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(yè)技術、質量管理的發(fā)展，熱處理外觀質量逐漸成為客戶評判生產管理優(yōu)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(huán)境下會發(fā)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(shù)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(yè)甲醇含水量不大于0.2%[3]，工業(yè)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(jīng)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(xiàn)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(jīng)清洗，但套圈表面殘留帶有淬火油和清洗液，經(jīng)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(jīng)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(guī)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(tài)的，所以要定期檢查液態(tài)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(wǎng)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(jié)很重要，合適的調節(jié)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(jù)GB 338—2011《工業(yè)用甲醇》規(guī)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(jiān)測。監(jiān)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(fā)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(jié)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(shù)一般為5%~8%（不同的防銹劑范圍有差異）。質量分數(shù)太高會在套圈表面產生花斑；質量分數(shù)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(fā)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(jīng)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(jīng)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(guī)定重新配制清洗液。

3.2改善效果

經(jīng)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(fā)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(yè)用甲醇：GB 338—2011 [S].

[4] 工業(yè)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(wǎng)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(xiàn)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

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