圆锥滚子轴承套圈贝氏体处理变形分析

张延芳¹，扈林庄¹，李红涛²，叶健熠¹

（1.洛阳轴承研究所，河南洛阳　471039；2.空军驻洛阳地区军代表室，河南洛阳　471039）

　　摘　要：通过对圆锥滚子轴承套圈进行贝氏体处理，分析其尺寸变化量、套圈变形量和变形规律，通过有效控制套圈热处理变形，可减少磨削加工留量，提高生产效率。

　　关键词：圆锥滚子轴承；套圈；贝氏体；淬火；变形

　　GCr15钢经贝氏体等温淬火后金相组织主要由下贝氏体（B_L）和未溶碳化物组成。GCr15钢下贝氏体组织在冲击韧度、断裂韧度、耐磨性以及接触疲劳寿命方面均要好于常规马氏体淬回火组织，而且经全贝氏体等温淬火后工件表面为压应力，残余奥氏体（A′）极少，工件尺寸稳定性较好^[1]。基于贝氏体淬火工艺的优点，其在轧机轴承和提速及准高速铁路轴承上得以迅速应用，但在圆锥轴承上的应用并不多见。因此尝试对在润滑不良条件下使用的圆锥轴承进行贝氏体处理，找到该技术在圆锥轴承上应用的有效途径是十分必要的，本文重点探讨圆锥轴承套圈经过贝氏体等温淬火后的变形规律，为车磨加工留量提供科学的数据支持。

　　1　试验方法

　　1.1试验轴承零件型号选择

　　具有代表性的2种型号的GCr15圆锥轴承的套圈进行生产试验，其外形尺寸见表1。

表1 套圈规格及外形尺寸

　　1.2热处理设备

　　贝氏体等温淬火采用RDES280CN型贝氏体等温淬火生产线，其加热炉为转底炉，等温装置为升降台式等温淬火槽；马氏体淬火采用RCWG60型托辊网带式淬回火生产线。

　　1.3热处理工艺

　　1.3.1贝氏体处理工艺

　　加热温度与时间：（865±5）℃×75min

　　等温温度与时间：（235±5）℃×4h

　　1.3.2马氏体淬回火工艺

　　加热温度与时间：（840±5）℃×60min

　　回火温度与时间：160℃×3h

　　2　贝氏体等温淬火后的性能与变形

　　2.1硬度与金相组织

　　抽检了2种型号轴承零件的内外圈硬度，其结果见表2。

表2 轴承零件的硬度

　　由表2可知，所抽检零件的硬度均≥59HRC，硬度均匀性<1HRC。

　　金相组织为细小贝氏体+弥散分布的碳化物+少量残余奥氏体，按JB/T1255-2001标准评定为1级组织，经测试残余奥氏体含量均小于3%。

　　2.2贝氏体等温淬火的变形

　　2.2.1尺寸变化

　　在D901表台用千分表测量套圈的大端与小端的内（外）径尺寸，与车工件尺寸比较，计算套圈的胀缩率，测试结果如表3所示。

表3 淬火后尺寸变化

　　由表3可以看出，零件经贝氏体等温淬火后，尺寸沿直径方向均有胀大，其胀大量随内（外）径尺寸的大小不同而异，尺寸越大，胀大率越大。这是由于贝氏体转变是在等温过程中发生的，零件的表面与心部同时发生转变，贝氏体转变是个缓慢的过程，贝氏体的转变量与时间有关，在转变过程中由于大量奥氏体的存在，奥氏体的变形给奥氏体向贝氏体转变提供了体积膨胀空间，使得轴承零件贝氏体淬火后整体尺寸胀大^[2]。

　　2.2.2热处理椭圆变形（直径变动量）

　　选取32309/01和32216/01各20件分别进行等温贝氏体淬火和马氏体淬火，其中32309/01为软磨套圈，32216/01为车加工套圈，淬火后测量其直径变动量VDP，结果见表4。

表4 等温贝氏体淬火与马氏体淬火直径变动量VDP对比数据　　mm

　　按照JB/T1255-2001标准要求32309/01的V_DP≤0.2mm，32216/01的V_DP≤0.25mm。由表4可以看出等温贝氏体淬火后比马氏体淬火后的椭圆小；都采用贝氏体等温淬火时，软磨过的32209/01比车加工套圈（32216/01）的椭圆变形小。

　　轴承套圈的热处理变形是热处理的一项重要质量指标，能够预计淬火时的尺寸变化，对控制磨削加工起很大作用。通过试验表明，产生椭圆变形的原因有3个方面：加热冷却时产生的热应力；组织转变产生的组织应力；外部应力。首先，由于贝氏体组织的转变是一个比较缓慢的过程，而非马氏体瞬间转变。在A→B_L转变中，套圈的表层与心部同样发生贝氏体转变，因比容不同带来体积膨胀产生的组织相变应力，被大量存在的奥氏体的变形所吸收，因而整个过程中的组织应力较小；而在A→M转变中，其表层先发生转变，心部组织转变产生的体积膨胀会受到表层限制。马氏体是瞬间转变，其因体积膨胀产生的组织相变应力要大于贝氏体。其次，贝氏体等温淬火采用转底炉加热，套圈摆放在工件盘上，套圈各部位加热均匀，零件组织转变均匀，同时淬火介质采用硝盐，盐浴温度比马氏体淬火采用淬火油的热浴温度高，且从等温温度至室温出炉温差小。此外由于硝盐同淬火油相比缺乏淬火冷却时的蒸汽膜阶段，零件在冷却过程中各部位冷速较均匀，温差小，其转变时热应力较马氏体淬火转变时产生的热应力要小得多。再次，由于采取升降台垂直水平淬火方式、冷却均匀、无碰撞，比常规马氏体淬火时采用自由落体式入油方式受到的外应力影响小，综合这三个方面，贝氏体的椭圆变形小于常规马氏体淬火。

　　根据轴承套圈贝氏体的等温淬火的变形规律，在生产中应根据套圈内（外）径尺寸胀大这一情形，调整相应的车加工工艺。套圈直径加工留量比马氏体淬火工艺时减小2.3‰，同时增加热处理前软磨工序，可以有效控制套圈热处理变形，从而减少磨削加工留量，提高生产效率。

　　3　结束语

　　（1）本次试验可以看出圆锥轴承套圈经过贝氏体处理后的变形要小于常规的马氏体淬火。

　　（2）贝氏体处理过的圆锥轴承套圈的残奥小于3%，有利于提高其尺寸稳定性能。

　　（3）贝氏体热处理的胀量随套圈尺寸的不同而有所差异，直径在45～100mm的圆锥轴承套圈的胀大量在2.223‰以内，直径大于100mm小于140mm的轴承套圈的胀大量在2.332‰以内，其平均胀大量均小于3‰。

　　参考文献：

　　[1]王福祯.GCr15钢下贝氏体等温淬火试验分析[J].轴承，1992（1）：54-56.

　　[2]张增歧.高碳铬轴承钢贝氏体等温淬火及其在轴承上的应用[J].材料热处理学报，2002（1）：57-60.
 

来源：《轴承》2005年第8期