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(diǎn)，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)。為探求的感應(yīng)加熱條件，進(jìn)行了各項(xiàng)試驗(yàn)，并與爐內(nèi)加熱產(chǎn)品性能進(jìn)行對(duì)比。
1、試驗(yàn)方法
固溶碳含量影響基體材料的多種性能，但直接測(cè)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(yàn)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(yàn)尺寸為φ60 mm ×φ54 mm×15 mm，采用高頻感應(yīng)加熱器對(duì)試樣進(jìn)行加熱。通過(guò)測(cè)試試樣外徑中心區(qū)域溫度進(jìn)行反饋控制，試樣溫度保持不變。加熱完成后用70℃冷卻油進(jìn)行淬火，直至試樣溫度降低至100℃。
表1 感應(yīng)加熱試驗(yàn)條件
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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?xiàng)l件的顯微組織不同?；鼗鸷蟮挠捕?、殘余奧氏體含量及原奧氏體晶粒度見表2。
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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
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2、熱處理?xiàng)l件的選擇
2.1 尺寸變化率試驗(yàn)
230°C下保溫2h，測(cè)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
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2.2 額定靜載荷試驗(yàn)
試驗(yàn)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(xiǎn)因數(shù)為5%)。這意味著當(dāng)1000℃加熱時(shí)，額定靜載減小。
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圖2 額定靜載荷
2.3靜態(tài)斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)
試樣不包括未通過(guò)尺寸變化率試驗(yàn)的試樣和額定靜載荷低的1000℃加熱的試樣。靜態(tài)斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，陰影區(qū)域產(chǎn)品靜態(tài)斷裂強(qiáng)度低于爐內(nèi)加熱產(chǎn)品靜態(tài)斷裂強(qiáng)度(風(fēng)險(xiǎn)因數(shù)為1%)。
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圖3 靜態(tài)斷裂強(qiáng)度
2.4 剪切疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)
剪切疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果圖4所示，載荷循環(huán)3 ×109 r時(shí)的應(yīng)力幅值如圖5所示。
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圖4 剪切疲勞性能
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圖5 3 ×109 r時(shí)的疲勞強(qiáng)度
2.5 確定合適的熱處理
尺寸變化率和強(qiáng)度評(píng)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(yàn)產(chǎn)品用“—”標(biāo)記。
表4 試驗(yàn)結(jié)果
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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
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3、合適感應(yīng)熱處理?xiàng)l件下軸承的壽命試驗(yàn)
根據(jù)試驗(yàn)選取合適的感應(yīng)淬火熱處理?xiàng)l件對(duì)深溝球軸承溝道面進(jìn)行感應(yīng)淬火，并進(jìn)行軸承壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果見表6和表7。
表6 球軸承RCF壽命試驗(yàn)條件
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表7 壽命試驗(yàn)結(jié)果
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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(duì)軸承套圈進(jìn)行處理并進(jìn)行壽命試驗(yàn)，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(dá)到1000℃時(shí)，基于描述的試驗(yàn)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(huì)降低。
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