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影響軸承零件淬火表面光亮性的因素

發(fā)布時(shí)間:2019-10-28發(fā)布人:瀏覽:
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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(lái)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(guò)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(jiàn)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(guò)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。

影響軸承零件淬火表面光亮性的因素 (1).jpg
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

廠  家ABC
初生產(chǎn)時(shí)的光亮性整體發(fā)黑倒角發(fā)藍(lán)局部發(fā)藍(lán)發(fā)黑
調(diào)試后的光亮性灰色銀灰色銀灰色
氣氛發(fā)生方式甲醇低溫裂解甲醇滴注甲醇低溫裂解
落料口結(jié)構(gòu)斜落料直落料直落料
淬火油軸承專用淬火油KR468G
爐內(nèi)碳勢(shì)(%)0.5~0.7
熱處理典型工藝825-835-835-825℃×48min
熱處理零件GCr15軸承套圈,外徑60mm~150mm

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(lái)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(wú)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(zhǎng)碳黑過(guò)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(lái)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砻妫绊懝饬列?,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(guò)火焰引燃。

網(wǎng)帶爐的落料斗常見(jiàn)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(guò)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(wèn)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。
影響軸承零件淬火表面光亮性的因素 (2).jpg
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(guò)多。

第一,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(guò)光亮劑的加入,降低了淬火油對(duì)零件表面的潤(rùn)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(guò)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(guò)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(cè)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(wèn)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?tīng)t內(nèi)溫度、氣氛不均勻;又如甲醇滴注口碳黑過(guò)多甚至堵塞,液體甲醇裂解不充分,導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)積炭過(guò)多;又或裂解氣流量過(guò)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(kāi)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(jiàn)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(guó)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(guò)高和過(guò)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(guò)低;當(dāng)然,過(guò)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%。
(*文章資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

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