浅谈我国轴承零件热处理现状及发展方向
发布时间：2016-03-21李连梅 玄辉 李晓涛
（哈尔滨轴承集团公司，哈尔滨 150001）
摘 要：随着主机的高速化、轻量化，轴承的工作条件更加苛刻，对轴承的性能要求越来越高，其中，国产轴承的寿命和可靠性成为近年来越来越突出的问题，开发热处理新技术、提高热处理质量一直是国内外轴承生产企业及相关企事业单位关注的课题。
关键词：热处理；新工艺；新技术
热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。
一、采用新的淬火介质和改进淬火方法
1.改进原有的淬火介质，采用新型淬火介质。火介质是实施淬火工艺过程的重要保证，对热处理后工件的质量影响很大。
无机物水溶液淬火剂和有机聚合物淬火剂是新型淬火介质的发展重点。特别是有机聚合物淬火剂的研究和应用尤为引人注目，其优点是无毒、无烟、无臭、无腐蚀、不燃烧、抗老化、使用安全可靠、且冷却性能好、冷却速度可调、适用范围广、工件淬硬均匀、可明显减少淬火变形和开裂倾向。有机聚合物淬火剂有逐步取代淬火油的趋势，是淬火介质的主要发展方向，尤其是对于水淬开裂、变形大，油淬不硬的工件，采用有机聚合物淬火剂更是成功的选择。
2.改进老的淬火方法，采用新的淬火方法为了使工件实现理想的冷却，获得Z佳的淬火效果，还需不断改进现有的淬火方法，并采用新的淬火方法。如采用高压气冷淬火法、强烈淬火法、流态床冷却淬火法、水空气混合剂冷却法、沸腾水淬火法、热油淬火法、深冷处理法等，均能改善淬火介质的冷却性能，使工件冷却均匀，获得很好的淬硬效果，有效地减少工件的变形和开裂。
二、热处理新工艺的研究及推广
1.贝氏体等温淬火。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，无论是装配时内套开裂，还是使用过程中外套挡边掉块、内套碎裂的倾向性均大大减小，且可降低滚子的边缘应力集中。借助于国家“八五”重点企业技术开发项目“铁路客车轴承”，有关单位对贝氏体等温淬火的组织与性能进行了较为系统的研究，并成功地应用于准高速铁路轴承的生产中。
2.高碳铬轴承钢的马氏体淬回火。常规的高碳铬轴承钢马氏体淬回火工艺的发展主要分3个方面：一是开展淬回火工艺参数对组织和性能影响的基础性研究，如淬回火过程中的组织转变、残余奥氏体的分解、淬回火后的韧性与疲劳性能等：二是淬回火的工艺性能的研究，如淬火条件对尺寸和变形的影响、尺寸稳定性等：三是取缔氧化或保护气氛加热，推广可控气氛加热。
三、大力发展多参数热处理和复合热处理工艺
传统的热处理，就主要控制的参数而言，多为常压下的温度时间两个参数的热处理：就工艺方式而言，多为单一的热处理。这样热处理的效果也只能是单一化。为此，要大力发展多参数热处理和复合热处理工艺。
1.多参数热处理
（1）真空热处理。这是一种附加压力的多参数热处理。它具有无氧化、无脱碳、工件表面光亮、变形小、无污染、节能、自动化程度高、适用范围广等优点，是近年来发展Z快的热处理新技术之一，特别是在进行材料表面改性方面获得了很大的进展。
（2）化学热处理。这是一种附加成分的多参数热处理。普通化学热处理，如渗碳、碳氮共渗、碳氮硼共渗等，分别属于附加单成分、双成分和三成分的多参数热处理。近年来，又发展了许多利用新技术的新型化学热处理，如真空化学热处理，流态床化学热处理、离子渗金属、离子注入、激光表面合金化等，均可提高工件的耐磨损及耐腐蚀等使用性能。
（3）形变热处理。这是一种附加应力的多参数热处理。采用压力加工和热处理相结合的工艺，把形变强化和相变强化结合起来，使材料达到成型与复合强化的双重目的。形变热处理能提高材料的综合力学性能，并可以简化工序，利用余热，节约能源及材料消耗，经济效益显著。
2.复合热处理
