國外機械行業(yè)的軸承熱處理方法(下)摘要：振興裝備制造業(yè)的行業(yè)地位的提升安全環(huán)保地控制微生物生長(cháng)A/B回轉工作頭變頻器制動(dòng)新思路、新方法縱波法探傷定量分析的不確定度評定電路板數控銑加工模具高速銑削加工技術(shù)及數控編程實(shí)例多功能砂輪修整器的設計與應用高效CNC磨削基于A(yíng)utoCAD的規劃圖庫管理系統的設計與實(shí)現金屬切削新概念和平軟起動(dòng)器節能原理數控機床安裝與調試數控機床走向信息化時(shí)代大連在尖端數控設備領(lǐng)域的研發(fā)取得突破性進(jìn)展金屬切削原理和刀具振動(dòng)時(shí)效工藝原理國內外不銹鋼焊條研究的歷史現狀及發(fā)展趨勢可編程序控制器的五種標準編程語(yǔ)言數控機床的系統組成及其功能處理方法行業(yè)機械國外氣氛清洗設備軸承冷卻軸承熱處理裝備7.1退火設備工業(yè)發(fā)達國家早在世紀六七十年代全面推廣推桿式輥底式等溫球化火爐縮短退火周期節約能源提高退火質(zhì)量軸承零件加工技術(shù)發(fā)展精密鍛造精密輾擴工藝采用零件毛坯加工精度越來(lái)越逐步推廣車(chē)削工藝帶來(lái)保護氣氛退火需求工業(yè)發(fā)達國家. 

　　7軸承熱處理裝備

　　7.1退火設備

　　工業(yè)發(fā)達國家早在20世紀六七十年代全面推廣推桿式和輥底式等溫球化退火爐，縮短退火周期，節約能源，提高退火質(zhì)量。隨著(zhù)軸承零件加工技術(shù)的發(fā)展，精密鍛造及精密輾擴(冷輾)工藝的采用，零件毛坯的加工精度越來(lái)越高，逐步推廣少無(wú)車(chē)削工藝，由此帶來(lái)了對保護氣氛退火的需求。工業(yè)發(fā)達國家已普遍采用保護氣氛退火，以減少退火后的機加工量，提高加工效率，節材節能，降低成本。

　　7.2常規馬氏體淬火的工裝設備

　　傳統的加熱設備是不帶保護氣氛的箱式爐、鹽浴爐或井式爐，近幾十年來(lái)，馬氏體淬火的工裝設備發(fā)展主要集中在以下幾個(gè)方面：

　　(1)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

　　目前，國外采用的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)按其結構(或工件在爐中的運動(dòng)方式)可分為：有馬弗網(wǎng)帶爐和無(wú)馬弗網(wǎng)帶爐、鑄鏈爐、輥底爐、滾筒爐系列生產(chǎn)線(xiàn)，從上料、前清洗、保護氣氛(或可控氣氛)下加熱、淬火、后清洗(有時(shí)還進(jìn)行二次深冷)及回火均自動(dòng)完成。自動(dòng)化程度及控制精度高，處理后工件的質(zhì)量均勻，有些生產(chǎn)線(xiàn)還配有在線(xiàn)檢測設備對處理后的工件進(jìn)行變形或質(zhì)量檢測與控制，整條熱處理生產(chǎn)線(xiàn)可作為軸承自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的一部分使用。不同的熱處理生產(chǎn)線(xiàn)根據其結構特點(diǎn)適用于不同類(lèi)型和尺寸軸承零件的熱處理，如網(wǎng)帶爐適用于中小型軸承套圈；輥底爐配有自動(dòng)升降淬火裝置，適用于尺寸較大的軸承零件；滾筒爐適用于滾動(dòng)體及小型套圈。

　　(2)多用爐

　　多用爐把可控氣氛加熱和保護氣氛下淬火結合為一體，完成工件的無(wú)氧化淬火工藝過(guò)程，主要適用于小批量多品種的軸承零件熱處理。

　　(3)感應加熱淬回火設備

　　感應加熱具有加熱速度快、節能等優(yōu)點(diǎn)，處理后的工件具有一些常規加熱所沒(méi)有的性能。設備體積小，易于集成到軸承生產(chǎn)線(xiàn)中，實(shí)現自動(dòng)化生產(chǎn)。

　　(4)真空爐

　　真空狀態(tài)下加熱可減少或避免工件的氧化，配合高壓氣淬可控制工件的冷卻及變形，避免了油淬帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現清潔熱處理，另外，真空熱處理后，工件的顯微組織更加細小均勻，表面與心部組織一致，硬度均勻，有利于軸承疲勞壽命的提高。

