【德國FAG軸承】軸承熱處理技術(shù)及發(fā)展方向

  濟(jì)南市鴻慷機(jī)電設(shè)備有限公司位于交通便利的泉城濟(jì)南，是全球生產(chǎn)滾動軸承和直線運動產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)---德國舍弗勒集團(tuán)在山東的授權(quán)代理商。公司專營舍弗勒集團(tuán)旗下兩大品牌德國INA軸承和德國FAG軸承，是一家順應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要而誕生的專業(yè)化新型高端軸承公司。多年來一直從事軸承的銷售和售后技術(shù)支持，在機(jī)械行業(yè)技術(shù)方面有著非常豐富的經(jīng)驗，今天濟(jì)南鴻慷機(jī)電進(jìn)口軸承專家為大家介紹一下軸承熱處理技術(shù)及發(fā)展方向。

  一、軸承用材料

  材料的好壞是決定軸承壽命的最重要因素，我國汽車軸承與國外差距，材料是主要因素，其次為軸承設(shè)計、工藝水平和工藝裝備。盡管我們修訂了GB/T18254標(biāo)準(zhǔn)，增加了“優(yōu)質(zhì)高碳鉻軸承鋼”標(biāo)準(zhǔn)，對其中碳化物、偏析、含氧量和夾雜物等要求有所提升，但受制于國內(nèi)鋼廠冶煉技術(shù)和成本等因素，完全實施仍有很大難度。

　　隨著真空脫氣的廣泛應(yīng)用，我國軸承鋼在氧含量控制方面有很大提高，已接近國外水平。但在碳化物均勻性、網(wǎng)狀碳化物控制、夾雜物控制等方面仍有較大差距，這就造成國內(nèi)汽車軸承質(zhì)量先天不足，軸承的壽命、可靠性及一致性遜色于國外軸承。

　　我國軸承材料大量使用的是GCr15鋼和GCr15SiMn鋼，品種單一。汽車軸承專用材料的研究開發(fā)尚無報道。軸承鋼生產(chǎn)廠家與軸承生產(chǎn)廠家很少合作。

 　二、軸承設(shè)計及工藝

  1. 個體化、差異化設(shè)計缺乏

  先進(jìn)的軸承設(shè)計應(yīng)根據(jù)軸承的服役環(huán)境，采用個體化和差異化的設(shè)計，以滿足軸承的實際工況要求。國內(nèi)軸承個體化和差異化設(shè)計方面仍顯不足。另外，軸承的熱處理設(shè)計也是影響軸承壽命的重要因素。軸承包含的四大件：外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架。國外先進(jìn)軸承企業(yè)對內(nèi)外圈和滾動體都有不同的硬度要求，國內(nèi)很多生產(chǎn)汽車軸承的頂級企業(yè)對此已開始嘗試，但受制于軸承通用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術(shù)條件》中的硬度要求范圍，在軸承零件硬度設(shè)計上有局限性。同時，國內(nèi)軸承熱處理工藝及裝備水平也是影響實現(xiàn)個體化和差異化設(shè)計的因素。 總之，我國汽車軸承設(shè)計與國外先進(jìn)企業(yè)相比，處于粗放式階段，很多子領(lǐng)域沒有進(jìn)行專門的研究，模仿設(shè)計居多，自主設(shè)計較少，在軸承設(shè)計的技術(shù)儲備上更顯欠缺。

  2. CQI－9質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)推廣

  軸承零件熱處理質(zhì)量是決定軸承壽命的重要因素。目前國內(nèi)主要汽車軸承生產(chǎn)企業(yè)，已能基本上保證零件熱處理質(zhì)量，但對熱處理過程參數(shù)的精確控制、淬火介質(zhì)使用和熱處理設(shè)備保障能力等方面重視不夠，致使軸承零件熱處理質(zhì)量穩(wěn)定性與國外存在較大差距。國外先進(jìn)企業(yè)已普遍實施的CQI-9質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在國內(nèi)只限于個別企業(yè)的選擇性試用，這其中還摻雜應(yīng)對國外企業(yè)審核的因素。因此，全面、自覺地貫徹和推廣CQI－9質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該是國內(nèi)軸承生產(chǎn)企業(yè)提高熱處理質(zhì)量，達(dá)到或超越國外先進(jìn)水平的惟一出路。

