轴承冷却介质和淬火失效的检查方法-套圈的冷处理

轴承冷却介质和淬火失效的检查方法

根据轴承工作表面磨削变质层的形成机理，影响磨削变质层的主要因素是磨削热和磨削力的作用。下面我们就来分析一下关于轴承失效的原因。

1.轴承的磨削热

在轴承的磨削加工中，砂轮和工件接触区内，消耗大量的能，产生大量的磨削热，造成磨削区的局部瞬时高温。运用线状运动热源传热理论公式推导、计算或应用红外线法和热电偶法实测实验条件下的瞬时温度，可发现在0.1～0.001ms内磨削区的瞬时温度可高达1000～1500℃。这样的瞬时高温，足以使工作表面一定深度的表面层产生高温氧化，非晶态组织、高温回火、二次淬火，甚至烧伤开裂等多种变化。

（1）表面氧化层

瞬时高温作用下的钢表面与空气中的氧作用，升成极薄（20～30nm）的铁氧化物薄层。值得注意的是氧化层厚度与表面磨削变质层总厚度测试结果是呈对应关系的。这说明其氧化层厚度与磨削工艺直接相关，是磨削质量的重要标志。

（2）非晶态组织层

磨削区的瞬时高温使工件表面达到熔融状态时，熔融的金属分子流又被均匀地涂敷于工作表面，并被基体金属以极快的速度冷却，形成了极薄的一层非晶态组织层。它具有高的硬度和韧性，但它只有10nm左右，很容易在精密磨削加工中被去除。

（3）高温回火层

磨削区的瞬时高温可以使表面一定深度（10～100nm）内被加热到高于工件回火加热的温度。在没有达到奥氏体化温度的情况下，随着被加热温度的提高，其表面逐层将产生与加热温度相对应的再回火或高温回火的组织转变，硬度也随之下降。加热温度愈高，硬度下降也愈厉害。

（4）二层淬火层

当磨削区的瞬时高温将工件表面层加热到奥氏体化温度（Ac1）以上时，则该层奥氏体化的组织在随后的冷却过程中，又被重新淬火成马氏体组织。凡是有二次淬火烧伤的工件，其二次淬火层之下必定是硬度极低的高温回火层。

（5）磨削裂纹

二次淬火烧伤将使工件表面层应力变化。二次淬火区处于受压状态，其下面的高温回火区材料存在着最大的拉应力，这里是最有可能发生裂纹核心的地方。裂纹最容易沿原始的奥氏体晶界传播。严重的烧伤会导致整个磨削表面出现裂纹（多呈皲裂）造成工件报废。

在轴承使用过程中，振动、噪声、润滑剂的使用不当都会对轴承造成严重的损害，直接影响到轴承的使用寿命，为了更好的使用轴承，提高生产效率我们有必要了解一些对轴承有害处的不当使用方法和一些简单的轴承维护。

不同的轴承零件的成分、形状、设计、尺寸，对力学的性能要求都是不同的，采用的都是不同的淬火方法，一般来说每种轴承钢都有固定的C曲线，而冷却介质决定了轴承淬火后的组织和力学性能是不是达标，因此对这些因素就要具体的做重点考虑分析，在实际制作过程中轴承零件的热处理缺陷的产生，和冷却轴承的介质都是有直接的关系。

在轴承热处理炉内加热到完全炼化后，为了严格的技术参数要求，都要经过淬火处理，冷却后的轴承要得到马氏体组织，轴承的冷却速度就必须要大于临界冷却的速度，但冷速过快则使工件的体积收缩和组织转变剧烈，引起很大的内应力。因此在获得马氏体的条件“F”，所以一定要注意冷却的速度，这样才能得到合格的马氏体。

选择合适的淬火介质显尤为重要，它决定了轴承零件淬火后的组织和性能，通常淬火介质有固态、液体和气体三种，按轴承淬火时介质物态变化情况分为发生物态变化和不发生物态变化类。

在整个制作缓解中选择淬火的介质是最重要的，它决定了轴承淬火后的整体的一个组织和性能，一般的淬火介质有气体和液体、还有固体，相对来说气体用的比较少一些，另外在按照淬火时候的变化情况又能分为生物态变化和不发生物态变化这两类。

套圈的冷处理

将工件淬火冷却至室温后，立即放置在低于室温的环境下停留一定时间，取出置于室温中，这种低于室温的处理叫冷处理。轴承钢冷处理常采用冷冻机和干冰酒精溶液。

1.冷处理的作用

精密轴承对尺寸稳定性要求较高；套圈淬火（尤其是分级淬火）后，内部组织仍保留较多的残余奥氏体，这种残余奥氏体是不稳定的组织，在储存和使用轴承过程中，会不断地发生变化，从而改变轴承的精度。为此采用冷处理工艺，它能减少组织中的残余奥氏体，稍微提高零件的硬度。

2.冷处理工艺

淬火后在室温停留：淬火后，一定要使套圈内外均匀冷至室温后进行冷处理，否则容易开裂，冷至室温后马上冷处理（一般不超过30min），否则会中止奥氏体向马氏体的转变。

冷处理温度：冷处理的温度主要根据钢的马氏体转变终止温度Mf，另外还要考虑冷处理对机械性能的影响及工艺性等因素。

对于GCr15钢，冷处理选用-70℃；精度要求不甚高的套圈或设备有限制时，冷处理温度可选为-40～-70℃；超精密轴承，可在-70℃～-80℃之间进行冷处理。过冷的温度影响轴承冲击疲劳和接触寿命。

冷处理保温：虽然大量马氏体的转变是在冷到一定温度傾刻间完成的，但为使一批套圈表面与心部都均匀达到冷处理温度，需要一定的保温时间，一般为1～1.5h。

冷处理后的回火：套圈冷处理后放在空气中，其温度缓慢升至室温后及时进行回火。温升不能太快，否则容易开裂；回火及时，否则套圈内部较大的残余应力会导致套圈开裂，一般不超过2h。