1.盐浴加热淬火

盐浴加热淬火的特点是适用性广，可以一个加热炉用几个淬火槽，它不受套圈形状的限制，可以满足小批量多品种生产的要求，对于刚刚起步的小微企业来说，设备投资低，操作简单，就是劳动强度较大，操作环境差一些，但在环境保护方面只要选择易溶解于水的中性盐浴配方，如50%NaCI 50%NaCO和用603渗碳剂进行脱氧，就可以满足生产要求，它们所产生的废气，废渣，废水都不会污染环境。对于确保产品质量来说只要选择合理的耐热钢挂具和淬火介质是可以达到技术要求的，况且套圈淬火后的表面质量较好，没有氧化脱碳现象，不需要回火后进行光饰处理，节省了投资和人工等成本的开资。为了使套圈的畸变小，在设备方面应该选用三相四极的侧埋式或者顶埋式电极盐浴炉，它在加热时盐浴的流动性比较好，比较均匀 ，盐浴波对套圈的冲击力比较小，温度的测试靠插到盐浴槽内的热电偶通过仪表能达到精确的控制，另外在淬火介质方面应该使用能有效地減少套圈在淬火冷却过程中椭圆度的变化及能获得良好的光亮性的轴承专用淬火油，对于<5mm薄壁件套圈来说可以选择分级淬火油，如南京科润工业介质股份有限公司的KR498G轴承专用淬火油;壁厚<12mm的用KR468G,对于<16mm的厚壁件的内圈可以选择快速淬火油，如KR028G轴承专用淬火油。这样达到了一个加热炉根据套圈的有效壁厚不同，使用几个不同冷却速度的淬火油槽的目的，对于特厚件的产品还可以选择水剂淬火介质，如配置一定浓度的KR6480，KR9980等水剂淬火介质，这样节省了能源和投资，做到了一炉多用的目的。

2.精密轴承的真空淬火

对于小，微型精密轴承来说，它的失效形式是磨损及疲劳损坏，因此需要轴承具有均匀的硬度,高的耐磨性、弹性极限和接触疲劳强度，有足够的淬透性和韧性以及微小的淬火畸变。为此可以选择真空淬火技术，轴承钢的真空热处理首先是美国海斯公司和日本真空技术研究所在1968年前后研制出了真空淬火油和水剂淬火剂，使真空淬火技术在热处理行业得到迅速的发展，从而使国内外的真空淬火设备在轴承行业也得到了使用，特别是国产真空炉的整体质量也不错，价格又比进口真空炉便宜许多，从而在精密轴承热处理方面得到了广泛的使用，真空淬火它不会产生氧化和脱碳，可以实现光亮淬火的目的，淬火畸变又小，为此可以减少热处理后的机械加工余量，真空淬火对工件具有脱气作用，可以将钢材内的有害杂质抽掉，从而提高了工件的力学性能和使用寿命，轴承钢经真空淬火后的耐磨性和疲劳寿命比一般的常规淬火可以提高2倍以上。真空淬火的操作环境清洁及其自动简便，它属于无公害无污染的清洁热处理工序。

对于轴承套圈的外径在4—50mm,厚度0.2—1.5mm;内圈直径在3—45mm,厚度0.5—1.5mm的技术要求是：淬火硬度〉63HRC,金相组织符合JB/T 1255—2001《高碳铬轴承钢滚动轴承热处理技术条件》中规定的2级隐晶或细小结晶状马氏体，均匀分布的细小残留碳化物和少量的残留奥氏体。同一炉产品的淬火硬度差<1HRC，淬火畸变<0.01mm。为此需要用有质量稳定的真空淬火炉和优良的淬火介质来保证,为保证尺寸稳定性在套圈真空淬火后应该立即进行—80℃的深冷处理（马氏体转变终了点—78℃），最后进行油回火处理。

