由于減速機(jī)速度快,重量輕,軸承的工作條件要求更高,軸承的性能要求越來越高,如體積更小,重量更輕,承載能力更大,壽命更長,可靠性更高. .性等等.其中,國產(chǎn)軸承的壽命和可靠性近年來已成為越來越突出的問題.新型熱處理技術(shù)的發(fā)展和熱處理質(zhì)量的提高一直是國內(nèi)外軸承制造商及相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)關(guān)注的主題.本文回顧了近年來熱處理技術(shù)的進(jìn)展,以借鑒中國軸承行業(yè)相關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn).

    1.高碳鉻軸承鋼的退火

    高碳鉻軸承鋼的理想退火結(jié)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu),其中細(xì)小,均勻和圓形的碳化物顆粒分布在鐵素體基體上,并為隨后的冷加工和最終淬火和回火做好準(zhǔn)備.目前,除少數(shù)使用周期設(shè)備的企業(yè)外,通常使用沒有保護(hù)氣氛的單通道推進(jìn)式等溫退火爐.退火的顯微組織和硬度控制相對(duì)成熟可靠,退火結(jié)構(gòu)可以很容易地控制在JB1255標(biāo)準(zhǔn)的第2到第3或細(xì)點(diǎn)結(jié)構(gòu).問題是能量消耗高,退火后氧化脫碳嚴(yán)重.近年來,從節(jié)能的角度出發(fā),開發(fā)了用于油電復(fù)合加熱等溫退火爐和雙室頭尾并置(水平或上下)的等溫退火爐.節(jié)能效果顯著,應(yīng)大力推廣.同時(shí),隨著坯料的精密成形工藝隨著設(shè)備的出現(xiàn),氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛等溫退火爐已被用于減少退火過程中的氧化脫碳,降低原材料消耗和加工成本.

    2.高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬火和回火

    常規(guī)高碳鉻軸承鋼馬氏體淬火回火工藝的發(fā)展主要分為三個(gè)方面:一,淬火回火工藝參數(shù)對(duì)淬火回火過程中組織和性能影響的基本研究,如淬火回火過程中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,淬火回火后殘余奧氏體的分解,韌性和疲勞性能;二,研究淬火和回火的性能,如淬火條件對(duì)尺寸和變形的影響,尺寸穩(wěn)定性等;第三,禁止氧化或保護(hù)大氣被加熱以促進(jìn)受控氣氛加熱.

    2.1絆腳石組織和業(yè)績

    常規(guī)馬氏體淬火后的顯微組織由馬氏體,殘余奧氏體和未溶解(殘余)碳化物組成.在軸承鋼淬火后,馬氏體基體的碳含量約為0.55%.微觀結(jié)構(gòu)通常是板條和片狀馬氏體的混合結(jié)構(gòu),或者是兩個(gè) - 棗核馬氏體之間的中間形式.軸承工業(yè)中所謂的隱晶馬氏體和結(jié)晶馬氏體;其子結(jié)構(gòu)主要是位錯(cuò)糾纏和少量雙胞胎.隨著淬火溫度的升高或保溫時(shí)間的延長,組織的形態(tài)逐漸從隱晶質(zhì)變?yōu)榧?xì)晶針狀.通常,淬火后的正常結(jié)構(gòu)是隱晶+晶體+細(xì)針狀馬氏體的混合物.一旦存在大量不同的針狀馬氏體,組織就不合格,應(yīng)該避免.國內(nèi)外對(duì)淬火和回火對(duì)性能的影響進(jìn)行了大量研究.洛陽軸承研究所在20世紀(jì)80年代開展了GCr15鋼熱處理工藝的研究.結(jié)果表明,當(dāng)淬火加熱溫度為835~865℃,回火溫度為150~180℃時(shí),可以獲得更好的綜合力學(xué)性能和接觸疲勞壽命.在845℃淬火時(shí),破碎載荷最高,疲勞壽命最長.回火溫度升高,保持時(shí)間延長,硬度降低,強(qiáng)度和韌性得到改善.對(duì)于有特殊要求的零件或使用較高溫度回火來提高軸承溫度,或在淬火和回火之間在-40~-78℃之間以提高軸承的尺寸穩(wěn)定性,或馬氏體分級(jí)淬火以穩(wěn)定殘余奧氏體的結(jié)果高尺寸穩(wěn)定性和高韌性.淬火和加熱后,軸承鋼在250℃下進(jìn)行短時(shí)分級(jí)等溫空氣冷卻,然后進(jìn)行180℃回火,或等溫馬氏體相變(馬氏體等溫度),以獲得淬火后馬氏體中的碳濃度.與傳統(tǒng)的淬火和回火相比,更均勻,增加穩(wěn)定的殘余奧氏體的量和沖擊韌性加倍.

