對于小、微型精密軸承來說，原材料的化學(xué)成分、原始組織、機(jī)加工水平、熱處理工藝，以及加工設(shè)備均有可能極大地影響軸承的使用壽命。本文主要從真空熱處理工藝和設(shè)備方面談一下個人的看法，不妥之處敬請批評指正。
真空熱處理的發(fā)展概況
1968年前后，美國公司和日本真空研究所研制出了真空淬火油和水劑淬火劑，軸承鋼的熱處理開始采用真空熱處理，而真空技術(shù)在熱處理行業(yè)也得到迅速發(fā)展。從單室爐發(fā)展到多室組合機(jī)群，從一般真空熱處理發(fā)展到高壓氣淬、真空水劑淬火、真空滲碳、真空碳氮共滲及多元共滲等。經(jīng)過幾十年的努力，國內(nèi)真空爐的制作質(zhì)量和水平也得到了很大提高，降低了使用單位的生產(chǎn)成本，真空熱處理的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。
目前，真空熱處理已經(jīng)在各種工具鋼、不銹鋼、高速鋼、軸承鋼及所有的碳鋼和合金鋼等重要零件的熱處理上得到應(yīng)用。
真空熱處理的優(yōu)點
（1）可以實現(xiàn)光亮熱處理。工件在低于大氣壓的壓力下加熱時，不接觸空氣，不發(fā)生表面變化。將爐內(nèi)抽真空到0.1～1Pa時，工件內(nèi)的雜質(zhì)含量可以降低到1.5ppm（1ppm=0.0001%），所以工件實現(xiàn)了清潔光亮淬火的目的。
（2）工件真空淬火后畸變小。如外徑65mm，壁厚2mm的9Cr18向心軸承套圈，經(jīng)真空淬火后，其橢圓度較普通熱處理減小到1/8～1/9。
（3）具有脫氣作用，提高被處理工件的力學(xué)性能和使用壽命。因為鋼鐵在冶煉時會吸氣（H2、N2、CO等），從而產(chǎn)生微小氣孔和氫脆，用真空技術(shù)可以將工件內(nèi)的水分等不純氣體抽掉，使工件表面清潔光亮，不易發(fā)生氫脆。且因表面質(zhì)量得到改善，工件耐磨性提高，其使用壽命可以提高30%～120%。
（4）可以減少熱處理后的機(jī)加工余量。真空熱處理后沒有氧化脫碳現(xiàn)象，畸變很小，所以熱處理后可以減少加工甚至免去機(jī)加工。
（5）分解氧化物。當(dāng)真空度低于金屬或合金的相應(yīng)氧化物的分解壓力時，其氧化物會發(fā)生分解，形成游離氧排出，使工件表面質(zhì)量進(jìn)一步提高，可活化工件表面。
（6）操作環(huán)境清潔，操作自動簡便，屬無公害、無污染的清潔熱處理。
生產(chǎn)案例
小、微型精密軸承的主要失效形式是磨損及疲勞損壞，因此需要工件具有均勻的硬度，高的耐磨性、彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，足夠的淬透性和韌性，以及微小的畸變。
我公司生產(chǎn)的小、微型軸承材質(zhì)為國產(chǎn)GCr15，軸承外圈直徑4～50mm，厚0.2～1.5mm，內(nèi)圈直徑3～45mm，厚0.5～1.5mm，淬火硬度≥63HRC，金相組織符合JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動軸承熱處理技術(shù)條件》中規(guī)定的2級隱晶或細(xì)小結(jié)晶狀馬氏體，均勻分布的細(xì)小殘留碳化物和少量殘留奧氏體。同一爐產(chǎn)品的硬度差≤1HRC，畸變≤0.01mm。對于精密軸承來說，其質(zhì)量穩(wěn)定性非常重要，其中熱處理起著很關(guān)鍵的作用，為此工藝裝備和工藝的確定顯得格外的重要。
為此，我們選擇了北京機(jī)電研究所生產(chǎn)的WZC－45臥式雙室油氣淬真空爐，真空淬火油和回火油選擇了南京科潤工業(yè)介質(zhì)有限公司的KR368真空淬火油和KR 535回火油。從2005年使用至今，兩個單位供應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量良好，性能穩(wěn)定，售后服務(wù)品質(zhì)高。