2.1 真空淬火炉

国外品牌的真空淬火炉如：

Hayes,abar.Ipsen,Degussa.lpsen,ALD,BMI,TAV,CONSARC,ECM等进入中国市场已经很早，并且充当了领头羊的作用，对推动国产真空炉的发展起到了积极的促进作用，如真空高压气淬，真空油、气淬双室炉，真空低压渗碳组合生产线等技术的应用提高了工件的淬火质量和生产效率。国内生产真空炉的设备厂家也很多，但主要集中在北京的较多，如，北京航天万源（原211厂），华海中谊，机电研究所，华翔，易利等，其他地方如盐城丰东，沈阳佳誉,中山凯旋等国产真空炉的总体质量也不错，价格比进口的便宜很多，维护及售后服务也方便，这样可以降低生产成本。对于精密小微型轴承来说采用真空油淬炉是较理想的设备，根据产量的大小可以选择规格不同的炉型。根据真空热处理炉的分类应该是周期中温电阻式（700～1000℃）低压真空热处理炉（133Pa～10¯¹Pa），它分为立式和卧式二种，其中卧式油淬炉和卧式气、油淬双室炉的普及率很高，使用范围也较大，除了淬轴承套圈以外还可以淬工模具零件，是一炉多用的设备。对于轴承套圈来说，真空淬火后表面很光亮，呈现银白色，淬火硬度的分散度很小，在1HRC范围之内。它在200℃以下回火时，用一般的真空回火炉在低温回火时会产生微氧化现象，造成轴承钢真空回火后会使表面颜色发暗，况且真空回火时间又长又耗氮气，使生产成本增大，故一般使用专用回火油炉来替代真空回火炉，这是比较理想的工艺手段，如用KR535,KR565等回火油同样可以达到光亮的目的，况且油回火后的硬度均匀性很好，设备投资及其生产成本也比真空回火低许多。

2.2 真空淬火油

对于精密小微型轴承来说，采用真空淬火技术是最理想的工艺，为此需要使用真空淬火油，因为真空淬火油它的特点是：（1）蒸气压较低，一般在10¯4～10¯2Pa，以确保在10¯¹～10Pa真空度条件下，真空淬火油不会产生明显的挥发。（2）杂质与残碳少，酸值低，零件真空淬火后的表面光亮度应不低于标准试样的70%。（3）临界压强低，冷却性能好，零件真空淬火后的硬度均匀，达到常压淬火的硬度或者更高。（4）热稳定性好，即抗老化性能好，使用寿命长。生产真空油的国内外供应商很多，可以根据需求进行选择。如南京科润的真空淬火油根据冷却速度的不同有快、中、慢三种，如：KR328、KR348、KR368三种，该公司还可以根据用户的特殊要求设计出相应的真空淬火油。在大量的生产实践中证明，对于精密小微型轴承使用KR368真空淬火油是很理想的淬火介质。

为确保轴承套圈的质量和产量，根据真空淬火炉的型号大小不同，可以在装料筐内放3～4层料盘，由于真空加热是以辐射为主，所以加热速度比较慢，真空加热的时间是盐浴炉的4～6倍，空气炉的1.5～2倍，所以要进行以预热，使每层料盘上的套圈的温度能均匀，其预热温度设在650～700℃左右，真空度40Pa,保持一段时间后再升温到淬火加热温度，真空度0.1Pa。对于轴承钢而言，在900℃以下加热，真空度越高其脱气效果越好，表面越光亮，但是也不能太高，否则会造成脱铬，产品发生粘连，影响轴承的使用寿命，甚至于报废。新的真空淬火油在使用前必须进行脱气处理，操作方法是:关闭冷室炉门后开启油搅拌器，进行抽真空除气，从观察孔中观察油面沸腾情况，当沸腾的油面即将达到离油槽口80—100mm时立即关闭机械真空泵,此时大量的气泡会从油面逸出，等气泡逐渐消失后，再打开真空泵继续抽真空，气泡还会出现，再关闭真空泵，这样反复几次，最后打开油加热器对油进行加热，并继续抽真空直到没有气泡出现为止，此时真空淬火油的脱气工作就完成了。真空油的使用温度一般都在40～80℃，油温过低粘度大，导致冷却速度下降，使套圈的硬度不均匀，表面不光亮。油温太高，油会蒸发导致老化。真空油淬时要防止发生爆炸事故，它的发生主要是由于操作不当所至，所以要严格遵守操作规程。要防止发生爆炸的三个条件同时共存，即可燃气体，助燃物（氧气、空气），火源三条件同时存在时即刻发生爆炸。

