周保鑫，劉秀蓮，玄 輝

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 熱處理分廠，黑龍江 哈爾濱 150036；2.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

某滲碳鋼制軸承套圈主要應(yīng)用在航空軸承領(lǐng)域，熱處理技術(shù)要求主要包括以下內(nèi)容：

表面含碳量：0.75%～0.95%，套圈滲碳后有效硬化層深度為1.5mm～1.8mm（成品套圈有效硬化層深度0.9mm～1.2mm），表面硬度58HRC～63HRC，心部硬度35HRC～48HRC，表面碳化物均勻。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 試樣尺寸

試樣尺寸為10×10×20mm。

2.2 剝層棒尺寸

剝層棒尺寸為φ60×80mm。

2.3 剝層要求及檢驗(yàn)方法

（1）滲碳后的剝層棒在車床上裝卡后，調(diào)整徑向跳動(dòng)值在0.10mm以內(nèi)，確保剝層分析取樣的準(zhǔn)確度。

（2）剝層過程中，不允許澆冷卻水，以免影響定量分析的準(zhǔn)確性。

（3）剝層前先將端面車削2.5mm～3.0mm，再將圓周表面車削0.15mm～0.2mm。

（4）逐層車削圓周表面，每層車削0.2mm，共車削9層，將車屑分別裝入試樣袋中，并做好標(biāo)記。

圖1 試樣剝層棒裝爐方式

（5）最后再將圓周表面車削2.5mm～3mm，去除殘余滲碳層，以備后用。

（6）剝層分析采用定量化學(xué)分析方法。

2.4 試樣、剝層棒裝爐要求

滲碳設(shè)備的有效加熱區(qū)：900×600×480mm。

產(chǎn)品有效擺放區(qū)域：650×450×400mm，將試樣1#～8#、剝層棒9#按如圖1 所示裝入爐中。

2.5 定碳驗(yàn)證

為了保證RM9-60×90×48密封箱式滲碳爐碳勢(shì)的穩(wěn)定，試驗(yàn)前要進(jìn)行定碳校正。

（1）定碳材料：箔片。

（2）箔片定碳前用酒精清洗，確保箔片表面清潔。

（3）在爐內(nèi)碳勢(shì)穩(wěn)定時(shí)，加入箔片并記錄此時(shí)的碳勢(shì)值。

（4）將箔片在爐內(nèi)保溫30±5min后取出，并記錄此刻的碳勢(shì)值。

（5）采用定量化學(xué)分析方法對(duì)箔片進(jìn)行測(cè)試，以校正爐內(nèi)碳勢(shì)。

3 滲碳及熱處理工藝試驗(yàn)

圖2 滲碳工藝曲線

圖3 淬回火工藝曲線

3.1 試驗(yàn)方案1

表1 剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果

3.1.1 設(shè)備

滲碳設(shè)備：RM9-60×90×48密封箱式滲碳爐；

表2 試樣硬度和有效硬化層深度檢測(cè)結(jié)果

圖4 滲層組織

圖5 心部組織

淬火設(shè)備：C-75 、C-45；

回火設(shè)備：H-75；

冷處理設(shè)備：冷凍機(jī)。

3.1.2 試驗(yàn)工藝

滲碳工藝曲線如圖2 所示，淬回火工藝曲線如圖3 所示。

3.1.3 檢測(cè)結(jié)果

剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果見表1 。

試樣硬度和有效硬化層深度的檢測(cè)結(jié)果見表2。

試樣滲層組織見圖4，心部組織見圖5。

3.1.4 結(jié)果分析及驗(yàn)證方案調(diào)整

檢測(cè)結(jié)果顯示，表面碳濃度過低，沒有達(dá)到技術(shù)要求，有效硬化層深度大部分都沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，且均勻性不好。對(duì)以上問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)是由于此鋼在滲碳過程中表面形成Cr3C7碳化物，阻止了對(duì)碳原子的吸附。通過預(yù)氧化處理，抑制了碳化物的析出，所以對(duì)碳原子的吸附能力增強(qiáng)，因此在滲碳前增加一次預(yù)氧化處理過程。

