轴承材料及其热处理工艺、装备的现状及发展趋势

　　引　言
　　轴承是支承转轴或其他旋转件的零件，引导旋转运动，并承受传递给支架的负荷。由于轴承受力非常复杂，服役条件恶劣，因此，对其性能要求非常高，而轴承用材料、热处理工艺及其使用设备是影响其性能的Z主要因素。本文分析了轴承用材料及其热处理工艺、装备的现状及发展趋势。
　　1　轴承用材料、热处理工艺及其装备的现状
　　1.1 轴承用材料的现状
　　1.1.1 轴承钢材概述
　　轴承钢主要用于制造滚动轴承的滚动体和套圈。由于轴承应具备长寿命、高精度、低发热量、高速性、高刚性、低噪音、高耐磨性等特性，因此，要求轴承钢应具备：高硬度、均匀硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度、必须的韧性、一定的淬透性、在大气的润滑剂中的耐腐蚀性能。为了达到上述性能要求，对轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物含量和类型、碳化物粒度和分布、脱碳等要求非常严格。轴承钢总体上向高质量、高性能和多品种方向发展。轴承用钢按特性及应用环境划分为：高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高温轴承钢、不锈轴承钢及专用的特种轴承材料。
　　轴承用材料质量的优劣对轴承产品的加工质量、使用寿命和可靠性的优劣起着至关重要的作用。目前，随着我国轴承工业的迅猛发展，轴承产品无论与国内主机生产企业配套的数量使轴承钢的需求量也以较大的比例递增，据不完全统计，2001年我国轴承钢的需求量达到100万吨（包括高碳铬轴承钢，渗碳轴承钢、不锈轴承钢及特种轴承钢），其中：高碳铬轴承钢每年用量约93万吨，渗碳轴承钢用量约5万吨，不锈轴承钢、碳钢及特种轴承钢约2万吨。另外，在每年的高碳铬轴承钢的用量中，大型轴承用钢（钢材棒料直径大于100mm）约占20％，即18-20万吨，中小型轴承用钢（热轧不退火钢材直径20-90mm）约占65％，即60万吨，滚动体用料（包括热轧退火、冷拔轴承钢材直径小于20mm）约占25％，即23万吨。
　　二十多年来，经过我国冶金行业和轴承行业的共同努力，使我国轴承钢材的质量有了明显的提高。近几年来，随着《高碳铬轴承钢》国家标准的制定和实施，加上许多特殊钢企业引进国外的先进工艺及设备，使我国轴承钢的冶炼水平，冶金质量上了一个新台阶，在一些技术和质量指标方面达到或接近先进水平。例如，大多数国家重点特殊钢企业生产的轴承钢的氧含量都能满足新国家标准的要求。模铸轴承钢的氧含量已控制在9-13PPm范围内，连铸轴承钢的氧含量已控制在7-10PPm范围内。由此可见，我国重点特殊钢企业生产的轴承钢中的氧含量已接近先进水平。但是我国轴承生产的整体质量水平和稳定性尚与国外先进水平存在较大的差距。
　　1.1.2 我国轴承钢材料存在的主要问题：
　　（1）冶金行业和轴承行业之间缺乏紧密合作
　　不断提高轴承的加工质量、使用性能及寿命和可靠性是世界各国轴承行业持之以恒的追求。
　　轴承产品质量全方位的提高，要求轴承钢材料质量也要不断提高。因此轴承行业与冶金行业的奋斗目标是一致的。只有轴承行业的不断发展，轴承钢的需求才能不断扩大，冶金行业才能得到不断发展，只有冶金行业技术水平的不断进步，轴承钢材料质量得以不断地提高，才能从根本上保证轴承产品质量的不断提高和轴承行业的健康发展。由此可见，两行业之间的关系应该是建立在同舟共济，共同发展基础之上的。
