超輕、特輕軸承套圈（外徑與內(nèi)經(jīng)的比值≤1.143），在加工過程中，特別是在熱處理過程中容易發(fā)生畸變。其最終熱處理工藝一般采用馬氏體分級淬火，模壓淬火，有時(shí)也采用中碳鋼調(diào)質(zhì)后進(jìn)行氣體滲氮處理。以上傳統(tǒng)熱處理一方面工藝時(shí)間長，特別是氣體滲氮處理，獲得0.8mm的滲氮層需要耗時(shí)100h以上，整體淬火的畸變大，需要整形處理，因此能耗很大；另一方面淬火會出現(xiàn)油煙、硝鹽殘?jiān)龋菀自斐森h(huán)境污染，同時(shí)也存在一定程度的安全隱患。
滾動軸承零件采用感應(yīng)加熱淬火，其軸承的使用壽命比在爐中加熱淬、回火的提高10%~20%。同時(shí)，感應(yīng)淬火的設(shè)備占地面積小，節(jié)約能源，勞動條件好，便于機(jī)械化，而且沿軸向掃描感應(yīng)淬火具有零件畸變小、無軟帶、氧化脫碳少、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。本文主要介紹了特大特輕軸承套圈的無軟帶感應(yīng)淬火技術(shù)及其應(yīng)用。
1、零件熱處理技術(shù)要求
某型號風(fēng)電增速箱用特大特輕軸承套圈材料為42CrMo，預(yù)處理為調(diào)質(zhì)，硬度300HBW左右。零件尺寸規(guī)格見圖1，零件外徑與內(nèi)經(jīng)的比值為1.042。
圖1 軸承套圈示意
工藝方式為中頻感應(yīng)淬火，淬火部位為零件內(nèi)孔位置，如圖1所示虛線部位。硬度要求為52~58HRC，有效淬硬層深度為3~5mm（有效硬化層深度的測定按ISO3754），金相組織要求符合JB/T9204的規(guī)定?；円螅合嗯R點(diǎn)跳動控制在0.5mm以內(nèi)，端面圓跳動控制在0.1mm以內(nèi)。
2、感應(yīng)淬火過程
（1）淬火加熱設(shè)備
加熱電源為IGBT全固態(tài)晶體管中頻加熱電源JIGC-500-10，最大加熱功率500kW，可調(diào)頻率1~10kHz。Ф1500mm×5000mm立式淬火機(jī)床。
感應(yīng)器由感應(yīng)加熱部分、淬火噴淋部分以及固定裝置構(gòu)成，感應(yīng)器與工件的間隙控制在4~6mm，采用延遲加熱淬火的方法進(jìn)行，具體加熱裝置如圖2所示。
圖2 感應(yīng)加熱裝置示意
1.感應(yīng)器加熱部分 2.感應(yīng)器噴淋部分 3.工件
（2）感應(yīng)淬火工藝參數(shù)
加熱采用沿套圈軸向方向掃描淬火的方式進(jìn)行，感應(yīng)器固定，套圈隨工作盤的轉(zhuǎn)動而進(jìn)行連續(xù)加熱。通過加熱電源輸入功率的調(diào)節(jié)，即通過調(diào)節(jié)電流、電壓來控制工件感應(yīng)加熱時(shí)獲得的比功率，從而控制感應(yīng)加熱速度。感應(yīng)加熱工藝參數(shù)如表1所示。淬火結(jié)束后，對工件進(jìn)行200℃低溫回火處理。
表1 軸承套圈感應(yīng)加熱工藝參數(shù)
電壓 /V | 電流 /A | 頻率 /Hz | 加熱掃描移動速度/mm·min-1 | 工件旋轉(zhuǎn)速度 /轉(zhuǎn)·min-1 |
480 | 800 | 8000 | 150 | 100 |
3、檢測結(jié)果及分析
在零件感應(yīng)淬火區(qū)中部截取試樣，檢測結(jié)果見表2。
表2 截取試樣檢測結(jié)果
有效淬硬層深度/mm | 表面硬度HRC | 金相組織/級 | |
要求 | 3~5 | 52~58 | 3~9 |
實(shí)測 | 3.8 | 54.5 | 6 |
注：1.有效淬硬層深度的測定按ISO3754。
2.金相組織評定按照J(rèn)B/T9204。
實(shí)測顯微硬度值及硬度梯度曲線如圖3所示。
圖3 硬度梯度曲線
從以上檢測結(jié)果看，表面淬硬層深度、硬度、金相組織等熱處理技術(shù)指標(biāo)均較好的符合技術(shù)要求的規(guī)定。由于采用沿軸向掃描淬火的感應(yīng)淬火技術(shù)，所以淬火區(qū)域沒有軟帶區(qū)。使用便攜式里氏硬度計(jì)檢測實(shí)物淬火區(qū)域的硬度，均在54~56HRC，硬度均勻一致。
變形測量：相臨點(diǎn)跳動為0.30mm，端面跳動為0.05mm，符合技術(shù)要求。
電耗測定：按GB/T17358統(tǒng)計(jì)測算一個周期內(nèi)實(shí)際熱處理工藝電耗。經(jīng)測算，一個生產(chǎn)周期內(nèi)，采用感應(yīng)淬火工藝的實(shí)際工藝電耗約為0.120kW·h/kg，采用整體淬火的實(shí)際工藝電耗約為0.306kW·h/kg，采用氣體滲氮的實(shí)際工藝電耗約為0.844kW·h/kg。由此可見，軸承套圈采用感應(yīng)淬火技術(shù)實(shí)際工藝電耗比整體淬火節(jié)能約60.8%以上，比氣體滲氮節(jié)能約85.8%以上。
生產(chǎn)效率方面，采用感應(yīng)淬火的套圈比整體淬火生產(chǎn)效率高約3倍，比氣體滲氮生產(chǎn)效率高約30倍。
4、結(jié)語
（1）通過合理的感應(yīng)器設(shè)計(jì)以及采取適宜的工藝參數(shù)，特大特輕軸承套圈采用無軟帶感應(yīng)淬火技術(shù)可以達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求的結(jié)果，此項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于批量生產(chǎn)，工藝穩(wěn)定、質(zhì)量可靠。
（2）沿軸向掃描感應(yīng)淬火技術(shù)解決了特大軸承套圈常見的感應(yīng)加熱軟帶缺陷，零件淬火區(qū)域硬度均勻一致。
（3）特大特輕軸承套圈采用無軟帶感應(yīng)淬火技術(shù)不僅節(jié)約了大量能源，還大幅提高了生產(chǎn)效率，縮短了制造周期，降低了制造成本。
作者：陳賀
單位：南京高速齒輪制造有限公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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