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軸承熱處理工藝新發展

中奧軸承時間:1970-01-01

軸承鋼質量的優劣主要看純凈度,即鋼中夾雜物的含量,軸承鋼的均勻性和鋼材的表面質量,包括尺寸精度和表面裂紋等。純凈度和均勻性的問題主要在冶煉階段解決,而鋼材的表面質量與熱處理工藝息息相關。熱處理是實現各種軸承滿足性能和壽命要求最主要的工序。軸承零件熱處理質量的好壞直接影響著后續的加工的質量并最終影響到軸承產品的精度、壽命等。

長期以來,軸承熱處理采用馬氏體淬回火工藝。但近幾年,國內外高碳鉻軸承鋼的滲碳或碳氮共滲、離子注入、低溫離子滲硫、感應加熱表面淬火和表面涂覆等熱處理新工藝技術也得到了長足發展與應用。

連續式球化退火。軸承的熱處理包括兩個環節,預處理是球化退火,終處理是淬火和低溫回火。關于提高球化退火質量,獲得細小、均勻、球狀碳化物以及縮短退火時間或取消球化退火工序的研究有了新進展,即盤條生產采用兩次改善組織退火,將拉拔后的720℃~730℃再結晶退火改為760℃的改善組織退火。這樣可以得到硬度低、球化好、無網狀碳化物的組織,工藝的關鍵是要保證中間拉拔減面率≥14%。該工藝可使熱處理爐的效率提高25%~30%。連續式球化退火熱處理技術是軸承鋼熱處理的發展方向。

貝氏體等溫淬火。高碳鉻軸承鋼經下貝氏體淬火后,其組織由下貝氏體、馬氏體和殘余碳化物組成。高碳鉻軸承鋼下貝氏體組織能提高鋼的比例極限、屈服強度、抗彎強度和斷面收縮率,與淬回火馬氏體組織相比,具有更高的沖擊韌性、斷裂韌性和尺寸穩定性,表面應力狀態為壓應力。該類軸承鋼適用于裝配過盈量大、服役條件差的軸承,如承受大沖擊負荷的鐵路、軋機、起重機等軸承,潤滑條件不良的礦山運輸機械或礦山裝卸系統、煤礦用軸承等。高碳鉻軸承鋼貝氏體等溫淬火工藝已在鐵路、軋機軸承上得到成功應用,取得了較好效果。

高碳鉻軸承鋼的滲碳或碳氮共滲工藝。高碳鉻軸承鋼一般是整體淬硬,淬后的殘余應力為表面拉應力狀態,易造成淬火裂紋、降低軸承的使用性能。通過對其進行滲碳、滲氮或碳氮共滲,提高表層的碳、氮含量,降低表面層的Ms點,在淬火過程中表面層發生轉變而形成表面壓應力,可提高耐磨性和滾動接觸疲勞性能。

離子注入工藝。離子注入用于材料表面改性是近20年的事,它可以提高基材的摩擦、磨損、腐蝕和其它化學性能,是一項很有實際意義的材料表面改性新技術。國外對該項技術進行了深入研究,并已經開始應用于生產。研究結果表明:注入鉻離子能顯著提高M50鋼的抗腐蝕性能,而且抗接觸疲勞性能也有所提高;此外還用注人硼離子來提高儀表軸承的抗磨損能力;Ti注入到52100軸承鋼時其表面形成Ti-C-Fe非晶表面,顯著改善其抗蝕性能。

低溫離子滲硫工藝。低溫離子滲硫工藝是20世紀80年代后期出現的表面改性技術。其基本原理與離子滲氮相似。在一定的真空度下,利用高壓直流電使含硫氣體電離,生成的硫離子轟擊工件表面,在工件表面與鐵反應生成以FeS為主的10μm左右厚的硫化物層。硫化物是良好的固體潤滑劑,有效地降低鋼件接觸表面的摩擦系數,且隨載荷增大,摩擦系數進一步降低,因此可以大大提高重載下軸承的耐磨性,軸承的壽命可提高3倍左右。

感應加熱表面淬火工藝。感應加熱表面淬火的主要應用場合分兩類:一是鐵路軸承的表面感應加熱淬火,采用新材料ⅢX4鋼制的套圈經感應加熱淬火后,表面為硬而耐磨的馬氏體組織,心部為韌性較好的索氏體、屈氏體,表面為高達500MPa的壓應力,其使用壽命比ⅢX15Cr制軸承高1倍,并且完全消除了套圈使用時突然脆斷的現象,提高了軸承的可靠性,性能與低碳鋼滲碳淬火相似,但成本遠低于后者;感應加熱表面淬火的另一應用是特大型軸承的熱處理,減少大型軸承套圈的淬火變形和硬度不均勻性,同時節省設備的投資費用。

激光高能束表面熱處理。激光高能束表面熱處理是近年來開發的新的熱處理方法,通過激光加熱可獲得0.25毫米~2.0毫米的硬化層,與其他表面硬化方法相比,具有硬化層深度和位置控制精確、無變形等優點。高碳鉻軸承鋼零件經表面激光硬化后淬硬層的馬氏體極細小、碳化物分布更均勻、殘余奧氏體極少,比一般淬回火具有更高硬度和滑動耐磨性。另外,激光等高能束還可作為表面涂覆工藝的熱源,一次可完成表面淬火和涂覆過程,尤其是近年來納米技術的發展,這一復合工藝過程在精密軸承零件的表面處理中將有廣闊的應用前景。

表面涂覆工藝。表面涂覆技術包括物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、射頻濺射(RF)、離子噴涂(PlasmaSprayingCoating,PSC)和化學鍍等。PVD與CVD相比,其工藝過程中被處理工件的溫生低,鍍后不需再進行熱處理,在軸承零件的表面處理中得到較廣泛的應用。100Cr6、440C等鋼制軸承零件經PVD、CVD或RF鍍TiC、TiN、TiA1N等后,可提高軸承零件的耐磨性和接觸疲勞抗力,降低表面摩擦系數。

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