在網(wǎng)帶爐上處理GCr15軸承套圈時(shí)，當(dāng)零件熱處理后硬度、金相組織、變形等均合格的情況下，如何使得套圈淬火后表面更易得到均勻的銀灰色？存在哪些影響因素，以及需要如何來調(diào)控這些因素以達(dá)到理想的淬火表面光亮性？筆者將以在多家軸承廠家進(jìn)行熱處理光亮性調(diào)試過程為例，對(duì)影響軸承零件淬火表面光亮性的因素一一進(jìn)行分析，以供大家參考。
一、套圈熱處理常見工況
軸承套圈熱處理的設(shè)備主要是網(wǎng)帶爐，與其淬火相關(guān)的主要結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，生產(chǎn)時(shí)的工況主要包括：熱處理設(shè)備、工藝、淬火油、熱處理零件等，不同廠家的工況也不盡相同，筆者走訪過的三家軸承企業(yè)熱處理工況的具體項(xiàng)目、初生產(chǎn)時(shí)的光亮性和調(diào)試后的零件表面光亮性如附表所示。
圖1 淬火網(wǎng)帶爐的組成
不同軸承廠家熱處理生產(chǎn)工況和套圈光亮性狀況
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廠家
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A
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B
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C
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初生產(chǎn)時(shí)的光亮性
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整體發(fā)黑
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倒角發(fā)藍(lán)
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局部發(fā)藍(lán)發(fā)黑
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調(diào)試后的光亮性
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灰色
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銀灰色
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銀灰色
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氣氛發(fā)生方式
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甲醇低溫裂解
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甲醇滴注
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甲醇低溫裂解
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落料口結(jié)構(gòu)
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斜落料
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直落料
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直落料
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淬火油
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軸承專用淬火油KR468G
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爐內(nèi)碳勢(shì)（%）
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0.5～0.7
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熱處理典型工藝
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825-835-835-825℃×48min
