treatment test. The appropriate heat treatment technology was established, so that heat treatment deformation of ring was reduced.

bearing ring; ellipticity; technology parameters; temperature of heat preservation; oil stirring frequency

TH 133.33，TG162.71

B

1672-4852（2015）01-0026-02

2015-01-10.

李 欣（1981-），男，工程师.