　　(5)淬火冷卻介質(zhì)及裝備

　　淬火介質(zhì)可分為三大類(lèi)：油基、水基和氣體淬火介質(zhì)。油基淬火介質(zhì)是最常用的淬火介質(zhì)。普通的淬火油是N32或N15機械油，為提高其冷卻性能、抗老化性能、光亮性能、高溫性能等分別加入催冷劑、清洗劑、光亮劑、抗氧化劑，形成了快速油、快速光亮油、高溫分級等溫油等系列淬火油以應用于不同尺寸和要求的軸承零件的淬火，另外還有低揮發(fā)性的真空淬火油。油基淬火介質(zhì)的缺點(diǎn)是淬火過(guò)程中產(chǎn)生油煙造成空氣污染、在隨后的清洗過(guò)程中造成水污染。

　　水基淬火介質(zhì)是由有機聚合物、抗腐蝕劑和其他添加劑組成的水溶液。通過(guò)改變有機聚合物的類(lèi)型和濃度可得到不同的冷卻特性以適合于不同軸承零件的淬火冷卻要求，在淬火冷卻過(guò)程中，有機物附著(zhù)在零件表面可減少零件淬火開(kāi)裂的危險性，且不產(chǎn)生油煙，清洗方便，無(wú)污染，是淬火介質(zhì)的發(fā)展方向。其不足是抗老化性能不如油基淬火介質(zhì)，需對溶液經(jīng)常進(jìn)行測試，定期添加有機物溶液以保證其冷卻性能。

　　氣體淬火是采用惰性氣體為介質(zhì)(常用的氮氣)，把壓縮氣體通過(guò)特殊設計的噴嘴噴射到工件表面實(shí)現工件的淬火冷卻。通過(guò)調節氣體的壓力和噴嘴的結構可以控制冷卻特性和變形，如Tinscher等人的研究[11]表明：當氮氣的流速達到100m/s時(shí)，其冷卻特性與油相近，當對工件的表面的光亮度沒(méi)有特殊的要求時(shí)，可采用壓縮空氣作為淬火介質(zhì)，淬火時(shí)表面形成的3~5μm的氧化層可通過(guò)以后的磨加工去除掉。氣體淬火比水基淬火更潔凈，且成本更低，其關(guān)鍵技術(shù)是噴嘴的結構設計。

　　淬火冷卻裝備是除淬火介質(zhì)外影響工件淬火效果的另一大因素。國外對常用的淬火油槽實(shí)行多參數控制，如油溫、油的冷卻特性、油的循環(huán)與攪拌的方向及速度、工件入油的方式等，以求得到最佳的淬火組織與性能，同時(shí)把變形減小到最小程度。日本NSK等著(zhù)名軸承公司對淬火油進(jìn)行定期或在線(xiàn)檢測，根據檢測結果添加所需的添加劑或更新淬火油；另一方面，對淬火后工件的變形進(jìn)行在線(xiàn)檢測，把變形超差的工件自動(dòng)分檢出去，進(jìn)行矯正后再進(jìn)入下道工序，可大大減小工件的磨加工留量。另外，油槽中淬火介質(zhì)的冷卻逐步由水循環(huán)冷卻改為全風(fēng)冷，利用空氣作為冷卻介質(zhì)節省大量的水資源。

　　多工位自動(dòng)淬火壓床也是國外普遍采用的淬火工裝，可自動(dòng)完成升降、上下料、噴油冷卻、油溫調節及張緊(或壓力)的調節等動(dòng)作，微機控制，生產(chǎn)節拍可調，可作為軸承自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的一部分適用。

　　(6)清洗設備

　　清洗通常是油淬后的必備工序。連續生產(chǎn)線(xiàn)所用的清洗設備一般完成熱皂水浸泡、清水噴淋、熱風(fēng)烘干等過(guò)程，并帶有油水分離裝置。先進(jìn)的清洗設備中，在烘干前還加有二次冷卻裝置(配有制冷設備，溫度在5~10℃之間可調)，以減少殘余奧氏體的含量，提高尺寸穩定性。

　　真空清洗是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的清洗設備。其利用淬火油等揮發(fā)性液體減壓后沸點(diǎn)下降和油、水、水蒸氣等有機液一起加熱其沸點(diǎn)亦下降的原理進(jìn)行清洗；另外，使用特殊的氣、液混合泵產(chǎn)生微小的空氣泡混入清洗液中，利用微氣泡在工件表面破裂時(shí)產(chǎn)生的爆破力破壞污漬和工件的結合力，從而進(jìn)一步提高真空清洗的效果。在前室清洗后，進(jìn)入后真空室，通過(guò)抽真空將殘存的油和水蒸發(fā)出來(lái)并進(jìn)行真空快速干燥。該類(lèi)清洗設備的優(yōu)點(diǎn)是：清洗效果好，尤其是對結構復雜的零件，清洗效果更為顯著(zhù)，清洗后工件表面光亮；安全、清潔，清洗液為清水，不加對環(huán)境有害的氯化物和石油類(lèi)溶劑；自動(dòng)化程度高，且可利用清洗加熱替代低溫回火，節省回火費用。

　　7.3貝氏體等溫淬火裝備

　　根據軸承加工的特點(diǎn)，所使用的設備主要有兩大類(lèi)：自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)和周期爐。