　　（2）观念陈旧、危机意识淡薄，难以适应市场经济发展的要求
　　随着我国加入世贸组织，对我国的轴承钢生产企业而言面临着更大的挑战。由于轴承的特点，对轴承钢的质量要求是在所有钢种中要求Z严的一种，轴承钢的冶炼技术和质量水平标志着一个国家的冶金水平，无论是轴承钢的冶炼技术还是其质量水平与先进水平相比都存在很大的差距，就价格与性能比而言，我国仍处劣势。因此轴承钢生产企业应根据轴承行业发展的新形势、新要求，转变观念，不能满足现状，应充分认识到所面临的严峻形势。
　　（3）各大特殊钢生产企业生产的轴承钢材料冶金质量水平不均衡
　　中、小型轴承钢生产企业缺乏对轴承钢材料复检、材料标准规定的认识，并且缺乏必要的检测仪器和检验人员，致使大量不合格的轴承钢材料进入市场。
　　（4）大型钢厂冶金质量不稳定
　　国外轴承钢生产企业主要依靠控制轴承钢生产过程中的工艺参数和工艺过程来达到控制其质量的目的，而我国企业是靠后续检验来判定生产的材料是否合格，而且不同批次或炉号的产品在质量方面差异较大。
　　（5）效益与质量的关系和内部质量管理有待进一步加强
　　尽管我国轴承钢质量有所提高，但过去很少出现的非金属夹渣、缩孔、非金属夹杂物等质量问题却经常出现，这些质量问题的大量出现是钢厂盲目追求成材率、简化和缩短正常的工艺流程、放松生产过程中的质量控制和出厂前质量检验与把关等环节的管理等原因所致。
　　（6）标准规定的理解和把握不一致
　　供需双方对如何进行复验取样、非金属夹杂物如何复验、大颗粒点状夹杂物如何评级等问题的理解和把握不一致。
　　（7）对非金属夹杂物、碳化物的颗粒大小及分布状态缺乏深入研究
　　尽管经采用真空脱气冶炼方法，使钢中氧含量大幅降低，但在非金属夹杂物、碳化物颗粒尺寸大小、分布状态等方面缺乏研究。轴承钢中氧含量的多少对钢中非金属夹杂物的数量起着决定性的作用，其含量的降低对提高轴承产品的使用寿命起着很大的作用，但对提高轴承产品的可靠性方面只有一定的影响。钢材的结晶组织、非金属夹杂物和碳化物的颗粒大小及分布状态是目前影响我国轴承产品使用寿命和可靠性的主要因素，只有在这方面有所突破，我国轴承钢的质量和轴承产品的质量才能真正迈上一个新的台阶。
　　（8）表面质量有待进一步提高
　　我国轴承钢材料的表面质量问题一直是轴承行业反映比较突出的，因为其直接影响到轴承材料的利用率，是一个比较直观、容易发现、无法扯皮和推托责任的问题。但是，长期以来一直与国外相比存在着明显的差距。
　　目前，Z令轴承行业头疼的表面质量问题是线材，这是由于线材多数是由民营或个体企业生产，由于这些企业生产规模较小、管理较差、缺乏必要的质量意识，导致生产的线材表面质量问题比较严重。
　　1.2 轴承热处理工艺现状
　　长期以来，轴承热处理采用马氏体淬回火工艺，“七五”、“八五”期间，轴承行业对GCr15、GCr18Mo贝氏体淬火工艺及性能进行了系统的研究，从九十年代初开始逐步在轧机、机床、客车轴承上推广应用。另外GCr15马氏体应力淬火、离子注入、表面涂覆等技术也得到了长足发展和应用，但仍存在一些不足。
　　1.2.1 可控气氛覆盖面仍然很低
　　国外工业发达国家的轴承热处理，从六十年代开始就普及了可控气氛，而我国到目前为止轴承热处理可控气氛覆盖面约30％，仍有约70％的产品热处理在氧化气氛中加热。
　　1.2.2 对淬火冷却技术重视不够
