高曉輝，張迅雷

套圈熱處理外觀質(zhì)量是多種因素綜合影響的結(jié)果，其主要影響因素有：熱處理前零件質(zhì)量、爐內(nèi)氣氛、淬火油、后清洗、回火爐內(nèi)的油和水汽。通過控制來料套圈表面清潔度和爐內(nèi)氣氛，淬火油的維護(hù)，有效的后清洗，加熱爐的定期燒碳和回火爐的定期燒油，加熱爐甲醇滴注口的清理、維護(hù)等措施，可以保證套圈熱處理的外觀質(zhì)量。

隨著國內(nèi)軸承行業(yè)技術(shù)、質(zhì)量管理的發(fā)展，熱處理外觀質(zhì)量逐漸成為客戶評判生產(chǎn)管理優(yōu)劣與技術(shù)水平高低的一個(gè)指標(biāo)。GB/T 34891—2017《滾動(dòng)軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術(shù)條件》中對外觀質(zhì)量的要求是“淬回火后應(yīng)無磕碰傷、銹蝕、花斑及污物附著，整體外觀顏色（銀灰、藍(lán)、黑）均勻”。

1、套圈熱處理外觀質(zhì)量的影響因素

軸承套圈熱處理外觀質(zhì)量的影響因素有很多，主要有以下幾個(gè)方面。

1.1 熱處理前套圈質(zhì)量

熱處理來料一般是車加工件，在車削過程中使用的切削液，用來防銹的防銹油（圖1a）或防銹液殘留，以及車削過程中產(chǎn)生的鐵屑（圖1b）等均會(huì)影響加熱爐內(nèi)的氣氛或加熱時(shí)產(chǎn)生燒結(jié)，出爐后附著在套圈表面，影響熱處理后套圈的外觀質(zhì)量（圖2）。

圖1 車加工套圈表面的防銹油和鐵屑

圖2 鐵屑和油污對套圈外觀的影響

防銹油主要成分是有機(jī)物[1]，在高溫環(huán)境下會(huì)發(fā)生裂解，導(dǎo)致套圈表面產(chǎn)生黃褐色的斑紋，如圖3所示。

圖3 套圈表面黃褐色斑紋

1.2 爐內(nèi)氣氛

1.2.1 爐膛氣氛的含水量

目前大多數(shù)套圈熱處理設(shè)備是可控氣氛爐[2]，爐內(nèi)需通入保護(hù)氣、富化氣等使套圈不脫碳，通入爐內(nèi)各介質(zhì)最重要的指標(biāo)是含水量（如要求工業(yè)甲醇含水量不大于0.2%[3]，工業(yè)氮?dú)庵袩o游離水[4]），若含水量過多，會(huì)導(dǎo)致套圈外觀不良和引起套圈表面脫碳。

1.2.2 油槽的油煙氣

套圈經(jīng)加熱爐加熱后，高溫進(jìn)入油槽的瞬間會(huì)產(chǎn)生大量的油煙氣，油煙氣累積在加熱爐內(nèi)，抬高了爐內(nèi)的碳勢，且本身含有的烴類有機(jī)物附著在套圈表面，形成無法清洗的花紋。

1.2.3 甲醇

甲醇在高溫下裂解產(chǎn)生碳，甲醇滴注口在長時(shí)間使用后會(huì)有炭黑聚集，過多的炭黑使滴注口堵塞或使套圈表面出現(xiàn)黑色附著物，影響套圈外觀顏色。

1.3 淬火油

淬火油是影響套圈質(zhì)量的決定性因素[5]。淬火油在使用過程中氧化或聚合，其產(chǎn)物附著在套圈表面，使其外觀質(zhì)量變差，如圖4所示。淬火油的水分對淬火油危害極大，會(huì)加快油品的氧化，還會(huì)因高溫下水分解使油品變質(zhì)，影響套圈表面外觀質(zhì)量，淬火油含水量應(yīng)不大于0.06%[6]。