    目前,國外軸承一般采用所謂的個(gè)性化設(shè)計(jì),即軸承供應(yīng)前的軸承狀況,針對(duì)工況進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì),對(duì)目標(biāo)質(zhì)量要求.還提出了熱處理,軸承壽命最長. .根據(jù)JB1255統(tǒng)一控制軸承零件的國內(nèi)熱處理要求,JB1255相對(duì)粗糙且不個(gè)性化.應(yīng)改進(jìn)對(duì)軸承狀態(tài)的要求,并應(yīng)匹配內(nèi)圈和外圈以及滾動(dòng)體的硬度.

    2.2常規(guī)馬氏體淬火的發(fā)展趨勢(shì)

    目前,傳統(tǒng)的軸承零件馬氏體淬火大多采用鏈?zhǔn)綘t和網(wǎng)帶式爐等連續(xù)淬火設(shè)備,淬火后的顯微組織和硬度等指標(biāo)容易控制在所需范圍內(nèi).對(duì)于這種淬火工藝,未來的發(fā)展方向有以下兩個(gè)方面:

    2.3.1淬火變形的控制

    淬火加熱設(shè)備基本上采用保護(hù)氣氛或受控氣氛,可以保證不脫碳,或根據(jù)需要進(jìn)行碳或滲碳,從而可以大大壓縮熱處理后的加工余量.然而,加工余量的可壓縮性通常受到淬火變形的限制.目前,淬火變形(特別是變形)成為控制加工余量的主要因素;對(duì)于密封防塵軸承的套圈,淬火變形會(huì)影響防塵罩的壓緊,從而影響密封性能.因此,減少淬火變形或?qū)崿F(xiàn)零變形將是傳統(tǒng)馬氏體淬火中要解決的主要問題.由于影響淬火變形的因素很多,變形機(jī)理更加復(fù)雜.因此,每個(gè)制造商應(yīng)根據(jù)自身設(shè)備和產(chǎn)品特性等各種因素,探索一些有效措施來控制生產(chǎn)實(shí)踐中的變形.如控制工件的放置,輸入油的方法,淬火油和油溫,攪拌等,實(shí)現(xiàn)較少,不失真淬火.

    2.3.2殘余應(yīng)力以及殘余奧氏體的控制和評(píng)估在中國目前的熱檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中,殘余應(yīng)力和殘余奧氏體沒有限制.大量研究表明,殘余應(yīng)力會(huì)影響零件的接觸疲勞性能,韌性和磨削裂紋.適當(dāng)?shù)臍堄鄩簯?yīng)力可以提高接觸疲勞壽命,防止磨削和安裝裂縫;殘余奧氏體降低了尺寸穩(wěn)定性.影響程度與殘余奧氏體本身的穩(wěn)定性,數(shù)量和位置有關(guān).然而,適量的殘余奧氏體可以改善斷裂韌性和接觸疲勞性能.許多國外知名軸承公司在熱處理控制指標(biāo)中都包括殘余應(yīng)力和殘余奧氏體.因此,進(jìn)一步研究殘余應(yīng)力和殘余奧氏體對(duì)熱處理后的性能及其機(jī)理的影響,研究淬火回火工藝對(duì)殘余應(yīng)力和殘余奧氏體的影響,并根據(jù)軸承狀況提出殘余應(yīng)力.殘余奧氏體等的控制指標(biāo)將成為我國軸承行業(yè)熱處理研究的主要方向之一.

    貝氏體等溫度

    貝氏體等溫淬火是近年來國內(nèi)軸承行業(yè)研究的熱點(diǎn).自20世紀(jì)80年代以來,洛陽軸承研究所與重慶軸承廠合作,開始對(duì)鐵路軸承進(jìn)行貝氏體等溫淬火應(yīng)用研究,然后對(duì)沙河軋機(jī)軸承廠進(jìn)行貝氏體等溫軋機(jī)軸承的等溫淬火.應(yīng)用研究取得了良好的效果,JB1255-1991介紹了貝氏體等溫淬火的推薦技術(shù)要求.與此同時(shí),軸承行業(yè)也開始了貝氏體等溫淬火的推廣和應(yīng)用.在國家"八五"重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目"鐵路客車軸承"的幫助下,有關(guān)單位對(duì)貝氏體等溫淬火的組織和性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并成功應(yīng)用于準(zhǔn)生產(chǎn).高速鐵路軸承.在2001年JB1255的修訂中,貝氏體等溫淬火的技術(shù)含量正式列入標(biāo)準(zhǔn)正式規(guī)定.貝氏體淬火工藝已廣泛應(yīng)用于軋機(jī),機(jī)車和鐵質(zhì)乘客.

