轴承套圈淬火胀大量的分析及解决方法
发布时间：2014-10-16袁福东 赵晓博
（南京科润工业介质股份有限公司，江苏南京 211100）
摘 要：本文分析了轴承套圈热处理后发生胀大变形的原因，通过试验对比不同油品及冷却循环条件下轴承套圈胀大量的差别。通过添加科润添加剂解决了在热油中淬火导致的套圈胀大问题，并在实际生产中取得了良好效果。（南京科润工业介质股份有限公司，江苏南京 211100）
关键词：轴承套圈；胀大量；淬火油；添加剂
轴承行业轴承套圈热处理后的胀大量始终是困扰生产和热处理技术工作者的难题，特别是轴承套圈产品热处理后胀大量较大时，轻则要通过增加轴承套圈的磨削余量、磨削次数；重则直接导致轴承套圈报废。有资料表明，一般情况下轴承套圈马氏体淬火时，内外径尺寸通常均会胀大，胀大量一般为0.12%～0.16%。对于外形特殊或规格较大的轴承套圈，胀大方式和胀大量更难以控制。
目前，国内轴承行业普遍采用增加磨削余量的消极方法，该方法不仅增加了生产成本，也造成产能浪费。针对该现状，本文对轴承套圈热处理胀大变形量的问题进行了深入研究和分析。发现轴承套圈淬火胀大量与淬火油的性能有明显关系，并通过试验进行验证。
1 原因分析及主要影响因素
众所周知，轴承套圈淬火胀大是由于淬火前珠光体与淬火后马氏体组织的比容差造成的。钢热处理时除组织转变外，还产生热应力和组织应力，如果瞬时应力超过了组织的屈服强度，将引起塑性变形，改变实际的胀大量。此外，残余奥氏体的存在和非马氏体的出现也影响胀大量。淬火后所形成的组织中各种成份的含量和残余应力的大小是决定轴承钢淬回火尺寸发生变化的主要因素。
有资料表明：6200型中负荷轴承套圈胀大量的计算公式为：
d=KD-m
式中：d为外径尺寸变化量或膨胀量，mm；K为比例系数；D为外径尺寸，mm；m为修正值，mm。一般情况，50mm≤D≤200mm，m=0.06mm，K=0.002。当油温、奥氏体化温度、冷却介质的种类、是否采用搅拌、试样的形状等条件不同时，比例系数K值也有所变化。因此，影响轴承热处理胀大量的因素较多，业内对产品、工艺以及车削加工应力的影响等也有了较多研究分析。本文将针对冷却介质的选择、使用情况对不同尺寸的轴承套圈胀大量的影响进行试验分析。
2 试验方法
试验材料为GCr15轴承钢，试验设备为托辊式无马弗网带炉和辊棒炉。采用D913、D914测量仪来测量轴承热处理前后内径或外径的平均值差值。试验用产品型号及检验标准分别为6308（≤10S）、6314（≤18S）、6318（≤20S）和32216（≤18S）外圈；试验产品每组取样50件。淬火温度为840℃，分别使用冷油、热油和热油+科润添加剂三种淬火介质，在不同设备上做工艺试验，以排除设备导致的片面性误差。
3 试验数据及结果分析
3.1试验结果
在网带炉中不同型号产品在不同淬火介质中的Z大胀大量、Z小胀大量和平均胀量，如图1所示。
2 试验方法
试验材料为GCr15轴承钢，试验设备为托辊式无马弗网带炉和辊棒炉。采用D913、D914测量仪来测量轴承热处理前后内径或外径的平均值差值。试验用产品型号及检验标准分别为6308（≤10S）、6314（≤18S）、6318（≤20S）和32216（≤18S）外圈；试验产品每组取样50件。淬火温度为840℃，分别使用冷油、热油和热油+科润添加剂三种淬火介质，在不同设备上做工艺试验，以排除设备导致的片面性误差。
3 试验数据及结果分析
3.1试验结果
在网带炉中不同型号产品在不同淬火介质中的Z大胀大量、Z小胀大量和平均胀量，如图1所示。
图1 不同产品在不同淬火介质中的胀大量（μm）
（a）Z大胀大量；（b）Z小胀大量；（c）平均胀量
6314产品在不同设备中经热油和冷油淬火的胀大量，如图2所示。
图2 6314产品在不同设备中经热油与冷油淬火的胀大量（μm）
不同型号产品在不同设备中经不同淬火介质淬火后的胀大量合格率，如图3所示。
图3 胀大量合格率（%）
3.2结果分析