  3. 節(jié)能新工藝的應(yīng)用

  目前國內(nèi)大部分軸承生產(chǎn)企業(yè)，仍普遍采用傳統(tǒng)的熱處理淬回火工藝：820～860℃淬火、油淬和200℃以下回火。整個工藝流程約4.5～5.5h。該工藝已沿用近四五十年。隨著節(jié)能環(huán)保的呼聲越來越高，作為耗能大戶的軸承熱處理行業(yè)，也開始嘗試對軸承經(jīng)典熱處理工藝進(jìn)行研究和改善，研究核心是改變和提高淬回火溫度，縮短工藝流程時間。同時嘗試使用非油淬火介質(zhì)，如鹽浴、水溶性介質(zhì)等，以擴(kuò)大熱處理加工范圍，使熱處理變形更有規(guī)律。襄軸、瓦軸和洛軸等企業(yè)在這些方面均有嘗試，并取得了一定的成果。

　　另外，鍛造后的正火處理，目前國內(nèi)已普遍采用利用鍛后余熱正火的工藝，節(jié)約了大量能源，但還缺乏明確的工藝規(guī)范，能源是利用了，正火質(zhì)量卻很不穩(wěn)定。需要有配套的專用設(shè)備，以解決質(zhì)量穩(wěn)定問題。

  4. 滲碳汽車軸承的重新崛起

　　軸承經(jīng)滲碳后所獲得的優(yōu)質(zhì)綜合力學(xué)性能，是其他軸承材料所無法替代的，因此滲碳鋼成為高端汽車軸承的首選材料。汽車軸承使用滲碳鋼在20世紀(jì)80年代曾風(fēng)靡一時，當(dāng)時國內(nèi)一些企業(yè)開始進(jìn)口成套軸承熱處理滲碳設(shè)備。后來隨著高碳鉻軸承鋼冶煉質(zhì)量的提高，國內(nèi)汽車工業(yè)初期的噴射式發(fā)展，國內(nèi)低端車型需要大量低成本的高碳鉻軸承鋼制軸承，滲碳汽車軸承被暫時擱置。近年來，隨著國外汽車巨頭在國內(nèi)的大量布點，國內(nèi)汽車工業(yè)整體水平的提高，滲碳汽車軸承被重新提出，滲碳汽車軸承今后會在安全系數(shù)要求很高的軍車、乘用車等關(guān)鍵部位大量采用。汽車滲碳軸承常用材料20CrMnTi、20CrNiMoA等，滲碳溫度均在900～930℃。滲碳汽車軸承的高熱處理成本限制了其廣泛采用。國內(nèi)企業(yè)也開始嘗試新型滲碳工藝，如高溫滲碳，即在1000℃或1050℃進(jìn)行滲碳，可大大縮短滲碳時間，降低成本。但受滲碳設(shè)備的制約，目前只停留在試用階段，大批量推廣使用還需時日。

  另外，GCr15軸承鋼滲碳工藝的開發(fā)，也為高碳鉻軸承鋼的使用提供了新的思路。

  5. 與國際標(biāo)準(zhǔn)的有效接軌

國內(nèi)軸承熱處理使用最廣泛的JB/T1255－2000《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)，又要經(jīng)歷十年一次的換版。在2009年西安召開的軸承熱處理行業(yè)會上，軸承標(biāo)準(zhǔn)歸口單位——洛陽軸承研究所，已明確提出JB/T1255－2000標(biāo)準(zhǔn)的修訂要求，對網(wǎng)狀碳化物級別、殘留奧氏體數(shù)量、脫碳層深、淬回火馬氏體組織視場倍數(shù)等做出修訂，以接近國際標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)修訂應(yīng)在今明年內(nèi)完成。重新修訂的JB/T1255－2000標(biāo)準(zhǔn)，將對整個軸承行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。

　　網(wǎng)狀碳化物超差級別2.5級后的明確，會促使軸承生產(chǎn)企業(yè)對軸承鋼生產(chǎn)企業(yè)提出更嚴(yán)格的要求，在鋼廠增加正火工序后會增加軸承鋼制造成本，最終會增加軸承制造成本。

　　脫碳層深度控制的加嚴(yán)，將加大保護(hù)氣氛熱處理設(shè)備的推廣力度，對我國軸承質(zhì)量的提升長期有利。目前一些小型軸承生產(chǎn)企業(yè)的生存將受到挑戰(zhàn)。

　　減少殘留奧氏體含量，目前最簡便的辦法是在淬火后增加10℃以下的二次水冷處理。由于原來在標(biāo)準(zhǔn)中明確殘留奧氏體控制量，各軸承生產(chǎn)企業(yè)的連續(xù)熱處理設(shè)備很少有二次冷卻裝置，如設(shè)備布局過于緊湊，改造難度相當(dāng)大。

