高曉輝，張迅雷
套圈熱處理外觀質量是多種因素綜合影響的結果，其主要影響因素有：熱處理前零件質量、爐內氣氛、淬火油、后清洗、回火爐內的油和水汽。通過控制來料套圈表面清潔度和爐內氣氛，淬火油的維護，有效的后清洗，加熱爐的定期燒碳和回火爐的定期燒油，加熱爐甲醇滴注口的清理、維護等措施，可以保證套圈熱處理的外觀質量。
隨著國內軸承行業技術、質量管理的發展，熱處理外觀質量逐漸成為客戶評判生產管理優劣與技術水平高低的一個指標。GB/T 34891—2017《滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術條件》中對外觀質量的要求是“淬回火后應無磕碰傷、銹蝕、花斑及污物附著，整體外觀顏色（銀灰、藍、黑）均勻”。
1、套圈熱處理外觀質量的影響因素
軸承套圈熱處理外觀質量的影響因素有很多，主要有以下幾個方面。
1.1 熱處理前套圈質量
熱處理來料一般是車加工件，在車削過程中使用的切削液，用來防銹的防銹油（圖1a）或防銹液殘留，以及車削過程中產生的鐵屑（圖1b）等均會影響加熱爐內的氣氛或加熱時產生燒結，出爐后附著在套圈表面，影響熱處理后套圈的外觀質量（圖2）。
圖1 車加工套圈表面的防銹油和鐵屑
圖2 鐵屑和油污對套圈外觀的影響
防銹油主要成分是有機物[1]，在高溫環境下會發生裂解，導致套圈表面產生黃褐色的斑紋，如圖3所示。
圖3 套圈表面黃褐色斑紋
1.2 爐內氣氛
1.2.1 爐膛氣氛的含水量
目前大多數套圈熱處理設備是可控氣氛爐[2]，爐內需通入保護氣、富化氣等使套圈不脫碳，通入爐內各介質最重要的指標是含水量（如要求工業甲醇含水量不大于0.2%[3]，工業氮氣中無游離水[4]），若含水量過多，會導致套圈外觀不良和引起套圈表面脫碳。
1.2.2 油槽的油煙氣
套圈經加熱爐加熱后，高溫進入油槽的瞬間會產生大量的油煙氣，油煙氣累積在加熱爐內，抬高了爐內的碳勢，且本身含有的烴類有機物附著在套圈表面，形成無法清洗的花紋。
1.2.3 甲醇
甲醇在高溫下裂解產生碳，甲醇滴注口在長時間使用后會有炭黑聚集，過多的炭黑使滴注口堵塞或使套圈表面出現黑色附著物，影響套圈外觀顏色。
1.3 淬火油
淬火油是影響套圈質量的決定性因素[5]。淬火油在使用過程中氧化或聚合，其產物附著在套圈表面，使其外觀質量變差，如圖4所示。淬火油的水分對淬火油危害極大，會加快油品的氧化，還會因高溫下水分解使油品變質，影響套圈表面外觀質量，淬火油含水量應不大于0.06%[6]。
圖4 淬火油異常對套圈的影響
1.4 淬火后的清洗
一般后清洗包括熱清洗和冷清洗，合理的清洗方式是先熱清洗后冷清洗。套圈從油槽提升至熱清洗后以洗掉表面的油污。熱清洗噴淋管是否堵塞、清洗溫度、清洗劑濃度等都對清洗效果有重要影響，清洗不徹底會產生如圖5所示的油斑殘留。
圖5 熱清洗失效產生的油斑
1.5 回火爐內的油、水汽
套圈從油槽出來進入回火爐，雖經清洗，但套圈表面殘留帶有淬火油和清洗液，經回火后套圈表面產生氣泡狀斑點（圖6）或帶有一定的黏性。此外，套圈經清洗后進入回火爐，表面攜帶的油和水黏附在回火爐的爐膛內壁，久而久之爐壁內的附著物很難去除，影響設備的準確度。
圖6 套圈表面的氣泡狀斑點
1.6 小結
熱處理是一個特殊過程，只有在生產過程中嚴格控制生產條件，才能得到較好的效果。雖然套圈外觀質量的影響因素眾多，但通過對熱處理過程中技術和生產管理的規范化，可以改善套圈的外觀質量。
2、過程控制要點
2.1 來料要求及前清洗
車加工件首先應保證沒有鐵屑殘留在套圈表面，其次應保證套圈表面的清潔度，不能有油污、臟污等附著物。
實際生產中車加工件表面的清潔度并不能完全滿足熱處理要求，因此熱處理前要前清洗。前清洗要洗掉套圈表面的油污，定期檢查清洗液的濃度和溫度，合適的溫度和濃度對清洗防銹油等污物有一定的幫助。
2.2 爐內氣氛的純潔性
2.2.1 通入爐膛的氣氛
通入爐膛的氣氛本身是液態的，所以要定期檢查液態氣的含水量；定期排盡丙烷氣瓶內的水汽；定期檢測保護氣、富化氣中的含水量。
2.2.2油槽的油煙氣
大部分網帶式油浴爐都會在落料口配備油幕簾等類似功能的裝置，主要是為了減少油煙氣進入爐膛內部，所以油幕簾的調節很重要，合適的調節位置可以阻擋70%以上的油煙氣，同時在淬火加熱爐與油槽的結合部要留有爐膛氣氛的燒燼口，可將爐內可燃氣燃燒后排出。
2.2.3 甲醇
