轴承紧固件技术专题 ７７７５２Ｇ轴承贝氏体等温淬火冷却工艺 瓦房店轴承集团精密转盘轴承有限责任公司 （辽宁大连１１６３００） 侯振刚 ７７７５２Ｇ是特大型四列圆锥滚子轴承，由 两个双列内圈（７７７５２Ｇ／２２），两个单列外圈 三种零件的外径均较大，单重最大为２２．７ ｋｇ， 相对于其宽度和有效厚度来说，形状系数较大，贝 （７７７５２Ｇ／２１）和一个双列外圈（７７７５２Ｇ／０１）组 成。外圈外径４００ｍｍ，内圈外径３２５ｍｍ，有效厚 氏体等温淬火操作方法不当将直接影响零件的尺寸 变化。为此，公司在产品设计时采用１００ＣｒＭｏ７新 材料，化学成分如表２所示。从中可以看出，相对 于传统ＧＣｒ１５钢，该钢Ｍｏ含量较高。Ｍｏ是比Ｃｒ更 度均为２１～２２ｍｍ，主要技术参数如表１所示。 表１ ７７７５２Ｇ主要技术参数 件号 外径 宽度 ／ｍｍ ０１ ４００ 有效厚度 ／ｍｍ ２２ 单重 ／ｋｇ ８＿３ 形状系数 ３－２１ 强的碳化物形成元素，在钢中除了形成合金渗碳体 ／ＩＩ１ＮＩ ４７ 外，形成特殊碳化物（ＭｏＦｅ） Ｃ 、 （ＭｏＦｅ）Ｃ 等的倾向比Ｃｒ更强，使钢有更高的强度和尺寸稳定 ２１ ２２ ０４ ４００ ３２５ ３２ ｌ１１ １１９ ４ｌ ２２ ２１ ３２ ２２．７ １６．８ Ｏ－２５ ３．７２ ２．１８ 性。Ｍｏ还能延长过冷奥氏体向珠光体转变的孕育 期，推迟珠光体转变，而对贝氏体转变影响不大， 有利于在等温过程中得到较好的贝氏体组织。 注：形状系数＝（外径×单重）÷（宽度×厚度） （上接第２１页） 近ｌ０年来，我国大专院校都取消了热处理和工 越集成化、小型化、智能化，对维修人员的维修技 业炉专业，而改为材料大专业。这些因素导致了企 业对于人员技术培训方面的需求增强。 能也相应提出了更高的要求。 热处理装备上有许多易损耗件，需要定期进行 ３．装备 热处理装备应尽可能配备计量、记录、控制、 维护更换，其维护成本较高，因此为保质保量地完 成生产任务，紧固件企业对于合理价格配件的及时 供应非常看重，这也是风电紧固件企业必须重点做 好的事情。 报警及异常处理等功能，更新设备的主要出发点应 该是可靠性高，节能，温度均匀度高，且性能价格 比高。当前我国国产热处理装备虽然便宜，但在能 耗，温度均匀性，以及自动化程度等性能上离国际 名牌产品有较大差距，尤其是可靠性，即服役期间 三、结语 紧固件热处理所赋予产品的质量特性多是不直 观的内在质量（如扭矩系数等），受抽检率和检验 的故障率差距最大，不少风电中小紧固件企业已充 分认识到生产技术上高起点和采用先进设备的重要 性，对设备不具备的控制功能采用人工实现，但逐 部位的限制，对于每一个甚至每一批次的紧固件来 说，其检验都是局部的或个别的，很难做到对热处 步实现热处理控制技术智能化不能缺少，否则将导 致产品失控。 对热处理装备的维护保养十分重要，热处理装 理质量进行１００％的检测。紧固件生产企业必须重 视其热处理质量，一旦出现问题，对生产和产品的 影响面很大，很容易发生严重的机械故障。 