　　长期以来对淬火冷却技术不够重视。如模压淬火技术，日本NTN公司对直径120mm以上套圈全部采用模压淬火，小于上述尺寸的套圈100％自动进行变形测量分选。这不仅充分发挥保护了气氛淬火的优越性，而且大大地提高了磨加工效率，对产品质量的提高有着重要作用。而国内只有少数几家企业引进或自制了淬火压床。
　　1.2.3 感应淬火技术停滞不前
　　感应淬火具有加热快、工件表面氧化脱碳少、节约能源、环境污染较轻、占地少、易于连线生产，且有益于轴承寿命的提高，工业发达国家已普遍采用，而我国只有少数企业使用了该技术。
　　1.3 热处理装备现状
　　1.3.1 国内热处理装备现状
　　我国轴承行业热处理装备具有以下特点：
　　（1）先进与落后并存。由于资金及观念的原因，在我国轴承行业热处理装备中，先进的设备仅占40％，整体水平远远落后于日本、德国、瑞典等国家。
　　（2）退火设备很少采用保护气氛，相当多的企业仍使用台车式、箱式炉、甚至燃煤炉，造成材料的浪费，降低后序加工劳动生产率，严重污染环境。
　　（3）热处理淬火或自动生产线缺少炉内气氛检测及控制系统、二次冷却装置，套圈变形依靠人工检测。
　　（4）保护气氛选用滴注式气氛为主，少数企业选用氮基气氛，生产成本高，环境污染严重。
　　（5）热效率低，能耗高。
　　1.3.2 国外轴承热处理装备现状
　　1.3.2.1.退火装置
　　自60年代中期以来，由于采用新的锻造方法，锻坯精度得以提高。工业发达国家已普遍采用可控气氛等温球化退火，退火时间大大缩短，生产率显著提高，其所用设备也向连续化、大型化方向发展，机械化自动化程度不断提高，如日本、瑞典、德国等国家的企业都采用效率很高的辊底式连续等温退火炉，带有前、后室，加热和冷却均通过可控气氛，俄罗斯多采用推杆式退火炉，同时也有可控气氛。此外，感应加热快速球化退火以及超声波球化退火工艺也用于轴承毛坯的退火。
　　1.3.2.2 轴承零件的淬、回火处理
　　工业发达国家轴承零件的淬、回火，除一些单件大型轴承外，已全部采用可控气氛加热，所处理的轴承零件氧化、脱碳层，降到0.03mm以下，表面光洁均匀，消除了过大的加工留量，节约原材料，轴承零件的耐磨性和疲劳寿命也有所提高。
　　1.3.2.3 渗碳轴承钢的化学热处理
　　无论是西欧、美国、俄罗斯还是日本大批量生产的中小型轴承套圈，大部分在推杆式气体渗碳炉生产线上渗碳。个别企业采用真空渗碳炉和无马弗网带炉渗碳，某些C-N共渗的套圈也有在震底炉和网带炉生产线上处理的。对于易变形的套圈还采用多工位自动淬火压床压淬，批量小的采用井式气体渗碳炉或多用炉渗碳，大型及特大型轴承套圈在大型井式气体渗碳炉中渗碳。不管是连续式渗碳炉还是周期式渗碳炉，碳势和温度均采用微机加PID调节控制。
　　1.3.2.4 感应加热
　　由于感应加热的一些优点，俄罗斯及德国一些公司采用感应加热来处理Ø12.7-44.24mm的钢球，15-21mm滚子和Ø15mm以下的套圈。日本NTN株式会社的某些套圈采用中频感应快速加热，然后进入输送带炉中保温，加热时间短，可控气氛消耗量少。
　　2　轴承材料、热处理工艺及设备发展趋势
　　2.1 轴承用材料发展趋势
　　2.1.1 提高材料的表面质量
　　材料表面质量较差一直是比较突出的问题。除生产工艺、装备与技术方面的原因外，主要是质量管理和质量意识的问题，国外生产的轴承钢材料表面质量之所以那么好，是因为在轧钢生产过程中每根材料都要经过磁粉、涡流及超声等多道工序的检验，决不允许有裂纹的材料出厂。
　　2.1.2 改善非金属夹杂物和碳化物的形态及分布的均匀性
　　2.1.2.1 改善非金属夹杂物的数量、形态及分布