3.碳氮共渗处理

对于在污染及润滑条件极差的特殊环境下工作的轴承来说，用常规的热处理或碳化物超细化处理等工艺都无法满足轴承套圈需要表面耐磨性高心部韧性好的技术要求，为此必需对套圈进行表面强化处理，一般的做法是对轴承钢先进行整体调质后再渗碳，碳氮共渗或渗氮处理，实际上直接进行表面强化处理后的心部硬度和调质处理的心部硬度基本是一样的，这样可以节省一道调质工艺。在表面强化处理方面选择碳氮共渗处理是较好的工艺手段，所用设备可以分别选择密封箱式多用炉生产线或推杆式连续炉生产线，对于车间面积有限制的企业可以用密封箱式多用炉是很好的的选择。

3.1 密封箱式多用炉

生产线包括多用炉，回火炉，清洗机，装卸料料车，工件移动小车，计算机控制系统组成。现在节能型的多用炉大多都园型的，炉衬材料选择绝热性好的，蓄热量少的轻质耐火材料和耐火纤维，它们的密封性很好，可以使炉温均匀性在 -5度范围。在滴注式或直生式气氛的炉子中其气氛控制应用氧探头碳势控制仪和二氧化碳红外仪进行多元控制，此时炉膛内的氧探头测得的氧势及红外仪测得的二氧化碳值和温度一起传递给碳势控制仪并进行自动运算，此时显示出炉膛内的真实碳势，对碳氮共渗的碳势，层深及其浓度梯度做到了精确的控制，确保了产品的质量。现在生产多用炉的设备厂商很多，其质量也相当的好，价格也比进口的便宜很多，所以极少再从国外原装进口，国内的供应商如艾忇林热处理系统（北京）有限公司，易普森工业炉（上海）有限公司，江苏丰东热技术股份有限公司，天龙科技炉业（无锡）有限公司，上海汇森益发工业炉有限公司，吉埃裴工业炉（上海）有限公司，南京摄炉（集团）有限公司等等都是很好的选择。

3.2 碳氮共渗的工艺

套圈的表面强化处理选择碳氮共渗是因为它的共渗温度比渗碳温度低，这可以减小畸变，比渗氮时间短,则可以缩短生产时间，这样节约生产成本。轴承钢的含碳量在0.95—1.05%C，属于高碳铬钢，所以碳氮共渗有一定的难度，为此需要有一个合理的工艺，即将装入料筐内的套圈先在清洗机中清除油污及脏物，然后进入多用炉内进行分段预热，在840—860℃碳氮共渗，碳势1.20%，氨气0.10—0.20m³/h,共渗淬火加热时间100分钟。共渗后的表面硬度62—63HRC,在距表面0.2ｍｍ处的淬火硬度870－890HV（65.5—66HRC），化合物组织2—3级，层深0.6—0.8mm，心部组织3—4级。共渗温度高，则共渗时间短，层深较深，硬度也高。为了进一步减小畸变，得到良好的机械性能和精致的金相组织，可以降低共渗温度（840—850℃）和淬火温度（810—840℃），这样得到的距表面0.20mm的硬度仍然是65.5—66HRC,层深0.60—0.65mm，碳氮化合物2—3级，心部组织3级，达到了技术要求。

