董漢杰，謝華永

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

零件在制造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對其疲勞強度、靜強度、延遲破壞(靜疲勞)、尺寸穩(wěn)定性、應(yīng)力腐蝕斷裂、沖擊破壞等均有影響，其中最重要的是對疲勞性能的影響[1]。機械加工零件工作表面和次表面的應(yīng)力狀態(tài)直接影響產(chǎn)品的疲勞壽命，當零件表面和次表面的應(yīng)力狀態(tài)為殘余壓應(yīng)力時，對提高產(chǎn)品的疲勞壽命比較有利，特別是距表面一定深度(0.1 mm)的次表面處的殘余壓應(yīng)力比處于表層的殘余壓應(yīng)力影響更大[2]。

表面形變強化是通過機械手段，在金屬表面產(chǎn)生壓縮變形，使表面形成形變硬化層，其中產(chǎn)生2種變化：1)在組織結(jié)構(gòu)上，亞晶粒細化，位錯密度增加，晶格畸變度增大；2)形成了較大的殘余壓應(yīng)力，這種變化使金屬表面的強度、硬度及疲勞壽命得到了很大提高。

在滾動軸承中，滾子作為承載的關(guān)鍵零件，其工作表面及次表面的應(yīng)力狀態(tài)、表面變質(zhì)層等表面質(zhì)量狀況對軸承的使用壽命和早期剝落有直接影響。下文通過對圓柱滾子進行強化處理試驗，對滾子表面及次表面應(yīng)力情況進行了初步試驗研究。

1 強化處理試驗

強化處理試驗方案如下：

1)試樣為φ11 mm×13 mm的圓柱滾子，材料為8Cr4Mo4V。

2)試驗設(shè)備為95301滾桶，轉(zhuǎn)速為40 r/min，每批次強化零件質(zhì)量不超過20 kg。

3)為了研究不同強化時間對試驗結(jié)果的影響，對同一規(guī)格、相同數(shù)量的滾子分別進行6，8，12 h的強化處理試驗。

4)強化處理示意圖如圖1所示，將滾子置于帶筋板的鑄鐵滾桶中，反復(fù)將滾子從低點提升到高點，使其進行自由落體運動，使?jié)L子持續(xù)與桶壁進行碰撞且滾子之間互相碰撞，發(fā)生微量形變而產(chǎn)生強化效果。

圖1 滾子強化處理

滾子強化處理安排在粗磨滾動面、附加回火、竄油工序后進行，目的是使?jié)L子次表面形成一定的殘余壓應(yīng)力，同時又不影響后續(xù)加工滾子的外觀質(zhì)量。

強化后分別按不同強化時間裝箱、標志，后續(xù)各磨削工序按不同強化時間分別加工。

2 試驗結(jié)果與分析

滾子工作面終加工后，分別對不同強化時間的試樣抽樣進行表面應(yīng)力和次表面應(yīng)力(距表面0.1 mm)檢測，結(jié)果見表1。由表可知，強化處理后的滾子表面應(yīng)力和次表面應(yīng)力均為壓應(yīng)力,相對于未強化處理滾子,次表面壓應(yīng)力明顯增加。但強化處理時間越長，變質(zhì)層深度越大，因此，在實際加工中，要選擇適當?shù)膹娀瘯r間。

表1 表面、次表面應(yīng)力的檢測結(jié)果

采用顯微硬度檢測儀對變質(zhì)層進行檢測，通過硬度降反映表面變質(zhì)層深度的檢測曲線如圖2所示。由圖可知，硬度值在距表面一定深度內(nèi)有較明顯的降低，且距表面距離一定時，強化時間越長，硬度越低；隨著距表面深度的增加，相同強化時間內(nèi)硬度變化不大。

圖2 強化處理后硬度質(zhì)檢曲線

3 結(jié)論

1)強化處理的產(chǎn)品表面應(yīng)力和次表面應(yīng)力均為壓應(yīng)力。

2)與未強化處理的滾子相比，強化處理的滾子次表面壓應(yīng)力明顯增加，且隨著強化時間的增加，次表面壓應(yīng)力和表面變質(zhì)層深度均增加。

通過進行圓柱滾子強化工藝試驗，初步掌握了強化處理對產(chǎn)品表面、次表面應(yīng)力和表面變質(zhì)層的影響情況，對其他軸承零件提高表面質(zhì)量提供了一定的技術(shù)依據(jù)。