　　减少非金属夹杂物的数量，改善夹杂物的构成及分布状况。细小、弥散、均匀分布的非金属夹杂物是轴承产品所需要的Z佳组织状态，是轴承高精度、高使用寿命和高可靠性的根本保证。
　　钢中非金属夹杂物的数量与钢中含氧量有关，我国大部分大型特殊钢生产企业生产的轴承钢中的氧含量指标基本上都能控制在国家标准规定的范围之内。但是，我们不是靠工艺来保证，而是靠检测结果来确定，导致工艺重现性差，同样的生产工艺生产出来的钢的氧含量有较大的差别，有时相差5ppm以上。应通过稳定工艺来保证氧含量的进一步降低。
　　众所周知，非金属夹杂物对轴承的使用寿命和可靠性有着直接的影响，尤其是脆性夹杂物，其颗粒越大，越不规则，加上轴承高速运转时承受高的交变应力作用，在这些夹杂物处容易产生很大的应力集中而形成疲劳源，导致轴承早期失效而报废。细小、弥散、均匀分布的脆性夹杂物，即使数量较多，在每一个夹杂物处产生的应力集中较小，则轴承的使用寿命和可靠性较高。
　　2.1.2.2 提高工艺水平，改善碳化物的分布状况
　　钢中碳化物的颗粒大小及分布状态对钢的幅降低，夹杂物的减少，使钢中碳化物的颗粒大小和分布状态对轴承质量的影响显得越来越突出。除了要控制钢中的网状碳化物、带状碳化物的级别外，还应严格控制碳化物的颗粒尺寸。因为碳化物颗粒大小及分布的均匀性不仅影响轴承钢热处理后组织和硬度的均匀性，还将影响钢球的承受压碎负荷的能力。大颗粒碳化物不仅对轴承的加工精度造成一定的影响，还会导致轴承使用寿命和可靠性的降低。
　　2.1.3 轴承钢新技术与方向
　　2.1.3.1 冶炼工艺的改进
　　为适应高温、高速、高负荷、耐蚀、抗辐射的要求，需要研制一系列具有特殊性能的新型轴承钢。为了降低轴承钢的氧含量，发展了真空冶炼、电渣重熔、电子束重熔等轴承钢冶炼技术。而大批量轴承钢的冶炼由电弧炉熔炼，发展成各种类型初炼炉加炉外精炼。目前，采用容量大于60吨初炼炉+LF/VD或RH+连铸+连轧工艺生产轴承钢，以达到高质量、高效率、低能耗之目的。在轴承钢热处理工艺方面，由车底式炉、罩式炉发展成连续可控气氛退火炉热处理。目前，连续热处理炉型Z长为150m，加工生产轴承钢的球化组织稳定和均匀，脱碳层小，消耗能量低。
　　20世纪70年代以来，随着经济发展和工业技术进步，轴承的应用范围扩大，而贸易的发展，又推动了轴承钢标准化和新技术、新工艺及新装备的开发和应用，效率高、质量高、成本低的配套技术和工艺装备应运而生。日本和德国等均建成了高洁净度、高质量的轴承钢生产线，使钢的产量迅速增加，钢的质量和疲劳寿命大幅度提高。日本和瑞典生产的轴承钢的氧含量降到10ppm以下。80年代末期，日本山阳特钢公司的先进水平为5.4ppm，达到了真空重熔轴承钢的水平。
　　轴承的接触疲劳寿命对钢组织的均匀性非常敏感。提高洁净度（减少钢中的杂质元素和夹杂物含量），促使钢中的非金属夹杂物和碳化物细小均匀分布，可以提高轴承钢的接触疲劳寿命。轴承钢使用状态下的组织应是回火马氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒，这样的组织可以赋予轴承钢所需要的性能。高碳轴承钢中的主要合金元素有碳、铬、硅、锰、钒等。
　　2.1.3.2 轴承钢热处理工艺的改进