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熱處理零件
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GCr15軸承套圈，外徑60mm～150mm
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二、淬火光亮性影響因素分析
根據(jù)上述熱處理工況介紹，可從污物燒結(jié)或附著和表面氧化兩個(gè)本質(zhì)原因來各自分析影響零件淬火后表面光亮性的工藝設(shè)備因素。
1.零件表面污物燒結(jié)或附著的影響因素
（1）零件淬火前的清洗情況
零件進(jìn)淬火爐之前應(yīng)設(shè)有清洗工序，以將零件表面機(jī)加工殘留的切削油、切削液、防銹劑或防銹油等液體殘留物清洗干凈，防止加熱時(shí)經(jīng)高溫反應(yīng)形成黑斑附著在零件表面，導(dǎo)致淬火時(shí)無法去除，影響淬火后表面光亮性；同時(shí)，良好的前清洗工藝還能將零件上附著的灰塵和污物等洗去，防止其在高溫下燒結(jié)，更牢固地附著在零件上，或淬火時(shí)落入淬火油中污染淬火油從而影響表面光亮性。
（2）淬火加熱爐的碳黑情況
淬火網(wǎng)帶爐使用維護(hù)中對(duì)光亮性影響極大的一個(gè)因素為是否定期燒炭。因?yàn)殡S著爐子的連續(xù)生產(chǎn)使用，多多少少都會(huì)有一些甲醇裂解不充分和淬火油煙竄入爐膛的情況，使得爐膛內(nèi)不斷積聚碳黑，時(shí)間一長碳黑過多必然導(dǎo)致零件在加熱時(shí)表面狀態(tài)即不好，淬火出來后表面光亮性也難以好轉(zhuǎn)。因此，淬火爐應(yīng)按照設(shè)備維護(hù)要求定期對(duì)爐膛進(jìn)行燒碳處理，以除去爐內(nèi)碳黑，尤其是在零件淬火光亮性不好且網(wǎng)帶上碳黑較明顯的時(shí)候。
（3）排油煙裝置和落料斗結(jié)構(gòu)
淬火油煙是影響套圈光亮性的一項(xiàng)重要因素，因?yàn)槠浼饶芨街诹慵砻?，影響光亮性，也具有一定的氧化性，能與套圈產(chǎn)生輕微的氧化反應(yīng)影響光亮性。因此，這是一個(gè)兼具上述兩種原因的影響因素，必須嚴(yán)格控制。一般要求淬火網(wǎng)帶爐在其末端即落料口上方設(shè)置排油煙裝置，將落料斗里的油煙、廢氣等抽出爐體并通過火焰引燃。
網(wǎng)帶爐的落料斗常見形式有直落式和斜落式兩種：直落式適用于處理中小規(guī)格的軸承零件，斜落式適用于處理中大規(guī)格的軸承零件。從軸承光亮性角度分析，直落式明顯優(yōu)于斜落式：因?yàn)樾甭淞系牧慵氪慊鹩秃髸r(shí)會(huì)不可避免地濺起大量油珠落到落料板上，之后的零件在落料斗上滑過時(shí)端面會(huì)由于沾到這些淬火油而極易產(chǎn)生黑斑。而直落料結(jié)果則不存在該問題，且油幕簾能夠更好的將淬火油煙封住，防止其竄入爐膛，影響爐膛氣氛或附著套圈表面而造成套圈光亮性不佳。
直落料式的結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。
圖2 直落料落料斗結(jié)構(gòu)示意
（4）淬火油的影響
淬火油也是影響軸承零件網(wǎng)帶爐淬火后表面光亮性的一個(gè)重要因素，其影響途徑主要為兩個(gè)：一是淬火油煙，二是淬火油中的雜質(zhì)，也是一項(xiàng)兼具燒結(jié)附著和表面氧化兩項(xiàng)原因的影響因素。對(duì)淬火油一般關(guān)注兩點(diǎn)：一是淬火油本身的品質(zhì)是否較好，二是淬火油的使用維護(hù)是否正常，油泥油渣是否過多。
一，淬火油本身的品質(zhì)。根據(jù)淬火油對(duì)零件淬火光亮性的影響途徑可知，對(duì)淬火油本身的品質(zhì)的要求是：①閃點(diǎn)應(yīng)盡量高且不易汽化，使得淬火時(shí)產(chǎn)生的油煙較少（前提是淬火油油溫設(shè)置正常）。②淬火油抗熱氧化安定性要好。因?yàn)榫W(wǎng)帶爐油槽中的淬火油是直接接觸空氣的，在炙熱零件的作用下，淬火油容易與空氣中的氧氣或零件帶入的氧化物發(fā)生作用。若淬火油抗熱氧化安定性差，淬火油極易老化，將產(chǎn)生大量的油泥等氧化物和老化物。一段時(shí)間后零件淬火時(shí)將有大量雜質(zhì)懸浮物在零件表面積聚和沉淀，且難以清洗干凈，易導(dǎo)致零件淬火光亮性不佳。