　　(1)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)：品種少、批量大的軸承適合自動(dòng)化生產(chǎn)，如鐵路軸承的生產(chǎn)多使用自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)主要由保護氣氛加熱爐和等溫淬火槽組成，其中等溫淬火部分所用設備按運送工件的動(dòng)作又可分為三類(lèi)：轉底、推盤(pán)及輸送帶式。由愛(ài)協(xié)林公司開(kāi)發(fā)的轉底、推盤(pán)式等溫淬火設備是把轉底或推盤(pán)機構置于等溫鹽浴中，工件按一定的節拍進(jìn)出，記憶控制順序出料，動(dòng)作由PLC程序控制，該類(lèi)設備自動(dòng)化程度高，投資大；由沙菲公司開(kāi)發(fā)的輸送帶式等溫淬火自動(dòng)線(xiàn)與目前普遍使用的網(wǎng)帶式保護氣氛淬火自動(dòng)線(xiàn)結構原理相似，只是所用淬火介質(zhì)為鹽浴，這類(lèi)設備一般只適用于小尺寸的零件。

　　(2)周期式等溫淬火設備：軋機軸承由于品種多、批量小，中小型軋機軸承生產(chǎn)廠(chǎng)家多采用箱式爐+淬火冷卻槽+等溫槽+清洗槽，也有采用箱式爐+多個(gè)等溫槽。該配置投資少，適用性強，但勞動(dòng)強度大，安全性差。易普森公司把多用爐和貝氏體淬火等溫結合為一體,避免了由加熱設備到等溫淬火之間的氧化,且等溫采用空氣爐,配一套殘鹽回收系統,避免了殘鹽的環(huán)境污染。除此之外，可利用多用爐的特點(diǎn)進(jìn)行小批量多品種軸承零件的處理，克服了一般自動(dòng)等溫設備的尺寸限制。目前，在貝氏體等溫淬火大力推廣之際，該設備具有很大的推廣價(jià)值。

　　7.4保護氣氛及控制

　　隨著(zhù)對工件淬火后表面質(zhì)量要求的提高，保護(可控)氣氛加熱越來(lái)越普及，包括退火在內的熱處理均采用保護(或可控)氣氛加熱。20世紀70年代，主要采用吸熱式氣氛。吸熱式氣氛是原料氣和空氣的混合氣體在催化劑的作用下部分反應形成一種含18～23％CO、37～42％H2、余量N2的保護氣氛。80年代，國際能源危機給世界經(jīng)濟以巨大沖擊，氮基氣氛應運而生，氮-甲醇氣氛的組份與吸熱式氣氛相近，以氮-甲醇為代表的氮基氣氛得到廣泛推廣。90年代，出現了把空氣和碳氫化合物直接通入高于800°C爐膛內的產(chǎn)氣方法，即直生式氣氛。通過(guò)研究發(fā)現，這種含有高CH4成分的氣氛，雖然其氣體反應達不到類(lèi)似于吸熱式氣氛的平衡程度，但其碳的傳輸能力還是由氣氛中CO與H2的含量來(lái)控制，用氧探頭結合CO2分析儀進(jìn)行碳勢控制是可以實(shí)現的。直生式氣氛的主要優(yōu)點(diǎn)是大量節省了原料氣消耗量，據統計這種氣氛無(wú)論用在周期式氣氛爐還是連續性氣氛爐，其原料氣消耗節省費用70％左右。今天，全球約有300多臺套氣氛爐使用這種氣氛進(jìn)行滲碳、碳氮共滲、保護氣氛淬火等多種熱處理。

　　近幾年的實(shí)際應用表明，氧探頭的使用壽命是不定的，氧探頭信號的逐步漂移是固定電解質(zhì)的典型缺陷所致。由于這種漂移主要受爐子運行工況的影響，而且漂移的開(kāi)始及大幅度的漂移是不可預見(jiàn)的，所以由氧探頭測量的碳勢與實(shí)際值之間差異也是不可預見(jiàn)的。因此，人們定期校驗其測量精度，例如，一個(gè)星期一次，用鋼箔定碳片來(lái)檢測氧探頭信號是否失真，這真是一個(gè)麻煩的工作，不利于爐子實(shí)現全自動(dòng)化，有時(shí)甚至會(huì )影響正常生產(chǎn)。鑒于上述原因，Ipsen開(kāi)發(fā)了一個(gè)雙重測量系統。

　　其中一個(gè)帶標準氧探頭用于正常的控制碳勢，另一個(gè)獨立測量系統用于檢測這個(gè)氧探頭的工作狀況，即這兩個(gè)系統分別測量氣氛的碳勢，當結果出現很大偏差時(shí)，就會(huì )報警。這第二個(gè)測量系統工作元件可以是CO2紅外分析儀，也可以是一個(gè)微型氧探頭(λ-探頭)，迄今為止，已有許多氣氛爐安裝了這種雙重測量系統。