　　如何获得球化组织是轴承钢生产中的重要问题，控轧、控冷是先进轴承钢的重要生产工艺。通过控轧或轧后快冷消除了网状碳化物，获得合适的预备组织，可以缩短轴承钢球化退火时间，细化碳化物，提高疲劳寿命。近年来，俄罗斯和日本采用低温控轧（800℃-850℃以下），轧后采用空冷加短时间退火，或完全取消球化退火工艺，就可得到合格的轴承钢组织。轴承钢的650℃温加工也是新型技术。共析钢或高碳钢热加工前若具有细晶粒组织或在加工过程能形成细晶粒，则在（0.4-0.6）熔化温度范围内，在一定应变速率下，呈现出超塑性。美国海军研究院（NSP）对52100钢进行了650℃温加工试验表明，在650℃下真应变2.5不发生断裂。因此，有可能以650℃温加工来代替高温加工并与球化退火工艺结合起来，这对简化设备和工序、节约能源、提高质量具有重要意义。
　　热处理方面，在提高球化退火质量，获得细小、均匀、球形的碳化物以及缩短退火时间或取消球化退火工序的研究方面有了进展，即盘条生产采用两次组织退火，将拉拔后的720℃-730℃再结晶退火改为760℃的组织退火。这样可以得到硬度低、球化好、无网状碳化物的组织，关键要保证中间拉拔减面率≥14％。该工艺使热处理炉的效率提高25％-30％。连续式球化退火热处理技术是轴承钢热处理的发展方向。
　　2.1.3.3 新钢种的开发
　　各国都在研究和开发新型轴承钢扩大应用和代替传统的轴承钢。如快速渗碳轴承钢，通过改变化学成分来提高渗碳速度，其中碳含量由传统的0.08％-0.20％提高到0.45％左右，渗碳时间由7小时缩短到30分钟。开发了高频淬火轴承钢，用普通中碳钢或中碳锰、铬钢，通过高频加热淬火来代替普通轴承钢，既简化了生产工序又降低了成本，并提高了使用寿命。日本研制的GCr465、SCM465疲劳寿命比SUJ-2高2-4倍。由于在高温、腐蚀、润滑条件恶劣的环境下使用轴承愈来愈多，过去使用M50（Cr4Mo4V）、440C（9Cr18Mo）等轴承钢已不能满足使用要求，急需研制加工性能好、成本低、疲劳寿命长、能适合不同目的和用途的轴承用钢，如高温渗碳钢M50NiL、易加工不锈轴承钢50×18M以及陶瓷轴承材料等。
　　针对GCr15SiMn钢淬透性低的弱点，我国开发了高淬透性和淬硬性轴承钢GCr15SiMo，其淬硬性HRC≥60，淬透性J60≥25mm。GCr15SiMo的接触疲劳寿命L10和L50分别比GCr15SiMn提高73％和68％，在相同使用条件下，用GCr15SiMo钢制造的轴承的使用寿命是GCr15SiMn钢的两倍。近年来，我国还开发了节约能源、节约资源和抗冲击的GCr4轴承钢。与GCr15相比，GCr4的冲击值提高了66％-104％，断裂韧性提高了67％，接触疲劳寿命L10提高了12％。GCr4轴承钢采用高温加热—表面淬火热处理工艺。与全淬透的GCr15钢轴承相比，GCr4轴承的寿命明显提高，可用于重载高速列车轴承。
　　2.1.3.4 降低钢中含氧量
　　今后轴承钢主要向高洁净度和性能多样化两个方向发展。提高轴承钢的洁净度，特别是降低钢中的氧含量，可以明显延长轴承的寿命。研究表明，氧含量由28ppm降低到5ppm，疲劳寿命可以延长1个数量级。为了延长轴承钢的寿命，人们多年来一直致力于开发应用精炼技术来降低钢中的氧含量。通过不懈的努力，轴承钢中的Z低氧含量已从20世纪60年代的28ppm降低到90年代的5ppm。目前，我国可以将轴承钢中的Z低氧含量控制在10ppm左右。此外，轴承使用环境的变化要求轴承钢必须具备性能的多样化，如设备转速的提高，需要准高温用（200℃以下）轴承钢（通常采用在SUJ2钢的基础上提高Si含量、添加V和Nb的应用场合，需要开发不锈轴承钢；为了简化工艺，应该开发高频淬火轴承钢和短时渗碳轴承钢；为了满足航空航天的需要，应开发高温轴承钢。