4.贝氏体等温淬火

国外著名的SKF,FAG等轴承制造公司在铁路、轧机、矿山、工程机械等方面的专用轴承都采用了贝氏体等温淬火工艺，因为这类轴承除了要求耐磨性好以外还需要有良好的尺寸稳定性、冲击韧性、断裂韧性及表面残余压应力，磨加工时不会岀现裂纹。国内几十年来随着机械工业的发展，对轧机、铁路、采煤、钻井、工程机械等特殊轴承也有了明确的要求，除了研制适合于贝氏体淬火的专用轴承钢以外，即要求对常规轴承钢（GCr15、GCr15SiMn）进行贝氏体等温淬火，为此从设备及工艺上必须得到保证。

4.1 等温淬火设备

根据轴承套圈的大小可以分别选择箱式多用炉或者推桿式料盘炉生产线，而极少采用输送带式炉，炉内通可控气氛，碳势在0.9—1.0%CP。为减小加热和冷却时的畸变，需要将套圈放在专用料筐内，经清冼后入炉，在多用炉中加热需要分段预热后再加热到淬火温度，用推桿式料盘炉则可以分区段预热后加热，它们的加热温度比马氏体淬火要高出20—30℃。这二种炉型的淬火盐槽都在加热炉外面，为的是避免硝盐蒸气对加热炉炉膛的腐蚀。故硝盐等温淬火槽是很关键的设备，它是有加热器、搅拌器、水份测量仪、热电偶、温度时间控制记录仪、残盐回收及排风装置组成。

4.2 贝氏体等温淬火工艺

GCr15轴承钢在可控气氛中加热，它的淬火可以分为马氏体淬火和 贝氏体等温淬火，其马氏体转变开始温度202℃（在850℃奥氏体化温度时），根据套圈的有效壁厚确定其淬火加热温度，壁厚<10mm的淬火温度低一些，壁厚〉15mm的淬火温度略高一些，壁厚〉20mm的再高一些，其淬火温度一般在855—885℃范围内酌情选择，加热时间根据装炉量而定，因为最低硬度要求达到58HRC，所以必须在240℃温度下进行中温转变，由于马氏体转变温度低于此温度，所以转变热浴的温度必须大于210℃，为此贝氏体等温淬火的温度在210—240℃，适合于这个温度段的介质只有硝盐才能达到，如50%NaNO 50%KNO,它的熔点143℃，使用温度160—550℃，或者25%NaNO 25%NaNO 50%KNO,它的熔点175℃，使用温度205—600℃，这其中需要用0.5—1.5%的水份来调节冷却速度，在硝盐中的等温时间2—4小时，此时得到的硬度在58—62HRC,金相组织是下贝氏体 未溶碳化物 少量的残留氏体。岀盐槽后在80℃的热水中清冼即可，对于直径大于200mm以上的厚壁套圈还需要进行220—240℃的回火处理。

4.3 残余亚硝酸盐处理办法

在大量的生产过程中，经等温处理后的套圈及料筐在转移及清冼途中，会有含亚硝酸钠的残渣及废水滞留在地面或下水沟内，需要将它们收集起来进行无害化处理，即将有毒的亚硝酸钠用NaCLO氧化剂在水中进行溶解，其化学反应是：NaNO2 NaCLO=NaNO3 NaCL。通过专门的处理后对环境是没有污染的了。

5.轴承套圈的淬火变形及防范措施

对于外径在200—30mm的常用机电、通用轴承套圈，是个量大面广的产品，碰到的问题也很多，需要不断地总结经验。这些产品基本都是在网带炉或辊棒炉内进行的，用可控气氛保护，其碳势0.6—1.0%CP，大部分用甲醇做载体气，丙烷做富化气。所用的淬火介质根据轴承套圈的大小，有效厚度的厚薄分别选择快速淬火油及分级淬火油，如KR028G、KR468G、KR498等等。

5.1 热处理前的加工变形

轴承套圈的成型有以下几种：(1)冷轧轴承钢管 热轧钢管经过球化退 火后根据规格通过轧机冷轧成相应规格的冷轧钢管，然后车削成型，或者直接冷轧成型，这种方式加工残余应力大一些，对热处理后会增加畸变量，但是组织是较致密。(2)冷锻 经球化退火再冷锻或冷碾后部分车削。(3)热锻 热锻后经球化退火再车削成型。（4）热轧钢管 将热轧钢管球化后车削成型。对于<100mm的轴承套圈来说目前采用冷碾工艺的较多，这给最终热处理带来难度，但只要工艺确当还是能够达到技术要求的。