　　標(biāo)準(zhǔn)組織圖片視場由500倍改為1000倍，能提高組織判定的準(zhǔn)確性，實施難度不大。

　　每一次標(biāo)準(zhǔn)的修訂，從根本上講都是國內(nèi)主導(dǎo)軸承生產(chǎn)企業(yè)的利益體現(xiàn)。可以想象，此標(biāo)準(zhǔn)最終將會對軸承行業(yè)的進(jìn)一步整合起促進(jìn)作用。

　　另外，汽車軸承作為軸承的重要分支，應(yīng)有適合汽車工業(yè)特點的獨立標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過汽車軸承工作者的不懈努力，這些是可以實現(xiàn)的。

　　三、熱處理裝備

  1. 淬回火設(shè)備

  隨著20世紀(jì)90年代我國民營企業(yè)對馬弗式（托輥式）網(wǎng)帶爐、鑄鏈爐和和推桿爐等保護(hù)氣氛爐型的仿制、技術(shù)消化、局部更新等。國內(nèi)熱處理設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)迅速提高，到2000年以后，國內(nèi)熱處理設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)已基本成熟，基本達(dá)到軸承生產(chǎn)需要。近年來，保護(hù)氣氛設(shè)備大量普及，加上變壓吸附、膜制氮技術(shù)成熟，基本形成以托輥式網(wǎng)帶爐為主流，配合氮基保護(hù)氣氛的中小型汽車軸承熱處理淬回火生產(chǎn)模式，其主要優(yōu)點為生產(chǎn)效率高，能耗低。對于大型汽車軸承，較多采用的是輥棒爐、多用爐和轉(zhuǎn)底爐。原來的老式陳舊設(shè)備如箱式爐、鹽浴爐、鼓型爐和仿蘇K式空氣加熱爐已基本淘汰。

  2. 退火設(shè)備

  保護(hù)氣氛退火能耗低，退火后可實現(xiàn)少、無氧化，對提高軸承零件的材料利用率有重大的保障作用。由于目前國內(nèi)精鍛技術(shù)在軸承生產(chǎn)中很少使用，限制了保護(hù)氣氛退火的推廣。從長遠(yuǎn)考慮，精鍛技術(shù)+保護(hù)氣氛退火的節(jié)能節(jié)材工藝流程，是今后軸承退火的發(fā)展方向。

  3. 從保護(hù)氣氛向可控氣氛過渡

  “少無氧化加熱”具有能耗低、熱處理質(zhì)量穩(wěn)定等特點，這點已充分被軸承生產(chǎn)廠家還只停留在“保護(hù)氣氛”的“少氧化”加熱，采用99.8％以上氮氣+甲醇或只通入甲醇作為保護(hù)氣氛，爐內(nèi)碳勢不控制，熱處理后零件有少量脫碳層，基本可以滿足磨削要求。但在倒角、油溝等不磨削位置仍有殘留脫碳層，特別對滾動體的使用壽命還是有一定的影響。目前國外先進(jìn)企業(yè)已全面推廣“可控氣氛”的“無氧化”加熱，采用高純氮氣+丙烷，爐內(nèi)碳勢可控制，保證爐內(nèi)氣氛的碳勢與加工零件含碳量基本一致，確保加工零件無氧化。

  4. 單線計算機(jī)控制向集中計算機(jī)控制過渡

  隨著計算機(jī)技術(shù)的普及，汽車軸承熱處理設(shè)備已可基本實現(xiàn)單條生產(chǎn)線的計算機(jī)控制，對熱處理過程參數(shù)的精確控制有很大的保障作用。

　　在我們采用計算機(jī)控制后，生產(chǎn)效率與國外先進(jìn)企業(yè)相比仍有較大差距，操作工人偏多，人均勞務(wù)收入低，是國內(nèi)熱處理企業(yè)的現(xiàn)狀。國外上十條熱處理生產(chǎn)線只需要幾個人操作，我們要幾十人甚至上百人。究其原因，是因為我們只做到單條計算機(jī)控制，未做到集中計算機(jī)控制。當(dāng)然，實現(xiàn)熱處理車間的集中控制是各龐大的系統(tǒng)過程，需要熱前各工序的先期優(yōu)化，還需要徹底解決熱處理零件變形這一難題。但這畢竟是我們努力方向。

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——責(zé)任編輯：濟(jì)南鴻慷機(jī)電設(shè)備公司01銷售顧問

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