轴承零件表面淬火工艺探索

李 欣，李晓峰

（1.哈尔滨轴承集团公司 制造技术部，黑龙江 哈尔滨150036; 2.哈尔滨市第二锅炉厂,黑龙江 哈尔滨 150056）

轴承零件表面淬火工艺探索

李 欣1，李晓峰2

（1.哈尔滨轴承集团公司 制造技术部，黑龙江 哈尔滨150036; 2.哈尔滨市第二锅炉厂,黑龙江 哈尔滨 150056）

对轴承零件表面淬火工艺进行了初步介绍，讨论了感应加热表面淬火工艺中加热功率对淬火组织和淬硬层深度的影响及操作要点与注意事项，供相关人员参考。

轴承零件；感应加热表面淬火；加热功率；淬火组织；淬硬层深度

1 前言

表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能,被广泛用于既要求表层具有高的耐磨性、抗疲劳强度和较大的冲击载荷，又要求整体具有良好的塑性和韧性的零件，例如风电轴承套圈。

通过不同的热源对工件进行快速加热，当零件表层温度达到临界点以上（此时工件心部温度处于临界点以下）时迅速予以冷却，使工件表层得到了淬硬组织而心部仍保持原来的组织。为了达到只加热工件表层的目的，要求所用热源具有较高的能量密度。根据加热方法不同，表面淬火可分为感应加热（高频、中频、工频）表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束表面淬火等，目前行业内应用较为广泛的主要是感应加热方法。

本文就影响表面感应加热淬火质量的零件组织、淬硬层深度等因素及应注意的问题进行讨论。

2 加热功率的影响

选取某型号轴承外套，材质GCr15，进行表面感应加热淬火试验，通过调整淬火功率改变淬硬层深度，淬火功率分别为220kW、160kW、140kW,加热时间相同。

套圈在感应淬火后立即进行 165℃×3h的低温回火，在套圈上沿直径方向切取试样 ，经镶嵌 、水磨抛光后用 FM-700型全自动显微硬度计在横截面上沿深度方向进行硬度测试，载荷为 9.8 N。依据 GB／T 5617—2005标准，极限硬度定义为：零件表面所要求的最低硬度（HV）的0.8倍，如下式所示，HVHL=0.8×HVMS，式中：HVHL—极限硬度，HVMS—零件表面所要求最低硬度值，淬硬层为表面至极限硬度点间的距离。试样经4%硝酸酒精溶液腐蚀后用 Olympus BHM 型光学显微镜观察显微组织。用 FM-700全自动显微硬度计进行不同微区组织显微硬度测试 。表面淬硬层马氏体组织见图1，淬硬层深度见表1。

图1 表面淬硬层马氏体组织

表1 淬硬层深度

随着功率的增大，淬硬层深度增大，感应淬火表层组织的原奥氏体晶粒度降低，而马氏体级别提高,说明随着功率的增大，在淬硬层深度增加的同时表层组织有逐渐粗化的趋势，因为当加热时间不变而增大加热功率时，功速比会增加，这意味着试样表层的加热温度升高，珠光体在发生奥氏体转变后晶粒会进一步长大，因此淬火组织会发生粗化 ；同时随着套圈表层温度升高，使热量能够传递到更深层，因此淬火后淬硬层深度也增加了。

3 表面感应淬火常见质量问题及注意事项

3.1 表面感应淬火常见质量问题

3.1.1 开裂

加热温度过高、温度不均匀；冷却过急且不均匀；淬火介质及温度选择不当；回火不及时且回火不足，材料淬透性偏高，成分偏析，有缺陷，含过量夹杂物。

3.1.2 淬硬层过深或过浅

加热功率过大或过小；电源频率过低或过高；加热时间过长或过短；材料淬透性过低或过高；淬火介质温度、压力、成分不当。

3.1.3 表面硬度过高或过低

材料碳含量偏高或偏低，表面脱碳，加热温度低；回火温度或保温时间不当；淬火介质成分、压力、温度不当。

3.1.4 表面硬度不均

感应器结构不合理；加热不均；冷却不均；材料带状组织偏析，局部脱碳。

3.1.5 表面融化

感应器结构不合理；零件有尖角、孔、槽；加热时间过长；材料表面有裂纹缺陷。

3.2 表面感应淬火注意事项

（1）如果一台设备加热多种规格的轴承零件，可用两个以上的频率分别对应满足。不同直径的套圈，一般应按直径较小且批量较大的套圈来选择频率。这样所有的套圈电效率不会受到影响。对于直径较大的套圈可能超出合理的频率范围( 频率偏高) ，但可以通过增加加热时间进行调整。频率选择偏低，会造成电效率下降，如果低于电效率极限值的5% 就不可取。

（2）感应器居里温度以下区段，采用较低的频率加热，居里温度以上区段采用较高的频率加热。

（3）感应加热属于快速加热，加热速度对相变温度、相变动力学和形成的组织都有很大影响。

（a）其临界点随加热速度的增大而增高。铁素体-碳化物组织越粗大，临界点上升也越快。

（b）加热速度对相变动力学的影响。在一般等温加热的条件下，珠光体向奥氏体转变的速度随等温温度的提高而加快。

（c）加热速度对淬火钢组织的影响。在快速加热的条件下，珠光体中的铁素体全部转变为奥氏体后，仍会残留部分碳化物。即使这些碳化物全部溶解，奥氏体也不一定会完全均匀化，淬火后将得到碳含量不等的马氏体。提高加热温度可以减轻或消除这种现象，但温度过高又将导致奥氏体晶粒粗大。当材料原始组织一定时，加热温度应根据加热速度选定。

（4）加热速度对表面淬火件硬度的影响。感应加热表面淬火时，在一定的加热速度下可在某一相应的温度下获得最高的硬度。提高加热速度，这一温度向高温推移。

（5）表面淬火件的耐磨性。 采用高频表面淬火的轴承零件的耐磨性比普通淬火高得多。

（6）原始组织对快速加热相变的影响。 钢的原始组织不仅对相变 速度起着决定性的作用，而且还会显著影响淬火后的组织和性能。原始组织越细，两相接触面积越大，奥氏体形核位置越多，碳原子扩散路程越短，越会加速相变。

4 轴承套圈感应加热表面淬火操作要点

（1）待处理轴承零件表面应无裂纹、伤痕、黑皮、毛刺、油污和脱碳层等。

（2）设计制造或选用感应器、喷水器时，其结构形状和尺寸应满足工艺要求。

（3）正确选择电参数，使设备处于最佳工作状态。

5 结束语

轴承套圈的感应加热热处理有加热速度快、生产效率高、节能、产品质量高、提高轴承耐磨性、变形小、清洁无污染等优点。表面淬火加热功率及加热时间的选择极为重要，直接影响到产品质量，因此在正式生产中，应进行大量的试验，以确定合理的热处理工艺参数。

（编辑：林小江）

Exploration on surface hardening process of bearing parts

Li Xin1,Li Xiaofeng2
(1.Manufacturing Technology Department,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China;2.Harbin Second Boiler Factory,Harbin 150056,China)

The surface hardening technology of bearing parts is introduced initially. The effect of heating power on the quenching microstructure and depth of hardening layer in induction heating surface quenching process and considerations are discussed, for relevant personnel reference.

bearing parts; induction heating surface quenching; heating power; quenching structure; quenching layer depth

TG162.71

B

1672-4852（2015）04-0020-02

2015-10-15.

李 欣（1981-），男，工程师.