甲醇滴注口的定期清理有利于均衡爐膛內的氣氛，同時要注意3個因素：1）甲醇的含水量，根據GB 338—2011《工業用甲醇》規定，甲醇含水量不大于0.2%；2）定期清理甲醇滴注口的炭黑，防止堵塞；3）甲醇的裂解要充分。
2.3 淬火油
2.3.1 淬火油的選擇
淬火油由基礎油和添加劑兩部分組成，目前套圈使用的多是光亮淬火油，油品中已加入增加產品光潔度的添加劑。在不影響冷卻速度的情況下，淬火油配比時應盡可能提高其閃點溫度，以避免產生的油煙氣進入爐膛影響套圈的光潔度。
2.3.2 淬火油的維護
淬火油隨著使用時間的增加，產生的炭黑和雜質也越多，這些雜質會附著在套圈表面，使表面變黑，所以要定期對油品進行監測。監測指標中黏度的增加一般不大于新油的20%；酸值的增加一般不大于新油的50%；隨著淬火油的使用，其閃點會逐漸降低，要求使用溫度應比閃點低至少70 ℃。
淬火油在使用過程中，其對應的黏度、酸值、閃點都會發生變化，最好建立這些特征值的趨勢表[7]，通過不斷跟蹤確認淬火油是否滿足使用要求。另外，要避免在淬火油與空氣接觸的表面攪拌，減少油的氧化。
2.4 淬火后的清洗
后清洗主要是清洗淬火油和降低殘余奧氏體，其中熱清洗的溫度對清洗效果有顯著的影響，冷清洗風機和噴淋管噴頭調節的目的是保證可以吹掉套圈表面的水分，減少進入回火爐的水汽。
為了防銹一般會在冷清洗液中加入防銹劑，防銹劑的質量分數一般為5%~8%（不同的防銹劑范圍有差異）。質量分數太高會在套圈表面產生花斑；質量分數太低達不到防銹的目的。
2.5 回火爐的燒油
燒油的目的是通過高溫減少爐膛內、爐壁上附著的油和水汽，減少回火時工件外觀發藍的概率。回火爐燒油溫度設定在300 ℃，時間通常為4 h左右。
3 案例分析
型號為900TRB-A.01套圈熱處理過程改善前的外觀如圖7所示。倒角處存在藍斑，表面附著有類似“灰塵”的不明物，暗沉無光，表面整體干燥，沒有油性物質附著于套圈表面。經初步分析，原因可能為加熱爐內氣氛和油槽懸浮物導致。
圖7 熱處理過程改善前套圈外觀
3.1熱處理過程改善
1）由于該套圈在清洗時易導致磕碰傷，所以來料不經過前清洗，直接進入爐膛生產，但要求來料不涂油。
2）對加熱爐燒碳2 h，溫度設定為800 ℃，回火爐燒油4 h，溫度設定為300 ℃，爐內氣氛設定值按照CO:H2:CO2=2:4:4的比例進行設定。
3）甲醇送樣檢測，含水量為0.12%，滿足GB 338—2011的要求。
4）開啟淬火油過濾器，過濾時間為72 h，確保整個油槽內油完全過濾。
5）在后清洗熱水槽中新安裝一臺去浮油器，主要作用是去掉漂浮在熱水槽的浮油。
6）將已有的油水分離器接入該生產線，運行時間為48 h，時間達到要求后關停油水分離器。
7） 更換后清洗水槽中的清洗液，按照規定重新配制清洗液。
3.2改善效果
經過改善后，套圈外觀如圖8所示。套圈表面光潔，目視可看到表面有金屬光澤，外觀顏色一致，沒有黑斑或油斑。
圖8 熱處理過程改善后的套圈外觀
4、結束語
通過控制來料套圈表面的清潔度（切削液和防銹油），爐內氣氛控制，淬火油的維護，有效的后清洗，加熱爐的定期燒碳和回火爐的定期燒油，加熱爐甲醇滴注口的清理、維護等措施，保證了套圈熱處理外觀質量。該工藝改進方案可用于類似產品的熱處理生產中。
參考文獻：
[1]趙敏,段慶華,蘭曉艷,等.軸承防銹油的應用及發展趨勢[J].石油商技,2009,27(6):60-64.
[2]余先濤,張皓然,屠夢瑩,等.軸承套圈熱處理工藝及其裝備[J].金屬熱處理,2018,43(10):86-89.
[3] 工業用甲醇：GB 338—2011 [S].
[4] 工業氮：GB/T 3864—2004 [S].
[5]丁振灝.GW軸承淬火油添加劑[J].化學世界,1984(1):40-41.
[6]王濤,袁福東,龔海華.GCr15軸承套圈網帶爐淬火光亮性分析[J].金屬加工(熱加工),2014(19):32-35.
[7]鄭春燕.淺析淬火油的使用管理及現場維護[J].石油商技,2011, 29(4):52-57.
引文格式：
高曉輝，張迅雷.軸承套圈熱處理外觀質量的分析與控制[J].軸承，2020（8）：44-47.
來源：軸承雜志社
（版權歸原作者或機構所有）
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