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圓錐滾子軸承套圈熱處理質量控制
 
圓錐滾子軸承套圈熱處理質量控制

 來源:《金屬加工(熱加工)》雜志

高碳鉻鋼制圓錐滾子軸承套圈如圖1、圖2所示。由于本身結構特點,存在著厚薄不均問題。如31315外圈,最厚為19.33mm,最薄處4.89mm;31315內圈最厚為18.2mm,最薄處9.1mm;給編制熱處理工藝造成很大難度。

在熱處理過程中,由于套圈本身結構、熱處理工藝、加工設備以及人為因素等導致了套圈組織過熱、欠熱、裂紋、變形超差、磕碰傷等缺陷。這些缺陷直接造成了產品報廢如過熱、裂紋、脫碳嚴重及嚴重的磕碰傷等。有的缺陷雖然不至于產品報廢,但會對壽命產生影響如欠熱托氏體超標,對軸承壽命產生影響導致軸承早期破環。有的缺陷造成經濟損失(如熱處理變形超差,需要整形耗費人力物力)。因此,加強熱處理質量控制很有必要。


一、防止產生過熱(粗針狀馬氏體)組織


高碳鉻鋼制軸承套圈淬火后組織應為隱晶、細小結晶或小針狀馬氏體。由于圓錐軸承套圈結構的限制,當厚壁端組織符合要求時,薄壁端就可能出現圖3所示粗大針狀馬氏體是明顯的過熱組織。這種顯微組織超過《JB/T1255—2014滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術條件》標準規定。這種顯微組織會導致軸承的韌性下降,抗沖擊性能降低,軸承的壽命也降低。過熱嚴重甚至會造成淬火裂紋。其原因淬火加熱溫度過高或加熱保溫時間太長造成,也可能是原材料碳化物帶狀嚴重或者退火組織碳化物大小分布不均勻。采取的措施按材料標準選用(如壁厚有效厚度超過15mm時,可選用GCr15SiMn鋼),合理選擇加熱溫度、加熱時間。嚴格控制碳化物帶狀。提高退火質量,如遇停電、設備故障等及時采取有效措施。

二、防止產生欠熱(塊狀或針狀托氏體)組織


高碳鉻軸承鋼制軸承套圈淬火后組織出現較為明顯針狀托氏體如圖4所示,較大團塊狀托氏體如圖5所示,托氏體或針狀托氏體與塊狀托氏體混合在一起如圖6所示,帶狀托氏體如圖7所示,超過《JB/T1255—2014滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術條件》規定,稱為欠熱組織。

塊狀托氏體是由于加熱不足產生的;針狀托氏體是冷卻不良引起的。而帶狀托氏體是軸承鋼原材料中帶狀碳化物引起在貧碳區呈條帶狀分布的,它使硬度下降,耐磨性急劇降低,影響軸承壽命.產生原因淬火溫度偏低保溫時間不夠或冷卻不良。


生產中若出現托氏體,則要檢查其金相顯微組織,分析原因采取相應的措施。如托氏體為塊狀的,則要適當提高淬火加熱溫度,延長保溫時間;若是針狀托氏體,則應加大冷卻速度。若加熱溫度、保溫、冷卻皆正常又出現托氏體,則要檢查原材料問題、控溫問題、設備故障等方面,及時找出原因采取措施。      


三、防止產生淬火裂紋


零件在淬火過程中產生的裂紋,多數是在馬氏體轉變溫度范圍內冷卻時,由于淬火應力在零件表面附近所產生的拉應力超過了該溫度下鋼的斷裂強度而引起的。酸洗后淬火裂紋套圈如圖8所示;淬火裂紋與材料裂紋、鍛造裂紋主要區別特征是淬火裂紋的兩側沒有脫碳現象;淬火裂紋部位的顯微組織如圖9所示。

一般來說,淬火時在Ms點以下快冷是造成淬火裂紋的主要原因。然而,淬火前原始應力過大、原材料中的缺陷及其引起的應力集中、加熱時零件表面的脫碳都可能促使裂紋的形成。


1.常見裂紋

常見軸承零件的淬火裂紋如下:


(1)淬火過熱形成的裂紋

淬火加熱溫度過高、保溫時間過長,引起奧氏體晶粒粗大,使淬火后馬氏體脆性增加,強度下降而開裂。其裂紋特征是:套圈沿圓周方向的細裂紋,常產生在厚薄交界處。


(2)冷卻速度過大產生的裂紋

零件在冷卻速度過大的介質中或淬火時落入底部有水的油槽中冷卻,由于冷卻速度過大,顯著增加組織應力而形成裂紋。這種裂紋常在厚薄交界處產生。


(3)由于淬火前原始應力產生的裂紋

零件淬火前,如果沒有充分消除冷加工應力或者零件返修前未去除前一次淬火應力,那么這些未消除的應力與淬火疊加而產生裂紋。


(4)應力集中產生的裂紋

套圈打字過深、車削痕跡過深、油溝過深(尖)以及鋼球銼削疲跡等都程中因產生應力集中,形成裂紋。


(5)材料缺陷引起的裂紋

鋼中的材料缺陷如疏松白點氣孔夾雜以及碳化物分布不均勻等均會引起的淬火應力集中,而產生淬火裂紋。


(6)表面脫碳產生的裂紋

表面脫碳不但使零件表面強度降低而且使表層和心部的Ms點溫度不同,冷卻時馬氏體的轉變先后時間不同引起較大的內應力,產生間斷細小不深的網狀淬火裂紋。


(7)淬火后未及時回火產生的裂紋

淬火馬氏體在淬火應力的長時間作用下,其斷裂強度隨時間的延長而降低。因此,淬火后的零件不及時回火,將引起裂紋。


(8)撞擊產生的裂紋

套圈淬火后,出油溫度較高,如果立即清洗或回火前受到碰撞,由于淬火應力過大和機械碰撞力而產生沿縱向寬大整齊的貫穿性大裂紋。


2.防止措施

為了防止淬火裂紋的產生,針對其產生的原因采取如下措施:


(1)加強原材料驗收檢查,嚴格控制鋼材質量。


(2)選擇合理淬火溫度和保溫時間,嚴防工件過熱,特別是對過細的退火組織和二次淬火的零件,更要注意這一點。


(3)選擇合適的冷卻介質和冷卻方式,嚴防淬火油內混水(淬火油中含水分低于0.1%),應控制淬火冷卻介質溫度(淬火油溫度在90℃左右);對于易開裂的壁厚的復雜零件,采用分級淬火。


(4)淬火后或冷處理后不應停留,特別是二次淬火的零件淬火后要立即回火,回火要充分。


四、控制碳勢防止表面脫碳


軸承零件在熱處理過程中,如果是在氧化性介質中加熱,表面會發生氧化作用使零件表面碳的質量分數減少,造成表面脫碳。表面脫碳層的深度超過最后加工的留量就會使零件報廢。表面脫碳層深度的測定在金相檢驗中可用金相法和顯微硬度法。以表面層顯微硬度分布曲線測量法為準,可做仲裁判據。


軸承套圈淬回火拋光后發現表面有明顯的麻點,軸承零件脫碳層是在金相顯微組織下的典型形態是:外層是白亮的鐵素體,之下是貧碳層過渡到正常組織區域。脫碳嚴重的軸承套圈拋光后表面明顯的麻點如圖10所示,線切割后觀察縱斷面發現脫碳層深度遠遠超過標準的規定如圖11所示,其原因是套圈在淬火加熱過程中,淬火加熱爐內的碳勢低,經調查是由爐頂滴入甲醇的孔其中有一個被堵塞,導致滴入爐內甲醇量少所致。采取的措施為防止爐頂進氣管結碳,影響?;て仗際?,要求操作工每班必須疏通1~2次。


五、分析原因采取措施,防止磕碰傷產生


套圈淬回火后發現有明顯的磕碰傷如圖12、圖13所示,導致套圈報廢。其原因在熱處理過程中,工件在生產線掉落油槽過程中、接口處(如冷熱清洗劑之間、冷清清洗機和回火爐之間)和回火爐落料口以及在拋光過程中套圈之間互相碰撞產生磕碰傷。

 

采取的措施在熱處理生產線各個接口處(如冷熱清洗劑之間、冷清清洗機和回火爐之間)和回火爐落料口加裝后耐熱橡皮,防止產生磕碰傷,對于較大重量相對較重的套圈采用掛拋機對套圈進行拋光,拋光過程中,用手輕輕拿進拿出,防止磕碰傷的發生。


六、控制淬火變形,防止因尺寸異常而報廢


軸承套圈在淬火加熱和冷卻以及組織轉變過程中,不可避免的產生熱應力和組織應力,這種應力的變化造成了套圈發生變形,導致套圈尺寸發生變化。


軸承套圈淬火引起的變形,包括了尺寸的漲縮和幾何形狀的變化。對于尺寸的漲縮,如果脹縮量過大,磨削留量過小,會導致磨加工后留有黑皮或車刀紋。導致報廢。如果變形過大,如平面發生翹曲變形,平面磨削完成后,平面部分留有黑皮或車刀紋,導致報廢。


套圈淬火變形除了本身剛性有關外還有如下因素:原材料成份、組織不均勻,退火組織不均勻,裝爐量大,淬火加熱溫度過高,淬火加熱不均勻;冷卻過程中冷卻不均勻以及在冷卻過程中發生碰撞等。因此,為了減少變形盡量采用較低的淬火加熱溫度和適當的保溫時間,同時要求退火組織為均勻碳化物顆粒,適當提高淬火冷卻油的溫度等。


(1)軸承套圈熱處理后尺寸漲縮量過大,磨削加工后磨削面留有黑皮導致報廢

圖14、圖15為軸承套圈熱處理后外徑尺寸縮小,磨削留量小,磨加工后留有黑皮。

 

軸承套圈熱處理后滾道尺寸漲大(或縮?。?,磨削留量小磨加工后留有黑皮。圖16為軸承套圈熱處理后滾道尺寸漲大,磨削留量小磨加工后留有黑皮,圖17為軸承套圈熱處理后滾道尺寸縮小,磨削留量小磨加工后留有明顯的車刀紋。

 

 

(2)圖18、圖19為軸承套圈熱處理后平面翹曲變形,磨加工后平面部分留有黑皮。

 

 

 

 

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