复合热处理是将两种或两种以上的热处理工艺复合，或将热处理与其他加工工艺复合，这样就能得到参与组合的几种工艺的综合效果，使工件获得优良的性能，并节约能源，降低成本，提高生产效率。如渗氮与高频淬火的复合、淬火与渗硫的复合、渗硼与粉末冶金烧结工艺的复合等。
四、采用新的加热源和新的加热方式
1.新的加热源
在新的加热源中，以高能率热源Z为引人注目。高能率热处理就是利用高能率热源定向地对工件表面施加非常高的能量密度（103-108w/cm2），从而获得很快的加热速度（甚至能达到1011℃/s），这样在极短的时间内（1-10-7S），将工件欲处理区的表层加热到相变温度以上或熔融状态，使之发生物理和化学变化，然后依靠工件自身冷却实现表面硬化或凝固，达到表面改性的目的。高能率热处理可以提高工件表面的耐磨性、耐蚀性，延长其使用寿命。
2.新的加热方式
在表面加热方面，感应加热具有加热速度快、工件表面氧化脱碳少、变形小、节能、公害小、生产率高、易实现机械化和自动化等优点，是一种经济节能的表面加热手段。主要用于工件的表面加热淬火。高能率加热具有加热速度快、表面质量好、变形小、能耗低、无污染等优点，也是一种极为有效的表面加热方式。
目前，在我国工业生产上大量应用的还是常规热处理工艺，今后仍将占有重要的地位和相当大的比重，但正在日益改进和不断完善。要以少无氧化加热、节能、无污染和微电子技术在热处理中的应用为重点，大力发展先进的热处理成套技术，利用现代高新技术对常规热处理进行技术改造，实现热处理设备的更新换代，全面提高热处理的工艺水平、装备水平、管理水平和产品水平，这对于改变我国热处理技术的落后面貌，赶上工业发达国家的先进水平，将起到积极的促进作用。
参考文献：
[1]姜锡山，特殊钢金相图谱[M]，北京：机械工业出版社，2002，179.
[2]束德林，工程材料力学性能[M]，北京：机械工业出版社，2003，14.
[3]宋丹娜，白艳英，于秀玲，浅谈中国不锈钢产业的现状及可持续发展[J]，四川有色金属，2009（1）：1-5.
[4]王一德，徐芳泓，铁水为主要原料的不锈钢冶炼新工艺的开发.
热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。
一、采用新的淬火介质和改进淬火方法
1.改进原有的淬火介质，采用新型淬火介质。火介质是实施淬火工艺过程的重要保证，对热处理后工件的质量影响很大。
无机物水溶液淬火剂和有机聚合物淬火剂是新型淬火介质的发展重点。特别是有机聚合物淬火剂的研究和应用尤为引人注目，其优点是无毒、无烟、无臭、无腐蚀、不燃烧、抗老化、使用安全可靠、且冷却性能好、冷却速度可调、适用范围广、工件淬硬均匀、可明显减少淬火变形和开裂倾向。有机聚合物淬火剂有逐步取代淬火油的趋势，是淬火介质的主要发展方向，尤其是对于水淬开裂、变形大，油淬不硬的工件，采用有机聚合物淬火剂更是成功的选择。
2.改进老的淬火方法，采用新的淬火方法为了使工件实现理想的冷却，获得Z佳的淬火效果，还需不断改进现有的淬火方法，并采用新的淬火方法。如采用高压气冷淬火法、强烈淬火法、流态床冷却淬火法、水空气混合剂冷却法、沸腾水淬火法、热油淬火法、深冷处理法等，均能改善淬火介质的冷却性能，使工件冷却均匀，获得很好的淬硬效果，有效地减少工件的变形和开裂。
二、热处理新工艺的研究及推广
1.贝氏体等温淬火。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，无论是装配时内套开裂，还是使用过程中外套挡边掉块、内套碎裂的倾向性均大大减小，且可降低滚子的边缘应力集中。借助于国家“八五”重点企业技术开发项目“铁路客车轴承”，有关单位对贝氏体等温淬火的组织与性能进行了较为系统的研究，并成功地应用于准高速铁路轴承的生产中。