（1）WZC—45雙室油氣淬火爐
該爐加熱功率60kW,爐膛加熱室尺寸為450mm×670mm×350mm，額定裝爐量120kg，最高工作溫度1300℃，爐溫均勻性±5℃，加熱室極限真空度6.6×10-3～6.6Pa，壓升率0.66Pa/h，淬火充氣壓力8.7×104Pa。這種爐型適合于小、微型軸承的淬火。
為保證軸承套圈的淬火質(zhì)量和產(chǎn)量，在淬火料筐內(nèi)放三層料盤，根據(jù)不同型號的軸承套圈，每爐產(chǎn)量為40～70kg。由于真空加熱的速度比較慢，真空加熱時間是鹽爐的4～6倍，空氣爐的1.5～2倍，所以要進(jìn)行預(yù)熱，使每層料盤上的套圈溫度能均勻。將預(yù)熱溫度設(shè)在700℃，從室溫升到700℃的加熱時間45min，在700℃保溫40min，真空度為40Pa；然后經(jīng)15min升溫至835～845℃進(jìn)行保溫50～90min（根據(jù)型號確定相應(yīng)的淬火溫度和保溫時間），真空度為0.1Pa。對于軸承鋼而言，在900℃以下加熱，真空度越高，脫氣效果越好，表面越亮；但真空度也不能太高，否則會造成脫鉻，產(chǎn)品發(fā)生粘接，影響軸承的使用壽命。
（2）淬火冷卻介質(zhì)
對于小、微型軸承，采用真空淬火時，其冷卻介質(zhì)需要用真空淬火油，且真空淬火油必須滿足以下條件：
①蒸氣壓較低，一般在10-2～10-4Pa，以確保在10-1～10Pa真空度條件下，真空淬火油不會產(chǎn)生明顯揮發(fā)。
②雜質(zhì)與殘?zhí)忌伲嶂档汀Ａ慵婵沾慊鸷蟮谋砻婀饬炼葢?yīng)不低于標(biāo)準(zhǔn)試樣的70%。
③臨界壓強(qiáng)低，冷卻性能好。零件真空淬火后的硬度要均勻，達(dá)到常壓淬火硬度或更高。
④熱穩(wěn)定性好，即抗老化性能好，使用壽命長。
通過市場調(diào)研，我公司選擇了南京科潤工業(yè)介質(zhì)生產(chǎn)的KR368真空淬火油，此真空淬火油能滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求，具有光亮性好、易清洗、油的帶耗少、易抽真空，以及熱氧化而溫度性好等特點，所淬工件硬度均勻，畸變小。多年來油品質(zhì)量穩(wěn)定，使用壽命長，從2005年使用至今沒有整槽更換過新的淬火油，在正常消耗的情況之下，僅正常補(bǔ)充新油而已。
我公司嚴(yán)格按照操作規(guī)程，在新油投入使用時進(jìn)行脫氣處理，真空油的使用溫度控制在70～80℃。在加熱結(jié)束準(zhǔn)備淬火時，料筐從加熱室進(jìn)入淬火室時須立即關(guān)閉熱閘門，并對加熱室進(jìn)行繼續(xù)抽真空，以保證加熱室的真空度始終高于淬火室，使兩室之間具有良好的隔熱密封狀態(tài)。淬火時油槽應(yīng)充入4～6.7×104Pa的高純氮氣（99.999%），以保持油面壓強(qiáng)，抑制淬火油的揮發(fā)，降低淬火室油霧濃度。軸承套圈冷透后，出油槽瀝干殘油，并對淬火室抽真空，除去油霧氣，打開爐門出工件，停爐后加熱室應(yīng)保持真空狀態(tài)（3.99×104Pa），防止空氣或者水分進(jìn)入。當(dāng)加熱室溫度小于300℃，淬火室再進(jìn)行抽真空脫氣；當(dāng)加熱室溫度降到250℃以下就可以切斷水、氣和電源了。
（3）油浴回火爐
能循環(huán)流動的油浴回火爐是為了確保小、微型精密軸承套圈的淬火應(yīng)力消除充分，尺寸穩(wěn)定性好，硬度均勻，不會導(dǎo)致成品裝配后因回火不充分而發(fā)生畸變。對回火油的要求是閃點高、油煙小、熱氧化穩(wěn)定性好，以及使用壽命長。
作者：胡正貴
單位：上海鳴志精密軸承制造有限公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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