圖4 淬火油異常對套圈的影響

1.4 淬火后的清洗

一般后清洗包括熱清洗和冷清洗，合理的清洗方式是先熱清洗后冷清洗。套圈從油槽提升至熱清洗后以洗掉表面的油污。熱清洗噴淋管是否堵塞、清洗溫度、清洗劑濃度等都對清洗效果有重要影響，清洗不徹底會(huì)產(chǎn)生如圖5所示的油斑殘留。

圖5 熱清洗失效產(chǎn)生的油斑

1.5 回火爐內(nèi)的油、水汽

套圈從油槽出來進(jìn)入回火爐，雖經(jīng)清洗，但套圈表面殘留帶有淬火油和清洗液，經(jīng)回火后套圈表面產(chǎn)生氣泡狀斑點(diǎn)（圖6）或帶有一定的黏性。此外，套圈經(jīng)清洗后進(jìn)入回火爐，表面攜帶的油和水黏附在回火爐的爐膛內(nèi)壁，久而久之爐壁內(nèi)的附著物很難去除，影響設(shè)備的準(zhǔn)確度。

圖6 套圈表面的氣泡狀斑點(diǎn)

1.6 小結(jié)

熱處理是一個(gè)特殊過程，只有在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制生產(chǎn)條件，才能得到較好的效果。雖然套圈外觀質(zhì)量的影響因素眾多，但通過對熱處理過程中技術(shù)和生產(chǎn)管理的規(guī)范化，可以改善套圈的外觀質(zhì)量。

2、過程控制要點(diǎn)

2.1 來料要求及前清洗

車加工件首先應(yīng)保證沒有鐵屑?xì)埩粼谔兹Ρ砻?，其次?yīng)保證套圈表面的清潔度，不能有油污、臟污等附著物。

實(shí)際生產(chǎn)中車加工件表面的清潔度并不能完全滿足熱處理要求，因此熱處理前要前清洗。前清洗要洗掉套圈表面的油污，定期檢查清洗液的濃度和溫度，合適的溫度和濃度對清洗防銹油等污物有一定的幫助。

2.2 爐內(nèi)氣氛的純潔性

2.2.1 通入爐膛的氣氛

通入爐膛的氣氛本身是液態(tài)的，所以要定期檢查液態(tài)氣的含水量；定期排盡丙烷氣瓶內(nèi)的水汽；定期檢測保護(hù)氣、富化氣中的含水量。

2.2.2油槽的油煙氣

大部分網(wǎng)帶式油浴爐都會(huì)在落料口配備油幕簾等類似功能的裝置，主要是為了減少油煙氣進(jìn)入爐膛內(nèi)部，所以油幕簾的調(diào)節(jié)很重要，合適的調(diào)節(jié)位置可以阻擋70%以上的油煙氣，同時(shí)在淬火加熱爐與油槽的結(jié)合部要留有爐膛氣氛的燒燼口，可將爐內(nèi)可燃?xì)馊紵笈懦觥?/p>

2.2.3 甲醇

甲醇滴注口的定期清理有利于均衡爐膛內(nèi)的氣氛，同時(shí)要注意3個(gè)因素：1）甲醇的含水量，根據(jù)GB 338—2011《工業(yè)用甲醇》規(guī)定，甲醇含水量不大于0.2%；2）定期清理甲醇滴注口的炭黑，防止堵塞；3）甲醇的裂解要充分。

2.3 淬火油

2.3.1 淬火油的選擇

淬火油由基礎(chǔ)油和添加劑兩部分組成，目前套圈使用的多是光亮淬火油，油品中已加入增加產(chǎn)品光潔度的添加劑。在不影響冷卻速度的情況下，淬火油配比時(shí)應(yīng)盡可能提高其閃點(diǎn)溫度，以避免產(chǎn)生的油煙氣進(jìn)入爐膛影響套圈的光潔度。

2.3.2 淬火油的維護(hù)

淬火油隨著使用時(shí)間的增加，產(chǎn)生的炭黑和雜質(zhì)也越多，這些雜質(zhì)會(huì)附著在套圈表面，使表面變黑，所以要定期對油品進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測指標(biāo)中黏度的增加一般不大于新油的20%；酸值的增加一般不大于新油的50%；隨著淬火油的使用，其閃點(diǎn)會(huì)逐漸降低，要求使用溫度應(yīng)比閃點(diǎn)低至少70 ℃。