Ｍ哪（２０１２０６１８） 备的自动化、智能化程度越来越高，控制系统越来 参磊 …韩 ２５ 表２ １００ＣｒＭｏ７化学成分（质量分数） （％） Ｃ Ｃｒ Ｍｎ Ｓｉ Ｍｏ ０．９８ １．８ Ｏ－３ ０－３ Ｏ．１９ １ １新材料的采用改进了零件的贝氏体等温淬火质 量，但为了使贝氏体淬火后工件尺寸变形量得到控 制，根据轴承零件的结构、形状及尺寸特点，采用 不同的冷却操作方法进行试验，并根据试验结果选 择既保证产品内在质量又保证外形尺寸变化在技术 标准要求内的冷却操作方法，从而确定操作规程。 一、试验方法 １．试验工艺及装备 试验用贝氏体等温淬火加热设备为ＲＪＸ一６０ 炉，等温设备为ＲＪＹ ９０炉，等温淬火工艺如表３ 所示。回火工艺均为２００℃×２４０ｍｉｎ。 表３ ７７７５２Ｇ贝氏体等温淬火试验工艺 淬火温度 总加热 保温 等温 等温 摆料 件号 ／℃ 时间 时间 温度 时间 方式 ／ｍｉｎ ，ｍｉｎ ／℃ ／ｍｉｎ ０１ ５８ １×３ ２ｌ ８６５ ６５ ３０ ２３５ ２４０ １×３ ２２ ６７ １×３ ２．７７７５２Ｇ／０１等温淬火操作方法及试验结果 （１）加热后的工作每次从ＲＪＸ一６０炉中取两 件，等温２４０ ｒａｉｎ后压平面度。具体操作方法是： 用２ｍ长钩将工件从炉膛中捞出后，用钩翻转向上 托住工件，快速移动到盐槽中，上下撺动３～５ｍｉｎ 后放入筐中，等温２４０ｍｉｎ后取出，经四轴区瓢机压 平６０ｍｉｎ后回火，取出工件清洗。 根据标准Ｑ／ＷＺＪ３７３ １—１９９８，其金相组织为托 氏体３级，贝氏体２级，硬度为６０ＨＲＣ，合格。工 件平面度和椭圆变形１００％超过标准Ｑ／ｗｚ．Ｊ３７３５ １９９５规定，见表４。 表４ ７７７５２Ｇ／０１等温淬火每次取两件尺寸变化（ｍｍ） 工件 等温淬火前 等温淬火后 号 留量 椭圆 平面度 留量 椭圆 平面度 ｌ １．Ｏ８ Ｏ．Ｏ８ ０．０７ ２＿２２ Ｏ．７２ Ｏ．６２ ２ １－２Ｏ ０．１Ｏ Ｏ．０５ ２－２１ １．０８ Ｏ．７５ ３ １－２４ ０．１３ Ｏ．０８ ２．４２ １．０２ Ｏ．８５ ４ １＿２８ Ｏ．１５ ０．０４ ２．２４ Ｏ．８６ ０．８２ ５ １．１９ ０ １４ Ｏ．１２ ２．１８ ０．８９ ０．６８ 平均 １．１８ ０．１２ ０．０７２ ２．２５４ ０．９ｌ４ ０．７４４ ２６ ２ＺＯ ０ １２ 造ｒ参磊 Ｉ‘，两 ’＾珊邪上 热加工 此为７７７５２Ｇ／０１等温淬火原始工艺，实际上， 等温后工件的内部组织基本稳定，等温后再压平面 效果不明显。 （２）每次取一件，不压平面度。操作方法： 用２ ｉｎ长钩从炉膛中捞出一件，用１．４ｍ长钩把工件 轻挑起，移动到盐槽中，上下撺动３～５ｍｉｎ后放入 筐中，等温２４０ｍｉｎ后取出，清洗后进行检测。 根据标准Ｑ／ＷＺ．Ｊ３７３７—１９９８，金相组织为托 氏体３级，贝氏体２级，硬度６０ＨＲＣ。工件平面度变 形均在Ｑ／ＷＺ．Ｊ３７３５规定范围内，７０％５］２件的椭圆变 形超过Ｑ／ＷＺ．Ｊ３７３５规定，见表５。 表５ ７７７５２Ｇ／０１等温淬火每次取一件尺寸变化（ｍｍ） 工件 等温淬火前 等温淬火后 号 留量 椭圆 平面度 留量 椭圆 平面度 １ １．１Ｏ Ｏ．１０ Ｏ－（】５ ２－２ｌ ０．