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(jī)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(shí)高溫。運(yùn)用線狀運(yùn)動(dòng)熱源傳熱理論公式推導(dǎo)、計(jì)算或應(yīng)用紅外線法和熱電偶法實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)條件下的瞬時(shí)溫度，可發(fā)現(xiàn)在0.1～0.001ms內(nèi)磨削區(qū)的瞬時(shí)溫度可高達(dá)1000～1500℃。這樣的瞬時(shí)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(shí)高溫作用下的鋼表面與空氣中的氧作用，升成極薄（20～30nm）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(cè)試結(jié)果是呈對(duì)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(biāo)志。

（2）非晶態(tài)組織層

磨削區(qū)的瞬時(shí)高溫使工件表面達(dá)到熔融狀態(tài)時(shí)，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(shí)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(dá)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(duì)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(dāng)磨削區(qū)的瞬時(shí)高溫將工件表面層加熱到奧氏體化溫度（Ac1）以上時(shí)，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(yán)重的燒傷會(huì)導(dǎo)致整個(gè)磨削表面出現(xiàn)裂紋（多呈皸裂）造成工件報(bào)廢。

在軸承使用過程中，振動(dòng)、噪聲、潤滑劑的使用不當(dāng)都會(huì)對(duì)軸承造成嚴(yán)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(duì)軸承有害處的不當(dāng)使用方法和一些簡單的軸承維護(hù)。

不同的軸承零件的成分、形狀、設(shè)計(jì)、尺寸，對(duì)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(dá)標(biāo)，因此對(duì)這些因素就要具體的做重點(diǎn)考慮分析，在實(shí)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(yán)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(shí)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(gè)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(gè)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(duì)來說氣體用的比較少一些，另外在按照淬火時(shí)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(shí)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(jī)和干冰酒精溶液。

1.冷處理的作用

精密軸承對(duì)尺寸穩(wěn)定性要求較高；套圈淬火（尤其是分級(jí)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(chǔ)存和使用軸承過程中，會(huì)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(jìn)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(huì)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(duì)機(jī)械性能的影響及工藝性等因素。

對(duì)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(shí)，冷處理溫度可選為-40～-70℃；超精密軸承，可在-70℃～-80℃之間進(jìn)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(dá)到冷處理溫度，需要一定的保溫時(shí)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(shí)進(jìn)行回火。溫升不能太快，否則容易開裂；回火及時(shí)，否則套圈內(nèi)部較大的殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致套圈開裂，一般不超過2h。