轴承圈淬火脱碳和变形分析

　　摘　要：目的：分析并解决造成机械零件报废的两个重要原因——淬火变形和脱碳。方法：以轴承圈热处理过程中出现的问题为例进行变形和脱碳原因分析。结果：脱碳主要由于煤油的裂解效果差、淬火炉内产生的负压、淬火介质冷却能力的降低及操作者的淬火速度慢这四个因素造成的；变形主要与零件的摆放决定的冷却速度不同有关。结论：采用小贝力克箱式炉淬火加热，冷却用好富顿油，平装装炉，吸热式保护气氛很好地解决了淬火脱碳和变形问题。
　　关键词：轴承圈；变形；脱碳；淬火
　　产品的质量是企业实现经济效益的前提。轴承零件的热处理质量控制在整个机械行业是Z为严格的。轴承圈在实际生产中经常有部分零件在热处理过程发生脱碳，变形等问题，从而造成零件的报废。某汽车制造厂轴承圈产品的合格率仅为60%左右，这种情况给工厂带来很大的麻烦和巨大的经济损失。目前尚没有实用的系统方法来分析和解决工件淬火变形问题。下面就轴承圈热处理过程出现的淬火变形和脱碳问题进行分析，以解决轴承圈生产的质量问题。
　　1　轴承圈热处理出现的问题
　　轴承圈的结构如图1所示，其零件的特点是壁薄、空心，且中间有一个小孔。对其性能的要求是具有高硬度、高耐磨性。轴承圈所选用的材料为GCr15，热处理工艺是淬火加低温回火，硬度要求HRC61-65。在轴承圈的生产期间，根据现有的设备及淬火介质制定热处理工艺。淬火加热采用RJX-15箱式炉，淬火的加热温度为840℃，保温一个小时，淬火介质选用上海2#油，煤油作为保护气氛注入热处理炉内。淬火过程是由电机带动料筐进行搅拌。在实际操作中每炉装40只轴承圈，零件的装炉方式采用铁丝串装，每8个一串，一炉装5串。采用该热处理工艺的结果是部分零件发生脱碳、而且变形严重，造成零件报废。
　　2　轴承圈的脱碳和变形分析
　　造成零件报废的原因有两种情况：一是脱碳，二是变形超差。脱碳产生的原因有：，由于煤油作为保护气氛，在840℃下裂解的效果很差， 产生的活性碳原子很少，而且易生成大量的碳黑，所以造成零件的脱碳。第二，采用箱式炉加热，零件每次出炉时都要打开炉门，用钩子将零件挑出来。 每炉零件在操作过程中要开启五次炉门，而炉门口没有火帘装置，很容易使炉内形成负压，从而使空气进入炉内造成零件的脱碳。第三，采用的淬火介质是上海2#油，该淬火介质使用时间长，冷却能力也降低，致使工件局部冷却速度低于临界淬火速度而产生屈氏体转变，有可能造成部分轴承套圈淬火后局部硬度不合格。第四，零件出炉采用的是手工操作，这与操作者的淬火速度有一定的关系，操作速度慢了也会造成零件的硬度下降。
　　零件的变形进行分析。轴承圈的壁厚为12mm，属薄壁类零件，淬火容易产生变形，使零件的椭圆度超差而无法磨削成合格产品。零件的淬火变形，大多是与零件参与变形部位的冷却速度不同而造成的。Z初的生产工艺是用铁丝串装零件，零件加热时无规则摆放，淬火入油时也没有规则，从而导致零件变形没有规律可言。淬火介质的冷却能力低致使零件某个部位的淬火转变产物不同，不同的组织在淬火过程中必然使零件易产生变形。
　　3　问题的解决
　　根据零件的脱碳分析和生产厂的实际情况，选用小贝力克保护气氛箱式炉，保护气氛采用吸热式保护气氛，即丙烷加空气混合裂解产生活性碳原子。炉体为双炉门结构，分前后两室，可保证炉膛的密封性很好，维持正压。零件的装炉和出炉由电机带动链条自动完成，这样不仅很好地解决了零件的脱碳问题，而且降低了工人的劳动强度。
　　如果选用小贝力克保护气氛箱式炉，要减少零件的变形，零件就应该装在挂具上，这样可以保证零件加热、冷却方式一致，Z大可能的减少零件变形。淬火介质Z好选用好富顿淬火油，这种淬火介质冷却能力强，零件变形小，淬火效果好。在零件的装炉方式上，作了两种方式的实验。图2是装卡零件采用挂装，将零件用横杆串起来，一排一排搭在料盘上，这样容易使零件在淬火入油时，零件的各部位冷却速度不同，从而使零件变形量大。图3是采用平装，将零件水平摆放在料盘上，而且料盘之间用套筒隔开。如果不用套筒隔开，由于零件的薄壁上有一个小孔，淬火过程中也容易使零件变形。采用小批量的试制生产，每炉装60件，测试结果，采用挂装零件的变形为0.12-0.30mm，采用平装零件的变形≤0.12mm，而工艺要求零件的变形≤0.22mm，这说明采用平装方式产品的合格率为100%，而且变形要比挂装零件小得多。随后经过大批量的生产，每炉装量320件，零件变形全部合格，很好的满足了工艺要求。
　　4　结论
　　经过上述分析，轴承圈的Z终热处理工艺采用小贝力克箱式炉淬火加热，冷却介质选用好富顿淬火油，装炉方式采用平装，保护气氛选用吸热式保护气氛。跟以前的热处理工艺比较，不但提高了产量，而且很好的解决了轴承圈的脱碳、变形问题，完全达到了零件的技术要求，为生产厂家挽回了很大经济损失。
　　参考文献
　　[1]王广生,等.金属热处理缺陷分析及案例[M].北京:机械工业出版社,2002.
　　[2]李泉华.热处理实用技术[M].北京:机械工业出版社,2002