　　2.2 轴承热处理工艺发展趋势
　　2.2.1 提高轴承零件表面残余压应力
　　轴承零件表面残余压应力的大小对轴承产品的使用寿命和可靠性有着很大的影响。目前我国大部分采用保护气氛的热处理生产线，缺乏碳势控制装置。在实际生产的过程中，炉内的气氛高于轴承钢中的表面含碳量，不允许零件的表面出现任何脱贫碳现象。在零件的表面达到能满足要求的一定深度的渗碳层或碳氮共渗层，由此不仅在零件的表面得到较大的残余压应力，而且大大地提高了轴承承受载荷的能力，使轴承寿命和可靠性得以有较大程度的提高。
　　2.2.2 热处理新工艺的研究及推广应用
　　2.2.2.1 贝氏体淬火
　　轴承钢贝氏体等温淬火工艺经过多年的研究已十分成熟，而且在铁路客车轴承、冶金轧机轴承等产品上已得到了应用。经贝氏体等温淬火的零件表面呈现较高的残余压应力，热处理变形小且有规律（比马氏体淬火的变形量少30％以上，而且零件的内、外径统一向外胀0.2-0.3％），组织易控制，硬度均匀性好，冲击韧性和断裂韧性比马氏体淬、回火组织高，不易产生磨削烧伤及磨削裂纹，耐磨粒磨损性能优异，适用于使用环境和条件较为恶劣的轴承。
　　贝氏体等温淬火处理的轴承由于冲击韧性好，表面为压应力，无论装配时内套开裂，还是使用过程中外套挡边掉块、内套碎裂倾向性大大减小，且可降低滚子的边缘应力集中。因此，经等温淬火后比常规淬火后平均寿命及可靠性得以提高。该工艺广泛应用于铁路轴承、轧机轴承以及在特殊工况下使用的轴承。该工艺与其他延寿措施相比，其工艺简单，成本低。近年来，我国开发了新钢种GCr18Mo贝氏体淬火专用钢，以推动贝氏体淬火在大尺寸轴承零件上的应用。鉴于该工艺的许多优点，建议在使用条件恶劣（大冲击载荷、润滑不良）或要求高可靠性的轴承中大力推广，并深入开展基础研究贝氏体处理后的耐磨性和疲劳寿命。
　　2.2.2.2 表面碳、氮共渗
　　洛阳轴承研究所曾于上个世纪80年代开展了轴承钢的马氏体应力淬火研究，通过对高碳铬轴承钢零件进行特殊的碳氮共渗后淬火，提高表面残余奥氏体的含量，改善表面应力状态，在不降低表面硬度的基础上提高表面残余奥氏体含量，以提高轴承在污染润滑条件下的疲劳寿命和可靠性。
　　2.2.3 表面改性技术
　　通过适当的表面处理改进表面性能，以满足特殊条件下对轴承的性能要求。如利用气相沉积技术在轴承滚道上涂覆金刚石镀层可达到减磨、耐磨的效果，大大提高轴承的磨损寿命和精度保持性能，可在家用电器轴承，计算机硬盘驱动器轴承中推广应用；利用热涂技术在轴承外圈柱面上涂覆氧化铝陶瓷材料，可提高轴承的电绝缘性能，防止电击伤，提高电机轴承的寿命及可靠性；在轴承零件表面渗硫或沉积MoS₂达到减磨润滑作用。
　　2.2.4 热处理设备及相关技术
　　2.2.4.1 气氛及控制
　　由于从采用保护气氛加热到精确控制碳势、氮势的可控气氛加热，热处理后零件的性能得到提高，热处理缺陷如脱碳、裂纹等大大减少。并结合热处理淬火变形的控制技术，减少热处理后的精加工流量，提高材料的利用率和机加工效率，同时改善精加工后轴承零件的表面状态，如表面的含碳量、组织、及应力状态等。
　　2.2.4.2 自动化及智能化
　　一方面是根据零件的使用要求、材料、结构尺寸，利用物理冶金知识及先进的计算机模拟和检测技术，优化工艺参数达到所需的性能或Z大限度地发挥材料的潜力；另一方面，是提高热处理的自动化程度和稳定性，充分保证优化工艺的稳定性。从而满足在不同使用条件下主机的性能要求，提高轴承的可靠性和寿命。
　　2.2.5 开展奥氏体的专项研究
