主軸軸承冷卻介質(zhì)和淬火失效的檢查方法

根據(jù)主軸軸承工作表面磨削變質(zhì)層的形成機理，影響磨削變質(zhì)層的主要因素是磨削熱和磨削力的作用。下面我們就來分析一下關(guān)于軸承失效的原因。

1.主軸軸承的磨削熱

在軸承的磨削加工中，砂輪和工件接觸區(qū)內(nèi)，消耗大量的能，產(chǎn)生大量的磨削熱，造成磨削區(qū)的局部瞬時高溫。運用線狀運動熱源傳熱理論公式推導(dǎo)、計算或應(yīng)用紅外線法和熱電偶法實測實驗條件下的瞬時溫度，可發(fā)現(xiàn)在0.1～0.001ms內(nèi)磨削區(qū)的瞬時溫度可高達1000～1500℃。這樣的瞬時高溫，足以使工作表面一定深度的表面層產(chǎn)生高溫氧化，非晶態(tài)組織、高溫回火、二次淬火，甚至燒傷開裂等多種變化。

（1）表面氧化層

瞬時高溫作用下的鋼表面與空氣中的氧作用，升成極?。?0～30nm）的鐵氧化物薄層。值得注意的是氧化層厚度與表面磨削變質(zhì)層總厚度測試結(jié)果是呈對應(yīng)關(guān)系的。這說明其氧化層厚度與磨削工藝直接相關(guān)，是磨削質(zhì)量的重要標志。

（2）非晶態(tài)組織層

磨削區(qū)的瞬時高溫使工件表面達到熔融狀態(tài)時，熔融的金屬分子流又被均勻地涂敷于工作表面，并被基體金屬以極快的速度冷卻，形成了極薄的一層非晶態(tài)組織層。它具有高的硬度和韌性，但它只有10nm左右，很容易在精密磨削加工中被去除。

（3）高溫回火層

磨削區(qū)的瞬時高溫可以使表面一定深度（10～100nm）內(nèi)被加熱到高于工件回火加熱的溫度。在沒有達到奧氏體化溫度的情況下，隨著被加熱溫度的提高，其表面逐層將產(chǎn)生與加熱溫度相對應(yīng)的再回火或高溫回火的組織轉(zhuǎn)變，硬度也隨之下降。加熱溫度愈高，硬度下降也愈厲害。

（4）二層淬火層

當磨削區(qū)的瞬時高溫將工件表面層加熱到奧氏體化溫度（Ac1）以上時，則該層奧氏體化的組織在隨后的冷卻過程中，又被重新淬火成馬氏體組織。凡是有二次淬火燒傷的工件，其二次淬火層之下必定是硬度極低的高溫回火層。

（5）磨削裂紋

二次淬火燒傷將使工件表面層應(yīng)力變化。二次淬火區(qū)處于受壓狀態(tài)，其下面的高溫回火區(qū)材料存在著最大的拉應(yīng)力，這里是最有可能發(fā)生裂紋核心的地方。裂紋最容易沿原始的奧氏體晶界傳播。嚴重的燒傷會導(dǎo)致整個磨削表面出現(xiàn)裂紋（多呈皸裂）造成工件報廢。

在軸承使用過程中，振動、噪聲、潤滑劑的使用不當都會對軸承造成嚴重的損害，直接影響到軸承的使用壽命，為了更好的使用軸承，提高生產(chǎn)效率我們有必要了解一些對軸承有害處的不當使用方法和一些簡單的軸承維護。

不同的軸承零件的成分、形狀、設(shè)計、尺寸，對力學(xué)的性能要求都是不同的，采用的都是不同的淬火方法，一般來說每種軸承鋼都有固定的C曲線，而冷卻介質(zhì)決定了軸承淬火后的組織和力學(xué)性能是不是達標，因此對這些因素就要具體的做重點考慮分析，在實際制作過程中軸承零件的熱處理缺陷的產(chǎn)生，和冷卻軸承的介質(zhì)都是有直接的關(guān)系。

在軸承熱處理爐內(nèi)加熱到完全煉化后，為了嚴格的技術(shù)參數(shù)要求，都要經(jīng)過淬火處理，冷卻后的軸承要得到馬氏體組織，軸承的冷卻速度就必須要大于臨界冷卻的速度，但冷速過快則使工件的體積收縮和組織轉(zhuǎn)變劇烈，引起很大的內(nèi)應(yīng)力。因此在獲得馬氏體的條件“F”，所以一定要注意冷卻的速度，這樣才能得到合格的馬氏體。

選擇合適的淬火介質(zhì)顯尤為重要，它決定了軸承零件淬火后的組織和性能，通常淬火介質(zhì)有固態(tài)、液體和氣體三種，按軸承淬火時介質(zhì)物態(tài)變化情況分為發(fā)生物態(tài)變化和不發(fā)生物態(tài)變化類。

在整個制作緩解中選擇淬火的介質(zhì)是最重要的，它決定了軸承淬火后的整體的一個組織和性能，一般的淬火介質(zhì)有氣體和液體、還有固體，相對來說氣體用的比較少一些，另外在按照淬火時候的變化情況又能分為生物態(tài)變化和不發(fā)生物態(tài)變化這兩類。

套圈的冷處理

將工件淬火冷卻至室溫后，立即放置在低于室溫的環(huán)境下停留一定時間，取出置于室溫中，這種低于室溫的處理叫冷處理。軸承鋼冷處理常采用冷凍機和干冰酒精溶液。

1.冷處理的作用

精密軸承對尺寸穩(wěn)定性要求較高；套圈淬火（尤其是分級淬火）后，內(nèi)部組織仍保留較多的殘余奧氏體，這種殘余奧氏體是不穩(wěn)定的組織，在儲存和使用軸承過程中，會不斷地發(fā)生變化，從而改變軸承的精度。為此采用冷處理工藝，它能減少組織中的殘余奧氏體，稍微提高零件的硬度。

2.冷處理工藝

淬火后在室溫停留：淬火后，一定要使套圈內(nèi)外均勻冷至室溫后進行冷處理，否則容易開裂，冷至室溫后馬上冷處理（一般不超過30min），否則會中止奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變。

冷處理溫度：冷處理的溫度主要根據(jù)鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變終止溫度Mf，另外還要考慮冷處理對機械性能的影響及工藝性等因素。

對于GCr15鋼，冷處理選用-70℃；精度要求不甚高的套圈或設(shè)備有限制時，冷處理溫度可選為-40～-70℃；超精密軸承，可在-70℃～-80℃之間進行冷處理。過冷的溫度影響軸承沖擊疲勞和接觸壽命。

冷處理保溫：雖然大量馬氏體的轉(zhuǎn)變是在冷到一定溫度傾刻間完成的，但為使一批套圈表面與心部都均勻達到冷處理溫度，需要一定的保溫時間，一般為1～1.5h。

冷處理后的回火：套圈冷處理后放在空氣中，其溫度緩慢升至室溫后及時進行回火。溫升不能太快，否則容易開裂；回火及時，否則套圈內(nèi)部較大的殘余應(yīng)力會導(dǎo)致套圈開裂，一般不超過2h。