高碳合金軸承鋼(SUJ2)整體爐內(nèi)加熱和感應(yīng)加熱各有特點，爐內(nèi)加熱淬火生產(chǎn)效率高，為奧氏體和滲碳體兩相區(qū)淬火；感應(yīng)加熱淬火更節(jié)能，通常采用高溫加熱，硬化始于奧氏體單相區(qū)。為探求Z優(yōu)的感應(yīng)加熱條件，進行了各項試驗，并與爐內(nèi)加熱產(chǎn)品性能進行對比。
1、試驗方法
固溶碳含量影響基體材料的多種性能，但直接測量碳含量非常困難，因此，采用碳化物面積比，而非固溶碳含量。試驗條件見表1（加工狀態(tài)用加熱溫度、碳化物面積比及回火條件在試樣上依次標(biāo)明，如“900-4-180”）。試樣材料為同一批次SUJ2，試驗尺寸為φ60 mm ×φ54 mm×15 mm，采用高頻感應(yīng)加熱器對試樣進行加熱。通過測試試樣外徑中心區(qū)域溫度進行反饋控制，試樣溫度保持不變。加熱完成后用70℃冷卻油進行淬火，直至試樣溫度降低至100℃。
表1 感應(yīng)加熱試驗條件
感應(yīng)加熱熱處理狀態(tài)的基本特性為：感應(yīng)淬火產(chǎn)品的碳化物分布如圖1所示，不同熱處理條件的顯微組織不同。回火后的硬度、殘余奧氏體含量及原奧氏體晶粒度見表2。
圖1 碳化物分布
表2 回火后的硬度、殘余奧氏體含量及原奧氏體晶粒度
2、Z優(yōu)熱處理條件的選擇
2.1 尺寸變化率試驗
230°C下保溫2h，測量加熱后的尺寸變化率見表3。3種碳化物面積比的試樣均不合格。
圖3 尺寸變化率
2.2 額定靜載荷試驗
試驗結(jié)果如圖2所示，陰影區(qū)域產(chǎn)品額定靜載荷低于爐內(nèi)加熱產(chǎn)品(風(fēng)險因數(shù)為5%)。這意味著當(dāng)1000℃加熱時，額定靜載減小。
圖2 額定靜載荷
2.3 靜態(tài)斷裂強度試驗
試樣不包括未通過尺寸變化率試驗的試樣和額定靜載荷低的1000℃加熱的試樣。靜態(tài)斷裂強度試驗結(jié)果如圖3所示，陰影區(qū)域產(chǎn)品靜態(tài)斷裂強度低于爐內(nèi)加熱產(chǎn)品靜態(tài)斷裂強度(風(fēng)險因數(shù)為1%)。
圖3 靜態(tài)斷裂強度
2.4 剪切疲勞強度試驗
剪切疲勞強度試驗結(jié)果圖4所示，載荷循環(huán)3 ×109 r時的應(yīng)力幅值如圖5所示。
圖4 剪切疲勞性能
圖5 3 ×109 r時的疲勞強度
2.5 確定合適的熱處理
尺寸變化率和強度評估結(jié)果見表4。性能不低于爐內(nèi)加熱產(chǎn)品用“O”標(biāo)記；性能低于爐內(nèi)加熱產(chǎn)品用“x”標(biāo)記；未試驗產(chǎn)品用“—”標(biāo)記。
表4 試驗結(jié)果
所有性能不低于爐內(nèi)加熱的感應(yīng)加熱條件見表5。
表5 JIS-SUJ2合適的感應(yīng)淬火條件
3、合適感應(yīng)熱處理條件下軸承的壽命試驗
根據(jù)試驗選取合適的感應(yīng)淬火熱處理條件對深溝球軸?溝道面進行感應(yīng)淬火，并進行軸承壽命試驗。試驗條件和試驗結(jié)果見表6和表7。
表6 球軸承RCF壽命試驗條件
表7 壽命試驗結(jié)果
4、結(jié)論
1）在選取合適的感應(yīng)淬火條件下，能保證性能與爐內(nèi)加熱淬火等同。
2）在表5所示合適的感應(yīng)加熱淬火條件下對軸承套圈進行處理并進行壽命試驗，感應(yīng)淬火壽命為基本額定壽命的4倍。
3）當(dāng)加熱溫度達到1000℃時，基于描述的試驗條件，尺寸穩(wěn)定性變差。若為了改善尺寸穩(wěn)定性而采用高溫回火，則硬度及額定靜載荷均會降低。
來源：NTN TECHNICAL REVIEW
作者：Hiroshi YUKI等
翻譯：郭浩
校對：楊哲
整理：軸承雜志社