　　奥氏体作为热处理的亚稳定相，轴承零件经热处理后都有一定量的残余奥氏体存在，其含量的大小与热处理淬火工艺、冷却方式、冷却介质等方面有较大的关系。残余奥氏体的存在对轴承有正反两方面的影响：一方面由于残余奥氏体是亚稳定相，由于时效作用将不断向马氏体这一稳定相进行转变，奥氏体与马氏体之间存在着较大的比容差，将导致轴承尺寸精度发生变化。另一方面，由于奥氏体自身的硬度很低，以一定的含量存在于马氏体之间，不仅可以减少在交变应力作用下产生的疲劳裂纹的扩展速率，释放裂纹尖角处的应力集中，而且还可以提高抗磨粒磨损的能力，大大提高轴承在存在污染条件下的使用寿命和可靠性。过去我国轴承行业只注意研究如何减少和控制热处理后残余奥氏体在轴承零件中的含量，提高轴承零件的尺寸稳定性。对如何利用残余奥氏体的优点，在不影响轴承零件尺寸稳定性的前提下来提高轴承的使用寿命和可靠性方面进行的研究甚少。
　　2.2.6 轴承零件变形及控制技术的研究
　　轴承零件热处理变形问题较为严重，为保证我国轴承使用寿命和可靠性的不断提高，减少变形是非常必要的。变形量的大小与热处理工艺装备、热处理时零件的摆放方式、冷却介质、冷却装置等因素有关。
　　马氏体淬火过程中，由于零件各个部位的冷却不均匀，不可避免地出现热应力和组织应力而导致零件的变形。淬、回火后零件的变形（包括尺寸变化和形状变化）受很多因素影响，是一个相当复杂的问题。如零件的形状与尺寸、原始组织的均匀性、淬火前的粗加工状态（车削时进刀量的大小、机加工的残余应力等）、淬火时的加热速度与温度、工件的摆放方式、入油方式、淬火介质的特性与循环方式、介质的温度等均影响零件的变形。应结合具体设备和产品对变形进行研究，提出控制变形的措施，如采用旋转淬火、压模淬火、控制零件的入油方式等措施减小热处理变形，提高加工效率和零件的性能。
　　马氏体淬火后零件的尺寸稳定性主要受三种不同转变的影响：碳从马氏体晶格中迁移形成碳化物、残余奥氏体分解和形成Fe₃C，三种转变相互叠加。50-120摄氏度之间，由于碳化物的沉淀析出，引起零件的体积缩小，一般零件在150摄氏度回火后已完成这一转变，其对零件以后使用过程中的尺寸稳定性的影响可以忽略，100-250摄氏度之间，残余奥氏体分解，转变为马氏体或贝氏体，将伴随着体积涨大，200摄氏度以上，碳化物向渗碳体转化，导致其体积缩小。研究也表明：残余奥氏体在外载作用下或较低的回火温度下（甚至在室温下）也发生分解，导致零件尺寸变化。因此，在实际使用中，所有的轴承零件的加热温度应高于使用温度50摄氏度，对尺寸稳定性要求较高的零件要尽量降低残余奥氏体的含量，以增加贮运和使用中的尺寸稳定性和精度寿命及可靠性。
　　2.3 热处理工艺装备发展趋势
　　轴承行业重点需求和急待开发的热处理装备如下：
　　（1）各种类型和规格的可控气氛热处理自动线。
　　（2）贝氏体等温淬火生产线。
　　（3）马氏体等温式分级淬火生产线，此装备在国外已得到普遍应用，可以在保证热处理质量的情况下减少变形。
　　（4）中频感应淬火、工频感应回火生产线和中频感应快速加热、电炉保温淬回火生产线，感应加热具有加热速度快、氧化脱碳少、组织细小及寿命高、能耗低、劳动生产率高等特点，特别适合大批量生产的轴承零件热处理。
　　（5）轴承零件变形自动分选装置，国外已普遍使用该装置对经热处理后的轴承零件进行100％的变形分选，以便在后序磨加工时可以根据零件的不同变形情况制定不同的磨削工艺，以保证磨削的质量，从而提高轴承的使用寿命和可靠性。

 

来源：《轴承技术》2004年第4期