淬火油在使用過程中，其對應(yīng)的黏度、酸值、閃點(diǎn)都會(huì)發(fā)生變化，最好建立這些特征值的趨勢表[7]，通過不斷跟蹤確認(rèn)淬火油是否滿足使用要求。另外，要避免在淬火油與空氣接觸的表面攪拌，減少油的氧化。

2.4 淬火后的清洗

后清洗主要是清洗淬火油和降低殘余奧氏體，其中熱清洗的溫度對清洗效果有顯著的影響，冷清洗風(fēng)機(jī)和噴淋管噴頭調(diào)節(jié)的目的是保證可以吹掉套圈表面的水分，減少進(jìn)入回火爐的水汽。

為了防銹一般會(huì)在冷清洗液中加入防銹劑，防銹劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為5%~8%（不同的防銹劑范圍有差異）。質(zhì)量分?jǐn)?shù)太高會(huì)在套圈表面產(chǎn)生花斑；質(zhì)量分?jǐn)?shù)太低達(dá)不到防銹的目的。

2.5 回火爐的燒油

燒油的目的是通過高溫減少爐膛內(nèi)、爐壁上附著的油和水汽，減少回火時(shí)工件外觀發(fā)藍(lán)的概率?；鼗馉t燒油溫度設(shè)定在300 ℃，時(shí)間通常為4 h左右。

3 案例分析

型號為900TRB-A.01套圈熱處理過程改善前的外觀如圖7所示。倒角處存在藍(lán)斑，表面附著有類似“灰塵”的不明物，暗沉無光，表面整體干燥，沒有油性物質(zhì)附著于套圈表面。經(jīng)初步分析，原因可能為加熱爐內(nèi)氣氛和油槽懸浮物導(dǎo)致。

圖7 熱處理過程改善前套圈外觀

3.1熱處理過程改善

1）由于該套圈在清洗時(shí)易導(dǎo)致磕碰傷，所以來料不經(jīng)過前清洗，直接進(jìn)入爐膛生產(chǎn)，但要求來料不涂油。

2）對加熱爐燒碳2 h，溫度設(shè)定為800 ℃，回火爐燒油4 h，溫度設(shè)定為300 ℃，爐內(nèi)氣氛設(shè)定值按照CO:H2:CO2=2:4:4的比例進(jìn)行設(shè)定。

3）甲醇送樣檢測，含水量為0.12%，滿足GB 338—2011的要求。

4）開啟淬火油過濾器，過濾時(shí)間為72 h，確保整個(gè)油槽內(nèi)油完全過濾。

5）在后清洗熱水槽中新安裝一臺去浮油器，主要作用是去掉漂浮在熱水槽的浮油。

6）將已有的油水分離器接入該生產(chǎn)線，運(yùn)行時(shí)間為48 h，時(shí)間達(dá)到要求后關(guān)停油水分離器。

7） 更換后清洗水槽中的清洗液，按照規(guī)定重新配制清洗液。

3.2改善效果

經(jīng)過改善后，套圈外觀如圖8所示。套圈表面光潔，目視可看到表面有金屬光澤，外觀顏色一致，沒有黑斑或油斑。

圖8 熱處理過程改善后的套圈外觀

4、結(jié)束語

通過控制來料套圈表面的清潔度（切削液和防銹油），爐內(nèi)氣氛控制，淬火油的維護(hù)，有效的后清洗，加熱爐的定期燒碳和回火爐的定期燒油，加熱爐甲醇滴注口的清理、維護(hù)等措施，保證了套圈熱處理外觀質(zhì)量。該工藝改進(jìn)方案可用于類似產(chǎn)品的熱處理生產(chǎn)中。

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引文格式：

高曉輝，張迅雷.軸承套圈熱處理外觀質(zhì)量的分析與控制[J].軸承，2020（8）：44-47.

來源：軸承雜志社

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