眾所周知，淬火油中含有光亮劑成分，但人們普遍對(duì)光亮劑的作用認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為光亮劑越多，套圈的光亮性越好。其實(shí)光亮劑不是同普通的著色物質(zhì)（如油漆、顏料）一樣，越多越濃效果就越好，其原理是淬火油中通過光亮劑的加入，降低了淬火油對(duì)零件表面的潤濕性，可阻止油中的雜質(zhì)微粒附著在零件表面，類似分散劑的作用。
第二，淬火油中油泥油渣等雜質(zhì)的多少。淬火油在熱處理生產(chǎn)應(yīng)用過程中，需對(duì)其進(jìn)行正確的使用和維護(hù)，否則也會(huì)由于維護(hù)不當(dāng)使得其對(duì)零件的淬火光亮性造成不佳影響。應(yīng)防止水分、粉塵和碳黑等雜質(zhì)的進(jìn)入，合理設(shè)置并確保淬火油油溫，定期對(duì)淬火油進(jìn)行除碳除雜質(zhì)等過濾清潔處理，確保淬火油中雜質(zhì)較少，否則會(huì)導(dǎo)致零件在油中淬火冷卻時(shí)因油泥油渣附在表面，影響淬火光亮性。
2.零件表面氧化的影響因素
（1）淬火加熱爐的氣密性的影響
若密封性不好導(dǎo)致漏氣，使空氣進(jìn)入爐內(nèi)，氧化性氣體（主要是O2）使零件產(chǎn)生氧化，表面變成藍(lán)褐色或灰黑色。容易漏氣的情況如落料口區(qū)域密封不緊或密封墊老化、輻射管、碳勢(shì)儀、測溫?zé)犭娕嫉戎苓厖^(qū)域，漏氣較重時(shí)易于發(fā)現(xiàn)查找，而若是輕微漏氣，則需仔細(xì)排查方可發(fā)現(xiàn)問題。
（2）淬火加熱爐的使用維護(hù)
淬火加熱爐使用維護(hù)不當(dāng)或出現(xiàn)故障時(shí)也有可能影響零件的淬火光亮性。如加熱爐的均溫風(fēng)機(jī)因故障停轉(zhuǎn)，導(dǎo)致爐內(nèi)溫度、氣氛不均勻；又如甲醇滴注口碳黑過多甚至堵塞，液體甲醇裂解不充分，導(dǎo)致爐膛內(nèi)積炭過多；又或裂解氣流量過多，導(dǎo)致液體甲醇未經(jīng)裂解就直接滴到零件表面產(chǎn)生軟點(diǎn)和黑斑，影響光亮性。
此外，冷爐升溫開爐時(shí)，需盡量將爐內(nèi)的空氣排盡，即加大排氣量，且合理設(shè)置保護(hù)氣的進(jìn)氣口，防止死角處的空氣難以排出。由于一般難以迅速將爐內(nèi)空氣排盡，因此，軸承零件常在網(wǎng)帶爐連續(xù)生產(chǎn)一定時(shí)間后光亮性才逐漸好轉(zhuǎn)。
（3）淬火加熱工藝
淬火加熱工藝包含的參數(shù)較多，如各區(qū)加熱溫度、加熱時(shí)間、零件擺放方式、爐內(nèi)氣氛選擇、碳勢(shì)設(shè)定、油溫設(shè)定以及其他設(shè)備參數(shù)的選用等。其中與光亮性關(guān)聯(lián)較大的參數(shù)主要為爐內(nèi)氣氛和碳勢(shì)設(shè)定，下面主要就這兩項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行分析：
第一，爐內(nèi)氣氛。目前軸承零件采用網(wǎng)帶爐熱處理時(shí)的爐內(nèi)氣氛最常見的是甲醇滴注或低溫裂解作為保護(hù)氣氛，其他的氣體發(fā)生方式如甲醇+丙烷或氮基氣體（氮?dú)饣虻獨(dú)?甲醇裂解氣）。
甲醇作為發(fā)生氣時(shí)，保護(hù)氣氛受甲醇純度影響大，當(dāng)其純度高、水分含量低時(shí)，零件易呈均勻的亮灰色，否則零件呈黑色、藍(lán)色，光亮性差。按照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 338-2011工業(yè)用甲醇》的規(guī)定，合格品的水分含量應(yīng)≤0.2%（wt%），一等品的水分含量應(yīng)≤0.15%（wt%）。
第二，碳勢(shì)設(shè)定。甲醇+丙烷作為發(fā)生氣時(shí)，甲醇為載氣，采用滴注或低溫裂解的方式通入爐膛，丙烷為富化氣。需要注意碳勢(shì)的設(shè)定和兩者的通入比例，氣氛碳勢(shì)過高和過低都不合適。
當(dāng)溫度一定時(shí)，碳勢(shì)隨著氧化性氣氛CO2、H2O的增加而降低，隨著還原性氣氛H2、CH4、CO的增加而增加。因此制定熱處理工藝時(shí)碳勢(shì)設(shè)定不得過低；當(dāng)然，過高的碳勢(shì)設(shè)定既浪費(fèi)資源，又容易使得爐膛內(nèi)造成大量積炭，對(duì)光亮性也不利。因此，根據(jù)GCr15材料成分和特性，考慮到其奧氏體的含碳量為0.6%左右，因此碳勢(shì)設(shè)定的較佳選擇是0.5%～0.7%。
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