（1）对比图1（a）和图3中试验数据可以发现，在热油中添加科润添加剂，可以明显降低轴承套圈淬火后的胀大量及提高淬火后产品胀大量的合格率，并且在生产中取得了较好的应用效果。
（2）使用同种油品、不同设备进行淬火时，辊棒炉轴承套圈胀大量与网带炉相比略小。主要原因是淬火油槽冷却方式相差较大。众所周知，盐浴炉加热轴承套圈，手工窜动淬火的轴承套圈的胀大量较小，轴承套圈旋转淬火时，胀大量也较小。这些现象说明淬火油冷却循环方式对淬火产品的胀大量影响也较大。因此我们可以改进淬火油的冷却循环方式，如在网带炉油槽中的落料斗壁上采用筛网，增大淬火油槽中的提升网带的孔隙，提高油槽搅拌的能力，改进油泵在油槽中的循环效果。其目的是改善淬火油的循环流动，提高淬火油的整体冷却能力，达到降低轴承套圈淬火后胀大量的目的。
（3）在网带炉中淬火的32216轴承套圈产品两端不同壁厚处淬火胀大量相差较大，说明轴承套圈产品的结构尺寸对淬火后的胀大量影响较大。对于薄壁轴承套圈，在冷却过程中热应力起主导作用，胀大量相对较小或收缩；而对于厚壁轴承套圈，在冷却过程中以组织应力为主，胀大量相对较大。
（4）使用热油进行淬火的轴承套圈胀大量明显大于在冷油中淬火后的胀大量。
综上所述，轴承套圈淬火后的胀大量与淬火油的种类、性能参数、淬火油的冷却循环方式以及淬火轴承套圈产品的结构尺寸关系较大。有资料表明：增大冷速，特别是增大高温区的冷速，实际上是增大了高温区的热应力。正是热应力使套圈产生内外径都缩小的塑性变形，对胀大起了补偿作用。热应力能使内径缩小，这是生产上应用的缩孔处理的依据。
4 结论
（1）在热油中添加科润添加剂，可以降低轴承套圈淬火产品的胀大量，提高胀大量的合格率。
（2）改进淬火油的冷却循环情况，可以减小轴承套圈淬火后的胀大量。
（3）轴承套圈淬火后的胀大量与轴承套圈的结构尺寸关系较大，有的轴承套圈胀大，有的轴承套圈缩小。
（4）选择冷油淬火的轴承套圈产品胀大量相对较小。
（1）对比图1（a）和图3中试验数据可以发现，在热油中添加科润添加剂，可以明显降低轴承套圈淬火后的胀大量及提高淬火后产品胀大量的合格率，并且在生产中取得了较好的应用效果。
（2）使用同种油品、不同设备进行淬火时，辊棒炉轴承套圈胀大量与网带炉相比略小。主要原因是淬火油槽冷却方式相差较大。众所周知，盐浴炉加热轴承套圈，手工窜动淬火的轴承套圈的胀大量较小，轴承套圈旋转淬火时，胀大量也较小。这些现象说明淬火油冷却循环方式对淬火产品的胀大量影响也较大。因此我们可以改进淬火油的冷却循环方式，如在网带炉油槽中的落料斗壁上采用筛网，增大淬火油槽中的提升网带的孔隙，提高油槽搅拌的能力，改进油泵在油槽中的循环效果。其目的是改善淬火油的循环流动，提高淬火油的整体冷却能力，达到降低轴承套圈淬火后胀大量的目的。
（3）在网带炉中淬火的32216轴承套圈产品两端不同壁厚处淬火胀大量相差较大，说明轴承套圈产品的结构尺寸对淬火后的胀大量影响较大。对于薄壁轴承套圈，在冷却过程中热应力起主导作用，胀大量相对较小或收缩；而对于厚壁轴承套圈，在冷却过程中以组织应力为主，胀大量相对较大。
（4）使用热油进行淬火的轴承套圈胀大量明显大于在冷油中淬火后的胀大量。
综上所述，轴承套圈淬火后的胀大量与淬火油的种类、性能参数、淬火油的冷却循环方式以及淬火轴承套圈产品的结构尺寸关系较大。有资料表明：增大冷速，特别是增大高温区的冷速，实际上是增大了高温区的热应力。正是热应力使套圈产生内外径都缩小的塑性变形，对胀大起了补偿作用。热应力能使内径缩小，这是生产上应用的缩孔处理的依据。
4 结论
（1）在热油中添加科润添加剂，可以降低轴承套圈淬火产品的胀大量，提高胀大量的合格率。
（2）改进淬火油的冷却循环情况，可以减小轴承套圈淬火后的胀大量。
（3）轴承套圈淬火后的胀大量与轴承套圈的结构尺寸关系较大，有的轴承套圈胀大，有的轴承套圈缩小。
（4）选择冷油淬火的轴承套圈产品胀大量相对较小。
来源：《热处理技术与装备》2013年第4期