６６ Ｏ３６ ２ １３Ｏ Ｏ．１２ Ｏ．０６ ２＿２９ Ｏ．５０ Ｏ３８ ３ １．１５ Ｏ．Ｏ６ Ｏ－０５ ２．１５ ０．７０ ０．４６ ４ １．１９ Ｏ．Ｏ６ ０ｌ０６ ２．１０ Ｏ．５２ Ｏ．５０ ５ １．１７ Ｏ．１８ ０．Ｏ８ ２．１４ Ｏ．５６ ０ ４７ 平均 １．１８２ ０．１０４ ０．Ｏ６ ２．１８ ０．５８４ ０．４２８ 通过多次试验，认为此方法能够有效地保证工 件的直径变动量和平面度，并且对于避免冷却操作 过程中的机械碰撞有明显效果。故在实际操作过程 中，采用每次取一件，不压平面度的操作方法。 ３．７７７５２Ｇ／２１等温淬火冷却操作方法及试验 结果 （１）手撺冷却用２ｍ长钩把工件从炉膛中捞 出，翻转、托住工件，移动到盐槽中，上下撺动３ ～５ｍｉｎ后放入筐中，等温２４０ｍｉｎ，取出清洗。 检测结果为，金相组织为贝氏体３级＋少量托氏 体，硬度５９ＨＲＣ。平面度变形符合标准规定，椭圆 变形１００％超标，见表６。 表６ ７７７５２Ｇ，２１等温淬火手撺冷却尺寸变化（ｍｍ） 工件号 部位 等温淬火前 等温淬火后 留量 椭圆 留量 椭圆 １ 边 １．５８ Ｏ．１２ ２．６１ ｌｌ２６ 中 １．５７ Ｏ．１２ ２．６５ １．２４ ２ 边 １．４３ ０．１８ ２．４８ １．ｏ０ ｄ丁 １．５Ｏ ０＿２８ ２．５３ ｌ １０ ３ 边 １．５４ Ｏ＿２４ ２．４６ ｌ＿２Ｏ 中 １．４７ ０－２８ ２．７８ １．２４ ４ 边 １．６２ Ｏ．１０ ２．６９ １．４６ 中 １．５７ Ｏ．１８ ２．６４ １．００ ５ 边 １．５４ ０．１２ ２．５３ １．０６ 中 １．５５ Ｏ．１８ ２．７３ １．Ｏ２ 平均 边 １．５３４ Ｏ．１５２ ２．５５４ １．１９６ 中 １．５３２ Ｏ．１８８ ２．６６６ １．１２ （２）旋转机冷却用２ｍ长钩把工件从炉膛 中捞出后，用１．４ｍ长钩把工件挑起，放在盐槽中 旋转机上，转动３～５ｍｉｎ，挑出放入筐中，等温 ２４０ｍｉｎ，取出清洗。 检测结果为，金相组织为贝氏体３级＋少量托氏 体，硬度６０ＨＲＣ。平面度变形符合标准，见表７。 表７ ７７７５２Ｇ／２１等温淬火旋转机冷却尺寸变化（ｍｍ） 工件号 部位 等温淬火前 等温淬火后 留量 椭圆 留量 椭圆 １ 边 １．６０ ００６ ２＿３９ ０．７０ 中 １．５８ ０．０７ ２．５０ ０．７２ ２ 边 １－４７ Ｏ．１０ ２－２４ ０．６Ｏ 由 １．５０ ０．１２ ２－３９ ０．６６ ３ 边 １．４２ ０．Ｏ８ ２－２９ ０．７Ｏ 中 １．４４ ０．０８ ２．５５ ０．７４ ４ 边 １．６４ ０．１４ ２．４８ Ｏ．５６ 中 １．６９ ０．１２ ２．６５ Ｏ．５９ ５ 边 １５０ ０．Ｏ８ ２．４８ ０．５８ 中 １．５ｌ ０．１Ｏ ２．５９ Ｏ．５６ 平均 边 １．５２６ Ｏ－０９２ ２．３７６ ０．６２８ 中 １．５５４ ０．０９８ ２．５３６ ０．６５４ 从两种冷却操作方法加工的产品质量看，旋转 机冷却要好于手撺冷却，故实际生产中采用旋转机 冷却这种操作方法。 ４．７７７５２Ｇ／２２的不同等温淬火工艺 （１）一次等温淬火对车工白皮工件加热后， 在旋转淬火机上等温冷却。 （２）二次等温淬火对一次等温淬火的工件再 次加热后，在旋转机上等温冷却。 对一次、二次等温淬火工件质量进行对比发 现，一次、二次等温淬火组织均含有少量托氏体， 二次等温淬火组织更加细小，硬度均为６０ＨＲＣ。二 次等温淬火后，内外径尺寸在一次等温淬火的基础 上胀大了０．９％，椭圆变形平均为０．３０ｍｍ，见表８。 表８ ７７７５２Ｇ／２２等温淬火后内外径尺寸变化（ｍｍ） 工件号 二次等温淬火前 二次等温淬火后 留量 １ 椭圆 留量 椭圆 １ ０．０８ ｛０ ０．３５ ０＿２０ ２ ０．０５ １０ ０．２１５ ０＿３５ ３ ０．０１０ ｌ ０ ０．２２５ ０３５ 平均 ０．０２３ ｌ ０ Ｏ－２６１３ ０＿３Ｏ 二、试验结果分析 从上述试验结果可知，等温淬火冷却操作方法 对产品质量有直接影响。 （１）７７７５２Ｇ／０１９￣径４００ｍｍ，宽度４７ｍｍ，两 者之比为８．５：１。７７７５２Ｇ／０１单件冷却工件的平面 度、椭圆变形小于双件冷却。原因有３方面：①用 ２ｍ长钩翻转形成的较大扭曲力矩使红热状态下的 工件极易产生翘曲变形（即平面变形）。②用２ｍ 长钩挑起工件所用力比挑起一件大ｌ倍。在操作过 程中更易与盐槽壁碰撞，这种机械碰撞使红热状态 下的工件容易造成塑性变形，对工件的椭圆变形、 平面度带来不良影响。③在浸入盐槽窜动过程中， 单件比双件轻，相比之下，双件操作的冷却速度比 单件迟缓，这样容易产生不均匀的热应力和组织应 力，对工件的外形尺寸变化也带来不良影响。 （２）７７７５２Ｇ／２１旋转机上冷却，椭圆变形小于 手撺冷却。原因有以下两个方面：①７７７５２Ｇ／２１单 重２２．７ｋｇ，外径４００ｍｍ、宽度１ｌｍｍ，工件外径、 单重大，给操作者的操作带来困难。在窜动过程 中，手撺本身使工件壁受很大的上下重力，工件易 出现椭圆变形；而在旋转淬火机上冷却，工件壁 受力较均匀，故对工件的直径变动影响不大。② ７７７５Ｇ／２ １￣径尺寸大，手撺冷却时工件不发生旋转 运动，盐槽盐液上下各部位温度不一致，使工件冷 却时的热应力和组织应力不均匀，给工件的外径尺 寸变化带来影响；而旋转淬火机冷却时的旋转运动 使冷却均匀性较好。 （３）二次等温淬火后内外径尺寸胀大０．９％， 椭圆变形平均为０．３０ｍｍ。由于二次等温淬火组织 比一次等温组织细小，贝氏体含量更多。众所周 知，工件在热处理过程中的比容变化规律为：Ｐ— Ａ，体积收缩；Ａ—Ｂ，体积膨胀；Ａ—Ｍ，体积膨 胀。一次等温淬火后，套圈因组织转变引起的尺寸 胀大量为２％～４％。而二次等温淬火后，由于组织 中贝氏体的含量进一步增加，故外径尺寸又有微小 胀大，约０．９％。 三、结语 （１）工件经贝氏体等温淬火后，产生不同程 度的尺寸变形是不可避免的。 （２）选择恰当的冷却方法可较好地控制工件 变形。 （３）７７７５２Ｇ轴承零件一次贝氏体等温淬火 后，外径平均胀大０．２％～０．３％，二次贝氏体等温 淬火后，外径在此基础上胀大０．９％。ＭＷ （２０１２０５０７） 参磊 。 工塾 ｗｗｗ．ｍｅｔｏｌｗｏｒＫＩｎ￣ｌ ｙｊｎ ｃｏｒｎ ，２７