    貝氏體組織的突出特點(diǎn)是沖擊韌性,斷裂韌性,耐磨性,尺寸穩(wěn)定性,表面殘余應(yīng)力是壓應(yīng)力.因此,它適用于組裝干擾大,使用條件差的軸承,如鐵路,軋機(jī),起重機(jī)和承受大沖擊載荷的其他軸承,礦山運(yùn)輸機(jī)械或潤滑條件差的礦山處理系統(tǒng),以及煤礦.高碳鉻軸承鋼BL等溫淬火工藝已成功應(yīng)用于鐵路和軋機(jī)軸承,取得了良好的效果.在鐵路和軋機(jī)軸承的生產(chǎn)中,由于套圈的大尺寸和重量大,在油淬火過程中馬氏體結(jié)構(gòu)是脆性的.為了在淬火后獲得高硬度,通常采取強(qiáng)冷卻措施,導(dǎo)致淬火微裂紋;由于馬氏體淬火后,表面是拉應(yīng)力.磨削過程中磨削應(yīng)力的疊加增加了整體應(yīng)力水平,容易形成磨削裂紋并導(dǎo)致批量浪費(fèi).當(dāng)貝氏體淬火時(shí),貝氏體組織比M結(jié)構(gòu)好得多,表面形成的壓應(yīng)力高達(dá)-400~-500MPa,大大降低了淬火裂紋的傾向[16];壓縮應(yīng)力抵消了部分磨削應(yīng)力,從而降低了整體應(yīng)力水平并大大減少了磨削裂紋.

    SKF公司主要將高碳鉻軸承鋼貝氏體等溫淬火工藝應(yīng)用于鐵路軸承,軋機(jī)軸承和特殊工況下使用的軸承,并開發(fā)出適用于貝氏體淬火的鋼種(SKF24,SKF25,100Mo7). ).當(dāng)淬火時(shí),使用更長的等溫時(shí)間,并且在淬火之后,獲得總的下貝氏體結(jié)構(gòu).最近,SKF開發(fā)了一種新的775V鋼種,并通過特殊的等溫淬火以獲得更均勻的下貝氏體,淬火后的硬度提高,而韌性比傳統(tǒng)的等溫淬火高60%,并且耐磨性得到改善.經(jīng)處理的套圈壁厚超過100毫米.

    部分等溫處理后馬氏體/貝氏體復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能仍存在爭(zhēng)議,如BL的含量最佳.即使存在最佳含量,如何控制實(shí)際生產(chǎn),并且復(fù)合結(jié)構(gòu)在等溫后需要額外的回火,增加了生產(chǎn)成本.此外,就貝氏體等溫淬火而言,盡管已經(jīng)系統(tǒng)地研究了它的工藝,組織和性能,但在推動(dòng)這一過程的同時(shí),應(yīng)該注意該過程的局限性.并非所有軸承零件都適合貝類.奧氏體的等溫淬火.還應(yīng)進(jìn)行貝氏體等溫淬火鋼的開發(fā),以進(jìn)一步提高等溫淬火后貝氏體的性能;開發(fā)用于替代硝酸鹽等溫的熱處理設(shè)備,減少環(huán)境污染等.

    4.特殊熱處理

    高碳鉻軸承鋼一般硬化,淬火后的殘余應(yīng)力為表面拉應(yīng)力狀態(tài),容易引起淬火裂紋,降低軸承性能.一種特殊的熱處理方法是通過高碳鉻軸承鋼的滲碳,氮化或碳氮共滲來增加表面層的碳和氮含量,降低表面層的Ms點(diǎn),并在表面改變后形成表面.淬火過程.壓縮應(yīng)力,改善的耐磨性和滾動(dòng)接觸疲勞性能[17,18].另一方面,通過某種方法,在熱處理的軸承部件中保留一定量的穩(wěn)定的殘余奧氏體,并且通過可變形的殘余奧氏體減小了壓痕的邊緣效應(yīng),使得表面疲勞源起源于獲得壓痕邊緣.它不易形成和膨脹,從而改善了軸承在污染條件下的接觸疲勞壽命.通常,通過在淬火加熱期間控制氣氛的碳(氮)電位可以實(shí)現(xiàn)上述目的. NSK的NSJ2鋼[19]和KOYO的SH技術(shù)[20]是基于這一理論開發(fā)的.另一種特殊類型的熱處理是使用高韌性滲碳鋼,碳含量高(0.4%),并進(jìn)行特殊滲碳或碳氮共滲熱處理.首先,調(diào)整滲碳鋼的成分:增加基體碳含量,在保證韌性的同時(shí)提高基體強(qiáng)度,增加Si和Mn含量,提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性,并添加Mo.細(xì)化碳化物.碳氮化物.第二是嚴(yán)格控制滲碳或碳氮共滲工藝,以便在加工零件后,在表面上獲得更多的殘余奧氏體(約30%至35%)和大量的細(xì)碳化物和碳氮化物.一方面,大量的細(xì)碳化物和碳氮化物可以保證表面的硬度和耐磨性,使壓痕難以形成;另一方面,即使形成壓痕,更穩(wěn)定的殘余奧氏體也會(huì)降低邊緣效應(yīng).防止疲勞源的形成和擴(kuò)展.基于這一理論,NSK和KOYO分別開發(fā)了TF系列技術(shù)(HTF,STF,NTF)和KE技術(shù),大大提高了受污染潤滑條件下軸承的使用壽命.例如,NSK使用HTF技術(shù)生產(chǎn)的圓錐滾子軸承在污染潤滑條件下的疲勞壽命是普通軸承的10倍[21]. NSK等公司在各種新開發(fā)的軸承產(chǎn)品中使用特殊的熱處理技術(shù).

