淬火方式對(duì)薄壁軸承套圈變形的影響
2019-05-26 摘 要：對(duì)型號(hào)為71868/01的薄壁軸承套圈分別進(jìn)行鹽浴淬火、分級(jí)淬火油淬火和旋轉(zhuǎn)式淬火機(jī)油淬火。研究了不同淬火方式下薄壁軸承套圈的橢圓變形和翹曲變形規(guī)律，分析了不同淬火方式因淬火介質(zhì)和冷卻機(jī)制不同對(duì)套圈橢圓變形和翹曲變形的影響。結(jié)果表明：鹽浴淬火可以減少橢圓變形，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致薄壁軸承套圈翹曲變形的增加;分級(jí)淬火油淬火可以減少翹曲變形，但橢圓變形顯著增多。旋轉(zhuǎn)式淬火機(jī)油淬火提高了淬火的均勻性，可以有效減少套圈的橢圓變形和翹曲變形，減少整變形的難度和工作量，提高產(chǎn)品的合格率。
關(guān)鍵詞：薄壁軸承套圈；淬火方式；橢圓變形；翹曲變形
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，軸承的工作環(huán)境越來越復(fù)雜，對(duì)軸承的性能提出了更高的要求。軸承套圈淬火導(dǎo)致的變形問題一直得不到很好的解決，既嚴(yán)重影響軸承質(zhì)量，又大大增加了整變形的工作量。為了確保淬火套圈尺寸，必須加大留磨量。雖然一定程度上提高了淬火套圈的合格率，但增加了磨削工作量，也增加了材料的損耗。
影響套圈變形的因素較多，套圈在淬火過程中受到熱脹冷縮應(yīng)力、車削應(yīng)力釋放、套圈自重、冷卻介質(zhì)流動(dòng)沖擊、組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力等因素的影響，套圈不可避免地會(huì)產(chǎn)生變形[1-3]。根據(jù)套圈外觀形貌，變形可分為：脹縮變形、橢圓變形、翹曲變形及錐度變形。其中不同變形之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，控制其中一種變形，有可能帶來另一種變形。此外，薄壁套圈的剛度比較差，因此在冷卻過程中極易發(fā)生變形[4-6]。
本文通過不同淬火方式對(duì)薄壁軸承套圈產(chǎn)生的橢圓變形和翹曲變形的影響進(jìn)行分析，找出規(guī)律，以期為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
1 試驗(yàn)方法
采取3種淬火方式對(duì)71868/01薄壁軸承套圈進(jìn)行淬火試驗(yàn)，該套圈淬火后要求橢圓變形及翹曲變形量均控制在≤0.7 mm，變形量>0.7 mm即為不合格，統(tǒng)計(jì)變形測(cè)量結(jié)果，分析變形原因。
鹽浴淬火試驗(yàn)加熱設(shè)備為箱式可控氣氛鹽淬多用爐。熱處理工藝為：830 ℃保溫30 min170 ℃熔融鹽淬火15 min風(fēng)冷至室溫清洗。擺放方式為平鋪，摞放1層，裝爐量72件。
分級(jí)淬火試驗(yàn)加熱設(shè)備為箱式可控氣氛油淬多用爐[7-9]。熱處理工藝為：830 ℃保溫30 min80 ℃分級(jí)淬火油淬火15 min直接整變形。擺放方式為平鋪，摞放1層，裝爐量72件。
旋轉(zhuǎn)式淬火機(jī)油淬火試驗(yàn)加熱設(shè)備為箱式高溫爐。熱處理工藝為：830 ℃保溫30 min旋轉(zhuǎn)式淬火機(jī)油淬火（每2件淬火1 min）直接整變形。擺放方式為平鋪，摞放1層，裝爐量72件。
2 試驗(yàn)結(jié)果
2.1 鹽浴淬火
表1為薄壁軸承套圈鹽浴淬火后的變形情況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。從表1中可以看出，橢圓變形不合格套圈數(shù)量23件，翹曲變形不合格套圈數(shù)量45件。其中，橢圓變形和翹曲變形同時(shí)不合格套圈數(shù)量14件，淬火變形1次合格套圈數(shù)量18件，合格率僅為25%。根據(jù)測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，套圈翹曲變形不合格的數(shù)量遠(yuǎn)多于橢圓變形不合格的數(shù)量。這是因?yàn)辂}液流動(dòng)性較好，從而套圈淬火均勻性較好，使得套圈橢圓變形程度減小。但由于套圈的高度/直徑比小，加熱過程中受到其自重引起的下垂和應(yīng)力引起的變形影響較大[10-11]，且冷卻過程中鹽液產(chǎn)生的浮力較大，淬火時(shí)高溫狀態(tài)下的套圈較軟，套圈水平方向入鹽淬火時(shí)，端面受到鹽液的沖擊力較大。上述各種因素綜合作用下產(chǎn)生較多的翹曲變形。