2.高碳铬轴承钢的马氏体淬回火。常规的高碳铬轴承钢马氏体淬回火工艺的发展主要分3个方面：一是开展淬回火工艺参数对组织和性能影响的基础性研究，如淬回火过程中的组织转变、残余奥氏体的分解、淬回火后的韧性与疲劳性能等：二是淬回火的工艺性能的研究，如淬火条件对尺寸和变形的影响、尺寸稳定性等：三是取缔氧化或保护气氛加热，推广可控气氛加热。
三、大力发展多参数热处理和复合热处理工艺
传统的热处理，就主要控制的参数而言，多为常压下的温度时间两个参数的热处理：就工艺方式而言，多为单一的热处理。这样热处理的效果也只能是单一化。为此，要大力发展多参数热处理和复合热处理工艺。
1.多参数热处理
（1）真空热处理。这是一种附加压力的多参数热处理。它具有无氧化、无脱碳、工件表面光亮、变形小、无污染、节能、自动化程度高、适用范围广等优点，是近年来发展Z快的热处理新技术之一，特别是在进行材料表面改性方面获得了很大的进展。
（2）化学热处理。这是一种附加成分的多参数热处理。普通化学热处理，如渗碳、碳氮共渗、碳氮硼共渗等，分别属于附加单成分、双成分和三成分的多参数热处理。近年来，又发展了许多利用新技术的新型化学热处理，如真空化学热处理，流态床化学热处理、离子渗金属、离子注入、激光表面合金化等，均可提高工件的耐磨损及耐腐蚀等使用性能。
（3）形变热处理。这是一种附加应力的多参数热处理。采用压力加工和热处理相结合的工艺，把形变强化和相变强化结合起来，使材料达到成型与复合强化的双重目的。形变热处理能提高材料的综合力学性能，并可以简化工序，利用余热，节约能源及材料消耗，经济效益显著。
2.复合热处理
复合热处理是将两种或两种以上的热处理工艺复合，或将热处理与其他加工工艺复合，这样就能得到参与组合的几种工艺的综合效果，使工件获得优良的性能，并节约能源，降低成本，提高生产效率。如渗氮与高频淬火的复合、淬火与渗硫的复合、渗硼与粉末冶金烧结工艺的复合等。
四、采用新的加热源和新的加热方式
1.新的加热源
在新的加热源中，以高能率热源Z为引人注目。高能率热处理就是利用高能率热源定向地对工件表面施加非常高的能量密度（103-108w/cm2），从而获得很快的加热速度（甚至能达到1011℃/s），这样在极短的时间内（1-10-7S），将工件欲处理区的表层加热到相变温度以上或熔融状态，使之发生物理和化学变化，然后依靠工件自身冷却实现表面硬化或凝固，达到表面改性的目的。高能率热处理可以提高工件表面的耐磨性、耐蚀性，延长其使用寿命。
2.新的加热方式
在表面加热方面，感应加热具有加热速度快、工件表面氧化脱碳少、变形小、节能、公害小、生产率高、易实现机械化和自动化等优点，是一种经济节能的表面加热手段。主要用于工件的表面加热淬火。高能率加热具有加热速度快、表面质量好、变形小、能耗低、无污染等优点，也是一种极为有效的表面加热方式。
目前，在我国工业生产上大量应用的还是常规热处理工艺，今后仍将占有重要的地位和相当大的比重，但正在日益改进和不断完善。要以少无氧化加热、节能、无污染和微电子技术在热处理中的应用为重点，大力发展先进的热处理成套技术，利用现代高新技术对常规热处理进行技术改造，实现热处理设备的更新换代，全面提高热处理的工艺水平、装备水平、管理水平和产品水平，这对于改变我国热处理技术的落后面貌，赶上工业发达国家的先进水平，将起到积极的促进作用。
参考文献：
[1]姜锡山，特殊钢金相图谱[M]，北京：机械工业出版社，2002，179.
[2]束德林，工程材料力学性能[M]，北京：机械工业出版社，2003，14.
[3]宋丹娜，白艳英，于秀玲，浅谈中国不锈钢产业的现状及可持续发展[J]，四川有色金属，2009（1）：1-5.
[4]王一德，徐芳泓，铁水为主要原料的不锈钢冶炼新工艺的开发.
来源：《活力》2013年第10期