    近年來,洛陽軸承研究所與有關(guān)單位合作開展高碳鉻軸承鋼特殊熱處理工藝的研究,并對(duì)中碳合金鋼的特殊熱處理工藝進(jìn)行了研究.初步結(jié)果表明,通過特殊熱處理可以顯著地實(shí)現(xiàn)接觸疲勞壽命.該工藝在軸承行業(yè)具有重要的推廣價(jià)值,將成為中國軸承行業(yè)研究和應(yīng)用的熱門技術(shù).

    5.表面改性技術(shù)

    5.1離子注入

    自1979年以來,美國海軍實(shí)驗(yàn)室對(duì)軸承零件的離子注入進(jìn)行了研究,自1989年以來,英國,丹麥和葡萄牙等國家的工作方式與美國海軍實(shí)驗(yàn)室的工作方式類似.結(jié)果表明注入鉻離子可以顯著提高M(jìn)50鋼的耐腐蝕性,并提高了接觸疲勞性能.另外,添加硼離子以改善儀器軸承的耐磨性;氮等離子體源離子應(yīng)用于軸承鋼52100.注入(PSII)后,在表面上形成一層薄薄的氮化物,以提高軸承鋼的耐腐蝕性,并用昂貴的不銹鋼代替. SUS440C不銹鋼滾珠軸承上的氮硼離子注入可以減少滾珠軸承的微振動(dòng).軸承的磨損和粉塵排放.此外,(Ti + N)或(Ta + N)等離子體浸沒離子注入(PSIII)在不銹鋼上可以顯著提高其顯微硬度,耐磨性和壽命.

    自20世紀(jì)80年代以來,中國軸承行業(yè)已在軸承上應(yīng)用離子注入,并已成功應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,取得了良好的效果.

    5.2表面涂層表面涂覆技術(shù)包括:物理氣相沉積(PVD),化學(xué)氣相沉積(CVD),射頻濺射(RF),離子噴涂(PSC),化學(xué)鍍等.與CVD相比,PVD在加工過程中具有低溫,并且在電鍍之后不需要進(jìn)行熱處理.它廣泛用于軸承零件的表面處理. 100Cr6和440C等鋼軸承部件可以提高TiC,TiN,TiAlN硬膜或MoS2型軟膜的PVD,CVD或RF鍍層后軸承部件的耐磨性,接觸疲勞性和表面摩擦系數(shù).

    近年來,SKF開發(fā)了兩種涂層技術(shù):一種是使用PVD涂覆軸承套圈表面,另一種是使用具有極高硬度的金剛石(Diamond-Like Carbon,DLC)涂層.表面硬度高于硬化軸承鋼. 40%~80%,摩擦系數(shù)與PTFE或MoS2相似,具有自潤滑性能,與基體粘接性好,無剝離,軸承壽命和耐磨性大大提高,仍能正常工作在減油的情況下.它被稱為"無磨損軸承";二是利用PSC在軸承外圈的外圓周上噴一層100μm厚的氧化鋁,使軸承絕緣能力達(dá)到1000V,通過增加氧化鋁的厚度使軸承具有更高的絕緣性.能力.涂覆的氧化鋁牢固地粘合到基底上并改善軸承的耐腐蝕性.后電鍍軸承(INSOCOATTM軸承)可以像普通軸承一樣安裝.

    六,結(jié)論

    在國內(nèi)外軸承熱處理技術(shù)的發(fā)展過程中,中國軸承行業(yè)與國外發(fā)達(dá)國家的熱處理技術(shù)之間仍存在較大差距,嚴(yán)重制約了我國軸承的質(zhì)量,尤其是提高了壽命和可靠性.整個(gè)軸承行業(yè)應(yīng)重視熱處理基礎(chǔ)理論和新技術(shù)的研究,大力推動(dòng)研究成果在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用,盡快提高我國的??熱處理水平.

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