薄壁軸承套圈的橢圓變形和翹曲變形同時(shí)不合格的情況有兩種：一種是由于翹曲變形引起的套圈外部輪廓發(fā)生變化從而引起橢圓變形，這類變形相對(duì)容易整變形，利用壓平法修整翹曲變形時(shí)，橢圓變形也會(huì)得到修整;另一種是經(jīng)壓平法修整翹曲變形后的套圈還存在不合格的橢圓變形，這類變形極難修整，修整橢圓變形往往會(huì)帶來翹曲變形的反彈，反之亦然。經(jīng)后續(xù)整變形后，合格數(shù)量為66件，另有6件因無法整變形而報(bào)廢。
2.2 分級(jí)淬火油淬火
圖1為薄壁軸承套圈經(jīng)分級(jí)淬火油淬火后統(tǒng)計(jì)的變形情況。橢圓變形不合格套圈數(shù)量39件，翹曲變形不合格套圈數(shù)量34件。其中，橢圓變形和翹曲變形同時(shí)不合格套圈數(shù)量17件，變形1次合格套圈數(shù)量16件，合格率僅為22.2%。根據(jù)測(cè)量結(jié)果顯示，相比鹽浴淬火，分級(jí)淬火油淬火的套圈翹曲變形不合格數(shù)量有所減少，但橢圓變形不合格數(shù)量增多。這是因?yàn)?，分?jí)淬火油淬火時(shí)有1個(gè)蒸汽膜階段，且高溫下淬火油的流動(dòng)性較差，造成冷卻不均，導(dǎo)致橢圓變形增大。在相同的加熱條件下，由于鹽浴淬火的鹽液和淬火油密度相差很大，鹽液浮力比淬火油的浮力大1倍還多，套圈水平方向入油淬火時(shí)，端面受到較小的沖擊力，導(dǎo)致翹曲變形量有所減少[12-16]。同時(shí)，分級(jí)淬火油淬火比鹽浴淬火有明顯的優(yōu)勢(shì)：淬火后可利用工件余熱進(jìn)行整變形，大大降低了整變形的難度。經(jīng)后續(xù)整變形后，合格套圈數(shù)量為69件，另有3件無法整變形而報(bào)廢。
圖1 薄壁軸承套圈經(jīng)分級(jí)淬火油淬火后變形情況
2.3 旋轉(zhuǎn)式淬火機(jī)油淬火
表2為薄壁軸承套圈經(jīng)旋轉(zhuǎn)式淬火機(jī)油淬火后的變形情況。從表2中可以看出，橢圓變形不合格套圈數(shù)量11件，翹曲變形不合格套圈數(shù)量18件。其中，橢圓變形和翹曲變形同時(shí)不合格套圈數(shù)量11件，變形1次合格套圈數(shù)量54件，合格率達(dá)75%。
經(jīng)過對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，與鹽浴淬火和分級(jí)淬火油淬火相比，采用旋轉(zhuǎn)淬火機(jī)油淬火的套圈橢圓變形和翹曲變形均得到較好的控制。這是因?yàn)?，旋轉(zhuǎn)淬火機(jī)油淬火時(shí)，套圈垂直方向入油，端面不會(huì)受到來自淬火油的沖擊力，從而減少了一部分翹曲變形[17-18]；另外套圈入油后一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，加速了蒸汽膜的破裂;同時(shí)，旋轉(zhuǎn)淬火機(jī)帶動(dòng)套圈轉(zhuǎn)動(dòng)，變相加快了淬火油的流動(dòng)性，使得冷卻均勻性大大提高。變形不合格的套圈淬火后利用工件余熱，采用壓平法修整翹曲變形后，變形合格套圈數(shù)量72件，合格率達(dá)到99%。因此，該組試驗(yàn)中橢圓變形不合格的11件套圈均為翹曲變形引起的，極大程度上減少了整變形的工作量，提高了套圈的合格率。
3 結(jié)論
（1）鹽液相對(duì)分級(jí)淬火油而言，在淬火時(shí)沒有蒸汽膜階段，且具有較好的流動(dòng)性，淬火均勻性得到改善，大大減少了橢圓變形的產(chǎn)生。在相同的加熱條件下，鹽浴淬火過程中，鹽液浮力對(duì)套圈端面產(chǎn)生較大的沖擊力，導(dǎo)致套圈翹曲變形數(shù)量增加。
（2）旋轉(zhuǎn)式淬火機(jī)油淬火時(shí)，套圈垂直入油淬火，不會(huì)受到來自端面的沖擊力，從而有效地減少了部分翹曲變形。由于套圈入油后一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，加速了蒸汽膜的破裂。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)淬火機(jī)帶動(dòng)套圈轉(zhuǎn)動(dòng)，變相加快了淬火油的流動(dòng)性，使得冷卻均勻性大幅度提高，顯著減少了橢圓變形，大大降低了整變形的工作量。
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來源：《有色金屬材料與工程》2018年3期
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