5.2 加热时的热处理畸变

套圈的清洗程度，进料方式，预热和加热温度 ，控温精度能否在±5℃，加热速度和时间，可控气氛的碳势，其控制精度应±1% CP的范围,进料方式和加热温度是很关健的工序，套圈在炉膛内会产生组织应力和热应力，如果进料太多会造成套圈相互之间的挤压而产生变形，对于较大尺寸的薄壁件需要用人工将套圈呈45度擺放，套圈之间留有一定的间距，这样在落入油槽时不会产生磕碰。对于厚薄相差悬殊的套圈应该预热时间延长，使之均匀一致。

5.3 淬火冷却时的畸变

（1）膨涨与收缩

在连续式网带炉和辊棒炉中加热，对于外径小于200mm的套圈，在淬火时由于马氏体的转变所引起的体积膨胀，使致套圈的外径尺寸大部分是涨大的，极少数量有收缩现象，GCr15轴承钢在850℃淬火时它的马氏体转变点在202℃，为了减少涨大现象，在淬火时的油温是120℃，可以使套圈淬火后的残余奥氏体多一些，这样可以使体积变化小一些，涨大量也可以小一些，如淬火组织中含7%的残余奥氏体，其体积膨涨为0.42%，而含10%的残余奥氏体其体积膨涨量仅0.26% 。但是残余奥氏体又会转变成马氏体，又会使体积膨涨，为此需要有适量的残余奥氏体，使其组织能稳定一些，通过三组试验即在同一淬火温度和油温下分别进行淬油后立即回火——淬油后通过15℃的水冷再回火——淬油后进入—50℃的冷处理再回火，发现后二种的尺寸稳定性较好。

（2）椭园变形

这和淬火油温及搅拌程度有关，当淬火油温低及搅拌烈度大则畸变就大，防止椭圈的措施：在同一淬火介质情况下尽量提高油温，当油温提高到100—140℃时，以延迟马氏体点下冷却的热油或者在马氏体点以上保温1—2分钟后空冷的马氏体的等温淬火，减少马氏体的淬火应力，可以减小畸变。根椐套圈的规格可以选择分级淬火油。

（3）锥度变形

对轴承套圈来说，在油中淬火后均会发生锥度变形，因为淬火时上下二端的冷却速度是不一样的，马氏体转变的开始时间有先后，上端的冷却速度比下端的冷却速度慢，下端的冷却快，导致上端的外径比下端的外涨大得多，为了使锥度尽量地小，使套圈二端的冷却整流度基本接近，或达到马氏体点。在淬火油槽内增加了能翻转180º的小输送带，杭州金舟科技股份有限公司等企业的技术已经能够满足调整工艺需要了，他们生产的小输送带通过无级变速可以做上下不同频率的窜动和不同速度的运行，给工艺调整带来方便，总之套圈的膨涨是由于残余奥氏体多引起的，畸变是由于套圈二端到达马氏体点的时间先后引起的，根据产品的规格需要做耐心细致的调整。

6.炉内气氛的调整

网带或辊棒输送带式炉的可控气氛大都采用甲醇做载体气和丙烷做富化气的，用于轴承钢的保护淬火，其碳势在0.6—1.0%CP，对辅料纯度的要求：甲醇>99.9%，丙烷>95%，加热炉的下落料口处应该有工业氮气进入口，以便 排除仃炉后再次升温时炉内的空气，下落通道淬火油油帘二侧应该有抽油烟装置，其抽气泵的抽气口应该在油帘下面，比在上面效果好，并且节省气体，抽出的废气通过气水分离器送到炉口点燃做炉口火封用。二侧油帘的大小应该分别有球阀调整，它是调整套圈表面光亮性的手段之一。