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在网带炉上处理GCr15轴承套圈时,当零件热处理后硬度、金相组织、变形等均合格的情况下,如何使套圈淬火后表面更易得到均匀的银灰色?存在哪些影响因素,又需要如何调控这些因素以达到理想的淬火表面光亮性?本文以在多家轴承厂家进行热处理光亮性调试过程为例,对影响轴承零件淬火表面光亮性的因素进行分析。
轴承套圈热处理的设备主要是网带炉,生产时的工况主要包括热处理设备、工艺、淬火油、热处理零件等。可从污物烧结或附着和表面氧化两个本质原因来分别分析影响零件淬火后表面光亮性的工艺设备因素。

在零件表面污物烧结或附着的影响因素方面,首先是零件淬火前的清洗情况。零件进淬火炉之前应设有清洗工序,以将零件表面机加工残留的切削油、切削液、防锈剂或防锈油等液体残留物清洗干净,防止加热时经高温反应形成黑斑附着在零件表面,导致淬火时无法去除。同时良好的前清洗工艺还能将零件上附着的灰尘和污物洗去,防止其在高温下烧结,或淬火时落入淬火油中污染淬火油从而影响表面光亮性。
其次是淬火加热炉的碳黑情况。淬火网带炉使用维护中对光亮性影响较大的一个因素为是否定期烧炭。随着炉子的连续生产使用,或多或少都会有一些甲醇裂解不充分和淬火油烟窜入炉膛的情况,使得炉膛内不断积聚碳黑,时间一长碳黑过多必然导致零件在加热时表面状态不好,淬火出来后表面光亮性也难以好转。因此淬火炉应按照设备维护要求定期对炉膛进行烧碳处理,以除去炉内碳黑。
第三是排油烟装置和落料斗结构。淬火油烟是影响套圈光亮性的一项重要因素,因为其既能附着在零件表面影响光亮性,也具有一定的氧化性能与套圈产生轻微氧化反应。一般要求淬火网带炉在其末端即落料口上方设置排油烟装置,将落料斗里的油烟、废气等抽出炉体并通过火焰引燃。网带炉的落料斗常见形式有直落式和斜落式两种,从轴承光亮性角度分析,直落式明显优于斜落式:斜落料的零件滑入淬火油后会不可避免地溅起大量油珠落到落料板上,之后的零件在落料斗上滑过时端面容易沾到淬火油而产生黑斑。而直落料结构不存在该问题,且油幕帘能够更好地将淬火油烟封住,防止其窜入炉膛。
第四是淬火油的影响。淬火油影响途径主要为两个:一是淬火油烟,二是淬火油中的杂质。对淬火油一般关注两点:一是淬火油本身的品质,二是淬火油的使用维护是否正常。淬火油本身的品质要求包括:闪点应尽量高且不易汽化,使得淬火时产生的油烟较少;淬火油抗热氧化安定性要好,因为网带炉油槽中的淬火油直接接触空气,在炙热零件作用下容易与空气中的氧气或零件带入的氧化物发生作用,若抗热氧化安定性差则淬火油极易老化,产生大量油泥等氧化物和老化物。淬火油中含有光亮剂成分,其原理是降低淬火油对零件表面的润湿性,阻止油中杂质微粒附着在零件表面,类似分散剂的作用,并非越多越好。在淬火油使用维护方面,应防止水分、粉尘和碳黑等杂质的进入,合理设置并确保淬火油油温,定期对淬火油进行除碳除杂质等过滤清洁处理。
在零件表面氧化的影响因素方面,首先是淬火加热炉的气密性。若密封性不好导致漏气,使空气进入炉内,氧化性气体使零件产生氧化,表面变成蓝褐色或灰黑色。容易漏气的位置如落料口区域密封不紧或密封垫老化、辐射管、碳势仪、测温热电偶等周边区域。
其次是淬火加热炉的使用维护。如加热炉的均温风机因故障停转导致炉内温度和气氛不均匀;又如甲醇滴注口碳黑过多甚至堵塞,液体甲醇裂解不充分导致炉膛内积炭过多;又或裂解气流量过多导致液体甲醇未经裂解就直接滴到零件表面产生软点和黑斑。此外,冷炉升温开炉时需尽量将炉内空气排尽,合理设置保护气进气口,防止死角处空气难以排出。
第三是淬火加热工艺。与光亮性关联较大的参数主要为炉内气氛和碳势设定。炉内气氛方面,目前轴承零件采用网带炉热处理时最常见的是甲醇滴注或低温裂解作为保护气氛。甲醇作为发生气时,保护气氛受甲醇纯度影响大,当其纯度高、水分含量低时零件易呈均匀的亮灰色,否则零件呈黑色、蓝色,光亮性差。按照国家标准《GB 338-2011工业用甲醇》规定,合格品的水分含量应不超过0.2%(wt%),一等品不超过0.15%(wt%)。碳势设定方面,当温度一定时碳势随氧化性气氛CO2、H2O的增加而降低,随还原性气氛H2、CH4、CO的增加而增加。根据GCr15材料成分和特性,考虑到其奥氏体含碳量为0.6%左右,碳势设定的较佳选择是0.5%至0.7%。
面向上述烧结需求,可选用专业的真空烧结炉设备,配合多段工艺曲线实现稳定致密化。
设备温场均匀性对最终产品质量影响明显,选型时应重点评估。
稳定的真空度环境是减少缺陷、保证界面结合质量的重要前提。
制品致密度直接影响材料性能表现,需通过工艺参数优化稳步提升。
批量生产中批次一致性是良率的重要保障,工艺曲线应保持稳定可控。