3.2 試驗(yàn)方案2

3.2.1 設(shè)備

預(yù)氧化處理設(shè)備：箱式電爐；

滲碳設(shè)備：RM9-60×90×48密封箱式滲碳爐；

圖6 預(yù)氧化處理工藝曲線

表3 剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果

表4 試樣硬度和有效硬化層深度檢測(cè)結(jié)果

淬火設(shè)備：C-75 、C-45；

回火設(shè)備：H-75；

冷處理設(shè)備：冷凍機(jī)。

3.2.2 試驗(yàn)工藝

預(yù)氧化處理工藝曲線如圖6 所示，滲碳工藝曲線如圖2 所示，淬回火工藝曲線如圖3 所示。

3.2.3 檢測(cè)結(jié)果

剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果見表3 。

試樣硬度和有效硬化層深度的檢測(cè)結(jié)果見表4。

試樣滲層組織見圖7，心部組織見圖8。

圖7 滲層組織

圖8 心部組織

3.2.4 結(jié)果分析及方案調(diào)整

檢測(cè)結(jié)果顯示，碳濃度部分偏高，有效硬化層深度也超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值，且均勻性不好。產(chǎn)生以上問題的原因是由于碳勢(shì)過高或者強(qiáng)滲時(shí)間過長(zhǎng)造成。試樣裝爐時(shí)，由于各自的表面清潔度不同，造成有效硬化層深度均勻性不好。因此需調(diào)整滲碳工藝，縮短強(qiáng)滲時(shí)間、延長(zhǎng)擴(kuò)散時(shí)間，并將碳勢(shì)下調(diào)，且試樣裝爐前要經(jīng)過100%清洗，保持表面清潔。為了生產(chǎn)的連續(xù)性，減少試樣再次污染的機(jī)會(huì)，采用一次裝爐方式，將預(yù)氧化處理也采用RM9-60×90×48密封箱式滲碳爐，提高氧化溫度，以增強(qiáng)試樣表面對(duì)碳原子的吸附能力，達(dá)到較好的滲碳效果。

3.3 試驗(yàn)方案3

3.3.1 設(shè)備

預(yù)氧化處理及滲碳設(shè)備：RM9-60×90×48密封箱式滲碳爐；

淬火設(shè)備：C-75 、C-45；回火設(shè)備：H-75；冷處理設(shè)備：冷凍機(jī)。

3.3.2 試驗(yàn)工藝

滲碳工藝曲線如圖9 所示，淬回火工藝曲線如圖3 所示。

圖9 滲碳工藝曲線

3.3.2.1 滲碳工藝規(guī)范說明

（1）設(shè)備在945±5℃通入丙烷裂解氣保溫。

（2）開啟爐門排凈保護(hù)氣，關(guān)爐門在945±5℃保持60min。

（3）后爐門全部打開10±2m in，溫度降至910℃～920℃。

（4）試樣推入爐后室進(jìn)行預(yù)氧化處理，共計(jì)30min～40min 。

（5）向爐內(nèi)通入14m3/h～16m3/h的保護(hù)氣，保持7min～10min。

（6）導(dǎo)氣完成后，保護(hù)氣通入量調(diào)整至5m3/h～7 m3/h，保持10±2min。

（7）打開富化氣按鈕，常量調(diào)整為230m l/h～250m l/h，碳勢(shì)穩(wěn)定在0.80%～0.85%后，作為強(qiáng)滲計(jì)時(shí)開始。

（8）強(qiáng)滲階段：碳勢(shì)設(shè)定在0.98%，常量和變量調(diào)整波動(dòng)值控制在±0.02%范圍內(nèi)，時(shí)間為6.5h～7h。

（9）擴(kuò)散階段：碳勢(shì)設(shè)定在0.50%，常量和變量調(diào)整波動(dòng)值控制在±0.02%范圍內(nèi)，時(shí)間為14h～14.5h。

（10）產(chǎn)品出爐空冷至室溫 。

表5 剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果

表6 試樣硬度和有效硬化層深度檢測(cè)結(jié)果

圖10 滲層組織

圖11 心部組織

3.3.3 檢測(cè)結(jié)果

剝層試樣碳濃度檢測(cè)結(jié)果見表5。

試樣硬度和有效硬化層深度的檢測(cè)結(jié)果見表6。

試樣滲層組織見圖10，心部組織見圖11。

以上檢測(cè)結(jié)果均符合技術(shù)要求。

表7 檢測(cè)結(jié)果

圖12 軸承型號(hào)1滲層組織

圖13 軸承型號(hào)1心部組織

圖14 軸承型號(hào)2滲層組織

圖15 軸承型號(hào)2心部組織

4 驗(yàn)證

按試驗(yàn)方案3進(jìn)行批量生產(chǎn)，其檢測(cè)結(jié)果見表7。

軸承型號(hào)1滲層組織見圖12，心部組織見圖13。

軸承型號(hào)2滲層組織見圖14，心部組織見圖15。

其結(jié)果完全符合產(chǎn)品的技術(shù)要求。

5 結(jié)束語

從以上檢驗(yàn)結(jié)果可見，表面含碳量、有效硬化層深度、表面硬度和心部硬度、表面碳化物均勻性及大小均滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求，使軸承內(nèi)、外套圈的工作表面具有高的硬度、耐磨性、高抗疲勞性，而心部具有高的強(qiáng)韌性、承受高沖擊載荷的性能。